Verfahren zum Schmelzen von Eisen in Schachtöfen Die Verwendung von handelsüblichem Calcium- carbid in Eisenschachtöfen, insbesondere in Kupol- öfen, zur Erreichung höherer Ofen-Temperaturen oder zur Verminderung des Schwefelgehaltes im er schmolzenen Eisen durch Herabsetzung des Koks- satzes ist bekannt und in der Fachliteratur beschrie ben worden.
Die Wirkung des Calciumcarbides beruht offenbar auf dem Effekt der Dissoziation und der stark exothermen Umwandlung der entstandenen Einzelkomponenten. Der Nachteil des Einsatzes von Normal-Calciumcarbid im Kupolofen äussert sich dahin, dass die notwendige Temperatur zur Reaktion dieses hochprozentigen Calciumcarbides in manchen Kupolöfen nicht immer erreicht wird, daher die gewünschten Umsetzungen nicht zuverlässig durch führbar sind, die gewollte Steigerung der Ofentem peratur nicht voll, oder zu spät,
erreicht wird und evtl. unreagierte Carbidanteile in der Ofenschlacke zurückbleiben.
Es ist ebenfalls bekannt, niedrig schmelzendes Carbid für die gleichen Zwecke im Kupolofen zu verwenden, wobei die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten sollen. Der Schmelzpunkt eines derartigen Carbides wird in dem heissesten Teil des Kupolofens erreicht. Ein Nachteil des niedrig schmelzenden Car- bides besteht darin, dass der eigentliche Reaktions stoff - nämlich das CaC2 - durch das Vorhanden sein von Komponenten, welche den Schmelzpunkt herabsetzen, vermindert wird.
Es tritt demzufolge ein Verdünnungseffekt ein, wodurch die Wirksamkeit die ses Carbides herabgesetzt wird. Ausserdem kann durch das in der Ofencharge (Koks, Kalkstein, Eisen) und in dem Wind enthaltene Wasser das Calciumcarbid teilweise unter Bildung von Acetylen zersetzt werden, wodurch merkbare Verluste eintreten.
Die Erfindung besteht darin, ein hochprozentiges, z. B. handelsübliches Carbid zu verwenden, welches die Reaktionsträgheit des normalen, hochprozentigen Carbides nicht aufweist und anderseits eine Verdün nung des eigentlichen Reaktionsstoffes CaC2 mit frem den Stoffen weitgehend vermeidet.
Bei der Untersuchung der Wirkung von Calcium- carbid-Sorten im metallurgischen Ofen stellte sich nämlich die überraschende Tatsache heraus, dass man die gewünschte Temperatursteigerung im Schachtofen dadurch schneller und sicherer als bisher erreichen kann, dass man das hochprozentige Calciumcarbid durch chemische Veränderung, z. B. durch azotie- rende oder halogenierende Behandlung, der Ober fläche, mit einer reaktionsfördernden Aussenschicht versieht.
Bei der Verwendung eines so vorbehandelten Calciumcarbides im Eisenschachtofen, z. B. im Kupol- ofen, wird die temperatursteigende Umsetzungs- und Zerfallsreaktion und damit die günstige Wirkung des Calciumcarbides schneller als mit normalem Carbid eingeleitet und dadurch die Schmelzleistung des Kupol- ofens gesteigert.
Es hat den Anschein, dass durch diese reaktionsfördernde Aussenschicht ein katalytischer Vorgang eingeleitet wird, bei dem durch die beschrie bene Veränderung der Oberfläche des Calcium- carbides von dieser Oberfläche ein Initialeffekt aus geht, welcher die Dissoziations- und Umsetzungs reaktion des ohne Vorbehandlung trägen Calcium- carbides einleitet und an der Oberfläche der Carbid- körner eine Impfreaktion auslöst,
welche ihrerseits kettenförmig die exotherme Reaktion des im Innern der Körner befindlichen unveränderten, hochprozen tigen Calciumcarbides in Gang setzt.
Der Anteil der oberflächlich veränderten Aussen schicht des Carbides ist nur gering, so dass das Korn zum grössten Teil aus unverändertem hochprozen tigem Carbid besteht. Bei Körnern von z. B. 15 bis 25 mm beträgt die Aussenschicht z.
B. 0,3-1 mm. Überraschenderweise hat sich ergeben, dass durch die Verwendung eines solchen oberfläehebehandelten Carbides sich nicht nur erhebliche Einsparungen an Koks ermöglichen lassen, sondern auch Erleichterun gen des Schmelzvorganges des Möllers und eine Be schleunigung des Ofenganges auftreten.
Ein in der vorgesehenen Weise vorbehandeltes Calciumcarbid reagiert leichter als Normalcarbid mit unveränderter Oberfläche und besitzt ausserdem den Vorzug, dass durch die Oberflächenschicht das darunter befind liche, unveränderte Calciumcarbid vor einer uner wünschten Reaktion mit dem Wasserdampf der Ver brennungsluft des Ofens unter Bildung von Acetylen geschützt ist.
<I>Beispiel</I> Ein handelsübliches Normal-Calciumcarbid, wel ches eine Gasausbeute von 300 Liter Acetylen ergibt, wurde in einer Menge von 2 % des Eisengehaltes einem Kupolofen-Möller zugesetzt, wobei gegenüber der üblichen Arbeitsweise sonst keinerlei Änderun- gen vorgenommen wurden. Es ergab sich, dass eine Temperatursteigerung des erschmolzenen Eisens von 50 C nach 55 Minuten erreicht wurde. Während der Kupolofen ohne Calciumcarbid-Zusatz ein Eisen von 1380 C lieferte, hatte dasselbe bei 2% Zusatz des obigen normalen Calciumcarbides eine Temperatur von 1430 C.
Bei dem Einsatz der gleichen Menge eines vor behandelten Calciumcarbides, welches mit einer reak tionsfördernden kalkstickstoffhaltigen Aussenschicht versehen war, ergab sich unter genau den gleichen Verhältnissen eine Steigerung der Eisentemperatur um 70 C, welche sich bereits nach 37 Minuten ein- stellte. Dieses Calciumearbid hatte eine dünne, ver änderte Aussenschicht von nicht mehr als 0,5 Milli meter Stärke mit schwankendem Stickstoffgehalt.
Es wurde durch Behandeln von stückigem Calcium- carbid in der Grösse von 15-25 mm mit einer Liter- Ausbeute von 300 Liter bei 900 C in einer Stickstoff- Atmosphäre hergestellt.
Ein ähnliches Carbid mit einer reaktionsfördern den Aussenschicht kann man z. B. durch Erhitzen eines hochprozentigen Carbides in einem Halogen strom (z. B. aus Cl oder F) herstellen, oder durch Behandeln. der Carbidkörner mit festen oder flüssigen, den Kupolofenprozess reaktionsfördernden Stoffen, wobei solche Bedingungen eingehalten werden, dass nur die Aussenschicht verändert wird.
Process for melting iron in shaft furnaces The use of commercially available calcium carbide in iron shaft furnaces, in particular in cupola furnaces, to achieve higher furnace temperatures or to reduce the sulfur content in the molten iron by reducing the coke rate is known and in the specialist literature been described.
The effect of the calcium carbide is apparently based on the effect of dissociation and the strongly exothermic conversion of the individual components. The disadvantage of using normal calcium carbide in the cupola is that the temperature required for the reaction of this high-percentage calcium carbide is not always reached in some cupolas, so the desired conversions cannot be reliably carried out, the desired increase in the furnace temperature is not fully achieved, or too late
is reached and possibly unreacted carbide fractions remain in the furnace slag.
It is also known to use low-melting carbide for the same purposes in the cupola, the disadvantages mentioned above should not occur. The melting point of such a carbide is reached in the hottest part of the cupola. A disadvantage of the low-melting carbide is that the actual reaction substance - namely the CaC2 - is reduced by the presence of components which lower the melting point.
As a result, there is a dilution effect, as a result of which the effectiveness of this carbide is reduced. In addition, the water contained in the furnace charge (coke, limestone, iron) and in the wind can partially decompose the calcium carbide with the formation of acetylene, which results in noticeable losses.
The invention consists in providing a high percentage, e.g. B. to use commercially available carbide, which does not have the inertia of normal, high-percentage carbide and on the other hand largely avoids dilution of the actual reaction substance CaC2 with foreign substances.
When examining the effect of calcium carbide types in the metallurgical furnace, the surprising fact emerged that the desired temperature increase in the shaft furnace can be achieved faster and more reliably than before by changing the high percentage calcium carbide through chemical changes, e.g. B. by azotizing or halogenating treatment, the surface is provided with a reaction-promoting outer layer.
When using a pretreated calcium carbide in an iron shaft furnace, e.g. B. in the cupola furnace, the temperature-increasing conversion and disintegration reaction and thus the beneficial effect of calcium carbide is initiated faster than with normal carbide and thus the melting capacity of the cupola furnace is increased.
It appears that this reaction-promoting outer layer initiates a catalytic process in which the described change in the surface of the calcium carbide has an initial effect on this surface, which causes the dissociation and conversion reaction of the calcium, which is inert without pretreatment. initiates carbides and triggers a vaccination reaction on the surface of the carbide grains,
which in turn sets in motion the exothermic reaction of the unchanged, high-percentage calcium carbide inside the grains.
The proportion of the superficially modified outer layer of the carbide is only small, so that the grain consists for the most part of unchanged high-percentage carbide. For grains of z. B. 15 to 25 mm, the outer layer z.
B. 0.3-1 mm. Surprisingly, it has been found that the use of such a surface-treated carbide not only enables considerable savings in coke, but also facilitates the melting process of the Möllers and accelerates the furnace cycle.
A calcium carbide pretreated in the intended manner reacts more easily than normal carbide with an unchanged surface and also has the advantage that the surface layer protects the unchanged calcium carbide underneath from an undesired reaction with the steam in the combustion air of the furnace to form acetylene .
<I> Example </I> A commercial normal calcium carbide, which gives a gas yield of 300 liters of acetylene, was added to a cupola furnace in an amount of 2% of the iron content, with no other changes being made to the usual procedure were. It was found that an increase in temperature of the molten iron of 50 C was reached after 55 minutes. While the cupola provided iron of 1380 ° C without the addition of calcium carbide, the same had a temperature of 1430 ° C with 2% addition of the normal calcium carbide above.
When using the same amount of a pre-treated calcium carbide, which was provided with a reaction-promoting calcium-nitrogen-containing outer layer, the iron temperature increased by 70 C under exactly the same conditions, which was already achieved after 37 minutes. This calcium carbide had a thin, modified outer layer no more than 0.5 millimeters thick with a fluctuating nitrogen content.
It was produced by treating lumpy calcium carbide 15-25 mm in size with a liter yield of 300 liters at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere.
A similar carbide with a reaction-promoting outer layer can be used, for. B. by heating a high percentage carbide in a halogen stream (z. B. from Cl or F), or by treatment. the carbide grains with solid or liquid substances that promote the reaction of the cupola process, whereby such conditions are observed that only the outer layer is changed.