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Verfahren zum Reduzieren von Eisenerzen.
Das vorliegende Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen zeichnet sich dadurch aus, dass die als
Reduktionsmittel dienende Steinkohle vorerst gänzlich oder fast gänzlich von allen Kohlenwasserstoffen befreit wird, wobei das Eisenerz nur soweit reduziert wird, dass es magnetisch wird. Hierauf wird das
Erz auf magnetischem Wege und die verkokte Kohle auf irgendeine bekannte Art von Unreinheiten befreit. Es werden also jene Stoffe entfernt, die zur Schlackenbildung während des eigentlichen Reduktions- vorganges Anlass bieten könnten. Schliesslich werden die gereinigten Erz-und Kohlenteilchen wieder vereinigt und durch Verbrennen der letzteren erfolgt die vollständige Reduktion des Erzes.
Bei Er- hitzung von feingemahlener Kohle auf 300-400 C ergibt sich eine Höchstausbeute von Öl ; bei der gleichen Temperatur tritt aber auch schon eine Reduktion von sehr fein gemahlenem Eisenerz ein. Sind also die beiden Bestandteile, Eisenerz und Kohle, in sehr fein gemahlenem Zustande vorhanden, so ergeben sich schon bei einer Erhitzung auf 300-400 C die folgenden Vorteile : Höchstausbeute von Öl aus der
Kohle, Reduktion von Eisenerzteilchen und Verhinderung der Bildung von Sinter oder Schlacken, denn dazu ist die Temperatur noch zu niedrig. Das teilweise reduzierte Metall erscheint in Form feiner Teilchen in Mischung mit den Unreinheiten des Erzes und der Kohle, aber nicht in festem Zusammenhang mit denselben. Diese feinen Eisenteilchen können dann durch Magnete abgesondert werden.
Zur Herstellung von Roheisen kann das teilweise reduzierte Erz mit der Kohle zusammen einge- schmolzen werden. Zur Erzielung von Gusseisen in Blockform ist ebenfalls vollständige Durchführung der Reduktion nicht notwendig, sondern es genügt, wenn das Erz soweit reduziert wird, dass das Produkt magnetisch ist.
Wird gewöhnliche Kohle dem Erz während der Behandlung bei dieser niederen Temperatur zuge- setzt, so hält natürlich das aus dem Wasserstoff erzeugte Wasser die Reduktion etwas auf, jedoch nicht so stark, dass das teilweise reduzierte Erz nicht magnetisch würde. Anderseits wird durch diese Behandlung bei niederer Temperatur der Brennstoff für die endgültige Reduktion besser geeignet gemacht, da die flüchtigen Bestandteile entfernt werden und nur noch fester Kohlenstoff zurückbleibt.
Das Verfahren eignet sich besonders zur Behandlung des Staubansatzes der Hochöfen, der durch
Mischung mit staubförmigem kohlenstoffhaltigem Material reduziert wird.
Das äusserst feinkörnige Erz kann aber auch in Trocken-oder Nassmühlen gewonnen werden, wie auch der Kohlenstaub in solchen Mühlen erzeugt werden kann. Bei Erzeugung des Staubes in einem nassen Verfahren muss natürlich der eigentlichen Reduktion eine Trocknung vorausgehen. Darauf werden die Materialien gemischt und während und nach der Mischung auf die erwähnte niedere Temperatur erhitzt. Nach der Trennung des teilweise reduzierten Eisens wird der Rückstand, bestehend aus dem teilweise verkokten Kohlenstaub und den Unreinheiten, mit einer bestimmten Wassermenge gemischt und diese Mischung wird mit Öl behandelt. Die Gewichtsverhältnisse sind dabei ein Teil Öl auf ungefähr zwei Teile Kohlenstoff. Es entsteht dadurch ein Gemisch aus nahezu reinem Kohlenstoff und Öl ohne andere Beimischung.
Das gereinigte Eisenerz wird gleichfalls weiterbehandelt, u. zw., indem es mit den gereinigten karbonisierten Kohlenstoffteilchen gemischt und diese Mischung in Gegenwart einer reduzierenden Atmosphäre auf Schmelztemperatur erhitzt wird, wodurch die Reduktion vervollständigt wird. Das geschmolzene Metall wird aus der Reduktionskammer in einen Sammelofen überführt und von dort aus in Blockform vergossen. Durch passende Regelung der Luft-und Kohlenstoffmenge in dem Schmelz- ofen kann der Kohlenstoffgehalt des Metalles so verringert werden, dass Stahl erhalten wird.
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Die Zeichnung stellt schematisch eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens dar : Der Behälter Al für die Kohle steht mit dem Troekenmahlwerk B und dem nassen Mahlwerk B in Verbindung. Der Behälter A für das Erz steht mit dem Trockenmahlwerk B2 und dem nassen Mahlwerk B in Verbindung.
Bei Nassbehandlung, die billiger ist als das Trockenmahlen, aber nachtragliehe Trocknung notwendig macht, wird die Kohle in den Trockner Cl. gebracht, ehe sie in die Mischvorrichtung D eingeleitet wird.
Zur Trocknung können beispielsweise einfache Ansetzkästen dienen, in welchen sich die Festteile sammeln. während das Wasser entfernt wird und lösliche Salze und andere lösliche Unreinigkeiten mitnimmt. Diese weitgehende Zerkleinerung der Kohle und des Erzes führt zn einer mechanischen Trennung der Unreinheiten von den Kohlenstoff- bzw. Metallteilchen. Sollte das Erz auch nass gemahlen worden sein, so wird das Erz erst im Trockner C behandelt.
Die so behandelten Materialien werden in die Mischvorrichtung D eingebracht, u. zw. in beliebigen
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umschliesst eine Retorte mit indirekter Erhitzung, welche durch Verbrennen eines Brennstoffes, wie z. B. brennbares Gas od. dgl., erzielt wird, wozu die ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile der Kohle dienen können. In der Retorte erfolgt eine Destillation der Kohle, wodurch die flüchtigen Gase und
Nebenprodukte entfernt werden, während das Eisenerz teilweise reduziert wird. Die Wärmebehandlung zwischen 300 und 400" C genügt, um die Reduktion nur auf eine solche Stufe zu bringen, dass das Erz magnetisch wird, wodurch ein nachträglich vorzunehmendes Trennverfahren ermöglicht wird.
Die in der Retorte E entstehenden Gase entweichen durch das Rohr El nach dem Verbrennungsraum N, der nachträglich näher beschrieben wird, während die schwereren Kohlendestillationsprodukte in den Kondensator F gelangen. Die wiedergewonnenen Öle werden durch das RohrF nach einer Misehvorrichtung J geführt. Die verkohlten Brennstoffteilehen und das teilweise reduzierte Erz gelangen aus der Retorte E in den magnetischen Separator G. In diesem Separator wird das teilweise reduzierte Eisenerz, welches durch die Wärmebehandlung trennbar gemacht worden ist, von dem Kohlenstaub, zusammen mit etwaigen Fremdkörpern, getrennt und durch das Rohr Gl in eine passende Misehvorrichtung 1 eingeführt, welche in Verbindung mit dem Mischer J steht.
Dieser Mischung werden Wasser und die von dem Kondensator F oder von einer anderen Quelle erhaltenen Öle zugesetzt und die gesamte Masse wird umgerührt, um ein homogenes Gemisch zu bilden, wobei die Verunreinigungen des kohlenstoffhaltigen Anteiles ferngehalten werden. Das im magnetischen Separator G getrennte Eisen gelangt in eine Mischvorriehtung 11, die in Verbindung mit einer Retorte 1 steht.
Die in J gemischten Substanzen werden in der Retorte K destilliert und die verkohlten Teilchen werden durch das Rohr 1 (1 in die Mischvorrichtung H eingeführt. Von dort werden im wesentlichen reiner Kohlenstaub und teilweise reduziertes Eisenerz in den Raum ; eingeführt, in welchem durch Verbrennung des gereinigten Kohlenstoffes unter geeigneter Zufuhr von Luft sich eine Reduktionsflamme befindet, welche zur vollständigen Reduktion des in die Retorte eingeführten Erzes dient. Die gereinigten Kohlenstoffteilchen sind weit vorteilhafter als Rohkohle bei der Reduktion des Eisens mit Rücksicht darauf, dass kein Wasser vorhanden ist, welches von dem Wasserstoff der Kohle gebildet wird und eine vollständige Reduktion des Eisens beeinträchtigt.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass Kohlenwasserstoffe schädlich auf die vollständige Reduktion des Eisenerzes zu geschmolzenem Metall einwirken, welche Nachteile bei der Anwendung von reinem Kohlenstoff nicht auftreten. Kohlenmonoxydgas, welches bei der niederen Temperatur in der Retorte K erzeugt wird, kann in den Raum N oder in den Herd 0 eingeführt werden, welcher das geschmolzene Eisen und Kohlenmonoxydgas empfängt. Das reduzierte Eisen wird von dem Herd 0 entfernt, um, wenn nötig, einer weiteren Behandlung ausgesetzt zu werden. Wenn das Eisen in Blockform gewünscht wird, kann es mit dem Kohlenstoff geschmolzen und in dem Herd gesammelt werden. Die aus reinem Eisen und Kohlenstoff bestehende Mischung, welche in den Raum N eingeführt wird, ist vorzugsweise im Verhältnis von einem Teil Kohlenstoff zu einem Teil Eisen zusammengesetzt.
Die in den Retorten E und E oder in dem Verbrennungsraum N oder dem Herd 0 erzeugten Gase können auch für andere Zwecke verwendet werden. Zu beachten ist, dass diese brennbaren Gase reicher und wertvoller sind als solche, die in Hochöfen erzeugt werden, infolge der indirekten Erhitzung. Anstatt die ganze Menge von Kohlenpulver mit dem zerkleinerten Eisenerz in der Vorrichtung D zu mischen, kann hier auch eine verhältnismässig kleine Menge der Kohle in die Mischung eingeführt werden, während das übrige Kohlenpulver direkt durch das Rohr 11 in die Mischvorrichtung 1 eingeführt wird. Dann werden die schweren Öle, die leichten Öle, Ammoniak u. dgl. durch den Kondensator M gesammelt, und einige dieser Produkte werden in den Herd 0 eingeführt zur Herbeiführung der Metallreduktion, während der Rest für andere Zwecke gesammelt werden kann.