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Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, und Schachtofen zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm, insbesondere von Eisenschwamm, und auf die Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Metallschwamm wird zur Gewinnung von Metallpulver und auch zur Erzeugung von Edelstählen verwendet.
Es ist ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, bekannt, bei dem Metalloxyde durch festes Reduktionsmittel in einem von aussen her beheizten Schachtofen reduziert werden (deutsche Patentschrift Nr. 490409).
Das bekannte Verfahren besitzt eine Reihe von Nachteilen.
Der Erzeugungsprozess von Metallschwamm nach dem bekannten Verfahren ist langwierig, da die Reduktionstemperatur höchstens 1000 erreichen darf. Bei höheren Temeperaturen beginnt das Gemisch aus festem Reduktionsmittel und Metalloxyden weich zu werden und zusammenzubacken.
Insbesondere ist dies der Fall bei Verwendung fein zerkleinerter Oxyde, die Brückenbildung im Schacht, Aufhören des Beschickungs-Niedergangs und als Folge Beendigung des kontinuierlichen Prozesses hervorruft. Die Beschickung des Schachtofens mit einem Gemisch aus Metalloxyden und festem Reduktionsmittel führt zur Verunreinigung des erzeugten Metallschwamms durch Asche und Reste des Reduktionsmittels. Es sind, um Metall und unerwünschte Beimengungen voneinander zu scheiden, zusätzliche technologische Arbeitsgänge (Zerkleinerung und Magnetscheidung) erforderlich. Doch auch in diesem Falle gelingt es nicht vollkommen, Asche und Reste des festen Reduktionsmittels aus ihrem Gemisch mit dem Metallschwamm zu entfernen, wodurch die Güte des erzeugten Metallschwamms vermindert wird.
Man hat auch bereits vorgeschlagen, Eisenerz und Reduktionsmittel, statt als Gemisch, schichtenweise auf Reduktionstemperatur zu erhitzen, z. B. das Reduktionsgut innen und das Reduktionsmittel aussen innerhalb eines von aussen beheizten Muffelofens od. dgl. anzuordnen, wobei der Betrieb notwendigerweise in einer Reihe von Arbeitsgängen, d. h. diskontinuierlich mit allen mit einer solchen Arbeitsweise verbundenen Nachteilen erfolgen muss. Schliesslich wurde auch ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren beschrieben, bei welchem horizontale Schichten des Beschickungsgutes auf Metall-Förderbändern in einem Muffelofen eingeführt und nach der Erhitzung wieder ausgetragen wird.
Bei diesem Verfahren bleibt jedoch ein beträchtliches Volumen des Arbeitsraumes im Ofen frei, wodurch die Produktivität vermindert und die Wärmeübertragung verschlechtert wird ; ausserdem können mit Rücksicht auf die Festigkeit des Förderbandes kaum Temperaturen über 10000C im Ofen angewendet werden.
Es ist das Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm,
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vorzugsweise Eisenschwamm hoher Qualität, zu entwickeln und einen Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die es ermöglichen, den Reduktionsprozess bei über 1000oC, aber unter dem Schmelzpunkt der Oxyde liegenden Temperaturen zu führen. Hiedurch wird der Prozess bei der Erzeugung von Metallschwamm bedeutend beschleunigt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, in einem von aussen beheizten Schachtofen durch kontinuierliche Beschickung desselben mit Metalloxyden und festem Reduktionsmittel von oben und Entnahme des reduzierten Gutes von unten, ist dadurch gekennzeichnet, dass man Metalloxyde und Reduktionsmittel als sich miteinander nicht mischende, vertikale Ströme aufgibt, wobei sich die Metalloxyde, wie an sich bekannt, innerhalb des Stromes aus dem Reduktionsmittel befinden, und gebildeten Metallschwamm und gebrauchtes Reduktionsmittel in dem Masse, als die Ströme den Ofen durchsetzen, getrennt abzieht.
Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Schachtofen mit Beschickungs-und mit Abzugsvorrichtung geschaffen worden, bei dem erfindungsgemäss die über dem Schachtofen angeordnete Beschickungsvorrichtung mindestens zwei koaxiale Trichter zum Beschicken des Ofens mit Metalloxyden und festem Reduktionsmittel besitzt, wobei der äussere Trichter zum Einschütten des festen Reduktionsmittels bestimmt ist, und der Aufnahmetisch der unter dem Schachtofen angeordneten Abzugsvorrichtung eine zentrale Öffnung für den Durchgang des zusammengebackenen Metallschwamms und Arbeitsorgane besitzt, die das verbrauchte feste Reduktionsmittel vom Aufnahmetisch abwerfen und es ermöglichen, im Schacht Metallschwamm und festes Reduktionsmittel mit gleicher Geschwindigkeit zu verschieben.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, die Güte des erzeugten Metalls zu verbessern, da Durchmischen von festem Reduktionsmittel und Metalloxyden fortfällt, und ausserdem zusätzliche Reinigung des Metallschwamms zu vermeiden.
Nachstehend wir ; die Erfindung durch Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und den Zeichnungen erläutert ; es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Schachtofen mit Beschickungs-und Abzugsvorrichtung, Fig. 2, 3, 4 und 5 verschiedenartige Ausführungsformen der Beschickungsvorrichtung.
Der in Fig. 1 dargestellte Schachtofen--l--besitzt die Beschickungsvorrichtung--2--,
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Die Reduktionskammer --3- ist von Heizkanälen--9--umgeben. Ober-und Unterteil der Reduktionskammer--3--sind durch Gasabzüge--10--mit den Heizkanälen--9--verbunden.
Die Beschickungsvorrichtung 2 (Fig.1) zum Einschütten von sich nicht miteinander
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Einschütten des festen Reduktionsmittels "A" (Fig.1), während der innere Trichter--12-- (Fig. 2) mit Rohransatz --14-- zum Einschütten der Metalloxyde "B" (Fig. 1) bestimmt ist.
Die Querschnittsform der Rohransätze--13 und 14-- (Fig. 2) entspricht der Querschnittsform
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verbrauchte feste Reduktionsmittel "A" und der zusammengebackene Metallschwamm "C" getrennt entnommen werden können. Die Abzugsvorrichtung --5-- enthält den Aufnahmetisch --15-- und Arbeitsorgane, die aus mit Schaufeln versehenen Trommeln--16--bestehen. Der Aufnahmetisch --15-- besitzt eine zentrale Öffnung für den Durchgang des zusammengebackenen Metallschwammbloeks"C". Form und Masse der Öffnung im Tisch--15--entsprechen Querschnittsform und-massen des zusammengebackenen Metallschwammblocks "C".
Die mit Schaufeln versehenen Trommeln --16-- entfernen die Reste des festen Reduktionsmittels "A" und Asche vom Aufnahmetisch--15--und ermöglichen es, dass sich im Schacht Metallschwamm und festes Reduktionsmittel mit gleicher Geschwindigkeit verschieben. Die Geschwindigkeit, mit der festes Reduktionsmittel und Asche entfernt werden, wird entsprechend der Reduktion der Metalloxyde gewählt.
Eine Reinigungsvorrichtung, die aus rotierenden Metallbürsten--6--besteht, dient dazu, die
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Oberfläche des erzeugten Metallschwamms von anhaftenden Teilchen festen Reduktionsmittels und von Asche zu befreien.
Zum Verdichten des erzeugten Metallschwammblocks und zum Halten desselben beim Austritt aus dem Ofen dient eine Pressvorrichtung, die aus Druckwalzen --7-- besteht.
Der erzeugte Metallblock wird, um seine weitere Bearbeitung zu erleichtern, durch eine Schneidvorrichtung in einzelne Teile zerschnitten. Die Schneidvorrichtung besteht bei der vorliegenden Ausführungsform aus der Schere-8--.
Zweckmässigerweise wird der Innenraum der Reduktionskammer-3-so ausgeführt, dass er sich nach unten hin erweitert, um besseren Niedergang der Materialströme zu gewährleisten.
Die Arbeitsorgane der Abzugsvorrichtung --5-- können aus rotierenden Walzen, laufenden Bändern oder Greifvorrichtungen bestehen.
Die Schneidvorrichtung kann auch die Form einer Säge oder eines beliebigen Schneidwerkzeugs haben.
Zur Produktionssteigerung und zur Verminderung des Energieaufwands kann eine Batterie aus mehreren der oben erwähnten Schachtöfen mit Beschickungs-und mit Abzugsvorrichtungen gebildet werden.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Beschickungsvorrichtung, bei der sich die Wände des Rohransatzes--17--nach unten hin erweitern, um den Niedergang metallhaltiger, insbesondere sehr fein zerkleinerter Oxyde"B"zu erleichtern.
Die in Fig. 4 dargestellte Beschickungsvorrichtung besteht aus drei Trichtern --11, 12', 19-- mit Rohransätzen-13, 14', 20- für die entsprechenden Trichter. Der äussere Trichter --11-- mit
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Querschnitt bestehender Metallschwamm erzeugt werden.
Die Wände der Rohransätze --21 und 22-- (Fig. 5), durch die die Ströme aus Metalloxyden geformt werden, können nach unten zu etwas erweitert sein, um den Niedergang der Metalloxyde zu erleichtern.
Bei dem vorliegenden Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm kann je nach dem Schwefelgehalt im festen Reduktionsmittel ihm Kalkstein oder ein beliebiges anderes schwefelaufnehmendes Reaktionsmittel zur Senkung des Schwefelgehalts im erzeugten Metall beigegeben werden.
Es kann, um den Reduktionsprozess zu beschleunigen, den Metalloxyden festes Reduktionsmittel mit geringem Schwefel-und Aschegehalt, beispielsweise Russ, Holzkohle, Erdölkoks, in einer solchen Menge zugesetzt werden, die theoretisch zur vollen Reduktion der Metalloxyde erforderlich ist.
Der Schachtofenprozess verläuft folgendermassen :
Beim Beschicken des Schachtofens wird die zentrale Öffnung für den Durchgang des zusammengebackenen Metallschwammblocks im Aufnahmetisch--15--der Abzugsvorrichtung --5-- (Fig. l) geschlossen. Zunächst wird der Ofen über Trichter --11-- und Rohransatz --13-- mit festem Reduktionsmittel "A" beschickt, das den Arbeitsraum des Trichters --11--, des Rohransatzes--13--, der Reduktionskammer--3--und des Kühlers-4--anfüllt. Dann wird die Reduktionskammer--3--auf eine Temperatur erhitzt, die über 1000 C, aber unter dem Schmelzpunkt der Metalloxyde liegt. Hienach werden die mit Schaufeln versehenen Trommeln - der Abzugsvorrichtung 5 in Tätigkeit gesetzt.
Gleichzeitig wird mit dem Einschütten von Metalloxyden"B"über Trichter--12--und Rohransatz-14-begonnen. Beim Entladen des verbrauchten festen Reduktionsmittels gelangen auch die Metalloxyde in Bewegung.
Weiterhin treten der Strom aus festem Reduktionsmittel "A", das über den äusseren Trichter --11- eingeschüttet wird, und der Strom aus Metalloxyden"B", die über den Trichter --12-geschüttet werden, gleichzeitig und ununterbrochen in den Ofen ein. Die genannten Stoffe gehen kontinuierlich in sich nicht vermischenden Strömen nieder und beginnen sich zu erwärmen. Hiebei wird das erste Reduktionsmittel vergast. Die in die erhitzte Reduktionskammer--3-des Schachtofens - gelangenden Metalloxyde werden reduziert und zusammengebacken, wobei sie den zusammengebackenen Metallschwammblock "C" bilden.
Der in der Nähe der Wände der Reduktionskammer--3--niedergehende Strom aus festem Reduktionsmittel verhindert das Anhaften der zu reduzierenden Metalloxyde an den Wänden der Kammer --3-- und macht Ansatzbildung unmöglich. Infolge hievon wird ununterbrochener
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Niedergang der sich nicht miteinander mischenden Ströme aus festem Reduktionsmittel und Metalloxyden bei über 1000 C betragenden Temperaturen gewährleistet.
Die Niedergangsgeschwindigkeit des erzeugten Metallblocks hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der Reste des festen Reduktionsmittels und Asche entfernt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, hochwertigen Metallschwamm zu erzeugen. Der Erzeugungsprozess verläuft ohne Ansatzbildung. Beim erfindungsgemässen Verfahren können feinstzerkleinerte Metalloxyde verwendet werden. Der Reduktionsprozess wird durch Erhöhung der Temperatur im Schachtofen auf über 1000 C wesentlich beschleunigt und gleichzeitig wird Schmelzen der Metalloxyde vermieden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, in einem von aussen beheizten Schachtofen durch kontinuierliche Beschickung desselben mit Metalloxyden und festem Reduktionsmittel von oben und Entnahme des reduzierten Gutes von unten,
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nicht mischende, vertikale Ströme aufgibt, wobei sich die Metalloxyde, wie an sich bekannt, innerhalb des Stromes aus dem Reduktionsmittel befinden, und gebildeten Metallschwamm und gebrauchtes Reduktionsmittel in dem Masse als die Ströme den Ofen durchsetzen, getrennt abzieht.