Verfahren zur Erzeugung von flüssigem Eisen. Die direkte Eisengewinnung ist schon reit Hilfe von gasförmigen Reduktionsmitteln ausgeführt worden. Für dieses Verfahren wurden vorzugsweise Drehrohröfen benutzt, durch die die Beschickung im Gegenstrom zu dem reduzierenden Gas geführt wurde. Entweder brachte das Gas die für das Ver fahren notwendige Wärme in das Drehrohr mit ein, oder es wurde dieses von aussen er hitzt.
Bei diesen Verfahren gelangte man meistens nur zu Eisenschwamm, denn es ist schwierig und ausserdem kostspielig, das zu reduzierende Gut in reduzierender Atmo sphäre bis auf die Giesstemperatur des Eisens zu erhitzen. Aus diesen Gründen wurde das reduzierte Gut gewöhnlich in einem be sonderen Ofen eingeschmolzen, wenn flüs siges Eisen oder Stahl erzeugt werden sollte.
Auch mit festen Reduktionsmittelu ist die direkte Eisengewinnung bereits ausgeführt worden. So hat man Formlinge aus Erz und Reduktionsmittel mit einer Kohleschieht überkleidet und in einem Drehrohrofen er hitzt, den die Formlinge im Gegenstrom zu den Heizgasen durchwanderten. Der gern der Formlinge wurde dabei zu Metall redu ziert, während die Kohleschicht das Eindrin- gen oxydierender Einflüsse der Heizgase in den Kern verhinderte.
Sollten Eisenlegie- rungen, zum Beispiel Ferrosilizium, herge stellt werden, so mischte man dem Erz bei der Herstellung der Formlinge noch die hier für erforderlichen Rohstoffe, zum Beispiel Kieselsäure oder metallisches Silizium, zu. Es ist auch schon angestrebt worden, das re duzierte Eisen vor Wiederoxydation durch Erzeugung einer Schlacke zu schützen.
Zu diesem Zwecke wurden der stückig zu machenden Mischung aus den bei der Reak- tion miteinander reagierenden Stoffen Zu schläge, wie Salz oder Ammonehlorid, Kie selsäure zusammen mit Sägespänen, flüs sigem Pech, Teer, Melasse, Mergel, Kar bonat, Ton und dergleichen beigegeben. Aus den Zuschlägen bildete sich eine glasige Sehlacke, die offenbar die Berührung oxy dierend wirkender Gase mit dem Eisen ver hindern sollte.
Die Schlackenbildung war naturgemäss nicht früher erforderlich als zu dem Zeitpunkt, in dem die. Wirkung der Re- duktionsmittel nicht mehr ausreichte, um die Wiederoxydation des bereits reduzierten Eisens zu verhüten.
Von dieser Wirkung der Schlacken, die bei Erhitzung der reduzierten Beschickung auf Schmelztemperatur gebildet werden, machen natürlich :Tuch die bekannten Verfahren Gebrauch, bei denen die Eisen reduktion unter unmittelbarer Beheizung der aus Eisenerz, Kohle und Flussmittel beste henden Beschickung in einem Drehrohrofen chargenweise ausgeführt wird. Diese Ver fahren sind wärmewirtschaftlich wesentlich vorteilhafter als die Reduktion mit Gasen.
Bei ihnen sowohl, als auch bei der Reduk tion von aus Erzen nach besonderen Ver fahren erschmolzenen Eisensilikaten mittelst festem Kohlenstoff, der in das Schmelzbad eingetaucht wurde, entstanden indessen dadurch grosse Schwierigkeiten, dass das Ofenfutter nicht standhielt.
Durch die Erfindung gelingt es, diese Schwierigkeiten zu beseitigen.
Nach der Erfindung erfolgt die Erzeu gung von flüssigem Eisen durch Reduktion von oxydische Eisenverbindungen enthal tendem Gut mit Kohlenstoff im bewegten, unmittelbar mit Flammengasen beheizten Ofen in Gegenwart von Schlacke, die den gebildeten Eisenschwamm vor Oxydation schützt.
Der Kohlenstoff- und Kieselsäure gehalt der Beschickung wird so eingestellt, dass bei ständig zunehmender Temperatur in diskontinuierlichem Betrieb zunächst Eisen schwamm und Eisenoxydulsilikatschlacke entstehen und dass während des darauffol- genden Schmelzens des Eisenschwammes das frei gewordene Eisenoxydul der mit Kalk sich umsetzenden Eisenoxydulsilikatschlacke zu Metall reduziert wird.
Der diskontinuier liche Betrieb des Ofens erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass eine vorgewärmte Be schickung in den Ofen eingebracht, reduziert und geschmolzen wird. Nach dem Abstechen von Eisen und Schlacke ist der Ofen .dann für eine weitere Charge fertig.
Durch die Benutzung eines bewegten Ofens, vorzugsweise eines ungefähr wagrecht liegenden Drehofens, wird erreicht, dass Kie selsäure, Eisenoxyde und Reduktionskohle in innige Berührung kommen, was die Schlak- kenbildung und natürlich auch die Reduktion sehr begünstigt.
Die in der Beschickung vorhandene Menge von Kieselsäure soll so bemessen werden, dass die Schlacke sich gleichzeitig mit dem bei etwa 900 bis<B>1,000'</B> entstehenden Eisen- schwamm bildet. Die Schlacke ist also be reits bei der Bildung des Eisenschwammes zähflüssig oder teigi, so dass durch die Be wegung des Ofens" 'die einzelnen Eisen schwammteilchen gewissermassen schon bei ihrer Entstehung in die Schlacke eingewik- kelt werden.
Die Wiederoxydation des Ei senschwammes wird dadurch mindestens zum grossen Teil vermieden, jedenfalls findet sie nicht in schädlichem Ausmass statt und, ein Angriff des Ofenfutters durch Eisenoxydul kann demgemäss nicht eintreten. Dieses wird vielmehr von dem Kieselsäuregehalt der Be schickung gebunden. Ausserdem unterdrückt auch der Kohlenstoffgehalt der Beschickung, der natürlich so bemessen wird, dass er fair die Reduktiön ausreicht, bis die Beschickung völlig geschmolzen ist, eine starke Wieder oxydation.
Im weiteren Verlauf der Reduktion kommt infolge der Bewegung des Ofens der reduzierte Eisenschwamm in innige Berüh rung mit dem glühenden, im TJberschuss vor handenen Reduktionskohlenstoff. Der Eisen schwamm nimmt demgemäss Kohlenstoff auf und beginnt zu schmelzen.
Durch zugeschla genen Kalk wird mit zunehmender Tem peratur die Eisenoxydulsilikatschlacke mehr und mehr zersetzt, und es bildet sich aus Eisenoxyduisilikat Kalksilikat, so dass das Eisenöxydul zur Reduktion freigegeben wird. Die Reduktion des Eisenoxyduls wird zum Teil auch von dem Kohlenstoff des bereits geschmolzenen Eisens bewirkt, wo- durch der Kohlenstoffgehalt des Bades her abgemindert wird.
Überraschend ist hierbei, dass der Kalkzuschlag die Eisenoxydulsilikat- schlackenbildung, die zu Anfang der Reduk tion erfindungsgemäss herbeigeführt wird, nicht stört.<I>Zwar</I> ist für die Zersetzung der Eisenogydulsilikatschlacke nur wenig Kalk erforderlich; - so kommt man manchmal schon mit 5 % aus. - Indessen wirkt ein Kalkzuschlag auch dann noch nicht schäd lich, wenn, zum Beispiel um das Ofenfutter noch mehr zu schonen oder aus sonstigen Gründen, das Vier- oder Fünffache der für die Zersetzung der Eisenoxydulsilikat- schlacke erforderliche Menge oder sogar noch mehr verwendet wird.
Die für das Verfahren gemäss der Erfin dung erforderliche Menge Kieselsäure kann dem Ausgangsgut, zum Beispiel in Form kieselsäurehaltiger Stoffe, besonders zuge schlagen werden, oder es werden für das Verfahren Erze verwendet, die gerade die notwendige Menge Kieselsäure enthalten. Derartige Erze sind in der Regel für den Hochofen nicht besonders geeignet. Die Möglichkeit der Verwendung derartigen Gutes ist daher ein weiterer Vorteil des Ver fahrens gemäss der Erfindung. Auch durch Mischen verschiedener Erze oder dergleichen mit hohen und niedrigen Kieselsäuregehalten lässt sich eine Beschickung mit geeignetem Kieselsäuregehalt herstellen.
Die Bildung der Eisenoxydulsilikat- sehla.eke kann durch Zusatz geeigneter Fluss mittel, wie Röstspat, Flussspat, Kryolith. Chlorcalcium, Soda usw. begünstigt werden. Der Zuschlag von Kieselsäure und andern F'lussmitteln, zum Beispiel Röstspat oder Flussspat, bei der unmittelbaren Eisenerzeu- gung ist an sich nicht neu.
Indessen wurden derartige Zuschläge bisher noch nie dazu be nutzt und das Verfahren so geleitet, dass' auch schon zu Beginn der Eisenreduktion eine Eisenoxydulsilikatschlacke sieh bildete.
Die Beschickung kann kalt in den Reduk tionsofen gebracht werden. Vorteilhafter ist es ,jedoch, sie vorher auf geeignete Tempera- turen zu erhitzen. Durch die Erhitzung, die auch bis auf Reduktionstemperatur und selbst höher getrieben werden kann, wird die Re- duktionsdauer entsprechend abgekürzt. Die Reduktionswirkung des Kohlenstoffes wird also beschleunigt, so dass die Bildung des Eisenschwammes und der Ferrosilikat- schlacke rasch vor sich geht.
Es findet durch die Reduktion und Schlackenbildung keine nennenswerte Abkühlung des Reduk- tionsofens statt. Wichtig ist ferner, dass durch die Vorwärmung die Zerstörungen des Ofenfutters vermieden werden, die bei einer nicht vorgewärmten Beschickung .durch den. bei der Verdampfung ihres Feuchtigkeits gehaltes im Ofen entstehenden Wasserdampf hervorgerufen werden würden.
Der für die Zersetzung der Eisenoxydulsilikatschlacke notwendige Kalkstein wird rasch zerlegt, so dass das Calciumoxyd mit dem noch nicht vollständig verflüssigten Eisenoxydulsilikat entsprechend schnell reagieren und Kalk silikat bilden kann, während das Eisen- oxydul zu Eisen reduziert wird.
Die Vorwärmung kann so geleitet wer den, dass dabei gleichzeitig schädliche Stoffe, zum Beispiel Schwefel, aus dem Ausgangs gut ausgetrieben werden. Sie kann zum Bei spiel in einem dem Reduktionsofen vorge schalteten Drehrohrofen durchgeführt werden, der mit den Abgasen des Reduktionsofens beheizt wird.
Auch andere Stoffe können bei der Vorwärmung aus der Beschickung ganz oder teilweise verflüchtigt werden, zum Beispiel Zink, Blei, Zinn, Arsen und der gleichen verflüchtigungsfähige Metalle. In diesen Fällen wird also die Vorwärmung ge wissermassen zu einem Wälzprozess ausge staltet.
Auch Röstverfahren kann man in bekannter Weise zur Vorwärmung heran ziehen, wenn als eisenhaltiges Gut Spat eisenstein, Kiesabbrände oder anderes schwe feleisenhaltiges Gut verwendet wird. Die Austreibung der genannten Beimischung aus dem Ausgangsgut durch Vorwärmung ist aber nicht unbedingt erforderlich. Auch durch das Reduktionsverfahren selbst wer den Zinn, Blei, Zink, Antimon, Arsen und dergleichen verflüchtigungsfähige Metalle sehr weitgehend aus der Beschickung ent fernt.
Sie können zum Beispiel in Form ihrer Oxyde aus den Abgasen des Ofens ge wonnen werden. Selbst Schwefel wird bei der Reduktion zum Teil ausgetrieben.
Der Kalkzuschlag, der zur Zersetzung der Eisenoxydulsilikatschlacke notwendig ist, kann, wie sich schon aus dem vorste henden ergibt, gleich von vornherein. der Be schickung zugesetzt werden. Gelangt die Charge vorgewärmt in den Reduktionsofen, so kann der Kalkzuschlag vor oder nach der Vorwärmung erfolgen. Es ist aber auch mög lich, den Kalk ernst an einer geeigneten Stelle des Reduktionsofens selbst einzuführen.
Ist -die Reduktion weit genug vorge schritten, so wird die Silikatschlacke aus dem Ofen abgezogen, und es wird das Eisen ent weder im Ofen selbst oder in einem zweiten Ofen (Drehofen, Herdofen, Elektroofen), in den .das aus dem Reduktionsofen abge stochene Eisen flüssig eingesetzt wird, fertig gemacht.
Das Fertigmachen erfolgt zum Beispiel in bekannter Weise derart, dass auf das flüssige Eisenbad Kalk, Röstspat, Man- ganerz und gegebenenfalls Ferromangan auf g e 'bracht wird. Die 'beim Fertigmachen zz ent- stehende Schlacke kann einer folgenden Be- schiekung wieder zugegeben werden, um das Eisen, Mangan usw.
der Schlacke auszu nutzen.
Das Fert bamachen in einem besonderen Ofen wird zum Beispiel dann vorgezogen, wenn der Reduktionsofen in bezug auf seine Beschickung zwangsläufig mit einer andern, für die Vorbereitung der Beschickung be nutzten Einrichtung (Wälzofen, Dwight- Lloyd-Apparat, Vorwärmeofen) gekuppelt ist.
In der Zeichnung sind zwei verschiedene Anlagen zur Ausführung des Verfahrens gemäss' der Erfindung beispielsweise darge stellt.
Das Rohgut, das vorher zwecks Röstung oder Agglomerierung auf einem Bandsinter- apparat behandelt sein kann, gelangt nach Vermischung mit etwa 9-0% Reduktions kohle, beispielsweise in Form von Koksgrus, zerkleinert oder unzerkleinert mittelst Trans portband 1 und Aufgaberohr 2 in .den Ofen 3 der Fig. 1. In diesem Ofen werden aus dem Gut leichterflüchtige Metalle, wie Zink.
Blei und dergleichen, nach bekannten Ver fahren, zum Beispiel nach dem Wälzverfah- ren, entfernt. Aus dem Ofen 3 wandert das von den flüchtigen Metallen befreite Gut möglichst unter Vermeidung von Wärme- lusten über die Rutsche 4 in den Reduk tionsofen 5, der zum Beispiel mittelst Koh- lenstaubbrenner 6 beheizt wird.
Die Zugabe von Reduktionskohle und sonstigen für die Eisenreduktion erfindungsgemäss notwen digen Zuschlägen kann ebenfalls auf der Rutsche 4 erfolgen, auf die die Reduktions kohle und die Zuschläge aus seitlich ange ordneten Vorratsbunkern gelangen. 7 ist der Kohlenstaub-Vorratsbunker, 8 die Kohlen- staub-Förderleitung. Die Abgase aus dem Ofen 5 werden über die Rutsche 4 durch den Ofenkopf 9 in den Ofen 3 geleitet, in .dem sie einen Teil ihrer Wärme an das zu be handelnde Gut abgeben.
Aus dem Ofen 3 gelangen die Abgase in den Ofenkopf 10 und von diesem in den Luftvorwärmer 11, um dann mittelst Leitung 12 einer Filtereinrich tung zugeführt zu werden, in der .die Me talloxyde aus den Abgasen abgeschieden werden. Ein Ventilator 13 drückt die Ver brennungsluft durch den Wärmeaustauscher 11 und die Leitung 14 in den Kohlenstaub brenner 6 .des Ofens 5. Die Pfanne 15 dient dazu, den Inhalt des Ofens 5 nach Beendi gung der Reduktion aufzunehmen.
Werden in einer derartigen Anlage Erze verarbeitet, die keine verflüchtigungsfähige Metalle enthalten, so dient der Ofen 3 ledig lich zum Vorwärmen des Gutes. Schwefel freies oder schwefelarmes Gut kann ohne vorherige Röstung unmittelbar mittelst der Fördereinrichtung 1 dem Ofen 3 zugeführt werden. Auch für die Röstung des Aus gangsgutes kann der Ofen 3 benutzt werden. Die Anlage kann auch so ausgebildet sein, dass die für die Reduktion im Ofen 5 be nötigten Kohle und Zuschläge dem Gut be reits zugemischt werden, bevor es in den Ofen 3 gelangt.
In der Einrichtung, die in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist, fehlt der Ofen 3. Von einem Röst- oder Sinterapparat 20 fällt das Gut zunächst in die Brechwalzen 16. Nach der Zerkleinerung rutscht es über eine Siebeinrichtung, zum Beispiel den Siebrost 17, in die Aufgaberinne 18. Der Siebdurch fall wird in dem Bunker 19 gesammelt, um dann. zum Beispiel als Rostbelag für den Röstapparat zu dienen.
Die Aufgaberinne 18 fördert das Erz in den Reduktionsofen 5, nachdem auf der Rinne der Brennstoff, zum Beispiel Koks, und die Zuschläge, zum Bei spiel Kalk und Kieselsäure, die erfindungs gemäss für die Eisenreduktion benötigt wer den, dem Gut beigemischt worden sind. Die Beheizungseinrichtungen für den Ofen 5 und die Luftvorwärmeeinrichtungen 13, 11, 14 können dieselben sein wie nach Fig. 1.
Die Abgase des Ofens 5 gelangen durch den Ofenkopf 10 und die Leitung 12, falls sie metallhaltig sind oder entstaubt werden sol len, in eine Filteranlage oder, falls eine Ge winnung der in den Gasen enthaltenen Stoffe nicht lohnend erscheint, in die Esse. Nach vollendeter Reduktion kann der Inhalt des Ofens 5, wie im vorstehenden beschrieben, in die Pfanne 15 abgestochen werden, wobei man natürlich auch so vorgehen kann, dass entweder zuerst .die Schlacke und dann das Eisen oder umgekehrt getrennt nacheinan der von verschiedenen Pfannen 15 aufgenom men werden.
Der Ofen 5 kann mit an sich bekannten Einrichtungen gedreht werden. <I>Ausführungsbeispiel:</I> Unter Benutzung der im vorstehenden beschrieenen und in der Zeichnung schema tisch dargestellten Einrichtungen gestaltet sich das Verfahren gemäss der Erfindung beispielsweise wie folgt: Kiesabbrände ungefähr folgender Zusam mensetzung:
I\e 42,1 7 Zn 8,0 S 3,4 si02 10,9% Nässe 15a0% werden auf einem Dwight-Lloyd-Sinter- apparat unter Zugabe von zirka 6 % Koks- grus abgeröstet. Das Agglomerat hat dann etwa folgende Zusammensetzung: Fe 48,0 Zn 8, 6 % S 0,10 Sioh 12,5 %.
Das Agglomerat wird entweder in dem Zu stand, in dem es von der Sintereinrichtung abgeworfen wird, oder nach vorangehender Zerkleinerung unter Zugabe von etwa 20 Koksgrus in einem Drehrohrofen nach dem bekannten Wälzverfahren entzinkt. Enthält das Gut noch andere leichterflüchtige Me talle, so können diese natürlich gleichzeitig mit dem Zink aus dem Gut entfernt wer den.
Aus den Abgasen des Wälzofens wird in einer Filteranlage (Elektrofilter, Sack filter usw.) das flüchtige Metalloxyd ge wonnen. Nach dieser Behandlung hat das Gut etwa felgende Zusammensetzung: Fe 54,2 Zn 1,5 5101 S 0,08 Si02 15,0 % .
Es gelangt dann chargenweise in den Eisen- reduktionsofen, der zweckmässig durch einen Kohlenstaubbrenner von der der Aufgabe seite gegenüberliegenden Stirnseite des Ofens aus beheizt wird. Der Charge werden etwa 30 % Koksgrus und 5 % Kalkstein zugeschla gen. In dem Ofen nimmt .die Beschickung allmählich immer höhere Temperaturen an.
Es bilden sich Eisenoxydulschlacke und Eisenschwamm. Aus der Eisenoxydulschlacke wird dann durch die Einwirkung des Kalks ,das Eisenoxydul allmählich frei, das eben falls zu metallischem Eisen reduziert wird, während das bereits reduzierte Eisen allmäh lich Kohlenstoff aufnimmt und schmilzt. Das geschmolzene Eisen sondert sich infolge der Drehbewegung des Ofens aus der Schlacke ab, die während des grössten Teils der Re duktion sich in teigigem bis zähflüssigem Zustande befindet. Nach etwa 2 Stunden ist die Silikatschlacke geschmolzen und im we sentlichen vom Eisen befreit.
Sie wird dann flüssig abgestochen. Zur Nachbehandlung des geschmolzenen Eisens setzt man dann noch etwas Kalk, etwa 5 % Röstspat und etwa<B>0,6%</B> Ferromangan zu. Nach kurzer Raffination kann dann auch der flüssige Stahl abgestochen werden. Er hat etwa fol gende Zusammensetzung Fe 98,0<B>-98,5</B> C 0,8 - 1,2 P 0,02 8i sp. Zn - Cu 0,08 As 0,01 S 0,08- 0,04% Mn 0,13 Das Ausbringen an flüssigem Eisen be trägt zirka<B>92%</B> des im Erz enthaltenen Eisens.
Der Schmelzpunkt des gewonnenen Stahls liegt bei 1400 bis 1450 C. Die Ofen temperatur steigt bis zu 1600 bis 1700 C. Die flüssige abgestochene Silikatschlacke enthält zirka 5 % Eisen, 40 % Kieselsäure und 15 bis 20 % Kalk. Sie kann in bekannter Weise zu Pflastersteinen vergossen werden.
Das Verfahren kann auch in der Weise ausgeführt werden, dass das zinkhaltige Agglomerat direkt dem Eisenreduktionsofen zugeführt wird. In diesem erfolgt dann neben der Eisenreduktion die Verflüchtigung des Zinkes und gegebenenfalls sonst noch im Gut enthaltener flüchtiger Metalle. Statt mit Kohlenstaub kann der Eisenreduktionsofen auch mit Gas oder 0l befeuert werden.
Eben so können statt Koksgrus Magerkohle, Grude- koks, Holzkohle und dergleichen Brennstoffe als Reduktionsmittel verwendet werden.
An die Stelle der Drehtrommel 3 in Fig. 1 können auch andere bekannte Röst- oder Vor wärmeöfen treten. Ebenso können an Stelle eines Bandsinterapparates andere Sinterein- richtungen, zum Beispiel Sinterpfannen, für die Röstung oder Agglomeration des Gutes benutzt werden. In vielen Fällen kann man auf jede vorbereitende Behandlung des Gutes verzichten und dieses direkt in den Eisen reduktionsofen .einführen.