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Verfahren zur elektrischen Verhüttung
Es ist bereits vorgeschlagen worden, für metallurgische Schmelzverfahren eine Beschickung in Form von brikettierten, pelletisieren oder im Strangpress-Verfahren hergestellten Formstücken, die sowohl Metalloxyd als auch kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel enthalten, anzuwenden. Diese Form von Beschikkungsbriketts ist schon längst in der Zinkindustrie eingeführt worden und man hat wiederholt versucht, das Verfahren im Laboratorien-und halbtechnischen Massstab zur Eisenerzverhüttung zu verwenden. Die in der Eisenindustrie erzielten technologischen Resultate waren jedoch so wenig zufriedenstellend, dass derartige Versuche bis jetzt nicht zur Anwendung auf Formstücke in industriellem Massstab geführt haben.
In Verbindung mit elektrischer Eisenerzverhüttung ist auch vorgeschlagen worden, Erz-KohlenstoffPellets anzuwenden. Unter anderem bezweckt ein Vorschlag die Sinterung von kohlenstoffhaltigen Pellets durch Luftdurchströmung, so dass man eine kombinierte Vorreduktion und Agglomerierung erzielen würde. Dies führt aber einen sehr grossen Kohlenstoff-Aufwand mit sich, u. zw. l Tonne Rohkohle pro Tonne Roheisen.
Die PatentinÍ1aberin hat im Laufe der letzten Jahre systematische Versuche mit Eisenerzbeschickung in brikettierter und pelletisierter Form durchgeführt und gefunden, dass die Trockenreduktion und die elektrische Verhüttung einer derartigen Beschickung eine Reihe von Problemen bieten. Wenn z. B. die Beschickungspellets in einem Schachtofen mit Hilfe von heissen Verbrennungsgasen erwärmt werden, erhält man zwar im Temperaturgebiete über 9000 C eine rasche Reduktion, aber es erfolgt auch eine lebhafte Reoxydation von ausreduziertem Eisen zufolge der Reaktion zwischen dem pyrophoren feinverteilten metallischen Eisen und OO. Hiedurch ergibt sich im Verfahren ein bedeutender Kohlenstoffverlust.
Ausserdem sind Pellets in halbreduziertem Zustand mechanisch sehr schwach und zeigen eine starke Tendenz, sowohl im Schacht als bei der Ausgabe sowie bei der Überführung an den Schmelzofen zu zerbröckeln. Die Patentinhaberin hat gefunden, dass sie mechanische Schwäche der Pellets während der Bildung von metallischem Eisen eintritt. Erfindungsgemäss werden deshalb die Pellets nur durch Vorwärmung in einem Schacht in Kontakt mit heissen Verbrennungsgasen behandelt, in dem die Temperatur auf nicht über 9000 C, vor-
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keine nennenswerte Reduktion stattfindet.
Durch die Überführung der auf zwischen 500 und 9000 C vorerwärmten Pellets in einen elektrischen Schmelzofen erhält man in demselben sehr günstige Reaktions Verhältnisse, uidem die Beschickung eine relativ lange Aufenthaltsdauer bei einer Temperatur von 900 bis 11000 C im Schmelzofen selbst hat.
Durch die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Eisenoxyd in den Formstücken innerhalb dieses Temperaturgebietes zeigt es sich, dass der CO-Gehalt der Reaktionsgase zwischen 25 und 30 % liegt, welches einem Gleichgewicht der Reaktion zwischen Wüstit und CO entspricht. Zufolge der starken CO-Bildung bei der Verhüttung von Beschickungspellets wird der Aufwand sowohl an Kohlenstoff als an Energie reduziert. Der Energieaufwand wird auch weiterhin zufolge der fühlbaren Wärme reduziert, die der Beschickung durch das Vorwärmungsverfahren zugeführt wird.
Versuchtman jedoch selbstgehende Briketts oderpellets mit einem stöchiometrischen Gehalt an Eisenoxyd und Kohlenstoff zu schmelzen, führt dies zu unregelmässigem Ofengang und kontinuierlichem Kochen der Schlacke. Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, dass die Formstücke in die Schlackehinabsinken Die Gasentwicklung erfolgt dann im Schlackenbad, und dies führt zu der bekannten Schwellung des Schlackenbade. s, die als Kochen der Schlacke bezeichnet wird.
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Falls man dafür Sorge trägt, dass nur ein Teil des Kohlenstoffes der Beschickung in die Formstücke eingebracht wird, während der Rest desselben in der Form von Stückkohle oder Stückkoks vorliegt, wird überraschenderweise der normale Schmelzmechanismus im Elektroofen aufrechterhalten. Dies kommt vermutlich daher, dass die kontinuierlich zugeführte Beschickung gleichmässig längs der Elektroden im Elektroofen herabsinkt und sich auf dem Schlackenbade unterhalb der Elektroden em Bett von Stückkoks bildet, das die Pelletbeschickung trägt, so dass die Pellets nicht mit dem Schlackenbad in Berührung kommen, bevor sie fertig reduziert sind.
Die Patentinhaberin hat gefunden, dass es günstig ist, zwischen 10 und 75 go des Kohlenstoffes in der Form von Stückkoks zu verwenden. Die besten Resultate wurden mit etwa 50 % des Kohlenstoffes als Stückkoks und 50 % in den Beschickungspellets erzielt.
Als Beispiel der erzielbaren Vorteile gemäss der Erfindung können folgende Resultate angegeben werden, die mit Süd- Varanger-Schlich, einem Magnetitkonzentrat mit etwa 65 % Fe, erreicht wurden :
Auf einem schräggestellten Teller wurden Pellets von 20 bis 25 mm Durchmesser aus folgender Mischung hergestellt :
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11 Longyearkohle (50 %50"Portlandzement.
Bei einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 10 %wurde diese Mischung pelletisiert und die hergestellten Pellets wurden durch Lagerung und nachfolgende Trocknung an der Luft bei etwa 100 C gehärtet.
Die trockenen Pellets wurden danach allmählich in einem kleinen, elektrisch beheizten Trommelofen bis auf 11000 C erwärmt. Während der Erwärmung wurden von Zeit zu Zeit Proben der Kugeln entnommen, die nach dem Abkühlen einer Belastungsprüfung unterworfen wurden, indem die Bruchfestigkeit einer einzelnen Kugel in kg untersucht wurde.
Fig. l zeigt den Zusammenhang zwischen Temperatur und Druckfestigkeit. Wie man sieht, steigt die Druckfestigkeit fast linear beim Erwärmen von 0 bis 8000 C. Dies beruht vermutlich auf einer zunehmenden Verkokung der Kohle, die eine Armierung in den Pellets herbeiführt. Beim Erwärmen über 8000 C hinaus erfolgt ein drastisches Sinken der Druckfestigkeit, weil das Eisenoxyd zu metallischem Eisen reduziert wird. Hiedruch wird Kohlenstoff verbraucht und die Koksarmierung verschwindet, und gleichzeitig werden die Kugeln porös, weil metallisches Eisen ein geringeres Volumen einnimmt als Fe 0.. Beim Erwärmen über 10500 C hinaus erfolgt eine Sinterung der Pellets, die dazu führt, dass die mechanische Festigkeit wieder zunimmt.
Die Ausreduktion von metallischem Eisen beginnt zwischen 800 und 9000 C, und beim Betrieb in kommerziellem Massstab in der Regel bei etwa 9000 C. Falls die Pellets von einem Vorbehandlungsofen in einen elektrischen Schmelzofen übergeführt werden sollen, was eine mechanische Beanspruchung der Pellets bedeutet, wird dies gemäss der Erfindung erst nach der Vorwärmung der Pellets aufmax. 9000 Cvorgenonunen.
Zum Vergleich sind in der Tabelle ausser den Resultaten des neuen Verfahrens auch diejenigen, die man bei konventioneller Behandlung des Magnetitkonzentrates durch Sinterung auf dem Saugrost mit nach- folgender Verhüttung von kalter Beschickung erzielt, angegeben.
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<tb>
<tb>
Aufwand <SEP> pro <SEP> t <SEP> Normal-Selbstgehender <SEP> BeschickungsRoheisen <SEP> sinter <SEP> Sinter <SEP> (mit <SEP> einge- <SEP> pellets <SEP>
<tb> sintertem <SEP> Kalkstein) <SEP> (vorerwärmt) <SEP>
<tb> kg <SEP> fester
<tb> Kohlenstoff <SEP> 325 <SEP> - <SEP> 350 <SEP> 310 <SEP> - <SEP> 330 <SEP> 310 <SEP> - <SEP> 260 <SEP>
<tb> kWh <SEP> 2400 <SEP> - <SEP> 2500 <SEP> 2000 <SEP> - <SEP> 2200 <SEP> 1350 <SEP> -. <SEP> L600 <SEP>
<tb>
Durch die Anwendung vorerwärmter Beschickungspellets erzielt man mit einem an und für sich einfacheren und billigeren Vorbehandlungsverfahren sowohl reduzierten Kohlenstoffaufwand als auch niedrigeren Energieverbrauch mit darauf erfolgender grösserer Eisenproduktion im Elektroofen.
Man muss selbstverständlich einen Teil der Gase zu Nutzen ziehen, die im Roheisenofen und/oder während des Vorwärmungsverfahrens produziert werden.
Eine Verfahrensweise gemäss der Erfindung besteht darin, dass der Stückkoks separat, ohne vorher-
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gehende Erwärmung und ohne im voraus mit den Pellets gemischt zu werden, in den Elektroofen aufgegeben wird. Auf diese Weise vermeidet man jegliches Risiko einer Oxydation des Kokses und eines Kohlenstoffverlustes im Vorwärmungsschacht. Ein anderes Verfahren besteht darin, dass der Stückkoks und die Pellets in Mischung durch einen Vorwärmungsschacht geleitet werden, so dass auch der Koks vorerwärmt wird. Dies kann gemäss der Erfindung ohne nennenswerten Kohlenstoffverlust erfolgen, falls man zur Erwärmung sauerstofffreie Verbrennungsgase verwendet und die Erwärmungstemperatur auf höchstens 9000 C beschränkt.
Die Erfindung ist in den beigefügten Fig. 2 und 3 schematisch veranschaulicht. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines schematischen Arbeitsplanes des Verfahrens. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Elektroofen.
In Fig. 2 bezeichnen l, 2 und 3 Silos für Bindemittel bzw. Kokspulver und feingebrochenes Erz. Jeder Silo ist mit einer Förderschnecke 4 zur Regulierung der Abfuhr ausgerüstet.
Aus den Silos fällt das Gut auf ein Förderband 5 herab, worauf es zu einem schräggestellten Pelletisierungsteller 6, auf welchem die Beschickungspellets hergestellt werden, gefördert wird. Vom Pelletisierungsteller fallen die Pellets in den Vorwärmungsschacht 7 herab, wobei die Aufgabe mit Hilfe der Klappe 8 reguliert werden kann. Luft und CO-haltige Gase werden der Brennkammer 9, z. B. vom Elektroofen, zugeführt, und die heissen Verbrennungsgase werden, z. B. über einen mit Öffnungen 11 versehenen Ringkanal 10, in den Schacht geleitet. Die Verbrennungsgase werden vom Kopf des Schachtes durch Rohre 12, z. B. mit Hilfe eines Ventilators, abgesaugt. Vom Vörwärmungsschacht 7 werden die vorerwärmten Pellets dem Elektroofen 14 durch das Beschickungsrohr J3 zugeführt.
Der Ofen ist mit einem Gewölbe 15 versehen. In der Zeichnung ist ein Einphasenofen mit einer einzelnen zentralen Elektrode 16 dargestellt, es können aber selbstverständlich auch Öfen mit mehreren Elektroden verwendet werden. Der Rest des Kokses wird in Stückform aus dem Bunker 17 zugeführt, der mit einem regulierbaren Aufgabetisch 18 ausgerüstet ist. Der Koks wird durch das Beschickungsrohr 19 zugeführt, und ein Teil der Ofengase kann eventuell im Rohr 19 durch den Schacht 17 emporgeleitet werden, so dass der Koks vorerwärmt wird.
Im Elektroofen samrrelt sich das geschmolzene Metall 20 am Boden. Hierüber befindet sich eine Schlackenschicht 21, und darüber wiederum das oben beschriebene Koksbett 22. Dieses Koksbett trägt die aus Pellets und Stückkoks bestehende Beschickung, die dann nicht mit dem Schlackenbad in Berührung kommen kann, bevor sie fertig reduziert ist.
Fig. 3 zeigt im Horizontalschnitt, wie ein Einphasenofen gemäss Fig. 2 mit zwei Sätzen symmetrischer Schächte 7 und 17 für Pellets bzw. Stückkoks ausgerüstet werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur elektrischen Verhüttung einer Beschickung aus Formkörpem, die Metalloxyd und ein oder mehrere kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel enthalten, wobei die Formkörper einen Teil, vorzugsweise 50 %, der zur Reduktion der Metalloxyde erforderlichen Kohlenstoffmenge enthalten sollen, während der Rest derselben dem Schmelzofen separat in Stückform zugeführt wird, ladurch gekennzeichnet, dass die Formkörper in einer besonderen Anlage auf nicht über 9000 C, vorzugsweise 500-900 C vorerwärmt und eventuell vorreduziert werden, indem sie mit Hilfe von angenähert sauerstofffreien :
erbrennungsgasen, die durch die Beschickung geleitet werden, erhitzt werden, wonach die vorerwärmten und eventuell vorreduzierten Formkörper sowie die zur Reduktion noch erforderliche Kohlenstoffmenge in einen Elektroofen geleitet werden, wo die endgültige Reduktion und Verhüttung erfolgt.