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Verfahren und Hochofen zum Reduzieren und Schmelzen von Erzen.
Den bekannten Reduktions-und Schmelzverfahren im Hochofen haftet der Mangel an. dass sich das Erz in einer Gasatmosphäre befindet, welche neben reduzierenden Bestandteilen nicht nur die Verbrennungsprodukte von der Reduktion der Metalloxyde des Erzes, sondern auch noch die Verbrennungsprodukte der Heizmittel enthält, welche zum Schmelzen der redu- zierten Metalle, der Ganga t des Erzes und des Zuschlagkalkes dienen. Hiedurch wird das gas- förmige Reduktionsmittel verdünnt und infolgedessen die Reduktionsarbeit erschwert. Bei solchen Verfahren erfolgt die Bildung des Reduktionsgases durch Verbrennung des Brennstoffes im Ofen mittels von oben zugeleiteter Lu t, wobei auch die Reduktionsgase die Beschickung von oben nach unten durchstreichen.
Bei diesen Verfahren findet deshalb eine Mischung der
Reduktionsgase mit den elwähnten Verbrennungsprodukten statt, weil die Heizgase vom unteren
Schmelzherd durch einen Teil der Beschickung zurückstreichen und durch höher liegende Ab- züge entweichen.
Beim üblichen Hochofenbetrieb, bei welchem ausschliesslich fester Kohlenstoff benutzt wird, erfolgt die Reduktion der Metalloxyde teils durch die vor den Windformen erzeugten und aufsteigenden Kohlenoxyde, welchen mindestens 60% Stickstoff aus der Gebläseluft beigemischt sind, und teils durch den festen Kohlenstoff selbst. Der Brennstoff wird also zuerst zur Erzeugung der Schmelzwärme und dann erst zur Reduktion der Metalloxyde verwendet. Es findet somit auch bei diesem Verfahren eine Mischung der Reduktionsgase mit Verbrennungsprodukten statt.
Gemäss vorliegender Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, dass in einem
Zuge von oben nach unten das Reduktionsgas zuerst die Reduktion des Erzes bewirkt und so- dann erst durch Zuleitung vorgewärmter Verbrennungsluft im Ausmasse der zum Schmelzen des Erzes nötigen Temperatur verbrannt wird und schliesslich diese Verbrennungsprodukte nach unten abgeleitet werden. Hienach bewirkt ein einziger Gasstrom in einem Zuge und in richtiger Aufeinanderfolge zuerst die Reduktion und sodann das Schmelzen der Erze. Die redu- zierenden Gase können entweder in den Hochofen von oben her eingeleitet oder im Hochofen aus festen Brennstoffen entwickelt werden oder schliesslich aus einem beliebigem Gemisch beider bestehen.
Zur Ausführung dieses Verfahrens dient ein Hochofen, bei welchem der Abzug der Ver- brennungsprodukte unterhalb der Zuleitung für die Verbr (nnungsluft angeordnet ist. Werden die reduzierenden Gase dem Hochofen zugeleitet, so ist die zur Zuleitung dienende Formenreihe oder statt deren ein nach unten offener Ringkanal im oberen bzw. obersten Teile des Hoch- ofens vorgesehen.
In den Fig. i und 2 der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform eines derartigen
Hochofen im Längsschnitt (nach A-B der Fig. 2) und im Querschnitt (nach C-D der Fig. i) dargestellt ; Fig. 3 und 4 zeigen eine Draufsicht einer Ofenanlage bzw. einer Ausführungsform des Schachtofens.
Der Hochofen besteht der Hauptsache nach aus dem Reduktionsschachte I und dem Herde Der Schachtofen hat z. B. einen kreisrunden Querschnitt und kurzen Herd für eine mittlere Tagesproduktion. Für grössere Tagesleistungen ist der Querschnitt des Schachtes länglich und für eine sehr grosse Erzeugung kommen zwei oder mehrere Reduktionsschächte I, 2. 3 (Fig. 4) auf einem gemeinsamen Herd 4 zur Anwendung.
Oberhalb der Mündung des Schachtes I zum Herd 4 ist eine Reihe von Formen 5 angeordnet, welche den Eintritt des heissen Windstromes unter Druck in den Ofen ermöglichen.
Unter der obersten Erzschichte befindet sich eine zweite Reihe von Formen oder ein nach unten offener Ring 6, durch welchen von der Leitung 7 her das heisse Reduktionsgas in den Ofen gepresst wird. Der Herd 4 hat an zwei einander gegenüberstehenden Seiten Kanäle 8, durch welche die von der Verbrennungszone nach abwärts strömenden Verbrennungsgase, welche eine Temperatur von 1200 bis 14000 C besitzen, durch den Verbrennungsgaskanal9 in je zwei Wärmespeicher Io, II (Fig. 3) gelangen, wo sie etwa 57% ihrer Wärme zum Zwecke der Erhitzung von Reduktionsgas und Verbrennungsluft abgeben. Aus den Wärmespeicher treten die Verbrennungsgase durch den Essenkanal I2 mit etwa 4000 C in die Esse I3. In der Gegenrichtung tritt in den Wärmespeicher IO bzw.
II Reduktionsgas bei I4 bzw. Luft bei IS im kalten oder vorgewärmten Zustande ein und beide gelangen hoch erhitzt durch feuerfest ausgekleidete Heissleitungen 7 hzw. I7 zum Ofen.
Durch die Gichtvorrichtung I8 (Fig. i), welche ein weitgehendes Austrocknen der Erze ermöglicht, wird der Möller dem Hochofenschacht I zugeführt. Durch den Gasring 6 unterhalb des Gichtabschlusses tritt das im'Wärmespeicher : IO auf etwa 10000 C erhitzte Reduktionsgas unter Druck ein und strömt, die Erzsäule durchstreichend und hiebei die :. metalloxyde redu-
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zierend, nach unten, wo es dann vor den Windformen 5 verbrennt, durch welche Heissluft von etwa 8000 C gedrückt wird, die aus dem Wärmespeicher 11 durch die Leitung I7 in den Windring I9 und von dort in die Windformen 5 gelangt.
Die Verbrennungsgase strömen, wie bereits erwähnt, nach unten durch die Kanäle 8 ab. 20 ist ein Kühlring. 2j der Schlackenahstich und 2 : 1 der Roheisenabstich.
Da ein einziger Gasstrom in einem Zuge von oben nach unten zuerst die Reduktion und sodann durch Verbrennung des Gases im Ausmasse der erforderlichen Schmelzwärme das
Schmelzen der reduzierten Erze bewirkt und die Verbrennungsgase gleichfalls nach unten abziehen, ist ein Vermischen der Reduktionsgase sowie der verschiedenen Verbrennungsprodukte ausgeschlossen und infolgedessen die bestmögliche Ausnutzung der Gase für das Reduzieren und Schmelzen des Erzes möglich.
Der beschriebene Hochofen ermöglicht aber auch die Durchführung des angegebenen Ver- fahrens bei alleiniger Anwendung von solchen festen Brennstoffen (festem Kohlenstoff), die reduzierende Gase entwickeln. In diesem Falle entfällt die Zuleitung eines Reduktionsgasstromes sowie dessen Vorwärmung durch Wärmespeicher io, indem nur die Verbrennungsluft im Wärme- speicher 11 vorzuwärmen ist ; diese Vorwärmung erfolgt sodann auf 900 bis r0000 C.
Bei dieser
Betriebsart wird infolge der in der Höhe der Formen 5 erfolgenden Verbrennung des Brenn- stoffes und der Reduktionsgase durch die von dieser Brennstelle nach oben wirkende Wärme- strahlung und-leitung des glühenden Brennstoffes reduzierendes Gas (CO) entwickelt, das nach unten entweicht, den Reduktionsprozess des Erzes bewirkt und schliesslich mit der durch 5 zu- geführten Verbrennungsluft zu CO2 verbrennt, die gleichfalls nach unten abzieht. so dass auch hier eine Mischung der Reduktionsgase mit den verschiedenen Verbrennungsprodukten ausgeschlossen ist.
Bei dieser Verfahrensart erfolgt die Reduktion der Metalloxyde der Erze fast ausschliess- lich auf direktem Wege, also durch festen Kohlenstoff. Da etwa 75 bis 80 kg Kohlenstoff für
100 kg Roheisen erforderlich sind, ist zu ersehen, dass selbst bei grossen Sauerstoffmengen im Erz höchstens 45% der Brennstoffmenge zur Reduktion herangezogen werden. Es kann sonach das durch Reduktion gebildete Gas gerade oberhalb der'Windformen 5 ausschliesslich aus Wasserstoff und Kohlenoxyd bestehen und weder Kohlensäure ; noch Wasserdampf, noch Stickstoff enthalten. Hiedurch ist aber eine Reduktion im wesentlich höherem Ausmasse als beim bekannten Kokshochofen oder Elektrohochofen gesichert. Auch in wirtschaftlicher Beziehung zeichnet sich das vorliegende Verfahren von den bekannten Verfahren, z.
B. vom Koksbetrieb, durch eine Brennstoffersparnis von etwa 22% aus, wobei überdies noch durch den niederen Ofenschacht die Bau-und Erhaltungskosten wesentlich verringert werden.
Bei dieser Verfahrensart können die Wärmespeicher IO, II rechts und links vom Hochofen in einem Block und nur durch Kühlkästen vom Ofen getrennt so angeordnet werden, dass eine besondere Heisswindleitung umgangen wird und der Heisswind vom Wärmespeicher unmittelbar in den Winding ru und damit in die Formen 5 gelangt
Es ist ferner eine Vereinigung der zwei Reduktionsarten ohne irgend welche wesentliche Abänderung des Verfahrens und ohne jede bauliche Abänderung des Hochofens zulässig. Diese Verfahrensart ist bei Erzeugung der Legierungen von Eisen mit Mangan, Chrom, Silizium, Phosphor oder dgl. von Vorteil.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Ofenanlage von der Achse des Hochofens und der Esse symmetrisch angeordnet. Es arbeitet immer nur ein Paar Wärmespeicher, während das andere durch Schieber ausgeschaltet ist. Sind z. B. nach mehl monatlichem Betriebe Reparaturen an den in Verwendung stehenden Wärmespeichern IO und II durchzuführen, so wird durch Schliessen der Schieber 23, 24, 25, 26 und des Essenschiebers 27 die ganze Seite 1 gesperrt, nachdem vorher durch Öffnen der Schieber 28, 29, 30, 31 und des Essenschiebers 32 die ganze Seite 11 mit dem Wärmespeicherpaar 33 und 34 eingeschaltet worden ist.
Die weiteren Vorteile, die das beschriebene Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren besitzt, bestehen darin, dass : i. Beim Hochofen mit reduzierendem Gas dieses nach unten strömende Reduktionsgas vor den Formen vollständig verbrannt wird und die zum Schmelzen nötige Wärme vollkommen aufzubringen vermag, wodurch ein zweiter Gasstrom oder eine besondere Wärmequelle zum Schmelzen des Erzes vollständig überflüssig wird.
2. Beim Koks- und Holzkohlenbetrieb eine vollständige Verbrennung des Kohlenstoffes erfolgt und damit die grösstmögliche Wärmeausnutzung und eine namhafte Brennstoffersparnis erzielt werden.
3. Der wärmebedürftigste Teil des Hochofens. das ist das Gestell bzw. der Herd wesentlich besser als bei den bestehenden Verfahren mit Wärme bedacht ist.
4. Die Reduktion wesentlich erleichtert ist und daher die Reduktionshöhe des Ofenschachtes und damit die ganze Höhe des Hochofens'eine beträchtlich geringere wird. was eine bedeutende
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5.'Jede stoffliche Regeneration entfällt, wogegen bei den bekannten Verfahren eine Re- generation der Verbrennungsgase erforderlich ist, wozu hochwertige kohlenstoffhaltige Brennstoffe und eine entsprechende Wärmequelle notwendig sind.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Verfahren zum Reduzieren und Schmelzen von Erzen unter Leitung des Reduktion-.- gases im Hochofen von oben nach unten durch die Beschickung, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zuge von oben nach unten Reduktionsgas zuerst die Reduktion des Erzes bewirkt und sodann erst durch Zuleitung vorgewärmter Verbrennungsluft zur Erzeugung der zum Schmelzen des reduzierten Erzes nötigen Temperatur verbrannt wird und schliesslich diese Verbrennung- produkte nach unten abgeleitet werden.