Verfahren zur Herstellung von Eisen und Eisenlegierungen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren- zur direkten Herstellung von Eisen und Eisenlegierungen im Elektro ofen unter Verwendung von metalloxy dhal- tigem Material und Reduktionsmittel als Rohmaterialien.
Das metalloxydhaltige Ma terial besteht im allgemeinen aus Oxyderz und in der folgenden Beschreibung wird fast ausschliesslich nur von Erz ge sprochen; es sei aber bemerkt, dass das metalloxy dhaltige Material auch aus Abfall produkten und Zwischenprodukten von an dern Verfahren, zum Beispiel Kiesabbränden, metalloxy dha.ltigen Rückständen und der gleichen bestehen kann.
Das -Reduktionsmit- t.el besteht zweclzmä.ssig aus Kohle oder koh lenstoffhaltigem Material, kann aber ganz oder teilweise durch ein anderes als Reduk tionsmittel wirkendes Material, wie Mangan- eisen, Siliziumeisen, Siliziumaluminiumeisen oder Aluminium und dergleichen gebildet werden. Zur Durchführung des Verfahrens kann jeder beliebige Elektroofen verwendet werden, dessen Ofenraum von der äussern Luft abgeschlossen werden kann und in welchem somit eine reduzierende Atmosphäre aufrecht erhalten werden kann.
Am besten eignen sich indessen Ofen, die mit einer oder mehreren sich durch das obere Gewölbe in den Ofen herunter erstreckenden Elektroden versehen sind, die relativ zum Bade heb- und senkbar sind, wodurch die Wärme in verschiedenen Teilen des Bades bezw. des Ofens nach Wunsch geregelt werden kann.
Zu einer solchen Herstellung von Eisen und Stahl ist ein Verfahren bekannt, gemäss welchem man eine aus einem innigen und ho mogenen Gemisch aus feinzerkleinertem Erz und feinverkleinertem Reduktionsmittel be stehende Beschickung reduziert und schmilzt, welches Gemisch durch zweckmässige Behand lung in solche Form übergeführt worden ist, dass die Erz- und Reduktionsmittelkörnchen in ihrer gegenseitigen Lage fixiert worden sind.
Zur Herstellung von Eisen von beson ders hoher Qualität, zum Beispiel Eisen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt, von etwa: 0,02 bis 0,04%, oder hochlegiertem Eisen und Stahl hoher Qualität, sowie Ferrolegierungen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt, ist die- ses Verfahren sehr geeignet.
Wenn es sich aber um die Herstellung von gewöhnlichem Eisen und Stahl oder niedrigprozentigen le gierten Stählen, zum Beispiel gewöhnlicher Handelsqualität von sowohl einfacherer als besserer Beschaffenheit handelt, wird das Verfahren unnötig kostspielig, und zwar in folge der erforderlichen weitgehenden Fein zerkleinerung sowohl des Erzes, als auch des Reduktionsmittels, der Überführung der Be schickung in Brikett- oder andere Stückform und einer nachfolgenden Behandlung dieser Briketts oder Formstücke zwecks Fixierung der gegenseitigen Lage der Körnchen.
Dieses bekannte Verfahren beruht nämlich auf dem an sich richtigen Gedanken, dass jedes kleine Erzkörnchen die für seine Reduktion erfor derliche Menge an Reduktionsmittel unmit telbar bei sich liegend haben soll und dass die Briketts bezw. Formstücke derart beschaffen sein sollen, da.ss sie verhindert werden, zu zer fallen, ehe die Reduktion praktisch vollendet ist, da sonst unkontrollierbare Nebenreaktio nen entstehen könnten und die Reduktions kohle leicht durch die gebildeten Gase abge führt würde.
Es hat sich aber erwiesen, dass diese weit gehende Feinzerkleinerung des Erzes und des Reduktionsmittels sowohl als die nachfol gende Behandlung der Beschickung zwecks Fixierung der gegenseitigen Lage der Körn chen nicht absolut notwendig sind, indem man auf einem billigeren Weg vorgehen und gleichwohl den erstrebten Zweck, und zwar Eisen und Eisenlegierungen, vorzugsweise Flusseisen oder Flussstahl, unmittelbar aus Erz herzustellen, erreichen kann.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, da,ss die Rohmaterialien, das heisst metalloxydhaltiges Material und Reduktions mittel, in der Reduktion des Metalloxydes und dem gewünschten Kohlenstoffgehalt des Produktes abgepassten Mengen auf ein Schlackenbad in einem Elektroofen in einer dünnen Schicht eingeführt und auf diesem' Schlackenbad mit Hilfe ganz oder teilweise von in der Schlacke in Form elektrischer Widerstandswärme entwickelter Wärme re- duziert und geschmolzen \-erden, wobei die Beschaffenheit und Einführung der Roh materialien,
sowie der Betrieb des Ofens der art abgepasst werden, dass eine die Roh inaterialien tragende Haut auf der Schlacke gebildet wird.
Dadurch, dass der grösste Teil der dem Bade durch die Elektroden zugeführten Vv'ärme an der Oberfläche des Schlackenbades aufgebraucht wird, wird die Oberfläche käl ter als das Schlackenbad und wird eine er starrte, verhältnismässig steife bezw. zähe Haut auf der Schlacke an denjenigen Stellen, wo die Beschickung liegt, gebildet werden, welche Haut hinreichend kräftig ist, um die Rohmaterialien zii tragen, vorausgesetzt, da.ss die elektrische Wärme entsprechend zuge führt wird und die Beschaffenheit und Ein führung der Rohmaterialien in zweckmässiger Weise derart geregelt werden, dass die Stärke der Beschickungsschicht nicht allzu gross wird.
Zufolge der verhältnismässig zähen Ober fläche der Schlacke wird es möglich, verhält nismässig grobstückiges Erz und grobstückige Kohle zu verwenden, womit eine Feinzerklei nerung der Rohmaterialien unnötig wird. Dies trifft besonders dann zu, wenn das Raumgewicht des Erzes bezw. der Kohle ver hältnismässig klein ist, zum Beispiel wenn das Erz in Form von zu kleinen Körpern, soge nannte Nodulen übergeführtem aufbereitetem feinkörnigem Erz, sogenannter Erzschlich, ge sintertem oder brikettiertem und gebranntem Schlich, das heisst als poröses Produkt vor liegt.
Um aber sicher zu sein, dass die Schlak- kenoberfläche die Rohmaterialien tragen kann, ist es zweckmässig, das Erz und etwai- genfalls auch das Reduktionsmittel, zum Bei spiel kohlenstoffhaltiges Material, in den Ofen in verhältnismässig kleiner Körnun-, zum Beispiel höchstens Erbs- bis Nussgrösse. einzuführen.
Je feiner das Erz und das Re duktionsmittel zerkleinert sind, je vollständi ger und schneller findet die Umsetzung im Ofen statt und je geringer wird die Neigung, des Erzes, sich vom kolilenstoffha.ltimen ifIa- terial zu trennen und in die Schlacke her- unterzusinken. Das kohlenstoffhaltige Mate rial wird indessen leichter vom gebildeten Gas mitgerissen, je feinkörniger und je leich ter es ist, und deshalb soll die Feinzerkleine rung bei der Verwendung von beispielsweise Holzkohle zweckmässig nur. zum Beispiel bis Graupen- oder Sandgrösse getrieben werden.
Bei der Verwendung von schwerer Kohle, wie zum Beispiel Steinkohle und Anthrazit, kann die Körnung kleiner gewählt werden, ohne CTefa.hr zu laufen, dass die Kohle von dem Gas weggeführt wird.
Unter gewissen Umständen kann es zwecl:rnässig sein, zusammen mit den Roh materialien oder getrennt von diesen einen oder mehrere Zusatzstoffe solcher Bescha.ffen- heit in den Ofen einzuführen, die das Trag- verrrrögen der Oberfläche der Schlacke er höhen, das heisst die Schlacke zähflüssiger oder schwerer schmelzbar machen können.
Welcher Stoff bezw. welche Stoffe in jedem besondern Fall zu verwenden sind, ist von der Natur des im Erz enthaltenen Gesteins und der Beschaffenheit der Asche der Kohle abhängiy@. Als geeignete Zusatzstoffe seien Kalk, Dolomit, Quarz, Sand oder dergleichen erwähnt.
Die Einführung der Beschickung in den -Ofen soll zweckmässig ununterbrochen oder in kurzen Zwischenräumen stattfinden, um eine gleichfö rrnige Reduktion und dadurch eine (rleichförmige Gasentwicklung, einen gleich mässigen Betrieb und Stromverbrauch zu er halten.
Zu diesem Zweck sollen -die Einfüh rungsvorrichtungen für maschinellen Betrieb angeordnet und mit derartigen Regulierungs vorrichtungen versehen sein, da.ss die in der Zeiteinheit zugeführten Mengen an Erz und Reduktionsmittel durch Veränderung der Ge- >ichwindigkeit wirksam geregelt werden kön nen.
Das Erz kann getrennt vom Reduktions mittel oder mit diesem gemischt eingeführt werdep. Die Einführung geschieht zweck mässig derart, dass die Rohmaterialien auf ein im Ofen von Anfa.nr,, an befindliches oderwäh rend des Verlaufes der Schmelzung gebildetes Schlackenbad in Mischung herunterkommen, oder auch derart, dass das Reduktionsmittel der Schlacke zunächst und das Erz über das Reduktionsmittel zu liegen kommen, etwai genfalls abwechselnd in mehreren Schichten.
Das Erz soll dagegen zweckmässig nicht al lein unmittelbar auf die Schlacke aufge bracht werden, sofern es nicht spezifisch lichter als diese ist, in welchem Falle die Reihenfolge der Einbringung von Erz und Kohle von geringer Bedeutung ist.
Bei der Verwendung eines kohlenstoff haltigen Reduktionsmittels wird bei der Re duktion im Ofen durch die Reduktion des Erzes Gas gebildet, das grösstenteils aus Kohlenoxyd besteht. Das Gas hat zufolge seiner verhältnismässig hohen Temperatur und seines grossen Kohlenoxydgehaltes stark reduzierende Eigenschaften und kann des halb zweckmässig zur Erhitzung und Vor reduktion des Erzes in zweckmässigem Grad, ehe das Erz in den Schmelzraum des Ofens eingeführt wird, verwendet werden.
Diese Vorerhitzung und Vorreduktion kann zweck mässig in den Einführungsvorrichtungen des Erzes oder irgend einem andern für diesen Zweck geeigneten Apparat, den das Gas in Berührung mit dem Erz durchströmt, erfol gen. Inbesondere, wenn das Erz im voraus bis auf eine ziemlich hohe Temperatur, zum. Beispiel<B>800</B> bis 1000 C, vorgewärmt ist., findet dabei schnell eine teilweise Reduktion des Erzes unter Bildung von Kohlendioxt-rl aus einem Teil des Kohlenoxydes des Gases statt.
Wenn das Erz sehr feinkörnig ist, wer den zweckmässig die Einführungsvorrichtun gen bezw. Erhitzungsvorrichtungen für das Erz derart angeordnet, dass das Erz in dün nen Schichten, zum Beispiel auf gegen das Innere des Ofens geneigten Flächen ,oder dergleichen liegt und dem Gas eine grosse Oberfläche für Erhitzung und Reduktion bie tet, so dass das Erz teilweise vorreduziert wird, ehe es auf das Schlackenbad herunter kommt und dort vollständig reduziert und ge schmolzen wird.
Es ist einleuchtend, dass, wenn das Erz in den Einführungsvorrichtungen oder irgend einem andern Ofen bezw. Apparat vorredu- ziert wird, ehe es in den eigentlichen Ofen- raum des Elektroofens hineinkommt, die zu zuführende Menge an kohlenstoffhaltigem Material und etwaigem anderem Reduktions mittel entsprechend niedriger abgepasst wer den wird, so dass während jeder Schmelzung insgesamt nur diejenige Menge Reduktions mittel dem Ofen zugeführt wird, die in die sem für die Reduktion des Erzes, sowie für die Kohlenbindung des Metalles im beabsich tigten Grad erforderlich ist.
Ehe das Reduktionsmittel in den Ofen hineinkommt, kann es, wenn erforderlich, da durch erhitzt werden, dass ein zweckmässiger Teil des Gases durch die Einführungsvorrich- tungen für das Reduktionsmittel in Berüh rung mit diesem geleitet wird. Diese Gasmenge wird zweckmässig derart abgepasst, dass nur ein kleinerer Teil der Gesamtgasmenge, zum Beispiel 5 bis 15%, durch diese Einführungs vorrichtungen hindurchströmt, während der grössere Teil durch die Einführungsvorrich- tungen für das Erz geleitet wird.
Die Ge samtmenge des Gases kann natürlich auch durch die Erzeinführungsvorrichtungen ge leitet werden. Wird das Erz und das Reduk tionsmittel in sehr feinkörniger Form einge führt, so kann selbstverständlich das Gas dem Ofen durch einen besonderen Gasauslass, der sonst als Sicherheitsventil dienen kann, entnommen werden, wenn das Gas aus dem einen oder andern Grund durch die Einfüh rungsvorrichtungen nicht hinausströmen kann.
Das von den Einführungsvorrichtungen kommende Gas wird zweckmässig ganz oder teilweise zur Erhitzung und etwaigenfalls Rüstung des Erzes, ehe das Erz in die Ein führungsvorrichtungen hineinkommt, verwen det. Für diesen Zweck wird vorteilhaft ein Drehofen oder eine ähnliche Vorrichtung ver wendet, durch welche das Erz in Berührung mit durch die Verbrennung des Gases mit Luft erzeugten Flammen bezw. Rauchgasen geführt wird. Abhängig von den verwende ten Gas- und Luftmengen wird dabei das Erz erhitzt oder ausserdem geröstet.
Im letzteren Falle wird auch ein grosser Teil des Schwefel gehaltes des Erzes entfernt, was für die Qua, lität des hergestellten Metalles von Vorteil ist. Von der Vorrichtung zur Erhitzung und etwaigenfalls Rüstung des' Erzes wird das Erz unter möglichster Vermeidung von Wärmeverlusten den Einführungsvorrichtun gen des Ofens zugeführt, in welche es mit hoher Temperatur hineinkommt und dadurch leicht zu reduzieren sein wird.
Es ist selbst verständlich, dass zur Erhitzung bezw. Rü stung auch ein anderer Brennstoff als das vom Reduktionsprozess im Ofen oder etwai- genfalls von den Einführungsvorrichtungen oder dem Apparat zur Vorwärmug des Erzes erhaltene Gas verwendet werden kann. Die Erhitzung kann mit einem Prozess zur Über führung des Erzes in Nodulen, etwaigenfalls unter Verwendung eines geeigneten Bindemit tels, zum Beispiel Wasserglas oder Kalk milch, oder Zusatzmittels, vereinigt werden.
Die Rüstung, die zweckmässig mit einer Sin- terung des Erzes, falls dieses in feinkörniger Form vorliegt; vereinigt wird, soll derart durchgeführt werden, da.ss nicht'allzu grosse zusammengeballte Kugeln oder Stücke aus dem Erz gebildet werden. Eine Körnung bis auf Erbs- oder Nussgrösse ist für das vorlie gende Verfahren die zweckmässigste.
Während der Reduktion wird der Ofen zweckmässig derart getrieben, dass die Elek trode bezw. Elektroden nur in Berührung mir dem Schlackenbad oder oberhalb desselben gehoben stehen. Die grösste Wärmezufuhr wird dabei an der Oberfläche der Schlacke stattfinden,. wo der Wärmeverbrauch auch zufolge der dort vor sich gehenden Reduk tion am grössten ist. Wird die Temperatur des Metalles und der untern Schlackenschicht hierdurch zu niedrig, so kann der Ofen, we nigstens zeitweise, mit der Elektrode bezw. den Elektroden in der Schlacke eintauchend betrieben werden, um die Wärmezufuhr nach dem Boden hin zu erhöhen.
Ist der Ofen mit einer Bodenelektrode oder einem leitenden Boden versehen, so kann die V,rärme zum Bo den dadurch erhöht werden, dass diese Boden elektrode, wenigstens zeitweilig, in da,s Lei tungssystem eingeschaltet wird, so dass der Strom durch den Boden zu- oder abgeleitet wird.
\Fenn. eine zum Abstechen zweclkmässige 3lenge Metall at@sreduziert und am Boden des Ofens angesammelt worden ist, kann der Ofen, in Abhängigkeit von der Temperatur des Metalles und der Schlacke, entweder un mittelbar entleert werden, oder der Ofen kann wa.rrn getrieben werden, um etwaigenfalls <B>zu-</B> rü ckgc=bliebenes Erz zu reduzieren utid den Eisengehalt der Schlacke in geeignetem Mass zu vermindern,
sowie eine zum Abstechen zweckmässige Temperatur des Metalles und der Schlacke zu erhalten.
Beim Wa.rmtreiben des Ofens" können die 1:lc#l.#troden in derselben Stellung wie bei der lzd.duktion beibehalten werden oder sie kön nen gemäss den Umständen gehoben bezw. ge senkt werden, so dass der obere bezw. untere "feil des Schlackenbades stärker erhitzt wird.
Werden die Elektroden in das Schlackenbad so w(_-it als möglich herunter gesenkt, so wird der in Berührung mit dem Metall sich befin dende 'feil des Schlackenbades am stärksten fThitzt, wodurch die Temperatur des Meta.lles auch erhöht wird.
Werden die Elektroden in Berührung mit oder oberhalb der Oberfläche der Schlacke gehalten, so wird der obere Teil des Schla.ekenbades am stärksten erhitzt, wo- bf-i in der Schlacke vorhandene Eisenoxyde durch oben im Schlackenbad etwaigenfa.lls vorhandenes oder besonders zugeführtes Re- duktionsmittel reduziert werden.
Vor dem Wa.rrntreihen kann selbstv erstä.ndlich ein zweckmässiger Teil der Schlacke zuerst abge- wchen werden. Um zu verhindern, dass bei Verwendung von Kohlenelektroden das Ne- iall Kohlenstoff von diesen aufnimmt,
soll w ähren i cl der R-eduktion die Einführung n der Bese-hick.ung derart stattfinden, da.ss das Erz möglichst wenig mit den Elektroden in Be- rÜhrun-, kommt. Dies kann dadurch erreicht werden,
dass die Speisung zweckmässig abge- passt und der Ofen, wie oben erwähnt, wä,h- rend- der Reduktion mit den Elektroden ober halb des Schlackenbades gehoben, das. heisst rriittelst Lichtbogens betrieben wird.
Wenn die Schmelzung bezüglich der Re duktion des Erzes und etwaigenfalls der :ehlacke fertig ist, kaatn das Eisen entweder unmittelbar abgestochen werden oder auch in bekannter Weise raffiniert, zum Beispiel einem Entphosphorungs- und Entschwefe- lungsprozess unterworfen, desoxydiert oder durch zweckmässige /,usätze legiert werden.
Diese Fertigstellung des Metalles kann in einem andern Elektroofen geschehen, der hierfür zweckmässiger als der Reduktionsofen ist, durch Überführung des Meta.lles in diesen Ofen entweder unmittelbar oder über eine Gusspfanne oder .dergleichen.
Beim Abstechen kann entweder ein Teil der Schlacke im Ofen gelassen werden, der dann beim Beginn der nächsten. Schmelzung das Schlackenbad bildet, oder der Ofen kann auch vollständig entleert werden, so dass der Boden für etwaige Ausbesserungen zugäng lich wird. Im letzteren Falle wird zweck mässig vor der nächsten Schmelzung eine ge eignete Menge flüssiger Schlacke, zum Bei spiel vom vorhergehenden Abstich, zur Bil dung eines Schlackenbades in den Ofen einge führt. Hierdurch wird auch der Boden beim Anfang der Schmelzung geschützt.
Bei der Herstellung von schmiedbarem Eisen und Stahl gemäss dem beschriebenen Verfahren in voneinander getrennten Schmel zungen, das heisst nicht im kontinuierlichen Betrieb, in welch letzterem Falle das erhal tene Produkt zu jeder Zeit der Schmelzung abgestochen werden kann, sondern im inter- mittenten Betrieb:
Schmelzung nach Schmel zung, unter Verwendung von Erz und kohlen stoffhaltigem Material und gegebenenfalls einem andern Reduktionsmittel in Form ein zelner Stücke oder Körnchen ist es zweck mässig, dass während des ersten Teils jeder Schmelzung die Menge des zugeführten Re duktionsmittels ganz oder teilweise aus koh- lenst.offha.ltigem Material bestehend,
kleiner als die für vollständige Reduktion der gleich zeitig eingeführten Erzmenge theoretisch er forderliche Menge und während des letzten Teils der Schmelzung die Menge des zuge führten Reduktionsmittels höher als die für vollständige Reduktion der gleichzeitig ein- gefiihrten Erzmenge theoretisch erforderliche Menge gehalten wird.
Arbeitet man nämlich mit einer solchen losen Beschickung, wo die Erz- und" Kohlen körnchen während der Reduktion nicht mit einander fest verbunden sind, unter Verwen dung von dem erwünschten Kohlenstoffge halt des Produktes theoretisch abgepassten Mengen während der ganzen Schmelzungs- zeit, so besteht die Gefahr, Produkte von un bestimmtem Kohlenstoffgehalt und eisenreiche Schlacken zu erhalten.
Bei der Verwendung einer Beschickung aus grobstückigem Erz und grobstückigem Reduktionsmittel wird die Berührung zwischen den Materialien unvoll ständig, so dass am Boden des Ofens ein Eisen oder Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt als beabsichtigt erhalten wird und darüber eine eisenoxydreiche Schlacke, die .einen grö sseren oder kleineren Teil des Kohlenstoff überschusses nur langsam wegzufrischen ver mag.
Liegt die Beschickung in Form eines feinkörnigen, innigen, losen Gemisches aus Erz und Reduktionsmittel vor, so sind aller dings die Bedingungen einer vollständigen Umsetzung günstiger, aber in diesem Falle besteht die Gefahr, dass ein erheblicher und, was noch schlimmer ist, nicht kontrollier barer Teil der leichten Kohlenkörnchen von den bei der Reduktion gebildeten Gasen ab geführt wird, was zu einem Produkt mit einem im voraus nicht kontrollierbaren Koh lenstoffgehalt und zu grossem Eisenverlust in der Schlacke führt.
Ferner kann man sich in diesem Falle die Wärme und die reduzie renden Eigenschaften des Gases zur Vorwär- mung der Rohmaterialien und etwaigenfalls Vorreduktion des Erzes kaum zunutze ma chen, da es für das Gas schwierig ist, sich durch die zur Einführung des Erzes und der Kohle dienenden Vorrichtungen einen Weg zu bahnen.
Geschieht dagegen die Einführung der Beschickung, das heisst des Erzes und des kohlenstoffhaltigen Materials, mit einem Un- terschuss an Kohle während des ersten Teils der Schmelzung und mit einem Überschüss an Kohle während des letzten Teils derselben, so wird das Resultat ein anderes. Während des ersten Teils der Schmelzung wird am Bo- den des Ofens ein kohlenstoffarmes Eisen er halten und darüber eine eisenoxydreiche Schlacke.
Während des letzten '.teils der Schmelzung wird - zufolge des Überschusses an Kohle in der Beschickung Eisen mit höhe rem Kohlenstoffgehalt gebildet, das einen Teil des Sauerstoffes des etwas überoxydier ten Eisens vom ersten Teil der Schmelzung her wegnimmt, gleichzeitig wie dieses letz tere Eisen aufgekohlt wird, während ausser dem ein grosser Teil der in der Schlacke vor handenen Eisenoxyde, hauptsächlich Eisen- oxydul, durch den Überschusskohlenstoff der Beschickung reduziert wird..
Besonders wenn als Schlussbeschickung, etwaigenfalls nach der kohlenstoffreicheren Beschickung, Kohle oder kohlenstoffhaltiges Material, zum Beispiel Holzkohle, Koks, An thrazit, Torfkoks, Steinkohle oder derglei chen, allein verwendet wird, so wird eine Schlacke mit niedrigem Gehalt an Metalloxy den leicht erhalten.
Durch richtige Abpas- sung der Zusammensetzung der verschiede nen Beschickungen, sowie deren Mengen kann deshalb hier ein nicht besonders oxydreiches Eisen bezw. Stahl unmittelbar aus Oxy derz hergestellt werden, ohne däss der Metallver lust in der Schlacke von besonderer Bedeu tung zu werden braucht.
Ein gewünschter Kohlenstoffgehalt im Produkt wird dadurch erhalten, dass man die Menge der einzufüh renden kohlenstoffreichen Beschickung und oder des kohlenstoffhaltigen Materials der Metallmenge im Ofen abpasst. Während des Verlaufes der Schmelzung ist durch eine her ausgenommene Probe leicht festzustellen, wie viel Kohlenstoff in der einen oder andern Form noch zuzusetzen ist, um im Produkt den gewünschten Kohlenstoffgehalt _ zu er reichen.
Die Grösse des Kohlenstoffunterschusses, mit welchem man während des ersten Teils des Schmelzvorganges arbeiten soll, hängt unter anderem von der Reduzierfähigkeit des Erzes, sowie der Stückgrösse des Erzes und des Reduktionsmittels ab. Auch die Bauart des Ofens kann in diesem Falle mitbestim mend sein.
In der Regel ist es hinreichend, vvenn die Menge des Reduktionsmittels zwi schen 10U und 90 ö, zweckmässig etwa 95 ,o, der theoretisch erforderlichen Menge gehal ten wird, aber für gewisse Erze, zum Beispiel sehr schwer zu reduzierende titanhaltige Eisenerze, kann die zu verwendende Reduk- tionsmittelmenge bis auf 75% der theoretisch erforderlichen Menge oder noch niedriger her untersinken. Zweckmässig soll die betreffende Menge nicht über 99% gehalten werden.
Wenn das Erz leicht zu reduzieren ist und wenigstens das Reduktionsmittel sich in fein körnigem Zustand befindet, kann jedoch eine Reduktionsmittelmenge von etwa 100% der theoretisch erforderlichen Menge verwendet werden, da in diesem Falle während der Re duktion tatsächlich ein Unterschuss an Reduk tionsmittel dadurch auftritt, da.ss ein Teil der Kohle durch das Gas mitgerissen wird.
Der Überschuss an Reduktionsmittel wäh rend des letzten Teils der Schmelzung kann auf beliebigem Wert gehalten werden, soll aber vorteilhaft so abgepasst werden, dass der während des ersten Teils der Schmelzung vor handene Mangel durch den während des letz ten Teils der Schmelzung verwendeten Über schuss kompensiert wird, so da.ss, auf die ganze Schmelzungszeit gerechnet, die der zu geführten Erzmenge etwa entsprechende Menge Reduktionsmittel dem Ofen wirksam zugeführt wird.
Während des ersten Teils der Schmelzung kann phosphorhaltiges bezw. phosphorreiches Erz verwendet werden, wenn die in nicht ge nügendem Masse vorhandene Menge des Re duktionsmittels derart abgepa.sst wird, dass ein Eisen von einem Kohlenstoffgehalt von etwa. 0,10 b erhalten wird und eine hinrei chende Menge Kalk in der Schlacke vorhan den ist.
Der Phosphor wird .dabei nicht zu sammen mit dem Eisen ausreduziert, son dern wird als Phosphorsäure in die Schlacke 5,ufbenommen. Wird die so erhaltene phos phorreiche Schlacke vom Eisen getrennt, so kann dem Eisen in demselben oder einem an dern Ofen, etwaigenfalls nachdem eine neue geeignete Schlacke über dem Eisenbad gebil det worden ist, eine kohlenstoffreiche Be- schickung oder bloss kohlenstoffhaltiges Ma terial zugesetzt werden, so dass ein Eisen bezw. Stahl mit gewünschtem Kohlenstoff gehalt erhalten wird.
Wenn ein Eisen oder Stahl mit niedrigem Phosphorgehalt herzu stellen ist, so soll dabei in der kohlenstoff- reicheren Beschickung zweckmässig phosphor armes Erz verwendet werden. In dieser Weise kann aus phophorreichem Erz leicht ein phos phorarmes Erz bezw. Stahl hergestellt wer den, wobei jedoch die in der ersten Schlacke enthaltene Eisenmenge verloren geht.
Während des ersten Teils der Schmelzung wird die Schlacke leicht verhältnismässig dünnflüssig, und zwar zufolge ihres relativ grossen Eisenoxydulgehaltes, so dass sie die auf ihre Oberfläche eingebrachte Beschickung nur schwierig tragen kann. Besonders haben die schweren Erzkörnchen bezw. -Stücke eine Neigung, in die Schlacke herunter zu sinken. Es ist deshalb zweckmässig, während dieser Periode, wie früher angegeben, die Schlacke dadurch zäher zu machen, dass man zusam men mit der Beschickung oder getrennt von dieser geeignete, die Schlacke zähflüssiger machende Zusatzstoffe einführt.
Die oben angegebene Weise, Eisen und Stahl infolge von Mangel bezw. Überschuss an Kohlenstoff während aufeinanderfolgen der Perioden der Schmelzung herzustellen, kann verwendet werden, auch wenn die Re duktion und Schmelzung nicht mit der Be schickung auf der Oberfläche eines Sehlak- kenbades im Ofen ruhend vorgenommen wird:
Als Beispiel einer geeigneten Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfah rens in dessen vollständigster Ausführung, und zwar mit Vorerhitzung, Rösten ünd etwaigenfalls Überführung in Nodulen des Erzes, sowie Vorreduktion desselben soll im folgenden eine Einrichtung beschrieben wer den, die bloss als Beispiel dienen soll, an wel che jedoch das Zerfahren nicht gebunden ist.
Diese Einrichtung besitzt einen Drehofen, in welchem das Erz geröstet oder nodulisiert oder nur erhitzt wird, und zwar mit Hilfe von Gas, das zum Beispiel von dem Reduk- tionsofen kommt, und von welchem das be handelte Erz durch eine zweckmässige Beför derungsvorrichtung, zum Beispiel eine För derschnecke, einem Apparat zugeführt wird, in welchem das Erz durch beispielsweise vom Reduktionsofen kommendes Gas vorreduziert wird. Dieser Apparat kann zum Beispiel aus einem Schachtofen oder auch aus der Ein führungsvorrichtung des Elektroofens be stehen.
Wird ein besonderer Apparat zur Vorreduktion verwendet, so wird das Erz durch eine zweckmässige Vorrichtung, zum Beispiel eine geschlossene Förderschnecke, der Erzeinführungsvorrichtung zugeführt. Diese letztere kann zum Beispiel aus einem oder mehreren Schächten bestehen, die unten mit einer oder mehreren Förderschnecken ver sehen sind, welche das Erz in den Schmelz raum des Ofens einführen.
Als Schmelz- und Reduktionsofen wird vorteilhaft ein mit einer beliebigen Zahl relativ zum Bade heb- und senkbarer Elektroden versehener Elektroofen verwendet, dessen Arbeitsraum gegen die äu ssere Luft abgeschlossen werden kann, Der Ofen kann selbstverständlich auch mit einem oder mehreren Bodenelektroden oder einem leitenden Boden versehen sein. Ausser mit einer Erzeinführungsvorrichtung soll der Ofen, wenn das Reduktionsmittel nicht ge mischt mit dem Erz eingeführt wird, mit einer oder mehreren Einführungsvorrichtun gen für Reduktionsmittel versehen sein, die zum Beispiel entsprechend der Erzeinfüh- rungsvorrichtung ausgeführt werden können.
Sämtliche Einführungsvorrichtungen sollen mit regelbaren, mechanischen Förderorganen zur Einführung der Beschickungsmaterialien in den Ofen versehen sein, so dass die Mengen des zugeführten Materials jeder Art geregelt werden können.
Zur Regelung des durch jede Einfüh rungsvorrichtung strömenden Gases von der Reduktion kann ein mit regelbarem Ventil etc. versehener Ga.sauslass am obern Teil je der solchen Vorrichtung vorgesehen sein. Einer oder mehrere dieser Gasauslässe können mit einer Verbrennungskammer des Dreh ofens verbunden sein, wo das Gas durch Ver- brennung mit Luft die für Erhitzung, üö- stung oder Nodulisierung des Erzes erforder liche Wärme abgibt.
Als ein Vorteil des vorliegenden Verfah rens ist schon hervorgehoben worden, da.ss die Rohmaterialien nicht, wie früher als notwen dig erachtet worden ist, zuerst fein zerklei nert und dann etwaigenfalls mit Hilfe eines Bindemittels in Brikett- oder andere Stück form mit den Erz- und fe.eduktl0nsmitteIkörii- chen in ihrer gegenseitigen Lage fixiert über geführt zu werden brauchen.
Es ist aber ein leuchtend, dass das Verfahren auch unter Verwendung solcher Briketts oder Stücke durchgeführt werden kann, vorausgesetzt, da.ss die obep angegebenen Massnahmen zur Erhaltung einer zum Tragen der Briketts bezw. Stücke hinreichend starken Haut auf der Schlacke getroffen werden.