Verfahren und Ofen zum Verhütten von Eisenerz mit einem an Sauerstoff angereicherten Wind. Beim Hochofen, der mit Luft geblasen wird, entstehen so grosse Gasmengen, dass es nicht möglich ist, mit offenem Schacht zu arbeiten. Der Verlust würde das Verfahren zur Eisengewinnung vollkommen unwirt schaftlich machen.
Anders liegen die Verhältnisse, wenn man an Stelle von Luft einen sauerstoffrei chen Wind zum Blasen des Ofens verwendet. Da ein solcher Wind weit weniger Stickstoff mit sich führt als die Luft, ist das Volumen des Reduktionsgases, welches an der Gicht entweicht, bedeutend geringer als beim Hoch ofen.
Während aber das Gichtgas beim Hoch ofen nur einen Heizwert von 800 bis 900 kcal/m3 hat, weist das Reduktionsgas eines mit Sauerstoff betriebenen Ofens einen Heiz wert von 2500 bis 2600kcal/m3 auf. Es würde also eine erhebliche Einbusse an Energie be deuten, wenn man beim mit Sauerstoff be triebenen Ofen einfach mit offener Gicht arbeiten wollte.
Praktisch liegen nun Fälle vor, bei denen ein Arbeiten mit geschlossener Gicht unmög lich ist. Solche Fälle sind z. B. gegeben, wenn man in einem mit an Sauerstoff angereicher tem Wind betriebenen Ofen sperrigen Schrott niederschmelzen muss und dieser Schrott sieb nicht. zerkleinern lässt, bzw. wenn die Zer kleinerung teurer wäre als der Verlust des Reduktionsgases an der offenen Gicht. Man müsste dann diesen Verlust einfach in Kauf nehmen. Praktisch liesse sieh der Verlust da durch herunterdrücken, dass man im Nieder schachtofen arbeitet, der gestattet, minder wertigen Brennstoff zu benutzen, so dass der Wert der Kalorie geringer ist als der Wert derselben im Hochofengas, zu dessen Erzeu gung ausschliesslich hochwertige Kohle in Frage kommt.
Es bliebe aber trotzdem noch ein fühlbarer Verlust bestehen.
Diesen Verlust weitgehend herabzudrük- ken, ist der Zweck der nachstehend beschrie benen Erfindung. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Verhüttung von Eisenerz mit sauerstoffreichem Wind im offenen Schacht ofen, vorzugsweise in einem, Niederscha,6ht- ofen, in welchem die Beschickungshöhe nur wenige Meter beträgt. In einem solchen Ofen 'lässt sich mit Vorteil minderwertiger, körni ger Brennstoff, wie Kohlengriess. verarbeiten. Sperriger Schrott kann ohne Schwierigkeit zugegeben werden; ebenso nimmt der Ofen Abfallprodukte der Stahlfabrikation, wie Stahlofenschlacke, auf, die man in ;grossen Brocken zusetzen kann.
Die Erfindung besteht nun in einem Ver fahren zur Verhüttung von Eisenerz mit einem an -Sauerstoff angereicherten Wind im offenen Schachtofen, bei welchem man dem im Ofen entstehenden Reduktionsgas inner halb der Beschickung und unterhalb der Gicht Sekundärwind .zuführt. Dadurch kann bewirkt werden, dass das CO zu CO2 ver brennt, ehe noch das Reduktionsgas auf sei nem Weg nach oben die Beschickung ver lässt.
Die Einführungsstelle für den Sekundär wind liebt unterhalb der Gicht und ihr Ab stand von der Gicht richtet sich nach der Betriebsweise des Ofens. Vorteilhaft liegt sie so tief, dass das Reduktionsgas auf dem rest lichen Weg durch die Beschickung nach oben noch Zeit genug hat, zu verbrennen. Äusser lich ist dies daran zu erkennen, dass die Flamme, die sonst über dem Ofen brennt, verschwindet und sich in die Beschickung zurückzieht, die\ sich nun merkbar erhitzt.
Eine vorzugsweise Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass man den Se kundärwind in einem solchen Abstand unter halb der Gicht einführt, dass der Weg des Reduktionsgases vom Einführungspunkt des Sekundärwindes bis zum obern Ende der Be schickung hinreicht, um die vollständige Ver brennung des vorhandenen Reduktionsgases zu gewährleisten.
Je mehr Schrott man in einem solchen Ofen verarbeitet, desto weniger Brennstoff ist erforderlich, da die Reduktionsarbeit er heblich mehr Wärmeaufwand verlangt als das Niederschmelzen. Unter solchen Bedin gungen entsteht verhältnismässig wenig Re duktionsgas, so däss man die gesamte, bei der Verbrennung entstehende Wärmemenge im Oberteil der Beschickung ausnutzen kann. Ist jedoch mehr Gas vorhanden, so emp fiehlt es sich, diesen Teil des Gases abzu ziehen, ehe er noch die Zone erreicht, in wel cher der Sekundärwind zugeführt wird. In der Beschickungssäule (herrscht Widerstand und daher ein gewisser Überdruck. Man kann daher aus der Beschickung ohne Mühe Gas abziehen. Meist ist eine Unterstützung durch Ansaugen überflüssig.
Man kann vielmehr das Verhältnis zwischen der abziehenden und der die Sekundärwindzone passierenden Re- duktivnsgaemenge in einfachster Weise da durch einstellen, dass man die Abzapfleitung drosselt, z. B. mit Hilfe eines Schiabers. Der Sekundärwind kann Luft oder ein sauerstoffreicheres Gas sein. Je nach seiner Zusammensetzung wird mehr oder weniger Stickstoff in den obern Teil des Ofens ein geführt. Das Gas dagegen, welches man aus der Beschickung unterhalb der Sekundär windzone abzapft, kann fast nur aus CO bestehen und daher ein hochwertiges Nutz gas darstellen. Sein Heizwert liegt gewöhn lich über 2600 kcal/m3.
Es ist vorteilhaft, die Abzapfung des Re duktionsgases bei einer Temperatur vorzu nehmen, bei welcher das SiS, welches im Ofen entstehen kann, mindestens noch in Rauchform vorhanden ist. Beim mit Sauer stoff betriebenen Ofen kann der ;gesamte Schwefel des Möllers in SiS verwandelt wer den, welches gasförmig nach oben steigt. Diese Verbindung schmilzt nicht, sondern sublimiert.
Die Süblimationstemperatur liegt sehr hoch. Es ist aber gefunden worden, dass sich bei der Abkühlung des Reduktionsgases zunächst ein Rauch bildet, in welchem das SiS, wiewohl es bereits in. Form von festen Teilchen vorhanden ist, als kolloider Rauch schwebt, ohne sich abzuscheiden. Erst bei weiterer Abkühlung lagern sich die Teilchen zusammen und-fallen aus. Man kann daher beim Abzapfen des Reduktionsgases unter-. halb der Sekundärwindzone mit ,der Tempe ratur so weit heruntergehen, als das SiS noch rauchförmig bleibt.
Beim\ Vershütten mit Wind von hohem Sauerstoffgehalt entstehen im Verbrennungs raum ganz ausserordentlich hohe Temperatu- ren. Die Spitzentemperaturen sind auch beim Blashochofen schon ziemlich hoch, etwa 2000 C, die Durchschnittstemperatur ist je doch etwa 1'5i00" C, und zwar deswegen, weil die grossen Gasmengen, Kohlenoxyd und und Stickstoff,
dem Verbrennungsraum sehr viel Wärme entziehen. Da bei Verwendung von Wind mit hohem Sauerstoffgehalt spezifisch viel weniger Gas vorhanden ist, .ist der Wärme entzug viel geringer und dementsprechend die Temperatur höher. Die Wärme. steht also bei dem mit Sauerstoff angereichertem Wind betriebenen Ofen bei einem höheren Tempe raturniveau zur Verfügung als beim Blas hochofen.
Diese Wärmequalität ist für die Verhüttung mit Sauerstoff besonders wert voll, speziell wenn es sich darum handelt, solche Stoffe herzustellen, die eine sehr hohe Temperatur verlangen, wie beispielsweise Ferro-Wolfram oder sonstige Ferrolegierun- gen, die aus diesem Grunde bisher lediglich im elektrischen Ofen gewonnen wurden.
Es ist jedoch unzweckmässig, diese hoch wertige Wärme für Zwecke zu verwenden, für die auch minderwertige Wärme genügen würde. In den obern Ofenzonen steht nur wenig Wärme zur Verfügung, da der Tempe raturabfall im Niederschachtofen vom Gestell nach der Gicht zu sehr steil ist. Ein karbo- natisches Erz wird dementsprechend erst in tiefliegenden Ofenzonen kalziniert, also dort, wo hochwertige Wärme vorhanden ist.
Ge lingt es, diese Wärme in höheren Ofenzonen zur Verfügung zu stellen, und zwar in Form von geringwertiger Wärme, so kann die hoch wertige Wärme für die Zwecke gebraucht werden, für die sie tatsächlich notwendig ist.
Durch Einblasen von Sekundärwind kann Verbrennungswärme auf einem Temperatur niveau von etwa. 1000 C erzeugt werden. Das Kalzinieren des Karbonats erfolgt bei etwa 900 C. Es wäre aber im allgemeinen falsch, das gesamte Gas zu verbrennen. Die herab rutschende Beschickung könnte diese grosse Wärmemenge gar nicht aufnehmen. Die Be schickung würde nicht nur über den Erwei chungspunkt des Erzes erhitzt, sondern auch gesintert, und die Gase würden die Gicht mit hoher Temperatur verlassen, so dass die Wärmeverluste gross wären.
Die Hauptmenge des im Ofen sich bildenden Reduktionsgases wird daher unter normalen Verhältnissen zweckmässig wenig unterhalb der Zone abge zapft, in der soviel Sekundärwind eingebla sen wird, wie zum Verbrennen der Restgas menge, die weiter nach oben steigt, erforder- s lieh ist. Diese Menge wird vorteilhaft so be rechnet, dass auf diese Weise gerade die Wärmemenge erzeugt wird, die die Be- schiekung zu ihrer Vorbereitung, nämlich Trocknung, Kalzinierung usw., benötigt.
Die Beschickung besitzt dann beim Pas-. Bieren der Windebene, in der der Sekundär wind eingeblasen wird, eine Temperatur von etwa 1000 C. In diesem Zustand geht die indirekte Reduktion, d. h. die Reduktion mit CO, verhältnismässig leicht vor sich, so dass auf diesem Weg der Anteil der indirekten Reduktion an der Gesamtreduktion erhöht wird.
Die Kohle kann entweder mit dem Erz oben an der Gicht zugegeben werden, oder sie kann auch getrennt vom Erz unterhalb der Sekundärwindebene in den Ofen eingeführt werden. Der zweite Weg hat den Vorteil, dass keine Kohle durch den eingeblasenen Sekun därwind verbrannt wird. Anderseits braucht das Mitverbrennen von Kohle kein unbeding ter Nachteil zu sein, wenn mit sehr billiger Kohle .gearbeitet wird-. Immerhin verbrennt tatsächlich nicht viel Kohle, denn der Se- kündärwindsauerstoff reagiert leichter mit dem gasförmigen Brennstoff als mit dem festen.
Die beiliegende Zeichnung zeigt in sche matischer Weise einige Ausführungsbeispiele der beschriebenen Erfindung. Mit 1 ist in allen .drei Figuren der Ofen bezeichnet, bei 3 ist die Einführung des sauerstoffreichen Windes (Primärwind) angedeutet und bei 2 die Zuführung des Sekundärwindes.
In Fig. 2 soll .die Vorrichtung, welche mit 4 bezeieh- net ist, den Gasabzug unterhalb der Sekun- därwindebene vorstellen, während in Fig. 3 bei 5 gezeigt ist, wo .die Kohle bei der zu letzt erörterten. Alternative dem Ofen zuge führt werden kann, wenn sie getrennt vom Erz unterhalb .der Sekundänwindebene ein- aebracht wird.
Method and furnace for smelting iron ore with an oxygen-enriched wind. A blast furnace that is blown with air produces so large amounts of gas that it is not possible to work with an open shaft. The loss would make the iron production process completely inefficient.
The situation is different if, instead of air, an oxygen-free wind is used to blow the furnace. Since such a wind carries far less nitrogen with it than the air, the volume of the reducing gas that escapes at the top is significantly less than in the blast furnace.
While the top gas in the blast furnace only has a calorific value of 800 to 900 kcal / m3, the reducing gas of a furnace operated with oxygen has a calorific value of 2500 to 2600 kcal / m3. So it would mean a considerable loss of energy if you simply wanted to work with an open gout in an oxygen-operated furnace.
In practice, there are now cases in which working with closed gout is impossible. Such cases are e.g. B. given if you have to melt down bulky scrap in a furnace operated with oxygen-enriched tem wind and this scrap does not screen. can be crushed, or if the crushing would be more expensive than the loss of the reducing gas at the open gout. One would then simply have to accept this loss. In practice, the loss could be pushed down by working in a low-shaft furnace, which allows the use of inferior fuel, so that the value of the calorie is lower than the value of the same in the blast furnace gas, which can only be produced using high-quality coal .
But there would still be a tangible loss.
The purpose of the invention described below is to largely suppress this loss. It relates to a method for smelting iron ore with an oxygen-rich wind in an open shaft furnace, preferably in a furnace, in which the charging height is only a few meters. In such a furnace can be used with advantage inferior, granular fuel, such as coal semolina. to process. Bulky scrap can be added without difficulty; The furnace also takes up waste products from steel production, such as steel furnace slag, which can be added to large chunks.
The invention now consists in a process for smelting iron ore with an oxygen-enriched wind in an open shaft furnace, in which the reducing gas produced in the furnace is .zuführs within the charge and below the top of the furnace. This can cause the CO to burn to CO2 before the reducing gas leaves the feeder on its way up.
The point of introduction for the secondary wind loves below the gout and its distance from the gout depends on the mode of operation of the furnace. It is advantageously so low that the reducing gas still has enough time to burn on the rest of the way through the feed. This can be recognized externally by the fact that the flame, which otherwise burns above the stove, disappears and retreats into the load, which is now noticeably heated.
A preferred embodiment of the method consists in introducing the secondary wind at such a distance below half the gout that the path of the reducing gas from the point of introduction of the secondary wind to the top of the loading is sufficient to ensure complete combustion of the reducing gas present guarantee.
The more scrap you process in such a furnace, the less fuel is required, since the reduction work requires considerably more heat than melting it down. Under such conditions, relatively little reduction gas is produced, so that the entire amount of heat generated during the combustion can be used in the upper part of the charge. However, if there is more gas, it is advisable to draw off this part of the gas before it reaches the zone in which the secondary wind is supplied. In the feed column (there is resistance and therefore a certain overpressure. It is therefore possible to draw off gas from the feed without difficulty. In most cases, suction support is superfluous.
Rather, the ratio between the withdrawing amount and the reducing amount passing through the secondary wind zone can be set in the simplest possible way by throttling the bleeding line, e.g. B. with the help of a scraper. The secondary wind can be air or a more oxygen-rich gas. Depending on its composition, more or less nitrogen is introduced into the upper part of the furnace. The gas, on the other hand, which is drawn off from the feed below the secondary wind zone, can consist almost entirely of CO and is therefore a high-quality useful gas. Its calorific value is usually over 2600 kcal / m3.
It is advantageous to draw off the reducing gas at a temperature at which the SiS, which can arise in the furnace, is at least still present in smoke form. When the furnace is operated with oxygen, all of the sulfur in the Möllers can be converted into SiS, which rises in gaseous form. This connection does not melt, but sublimes.
The sublimation temperature is very high. However, it has been found that when the reducing gas is cooled, a smoke is initially formed in which the SiS, although it is already present in the form of solid particles, hovers as colloidal smoke without separating out. Only after further cooling do the particles assemble and fall out. You can therefore under- when tapping the reducing gas. half of the secondary wind zone with the temperature go down as far as the SiS remains smoke-shaped.
When smelting with wind with a high oxygen content, extremely high temperatures arise in the combustion chamber. The peak temperatures are also quite high in the blast furnace, around 2000 C, but the average temperature is around 1,500 "C, because the large amounts of gas, carbon dioxide and nitrogen,
Extract a lot of heat from the combustion chamber. Since there is specifically much less gas available when using wind with a high oxygen content, the heat extraction is much lower and the temperature is accordingly higher. The heat. is therefore available with the oxygen-enriched wind furnace at a higher temperature level than with the blast furnace.
This heat quality is particularly valuable for smelting with oxygen, especially when it comes to producing substances that require a very high temperature, such as ferro-tungsten or other ferro-alloys, which for this reason have previously only been used in an electric furnace were won.
However, it is inexpedient to use this high-quality heat for purposes for which low-quality heat would also suffice. Little heat is available in the upper furnace zones, as the temperature drop in the lower shaft furnace from the rack after the topping is too steep. Correspondingly, carbonate ore is only calcined in deep furnace zones, ie where high-quality heat is available.
If it is possible to make this heat available in higher furnace zones, in the form of low-value heat, the high-quality heat can be used for the purposes for which it is actually necessary.
By blowing in secondary wind, combustion heat can be at a temperature level of around. 1000 C can be generated. The calcination of the carbonate takes place at around 900 C. However, it would generally be wrong to burn all of the gas. The load sliding down could not absorb this large amount of heat. The charge would not only be heated above the softening point of the ore, but would also be sintered, and the gases would leave the furnace at a high temperature, so that the heat losses would be great.
The main amount of the reducing gas that forms in the furnace is therefore tapped under normal conditions conveniently a little below the zone in which as much secondary wind is blown as is required to burn the residual gas amount, which rises further upwards. This amount is advantageously calculated in such a way that precisely the amount of heat is generated in this way that the charge requires for its preparation, namely drying, calcination, etc.
The feed then has the pass. Beers of the wind level in which the secondary wind is blown, a temperature of about 1000 C. In this state, the indirect reduction, i. H. the reduction with CO is relatively easy in front of you, so that the proportion of indirect reduction in the total reduction is increased in this way.
The coal can either be added with the ore at the top of the furnace, or it can also be fed into the furnace separately from the ore below the secondary wind level. The second way has the advantage that no coal is burned by the blown secondary wind. On the other hand, the co-burning of coal need not be an unconditional disadvantage when working with very cheap coal. After all, not much coal actually burns, because the secondary wind oxygen reacts more easily with the gaseous fuel than with the solid.
The accompanying drawing shows some embodiments of the invention described in cal matic manner. In all three figures, 1 denotes the furnace, 3 indicates the introduction of the oxygen-rich wind (primary wind) and 2 indicates the supply of the secondary wind.
In FIG. 2, the device, which is referred to with 4, is intended to introduce the gas discharge below the secondary wind level, while in FIG. 3 it is shown at 5, where the coal in the last discussed. Alternatively, the furnace can be fed if it is brought in separately from the ore below the secondary wind level.