Verfahren zur direkten Herstellung von kohlenstoffarmen Metallen. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur direkten Herstellung von kohlenstoffarmen Metallen im elektrischen Ofen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Me talle dadurch herzustellen, dass fein zerklei nertes Erz und ein fein verteiltes Reduktions mittel, z. B. Kohle, gemischt werden, worauf die Mischung, gegebenenfalls nach Verkokung oder Brikettierung derselben, im Hochofen, Flammofen oder elektrischen Ofen geschmol zen wird. Hierbei wurde aber im praktischen Betrieb niemals ein Eisen oder anderes koh- lenstoffbindendes Metall mit niedrigem Koh lenstoffgehalt erhalten.
Das Verfahren gemäss der Erfindung be steht nun darin, dass unter Verwendung einer Beschickung, die aus einer sehr innigen und homogenen Mischung von fein zerklei nertem Erz, bezw. fein zerkleinerten Erzen und fein verteiltem Reduktionsmittel, vor zugsweise bestehend aus Kohle oder andern kohlenstoffhaltigen Stoffen in fester, oder wenigstens bei erhöhter Temperatur flüssiger Form besteht, diese Beschickung vor ihrer Einführung in den Ofen in Stücke von solch festem Zustand übergeführt wird, dass die gegenseitige Lage der Erz- und Reduktions- mittelteilchen während des Reduktionspro zesses im Ofen nicht verändert wird, worauf,
nachdem die Reduktion mit Hilfe der elek trischen Wärme im Ofen in gewünschtem Grad stattgefunden hat, das erhaltene Me tall. abgestochen wird, um unmittelbar in be kannter Weise verwendet oder weiter ver arbeitet werden zu können.
Die Zufuhr, der Beschickung wird zweck mässig eine kurze Zeit vor dem Abstechen des Metalles abgestellt, um dem zuletzt ein geführten Material genügend Zeit zur Re duktion zu geben. Zwischen den Abstichen, die zweckmässig in gewissen Zeitintervallen vorgenommen werden, kann dagegen die Spei sung ununterbrochen stattfinden, um eine möglichst grosse Produktion von Metall zu erhalten. Die Reduktion kann bei der feinen Verteilung der Massen sehr rasch erfolgen, und deshalb wird -auch die Pause bei den Abstichen die Produktion nicht erheblich be einträchtigen. Wenn bei den Abstichen nur ein Teil des erhaltenen Metalls abgestochen wird, kann die Zufuhr der Beschickung auch während des Abstiches selbst stattfinden.
Die Beschickung wird zweckmässig dem Schmelzraum des Ofens durch einen oder mehrere Füllschächte zugeführt, durch welche die bei der Reduktion entstandenen Gase auch vorteilhaft entweichen, wodurch eine Vorwärmung der Beschickung stattfinden kann, ehe sie in den Schmelzraum eintritt. Die Gase, die grösstenteils aus Kohlenoxyd bestehen, können zweckmässig gesammelt und für 'ärme- oder Reduktionszwecke oder dergleichen- in bekannter Weise verwertet werden.
Von den Schächten wird die Be schickung vorteilhaft über einen möglichst grossen Teil der Oberfläche des Bades im Ofen verbreitet werden, jedoch derart, dass sie nicht in Berührung mit den Elektroden kommt, wenn solche aus kohlenstoffhaltigem Material verwendet werden, da sonst Kohlen stoff von diesen durch das Metall leicht auf genommen wird und auch der Elektroden verbrauch erhöht wird.
Wenn ein Teil des für die Reduktion er forderlichen Reduktionskohlenstoffes in Form flüssiger Kohlensubstanz, z. B. Teer oder 01, Asphalt, Pech, Sulfitablauge oder Melasse oder dergleichen zugemischt wird, braucht man die Beschickung nur einer solchen Trock nung in Luft oder anderer geeigneter Atmos phäre zu unterwerfen, dass die Kohlenstoff substanz fest wird und bei der verwendeten Trocknungstemperatur die Teilchen oder Köln ehen der Mischung zusammenhält. Die Trock nung soll aber nicht bei einer so hohem Tem peratur ausgeführt werden, dass Destillation oder Verkokung der Kohlenstoffsubstanz ein tritt.
Bei der Trocknung, die vorteilhaft bis auf 100-250 C getrieben wird, entweicht das Wasser, und dann bildet die zurück bleibende Trockensubstanz ein effektives Bin demittel, und zwar auch bei höheren Tempe raturen und unter solchen Verhältnissen, die bei der Einführung der Beschickung für Ofenraum herrschen. Wird Vakuum bei der Trocknung verwendet, darin kann eine ent sprechende niedrigere Temperatur angewandt werden.
Durch die Trocknung, die während des Mischeng selbst oder nach dieseln vorge- nommen werden, kann die Beschickung in grössere oder kleinere Stücke voll Graupen grösse bis auf zusammenhängende Kuchen übergeführt werden, je nachdem die Trocken apparate angeordnet sind. Werden grössere Stücke gebildet, so werden diese am besten, zweckmässig vor der Einführung in den Ofen, bis auf geeignete Stückgrösse zerkleinert. Es ist selbstverständlich, dass hierbei, sowie bei der Trocknung selbst eine gewisse Grussbildung entsteht.
Da aber die Zahl feiner Körnchen immer verhältnismässig klein bleibt; wirkt diese Grussbildung auf die Zusammensetzung des Endproduktes praktisch nicht ein.
In jedem Stück der Beschickung liegt un mittelbar bei jedem Erzkörnchen die für dieses Körnchen erforderliche Reduktionskohle, und die Körnchen sind ausserdem von der vorer- w <B><U>i</U></B> linten Trocknung lier miteinander fest verbunden.
Da keine Trennung der Erz- und Kohlenkörnchen somit vor sich gehen kann, sind die Bedingungen erfüllt, urn einen so gut wie vollständigen Verbrauch des Kohlen stoffes zu erreichen, unter der Voraussetzung einerseits, dass die Kohlenstoffinenge richtig abgepasst ist, und anderseits, dass der Betrieb des elektrischen Ofens derart geleitet wird, dass keine Kohle voll den Elektroden für den Fall, dass diese aus Kohle bestehen, während des Schmelzens oder nach demselben aufge nommen werden kann.
Wird die Reduktionskohle in fester Foren zugemischt, z. 13. als Holzkohle, Steinkohle, Anthrazit, Koks oder dergleichen; dann kann eine feste Fixierung der gegenseitigen Lagen der Erz- und Kohlenki;rnchen in den Stücken. zurr Beispiel durch Zusatz eines oder mehrerer geeigneter Bindemittel beim Mischen des Erze und der Kohle erreicht werden.
Das Binde mittel soll selbstverständlich voll solcher Be schaffenheit sein, dass eine Wirkung, die Körnchen aneinander festzuhalten, unter den Verhältnissen, die im Reduktionsofen, bezie- hlulgsweisedessen Füllvorrichtungen herrschen. nicht aufhört.
Flüssige Kohlenstoff substanz von oben angegebenerArtkann natürlich mitVorteil verwendet werden, in einem solchen Falle wird aber auch ihr Kohlenstoffgehalt an der Reduktion des Erzes teilnehmen, e0 dass der Zusatz festen Reduktionsmittels entsprechend niedriger abgepasst werden muss. Andere zweckmässige Bindemittel sind z. B. Wasser glaslösung, Kalkmilch usw., die nach dem Austreiben des Wassers die verschiedenen Materialien aneinander fest verkitten.
Selbst verständlich werden als Bindemittel nur solche Stoffe verwendet, welche die Qualität des hergestellten Metalls nicht beeinträchtigen und die leicht zu verschlacken sind oder in anderer Weise während des Reduktionspro zesses verbraucht werden. Der Zusatz von Kalkmilch allein oder in Verbindung mit andern Zusatzmitteln bringt bei der Ver wendung von Reduktionskohle in der einen oder andern Form, die Schwefel in bedeu tender.
Grad enthält, den besondern Vorteil mit sich, dass die dünne Kalkhaut, die sich um die oder auf den Kohlen- oder Erzkörn chen bildet; bei der Reduktion einen grösseren oder kleineren Teil dieses Schwefels als Calciumsulfid bindet, das beim Schmelzen durch die gebildete Schlacke aufgenommen und somit unschädlich gemacht wird. Auch ein grösserer oder kleinerer Teil des Schwe felgehaltes des Erzes kann in dieser Weise unschädlich gemacht werden. Für die Bindung von Schwefel können auch Kalk oder andere Stoffe, die Oxyde der leichten Metalle oder andern Erdalkalimetalle enthalten, z. B.
Ba riumoxyd; in anderer Form als Zusatz beim Nischen der Beschickung verwendet werden, wenn sie nur genügend fein verteilt in der erforderlichen kleinen Menge erhalten werden hümien. Wenn nur die Reduktionskohle Schwefel in beträchtlichem Grad enthält, kann selbstverständlich der Kalk oder dergleichen nur der Kohle zugesetzt werden, ehe sie dein Erz und etwaigem Bindemittel zugemischt wird.
Die mit geeigneten Zusatzstoffen gemischte Beschickung kann enweder, wie bereits er wähnt, bei der Verwendung von Reduktions hohle, die sich in flüssiger Fora befindet, bezw. in solche Form gebracht werden kann, derart getrocknet werden, dass sie in Stück form erhalten wird, wobei die verschiedenen Materialien miteinander fest verbunden sind. Diese Eigenschaft kann der Beschickung auch durch Formen oder Pressen zu Briketts oder dergleichen und nachfolgende Trocknung in Luft oder anderer zweckmässiger Atmos phäre bei gewöhnlicher oder erhöhter Tempe ratur je nach dem verwendeten Zusatzmittel verliehen werden.
In den meisten Fällen ist zwar die Brikettierutig überflüssig, kann aber unter gewissen Umständen vorteilhaft sein. Wird nämlich die Brikettierung dann- vor genommen, wenn die Mischung warm ist, so wird die Luftharn auf jedem Körnchen bei der feinen Verteilung viel dünner und damit die Adhäsion zwischen den Körnchen nach Pressen oder dergleichen erheblich grösser.
Wird somit eine solche in angegebener oder anderer geeigneter Weise vorbehandelte, Brikett- oder andere Stückform aufweisende Beschickung, in welcher die Erz- und Reduk- tionskohlenkörnchen möglichst gleichförmig verteilt und miteinander fest verbunden sind, ununterbrochen oder in nicht allzulangen Zwischenräumen in einen elektrischen \Ofen eingeführt, dann wird aus dem Ofen bei einer im übrigen geeigneten Betriebsweise ein Eisen, Stahl, bezw. Metall mit einem nach der in der Beschickung vorhandenen Ge- samtkohlenstoffmenge abgepassten Bohlen Stoffgehalt erhalten.
Es hat sich als sehr leicht erwiesen, gemäss dem vorliegenden Verfahren Eisen mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 /o, d. h. ein praktisch kohlen stoffreies Eisen herzustellen.
Die Beschickung, die zufolge des vorhan denen Gehaltes an kohlenstoffhaltigen, trocke nem Material ein verhältnismässig geringes spezifisches Gewicht aufweist, schwimmt nach der Einführung in den Scbmelzraum des elektrischen Ofens in der gebildeten Schlacke, bis die Reduktion annähernd vollendet -ist. Durch geeignete Zusätze kann, wenn erfor derlich, auch das spezifische Gewicht der Schlacke erhöht werden, so dass die Beschickung vor der Vollendung der Reduktion nicht heruntersinkt.
Ein vorzeitiges Heruntersinken könnte nämlich ein Zerspringen der Be schickung zufolge der heftigen Gasentwick lung zur Folge haben, was die innige Be rührung zwischen den Erz- und Reduktions- kohlenkörnchen beeinträchtigen würde.
Der Zusatz von schlackenbildendem Ma terial zur Bindung der Gangart des Erzes, bezw. der Asche usw. der Reduktionskohle und etwaigen Bindemittels kann entweder beim Mischen der Bestandteile der Beschickung oder vorteilhafter direkt im elektrischen Ofen selbst beim Schmelzen oder in beiden dieser Stufen des Verfahrens stattfinden. Der Zu satz direkt in den Ofen bringt den Vorteil reit sich; dar das Flurmittel mit den Erz- und Kohlenkörnchen nicht gemischt liegen wird, und deshalb wird in diesem Falle eine innigere Berührung zwischen diesen beiden Materialien erhalten. Dazu kommt, dar eine kleinere Menge Bindemittel erforderlich wird.
In letzterem Falle wird die Verschlackung der Gangart usw. beim Heruntersinken der redu zierten Metallkörnchen durch das Schlacken bad stattfinden.
Bei der Herstellung von Eisen und Stahl nach dem Verfahren der vorliegenden Erfin dung kann das Metall zuweilen etwas un gleichförmig an Kohlenstoffgehalt werden und eine nicht unbedeutende Menge Oxyd ent halten. Diese Schwankungen können einer seits auf die Beschaffenheit des verwendeten Erzes und der verwendeten Reduktionskohle und anderseits auf die Betriebsweise im Ofen zurückgeführt werden.
Enthält das Eisen oder der Stahl eine grosse Menge Oxyd, dann kann das Produkt nicht immer unmittelbar als sogenanntes Handelseisen und vor allem nicht unmittelbar zum Qualitätseisen ohne vorhergehenden Zusatz von Desoxydations- mittel oder vorhergehende Raff'ination, oder andere Behandlung verwendet werden. Es ist aber gewöhnlich vorteilhafter, im Reduktions ofen das Eisen, den Stahl; bezw. das Metall ohne nähere Berücksichtigung der Qualität im übrigen herzustellen, und in einem andern Ofen die erforderliche Nachbehandlung vor zunehmen, insoweit die Anforderungen an das Eisen dies notwendig machen.
Der erste Ofen kann dabei unter den für die Reduk tion günstigsten Bedingungen und unter der möglichst grossen Ausnutzung der elektrischen Energie und des Reduktionsofens selbst be trieben werden, während im zweiten Ofen, der von beliebiger Type sein kann, z. B. Martinofen Bessemerkonverter oder elek trischer Ofen, die endgültige Qualität des Produktes unter den für diese Nachbehand- lung günstigsten Bedingungen festgestellt wird.
Im zweiten Ofen können somit die Ge halte an Kohlenstoff und andern Legierungs- stoffen im Eisen bezw. Stahl, wie Silicium, Mangan, Chrom, Nickel usw. entweder durch Frischen, um zum Beispiel einen zu hohen Koli- lenstoffgehalt zu verringern, durch Raffination, um die Menge der aus dem Erz und etwai gen Zusätzen aufgenommenen Legierungs stoffe zu vermindern, oder durch Zusatz von Kohle oder andern Legierungsstoffen geregelt werden. Selbstverständlich können auch meh rere Öfen für die Nachbehandlung nacheinan der verwendet werden.
Bei der direkten Herstellung von Flur eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,10 % gemäss dem Verfahren nach der Er- findung kann auch bei der Verwendung von phosphorhaltigem oder phosphorreichem Erz und kohlenstoffhaltigem Material ein Eisen mit genügend niedrigem Phosphorgehalt direkt erhalten werden, wenn man einen geeigneten Kalkzusatz in die Beschickung oder in den Ofen gibt, so dar eine geeignete,
kalkreiche Schlacke entsteht, die den Phosphor in Form von Phosphaten binden kann. Durch die kalkreiche Schlacke wird gleichzeitig ein ge nügend niedriger Schwefelgehalt im Eisen erreicht, auch wenn die Rohmaterialien Schwefel in beträchtlicher Menge enthalten. Enthält die blasse eine grosse Menge Phosphor, zum Beispiel über 1 "/o, aber verhältnismässig wenig Kieselsäure, so kann in dieser Weise eine Schlacke erhalten werden, die als Dünge mittel oder dergleichen verwendbar ist.
Ist die Zusammensetzung des Erzes eine solche, daf;, der Phosphor schwer in die Schlacke getrieben werden kann, zum Beispiel zufolge eines Hohen (-ehaltes au 1iieselsii@ire, dann ist es zweckmässiger, im ersten Ofen ein phosphorreiches Eisen .herzustellen, das dann im zweiten Ofen mit Hilfe geeigneter, basischer, kalkreicher Schlacke von Phosphor befreit wird.
Im zweiten Ofen wird dabei, wenn der Phosphorgehalt des Eisens hoch ist, eine sehr phosphorreiche Schlacke erhalten, die nach Feinmahlen finit sehr gutem Erfolg als Düngemittel oder dergleichen verwendet werden kann. Der letztere Ofen kann dabei vorteilhaft aus einem Bessemerkonverter be stehen, wobei die Übertragung des Phosphors in die Schlacke sehr schnell verläuft. Andere Ofentypen können indessen auch verwendet werden.
Falls nicht Eisen oder Stahl, die von Oxyden absichtlich nicht befreit sind, z. B. Schrot für Verwendung beim Martinprozess, hergestellt werden soll, werden dem Eisen oder Stahl, wenn der Gehalt an Oxyden, vom Qualitätsgesichtspunkt aus betrachtet, . dies erfordert, Desoxy dationsinittel, z. B. Siliciumeisen, Manganeisen, Siliciummangan- eigen, Siliciumaluminiruneisen, Aluminium oder dergleichen zugesetzt.
Das Desoxydatioiis- mittel wird dabei entweder .in festem Zu stand, kalt oder vorgewärmt, oder in ge schmolzener Form zugesetzt. Der Zusatz kann in der in jedem besondern Falle geeignetsten Weise stattfinden, zum Beispiel in einem der Ofen, in deren Abstichrinnen, in der Guss- pfanne oder irr einem Mischer nach dem Re duktionsofen oder in der Gusspfanne nach dein zweiten Ofen, wenn ein solcher verwendet wird.
Durch Zumischung von geeigneten Erzen in der Beschickung, z. B. Quarz oder anderem kie- selsäurereichem Material, Manganerz, Chrom erz, Vanadinerz oder dergleichen, kann so genanntes legiertes Eisen oder legierter Stahl gemäss dem vorliegenden Verfahren unmittel bar hergestellt werden, da auch Erze schwer reduzierbarer Metalle gemäss demselben ohne nennenswertes Aufnehmen von Kohlenstoff sehr leicht reduziert werden.
Durch Zusatz von Chromerz kann in dieser Weise legiertes Eisen, beziehungsweise legierter Stahl her gestellt werden, das beziehungsweise der ailf sogenannles röstfreies Lisen, beziehungsweise rostfreien Stahl verarbeitet werden kann.
Der Zusatz von Legierungsstoffen, der verhältnis mässig teuer ist, wenn er in Form von Fer- rolegierungen der Metalle stattfindet, beson ders wenn kohlenstoffarme Legierungen ver wendet werden müssen, kann in dieser Weise mit verhältnismässig geringen Tosten ge schehen.
KohlenstoffarmeFerrolegierungen, wie Fer- romangan, Ferrochrom, Fel'rowolfram, Ferro- vanadin usw. können auch gemäss dem vor liegenden Verfahren vorteilhaft hergestellt werden, wobei das Eisenerz in der Mischung ganz oder teilweise durch ein Erz ersetzt wird, welches das in der Legierung ge wünschte Metall enthällt. Bei Reduktion von z. B.
Chromerz ist es gelungen, gemäss dem vorliegenden Verfahren, Ferrochrom tnit einem über 0,10 % nicht hinausgehenden Kohlen- stoffgehalt unmittelbar herzustellen.
Das Verfahren nach der vorliegenden Er findung liefert eine Reihe von Vorteilen. Einerseits können fein verteilte Erze, und zwar Schliche oder dergleichen, die sonst ohne vorhergehende verhältnismässig teure Brikettierung nebst Brennen oder Sintern in grösserem Massstabe nicht verwendbar sind, unmittelbar reduziert werden, und anderseits können flüssige Kohlenstoffsubstanzen, wie Srilfitablauge, die bisher geringen Absatz ge funden hat, eine gute und gewinnbringende Anwendung erreichen. Vor allem ist aber der Vorteil vorhanden,
dass man unter Be seitigung des Umweges über den Hochofen prozess ein für manche Zwecke verwendbares schmiedbares Eisen, beziehungsweise Stahl unmittelbar herstellen kann, das, beziehungs weise der, besonders nach Zusatz eines Des oxydationsmittels, mit dem heutigen billigen, massenproduzierten .Eisen und Stahl direkt konkurrieren kann.
Für Eisenwerke, die auf hochwertiges Qualitätseisen arbeiten, liegt ferner der Vorteil vor, dass gemäss dem Ver fahren ein als Zusatz beim Martin- oder Tiegelofenprozess vollauf verwendbares, in jeder Beziehung vollwertiges Qualitätsschrot direkt hergestellt werden kann. Die Erfindung ist an die Materialien oder Stoffe nicht gebunden, die oben als Beispiel erwähnt worden sind, sondern umfasst alle Metalle und Metallegierungen, die eine Nei gung haben, Kohlenstoff aufzunehmen.
Process for the direct production of low-carbon metals. The present invention relates to a method for the direct production of low carbon metals in the electric furnace.
It has already been proposed that metals be produced in that finely crushed ore and a finely divided reducing agent, eg. B. coal, are mixed, whereupon the mixture, optionally after coking or briquetting the same, in the blast furnace, flame furnace or electric furnace is melted zen. In this case, however, an iron or other carbon-binding metal with a low carbon content was never obtained in practical operation.
The method according to the invention is now be that using a feed consisting of a very intimate and homogeneous mixture of finely chopped ore, respectively. finely comminuted ores and finely divided reducing agents, preferably consisting of coal or other carbonaceous substances in solid, or at least liquid at elevated temperature, this charge is converted into pieces of such a solid state before it is introduced into the furnace that the mutual position the ore and reducing agent particles are not changed during the reduction process in the furnace, whereupon,
after the reduction with the help of the electric heat in the furnace has taken place to the desired degree, the obtained Me tall. is tapped in order to be used immediately in a known manner or to be able to be processed further.
The supply, the loading is expediently turned off a short time before the metal is cut off, in order to give the last material introduced enough time to reduce. Between the taps, which are expediently carried out at certain time intervals, on the other hand, the feeding can take place continuously in order to obtain the greatest possible production of metal. The reduction can take place very quickly with the fine distribution of the masses, and therefore the break in the tapping will not significantly impair production either. If only part of the metal obtained is tapped during the tapping, the feed can also take place during the tapping itself.
The charge is expediently fed to the melting chamber of the furnace through one or more filling shafts, through which the gases produced during the reduction also advantageously escape, whereby the charge can be preheated before it enters the melting chamber. The gases, which for the most part consist of carbon oxide, can conveniently be collected and used in a known manner for poor or reduction purposes or the like.
From the shafts, the loading will advantageously be spread over as large a part of the surface of the bath in the furnace as possible, but in such a way that it does not come into contact with the electrodes if those made of carbonaceous material are used, as otherwise carbon will pass through them the metal is easily absorbed and the consumption of electrodes is increased.
If part of the reduction carbon required for the reduction in the form of liquid carbon, z. B. tar or 01, asphalt, pitch, sulphite liquor or molasses or the like is added, you only need to subject the charge to such a drying in air or other suitable atmosphere that the carbon substance is solid and the particles at the drying temperature used or Cologne before the mix holds together. The drying should not be carried out at such a high temperature that distillation or coking of the carbon substance occurs.
When drying, which is advantageously driven up to 100-250 C, the water escapes, and then the remaining dry matter forms an effective binder, even at higher temperatures and under such conditions as when the feed for Rule furnace space. If vacuum is used for drying, a corresponding lower temperature can be used.
Due to the drying, which is carried out during the mixing itself or after dies, the loading can be converted into larger or smaller pieces full of pearl barley the size of coherent cakes, depending on the arrangement of the drying equipment. If larger pieces are formed, it is best to cut them to a suitable size before introducing them into the furnace. It goes without saying that this, as well as the drying process itself, creates a certain amount of greetings.
But since the number of fine grains always remains comparatively small; this greeting has practically no effect on the composition of the end product.
The reduction coal required for this granule is located in every piece of the charge, directly next to every ore grain, and the grains are also firmly bonded to one another by the preliminary drying process.
Since the ore and coal grains cannot be separated, the conditions are met to achieve almost complete consumption of the carbon, provided on the one hand that the amount of carbon is correctly adjusted and, on the other hand, that the operation of the electric furnace is conducted in such a way that no carbon can be taken up full of the electrodes in the event that these are made of carbon, during the melting or after the same.
If the reducing carbon is added in fixed forums, e.g. 13. as charcoal, bituminous coal, anthracite, coke or the like; then a firm fixation of the mutual positions of the ore and coal pebbles in the pieces. can be achieved, for example, by adding one or more suitable binders when mixing the ore and coal.
The binding agent should, of course, be of such a nature that an effect of holding the granules to one another prevails under the conditions prevailing in the reduction furnace or its filling devices. does not stop.
Liquid carbon substance of the type indicated above can of course be used with advantage, but in such a case its carbon content will also participate in the reduction of the ore, e0 that the addition of solid reducing agent must be adjusted accordingly lower. Other suitable binders are, for. B. water glass solution, milk of lime, etc., the various materials cemented together after expelling the water.
Of course, only those substances are used as binders that do not affect the quality of the metal produced and that are easy to slag or otherwise consumed during the reduction process. The addition of milk of lime alone or in conjunction with other additives, when using reducing carbon in one form or another, brings the sulfur to a significant extent.
Degree contains the particular advantage that the thin calcareous skin that forms around or on the coal or ore grains; During the reduction, a larger or smaller part of this sulfur binds as calcium sulfide, which is absorbed by the slag formed during melting and thus rendered harmless. A larger or smaller part of the sulfur content of the ore can also be rendered harmless in this way. Lime or other substances containing oxides of light metals or other alkaline earth metals can also be used to bind sulfur, e.g. B.
Barium oxide; may be used in another form as an additive in the niche of the charge, if they are only obtained finely enough in the required small amount. If only the reducing coal contains a substantial amount of sulfur, the lime or the like can of course only be added to the coal before it is mixed with the ore and any binding agent.
The feed mixed with suitable additives can either, as already mentioned, when using reduction hollow, which is located in liquid form, respectively. can be brought into such shape, dried in such a way that it is obtained in piece form with the various materials firmly bonded together. This property can also be imparted to the charge by shaping or pressing into briquettes or the like and subsequent drying in air or another suitable atmosphere at normal or elevated temperatures, depending on the additive used.
In most cases the briquetting is unnecessary, but under certain circumstances it can be advantageous. If the briquetting is carried out when the mixture is warm, the air urine on each granule becomes much thinner when it is finely distributed, and thus the adhesion between the granules after pressing or the like is considerably greater.
If such a charge, which has been pretreated in a specified or other suitable manner, has briquette or other lump form and in which the ore and reducing coal granules are distributed as uniformly as possible and firmly connected to one another, is introduced into an electric furnace continuously or in not too long gaps , then an iron, steel, BEZW from the furnace in an otherwise suitable mode of operation. Metal with a material content of planks matched to the total amount of carbon in the feed.
It has been found to be very easy to use, according to the present process, iron with a low carbon content of about 0.05 / o, i.e. H. to produce a practically carbon-free iron.
The charge, which has a relatively low specific weight due to the existing content of carbonaceous, dry material, floats in the slag formed after it has been introduced into the melting chamber of the electric furnace until the reduction is almost complete. If necessary, the specific weight of the slag can also be increased by suitable additives, so that the charge does not drop before the reduction is complete.
A premature sinking could in fact result in the loading bursting as a result of the violent evolution of gas, which would impair the intimate contact between the ore and reducing coal granules.
The addition of slag-forming material to bind the gangue of the ore, respectively. the ashes etc. of the reducing coal and any binder can take place either when the ingredients of the charge are mixed or, more advantageously, directly in the electric furnace itself during melting, or in both of these stages of the process. Adding directly to the oven has the advantage of riding itself; that the cortex will not lie mixed with the granules of ore and coal, and therefore in this case a closer contact is obtained between these two materials. In addition, a smaller amount of binder is required.
In the latter case, the slagging of the gangue, etc. will take place when the reduced metal grains sink through the slag bath.
In making iron and steel by the process of the present invention, the metal can at times become somewhat non-uniform in carbon content and contain a not insignificant amount of oxide. These fluctuations can on the one hand be attributed to the nature of the ore used and the reducing coal used and on the other hand to the mode of operation in the furnace.
If the iron or steel contains a large amount of oxide, the product cannot always be used directly as so-called commercial iron and, above all, not directly for quality iron without prior addition of deoxidizer or prior refining or other treatment. But it is usually more advantageous to use iron or steel in the reduction furnace; respectively to produce the metal without further consideration of the quality, and to carry out the necessary after-treatment in another furnace, insofar as the requirements of the iron make this necessary.
The first furnace can be operated under the most favorable conditions for the reduction and with the greatest possible utilization of electrical energy and the reduction furnace itself, while in the second furnace, which can be of any type, eg. B. Martin oven, Bessemerkonverter or electric oven, the final quality of the product is determined under the most favorable conditions for this post-treatment.
In the second furnace, the contents of carbon and other alloys in the iron and / or. Steel, such as silicon, manganese, chromium, nickel, etc., either by refining, for example to reduce an excessively high content of colons, by refining, to reduce the amount of alloying substances absorbed from the ore and any additives, or by Addition of coal or other alloy materials can be regulated. Of course, several ovens can also be used one after the other for post-treatment.
In the direct production of fluorine with a carbon content of about 0.10% according to the method according to the invention, iron with a sufficiently low phosphorus content can be obtained directly when using phosphorus-containing or phosphorus-rich ore and carbon-containing material a suitable addition of lime in the loading or in the furnace, so that a suitable,
Lime-rich slag is created, which can bind the phosphorus in the form of phosphates. Due to the lime-rich slag, a sufficiently low sulfur content is achieved in the iron at the same time, even if the raw materials contain sulfur in considerable quantities. If the pale contains a large amount of phosphorus, for example more than 1 "/ o, but relatively little silica, a slag can be obtained in this way which can be used as a fertilizer or the like.
If the composition of the ore is such that it is difficult for the phosphorus to be driven into the slag, for example due to a high content of oil, then it is more expedient to produce an iron rich in phosphorus in the first furnace is freed of phosphorus in the second furnace with the help of suitable, basic, lime-rich slag.
In the second furnace, if the phosphorus content of the iron is high, a very phosphorus-rich slag is obtained which, after fine grinding, can be used very successfully as a fertilizer or the like. The latter furnace can advantageously be made up of a Bessemer converter, the transfer of the phosphorus into the slag taking place very quickly. However, other types of ovens can also be used.
If not iron or steel, which are deliberately not freed from oxides, e.g. B. grist for use in the Martin process is to be produced, iron or steel, if the content of oxides, is considered from the quality point of view. this requires Deoxy dationsinittel such. B. silicon iron, manganese iron, own silicon manganese, silicon aluminum iron, aluminum or the like added.
The deoxidizer is added either in a solid state, cold or preheated, or in molten form. The addition can take place in the most suitable way in each particular case, for example in one of the furnaces, in their taps, in the casting ladle or in a mixer after the reduction furnace or in the casting ladle after the second furnace, if one is used becomes.
By adding suitable ores to the feed, e.g. B. quartz or other silicic acid-rich material, manganese ore, chromium ore, vanadium ore or the like, so-called alloyed iron or alloyed steel can be produced directly according to the present process, since ores of difficult to reduce metals according to the same without significant absorption of carbon can be easily reduced.
By adding chrome ore, alloyed iron or alloyed steel can be produced in this way, which or ailf so-called roast-free iron or stainless steel can be processed.
The addition of alloying materials, which is relatively expensive if it takes place in the form of ferroalloys of the metals, especially if low-carbon alloys have to be used, can be done in this way with relatively low costs.
Low-carbon ferro alloys, such as ferro-manganese, ferrochromium, Fel'rowungfram, Ferrovanadin etc. can also be advantageously produced according to the present process, the iron ore in the mixture being wholly or partially replaced by an ore which contains that in the alloy desired metal contains. When reducing z. B.
According to the present process, chrome ore has succeeded in directly producing ferrochrome with a carbon content not exceeding 0.10%.
The method of the present invention provides a number of advantages. On the one hand, finely divided ores, namely slugs or the like, which otherwise cannot be used on a large scale without prior, relatively expensive briquetting in addition to firing or sintering, can be reduced immediately, and on the other hand, liquid carbon substances, such as waste liquor, which have previously found little sales to achieve a good and profitable application. Above all, there is the advantage
that by eliminating the detour via the blast furnace process, a malleable iron or steel that can be used for some purposes can be produced directly, which, or especially after the addition of a deoxidizer, directly competes with today's cheap, mass-produced iron and steel can.
For ironworks that work on high-quality iron, there is also the advantage that, according to the method, a fully usable, in every respect high-quality meal can be produced directly as an additive in the Martin or crucible furnace process. The invention is not bound to the materials or substances that have been mentioned above as an example, but rather includes all metals and metal alloys which have a tendency to absorb carbon.