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Verfahren und Ofen zum unmittelbaren Herstellen von Eisen aus Erzen
Es ist schon vielfach vorgeschlagen worden, Eisenerze durch den Kohlenstoff einer Eisenschmelze zu reduzieren. Wenn das kontinuierlich geschehen soll, muss in die kohlenstoffhaltige Schmelze fortlaufend Kohlenstoff eingeführt werden. Das Ergebnis der Reduktionsarbeit ist dann ein hochkohlenstoffhaltiges Eisen (Roheisen), das als solches abgestochen oder nach Unterbrechen der Kohlenstoffzufuhr mit Erz oder gasförmigem Sauerstoff auf Stahl gefrischt werden kann.
Bei der bekannten Reduktion von Eisenerzen durch den Kohlenstoff einer Eisenschmelze wird das zu reduzierende Erz mit den erforderlichen Zuschlägen zusammen auf die Oberfläche der Eisenschmelze aufgebracht und der Reduktionskohlenstoff in die Eisenschmelze selbst eingepresst oder eingeblasen. Das bei der Reduktion entstehende Kohlenoxydgas kann dabei unmittelbar nach dem Verlassen der Eisen- und Schlackenschmelze im freien Raum des Reduktionsofens durch dort eingeführten Sauerstoff verbrannt und zur Aufheizung der Reaktionsteilnehmer verwendet werden. Es kann in die Eisenschmelze fortlaufend aber auch mehr Kohlenstoff eingepresst oder eingeblasen werden, als für die Reduktion der Erze und die Sättigung des Bades an Kohlenstoff notwendig ist. Dann scheidet sich der überschüssige Kohlenstoff auf der Ober- fläche des Eisen- bzw.
Schlackenbades ab, wo er zur Deckung des Wärmebedarfes der Reak- tionen verbrannt werden kann.
Bei diesen bekannten Verfahren, von denen sich aber noch keines in die Praxis einführen konnte, wird als Reduktions- und Kohlungs- mittel fester Kohlenstoff verwendet und in Form von feingemahlener Kohle oder entsprechend zerkleinertem Koks in den flüssigen Eisensumpf eingepresst oder mit Hilfe von neutralen oder reduzierend wirkenden Gasen eingeblasen.
Schliesslich ist es auch bekannt, die Eisenerze aus einer aus ihnen bestehenden flüssigen Schlacke zu reduzieren, in die flüssiger Teer eingeführt wird. Bei diesem Verfahren, gemäss dem das
Reduktionsmittel mit dem Eisenbad nicht in
Berührung kommen darf, reagieren die im Teer enthaltenen Kohlenwasserstoffe nach der folgenden Gleichung : Fe203+C2H2 = 2 Fe+2 CO+H2O.
Auch bei dem ferner bekannten Verfahren, wonach Öl zusammen mit Luft und schlackenbildenden Mischungen in das Eisenbad eingeblasen wird, reagieren die Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff der Luft oder mit dem der schlackenbildenden Bestandteile unter Bildung von Kohlenoxyd bzw. Kohlensäure.
Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren zum unmittelbaren Herstellen von Eisen aus Erzen, die unter Wärmezufuhr zusammen mit schlackenbildenden Zuschlägen fortlaufend auf die Oberfläche einer kohlenstoffreichen Eisenschmelze aufgebracht und von deren Kohlenstoff zu Eisen reduziert werden, wobei der bei der Reduktion verbrauchte Kohlenstoff durch Einblasen von Öl (Erdöl, Heizöl, Masut) in die Eisenschmelze fortlaufend ergänzt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Öl aus einem oder mehreren über der Eisen- und
Schlackenschmelze mündenden Rohren unter einem solchen Druck etwa senkrecht auf die
Schlackenschmelze geblasen wird, dass der Öl- strahl die Schlackenschicht durchbricht, tief in die Eisenschmelze eindringt und diese unter
Abspaltung von atomarem Kohlenstoff aufkohlt.
Dieser Vorschlag beruht also nicht nur auf der
Feststellung, dass sich ein flüssiger Kohlenstoffträger oder eine aus ihm und aus pulverförmiger
Kohle bestehende Emulsion in Leitungen leichter und in der Zeiteinheit in wesentlich grösserer
Menge und Energiedichte als fester Kohlenstoff fördern lässt, sondern vor allem darauf, dass sich der flüssige Kohlenstoffträger mit besserer
Regelmöglichkeit, höherem Druck und damit auch in einer erheblich gleichmässigeren Ver- teilung in ein flüssiges Metallbad von hohem spezifischem Gewicht einführen lässt. Von grosser
Bedeutung für den Ablauf der Reaktion ist weiterhin die Tatsache, dass die mit konzentrierter
Energie geladenen Öle beim Auftreffen auf das flüssige Eisenbad z.
B. gemäss der Reaktions- gleichung C2H2 = 2 C + H2 nicht nur grosse
Mengen Kohlenstoff in feinstem Zustand, sondern auch erhebliche Mengen an Wasserstoff ab- scheiden, der bekanntlich ein besonders wirk- sames Reduktionsmittel darstellt. Erst dadurch wird das Verfahren aber im Grossbetrieb praktisch möglich und wirtschaftlich.
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Die besonders gute Verteilung und das rasche Lösen des sich in der Emulsion befindlichen Kohlenstoffs erreicht man also, wenn das Öl oder die Ölemulsion, da sie sich als Flüssigkeiten in rohrförmigen Leitungen bequem befördern lassen, mit einer so hohen kinetischen Energie von oben her auf die Oberfläche des für die Reduktion erforderlichen flüssigen Eisensumpfes aufgeblasen werden, dass sie die dort befindliche Schlacke durchbrechen und tief in das Metall selbst eindringen. Die Mündung der das Öl oder die Emulsion aus Öl und feingemahlenem Kohlenstoff fördernden Leitung soll dabei stets über dem Spiegel des Eisensumpfes und seiner Schlacke verbleiben und das Auslaufende des Förderrohres vorzugsweise senkrecht, mindestens aber im Winkel von 45', auf den Badspiegel gerichtet sein.
In der Zeichnung ist ein für das erfindunggemässe Verfahren zur unmittelbaren Herstellung von Eisen aus Erzen besonders gut geeigneter Reduktionsofen schematisch dargestellt :
Der Reduktionsofen besteht aus dem Herd 1 und dem sich konisch verjüngenden Schacht 2, der durch den in bekannter Weise mit einer Glocke 3 versehenen Gichttrichter 4 abgeschlossen ist. Im Herd 1 des Ofens befinden sich in gleichmässiger Verteilung über dessen Umfang Heizbrenner 5. Eine verschliessbare Öffnung 6 im Schacht oder im Herd des Ofens dient zum Einführen des flüssigen, kohlenstoffreichen Eisensumpfes 7.
Diesem Sumpf wird das aus Öl oder aus einer Emulsion von Öl und feinzerkleinertem Kohlenstoff bestehende Reduktionsmittel nun über die Leitung 8 zugeführt, deren Mündung 9 sich stets über dem Spiegel des Schlackenbades befindet. Das Ende 11 der Zuführungsleitung ist etwa senkrecht auf den Schlackenspiegel gerichtet. Eine Neigung bis zu 450 ist noch zulässig. In dieser Weise können vom Umfang des Ofens her auch mehrere Zuführungsleitungen 8 in den Ofen so eingeführt sein, dass ihre Mündungen 9 über der Oberfläche des Eisen- und Schlackensumpfes verteilt stehen.
Die Abgase verlassen den Reduktionsofen durch die vom oberen Abschnitt seines Schachtes 2 abgehenden und zu einer Sammelleitung 12 führenden Rohre 13, 14. Das reduzierte Eisen wird durch die im Boden des Herdes 1 befindliche Öffnung 15 und die Schlacke durch die darüber angebrachte Öffnung 16 abgestochen.
Dieser Reduktionsofen wird erfindungsgemäss nun folgendermassen betrieben :
Das zu reduzierende Erz, das möglichst feinkörnig sein soll und z. B. aus Konzentraten, Mulmerz, aber auch aus andern Eisenoxyden, wie Walzensinter, bestehen kann, wird in Mischung mit den erforderlichen schlackenbildenden Zuschlägen in den Gichttrichter 4 gefüllt und durch die Öffnung 6 in den Herd 1 des Ofens ein z. B. aus Roheisen mit 3, 8-4, 20% Kohlen- stoff bestehender Eisensumpf 7 eingebracht. Alsdann werden die zweckmässig mit Öl betriebenen Heizbrenner 5 angestellt.
Sobald der Herd des Ofens auf Reduktionstemperatur, d. h. auf eine Temperatur von mehr als 1200 und bis zu etwa 16000 C gekommen ist, wird über die Leitung 8 das aus Öl oder einer Emulsion von Öl und feinzerkleinertem Kohlenstoff bestehende Reduktions- und Kohlungsmittel zugeführt und mit einem Druck von 4 bis 12 at aus der Mündung 9 am Abschnitt 11 der Leitung 8 auf die Oberfläche des Eisensumpfes 7 aufgeblasen.
Dabei dringt es tief in das flüssige Metall ein und verteilt und löst sich dort sehr rasch. Gleichzeitig oder kurz danach wird die Glocke 3 des Gichttrichters geöffnet, wonach die zu reduzierende und fortlaufend ergänzte Beschickung 17 regenförmig durch den Schacht 2 hindurch auf den flüssigen Eisensumpf fällt. Dort wird sie unter Schlackenbildung zu Eisen reduziert, das in den Sumpf 7 eintritt und dort fortlaufend aufgekohlt wird.
Sobald die Reduktion in Gang gekommen ist, werden die bis dahin unter üblicher Verbrennung arbeitenden Brenner 5 mit einem Überschuss an Sauerstoff betrieben, der ausreicht, das bei der Reduktion entstehende Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd zu verbrennen. Auf diese Weise wird ein erheblicher Teil der für die Reduktion ausgegebenen Wärme wieder gewonnen und zusammen mit dem Abgas der Brenner 5 für die Vorwärmung der Beschickung während ihres Niederganges im Schacht 2 nutzbar gemacht.
Natürlich kann die Verbrennung des bei der Reduktion frei werdenden Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd anstatt durch den Sauerstoff- überschuss der Brenner 5 auch durch Sauerstoff erfolgen, der durch Brenner 18 in den über den Heizbrennern 5 gelegenen Ofenraum eingeblasen wird.
Wenn in der beschriebenen Weise Roheisen, d. h. hochgekohltes Eisen hergestellt werden soll, s dann kann der Reduktionsbetrieb kontinuierlich durchgeführt und dabei Roheisen und Schlacke aus den Öffnungen 15, 16 periodisch oder fortlaufend abgestochen werden. Bei der Herstellung von Stahl muss der Prozess periodische so verlaufen, dass nach der Erzeugung einer bestimmten Roheisenmenge die Zufuhr der Reduktions- und Kohlungsmittel über die Leitung 8 unterbrochen und während dieser Zeit auf die schlackenfreie Oberfläche des Eisensumpfes z so lange nur Erz aufgegeben wird, bis sich in der Eisenschmelze der jeweils gewünschte Kohlenstoffgehalt eingestellt hat.
Wenn sich der vorstehend beschriebene Ofen auch in besonders vorteilhafter Weise zur Durchführung des Eisenerzreduktionsverfahrens unter Verwendung von Öl oder einer Emulsion aus Öl und feinzerkleinertem Kohlenstoff als Reduktions-und Kohlungsmittel eignet, dann wird von der Erfindung nicht schon dadurch auge- wichen, dass die Reduktion mit sonst gleichen Mitteln in einem Herdofen oder einem Rundofen durchgeführt wird, die dabei anstatt durch
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Ölbrenner auch elektrisch beheizt sein können. Auch bei dem beschriebenen Schachtofen können die Heizbrenner 5 durch Elektroden ersetzt sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum unmittelbaren Herstellen von Eisen aus Erzen, die unter Wärmezufuhr zusammen mit schlackenbildenden Zuschlägen fortlaufend auf die Oberfläche einer kohlenstoffreichen Eisenschmelze aufgebracht und von deren Kohlenstoff zu Eisen reduziert werden, wobei der bei der Reduktion verbrauchte Kohlenstoff durch Einblasen von Öl (Erdöl, Heizöl, Masut) in die Eisenschmelze fortlaufend ergänzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl aus einem oder mehreren über der Eisen- und Schlackenschmelze mündenden Rohren unter einem solchen Druck etwa senkrecht auf die Schlackenschmelze geblasen wird, dass der 01strahl die Schlackenschicht durchbricht, tief in die Eisenschmelze eindringt und diese unter Abspaltung von atomarem Kohlenstoff aufkohlt.
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