Verfahren zum Reduzieren von Eisenoxyd enthaltenden Materialien in einem Drehrohrofen In der chemischen Technik und im Hüttenwesen wurden bereits seit langem Drehrohröfen verwendet. Sie fanden beispielsweise in grossem Umfang Anwen dung bei der Produktion von Zement und auch bei der Calcinierung von Pigmenten, z.
B. von Titandi- oxyd. Es wurden viele Anstrengungen gemacht, um die Drehrohrofentechnik so auszuarbeiten, dass die ver schiedenen Erze reduziert und die Metalle daraus gewonnen werden konnten, und das Fachschrifttum enthält zahlreiche Hinweise auf diese Arbeiten. Viele Einzelpersonen und Firmen haben sich an der Ent wicklung der Technik der Reduktion im Drehrohr ofen versucht, hatten jedoch nur geringen oder gar kei nen wirtschaftlichen Erfolg.
Zahlreiche Schwierigkei ten entstanden durch die Ringbildung , die durch ein Sintern des Eisenerzes und verschiedener Reduk tionsprodukte und durch das Anhaften dieser Sinter- produkte in Form kompakter Sinterkörper an den Wänden des Drehrohrofens entstand. Durch die Aus bildung von gesinterten, anhaftenden Körpern wurde die Strömung des Materials behindert. Weiterhin wurden durch eine solche Ringbildung die inneren Wandflächen des Ofens beschädigt und es wurden lange Betriebspausen der Reduzieranlage erforder lich.
Diese auf den Sinterungserscheinungen beruhen den Schwierigkeiten wurden dem Mangel an einer brauchbaren Temperaturregelung durch den ganzen Ofen hindurch zugeschrieben, jedoch erhielt man bei einem Betrieb des Ofens unterhalb der Sintertempe- raturen Reaktionsgeschwindigkeiten, die zu gering waren, um brauchbare Ergebnisse zu liefern.
Bei der Reduktion von Eisenerz in einem Dreh rohrofen stellte es sich als notwendig heraus, die Temperaturverteilung über den ganzen Ofen hinweg genau einzustellen und zu regeln, damit eine Ringbil dung vermieden wurde. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden bereits früher zahlreiche Versuche gemacht, um Luft durch Rohre einzuleiten, die in radialer Richtung durch die Wände des Ofens führten und die Luft in der Achse des Drehrohrofens abgaben. Obwohl die verschiedenartigsten Vorschläge für den Bau und Betrieb derartiger Öfen gemacht wurden, so war doch keiner dieser Vorschläge praktisch verwert bar.
Bei den früheren Versuchen mit Drehrohröfen, bei denen Luft durch seitlich angeordnete Rohre ein geleitet wurde, herrschte im Innern des Ofens sowohl über- als auch Unterdruck; den Unterdruck erhielt man durch den natürlichen Kaminzug oder vermittels eines im Kamin angeordneten Gebläses. Beim Be trieb des Ofens mit Unterdruck kann die Luft infolge der Druckdifferenz durch seitlich angeordnete Rohre angesaugt werden. Bei Drehrohröfen, die mit über druck betrieben werden, musste die Luft unter Druck durch seitlich angeordnete Rohre eingeführt werden, was den Einbau von Gebläsen erforderlich machte.
Bei Drehrohröfen, die mit überdruck arbeiten, ent stehen grössere Schwierigkeiten bei der Abdichtung der Enden des Ofens sowie anderer undichter Stellen in dem ganzen Ofen, da die heissen Ofengase infolge dieses Druckes nach aussen durch die Abdichtungen oder durch die undichten Stellen gepresst werden und mit den Metalloberflächen in Berührung kommen, die wegen diesen heissen Gasen verbrennen können.
Bei Öfen, die mit Unterdruck arbeiten, tritt diese Schwierigkeit bei schlecht schliessenden Dichtungen und bei undichten Stellen nicht auf, jedoch wird Falschluft in den Ofen eingesaugt und dadurch die Metalloberfläche, mit der diese Falschluft in Berüh rung kommt, abgekühlt, wobei unter Umständen eine Flamme innerhalb des Ofens infolge der einströmen den Luft gebildet werden kann, die üblicherweise in Berührung mit der Auskleidung des Ofens steht, wobei in diesem Falle die Erwärmung von unterge ordneter Bedeutung ist. Vorzugsweise betreibt man daher den Ofen bei Unterdruck.
Es wurde nun festgestellt, dass die Reduktion von Eisenoxyd enthaltenden Materialien ohne Sintern oder Schmelzen mit Erfolg in einem Drehrohrofen durchgeführt werden kann, wobei ein Sintern und eine Ringbildung im Ofen vermieden wird, während man eine ausreichend hohe Reduktionstemperatur anwendet und dadurch einen hohen Reduktionsgrad erhält.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Redu zieren von Eisenoxyd enthaltenden Materialien in einem Drehrohrofen, vermittels eines festen kohlen stoffhaltigen Reduktionsmittels im Überschuss ohne Sintern oder Schmelzen, wobei das aus dem Beschik- kungsmaterial gebildete Bett 25 bis 45 % des Ofenvo lumens einnimmt und heisse,
brennbare Gase am Austragende des Ofens und sauerstoffhaltiges Gas durch mehrere über die Länge des Ofens verteilte Seitenrohre im Gegenstrom zur Beschickung ein- geführt werden und die zuzuführende Menge des sau- erstoffhaltigen Gases für jedes Rohr so eingestellt wird, dass die Temperatur an jeder Einführungsstelle auf der für das Reduktionsverfahren erforderlichen Höhe gehalten wird und die brennbaren Gase vor dem Verlassen des Ofens praktisch vollständig ver brannt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erhitzung er forderliche Wärme durch Verbrennung der ein geführten und der bei der Reduktion des Eisenoxydes gebildeten brennbaren Gase erzeugt wird, wobei die grösste Menge an brennbarem Gas in den Ofen ein geleitet wird, die darin praktisch vollständig verbren nen kann.
Zweckmässig wird die Drehgeschwindigkeit des Ofens so eingestellt, dass einerseits eine ausreichende Wärmeübertragung von der Ofenwand zum Bett er reicht wird und andererseits die Reoxydation des redu zierten Materials so weit wie möglich vermieden wird.
In der beigefügten Zeichnung ist eine Drehrohr ofenvorrichtung schematisch dargestellt, die zweck- mässig zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung benutzt wird. Der Drehrohrofenkörper ist mit 1 bezeichnet. Am Zuführungsende ist das Ge häuse 2 angeordnet, durch welches eine zweckent sprechende Zugführungsvorrichtung, beispielsweise eine Förderschnecke 10, hindurchtritt. Das Gehäuse 2 ist auch mit einem Kamin oder Schornstein 12 mit eingelagerter Klappe 14 ausgerüstet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schornstein 12 ferner mit einem Gebläse 13 versehen, das die Rege lung des Zuges im Ofen unterstützt. Das andere Ende, d. h. das Auslaufende des Ofens, befindet sich in unmittelbarer Nähe der Verbrennungskammer 3, die mit einem Brenner 16 zum Einführen und teilwei sen Verbrennen von Brennstoff, wie Öl, Gas und dergl., ausgerüstet ist. Es ist auch eine zweckentspre chende Auslaufvorrichtung 18 zum Austragen der Ofenprodukte vorgesehen.
An dem Drehrohrofenkör- per 1 ist eine Anzahl von Rohren 20 längs des Ofen körpers angebracht, die im wesentlichen senkrecht zu seiner waagerechten Achse verlaufen. Jedes Rohr ist mit einem Ventil 22 versehen, das unabhängig von den anderen eingestellt werden kann, um so die gewünschten Mengen von Luft oder sauerstoffhalti gem Gas durch das Rohr eintreten zu lassen.
Wenn bei Drehrohröfen die Luft durch seitlich am Ofen angeordnete Rohre in den Ofen eingeleitet wird, dann muss die Verbrennung, die an den Einlei- tungSstellen der Luft stattfindet, so durchgeführt wer den, dass eine lokale Überhitzung der Ofenwand über der Beschickung oder an der Oberfläche der Beschik- kung vermieden wird. Wenn die Luft in radialer Richtung eingeleitet wird, dann berührt die Flamme bei der Drehung des Ofens die Ofenwand und ergibt eine beachtliche Überhitzung.
Unter den günstigsten Umständen erhält man dann eine Überhitzung an der Wand, jedoch wurde auch schon festgestellt, dass eine solche Flamme bei einem Betrieb des Ofens bei 1180 C ein Abbrennen der Oberflächenverkleidung verursachte, die Temperaturen bis über 1600 C aus hält. Es wurde daher vorgeschlagen, die Luft in Drehrohröfen durch seitlich angeordnete Rohre ein zuführen, die innerhalb des Ofens umgebogen sind, wodurch die Luft längs der Achse des Ofens entge gengesetzt zu den Ofengasen eingeleitet wird.
Dieses Verfahren erwies sich jedoch als ungünstig, da sich wegen der verschiedenen Strömungsrichtungen der Ofengase und der eingeleiteten Luft eine Flamme ausbildete, die sich nur ein kurzes Stück in Richtung der Ofenachse erstreckt, während sie in einer Fläche quer zur Ofenrichtung verhältnismässig breit ist, was ein Sintern zur Folge hat. Es wurde nun festgestellt, dass es vorzuziehen ist, die Luft längs der Ofenachse in praktisch der gleichen Richtung einzuleiten, in der die Ofengase strömen, wodurch man eine verhältnis- mässig lange Flamme in Richtung der Ofenachse er hält.
Durch diese lange Flamme erhält man eine gleichmässigere Erhitzung über einen grösseren Teil des Ofens, während die Flamme soweit als möglich von den öfenwänden entfernt gehalten wird, wodurch die Neigung zum Sintern herabgesetzt wird.
Die gewünschte Wärmeverteilung wird im Ofen dadurch erhalten, dass man an bestimmten Stellen im Drehrohrofen Wärme erzeugt, indem man innerhalb des Ofens an denjenigen Stellen selektiv Gas ver brennt, an denen eine Wärmezufuhr wünschenswert ist. Um dies zu erreichen, stellte es sich als zweck mässig heraus, eine Atmosphäre eines brennbaren Gases über den grösseren Teil der Länge des Ofens aufrecht zu erhalten, mit Ausnahme der Vorerhit- zungszone, wobei das brennbare Gas vollständig ver brannt wird, wenn es diese Zone erreicht, damit die verbrannten Ofengase dort ihre Wärme an die Be schickung abgeben können, bevor sie aus dem Ofen austreten.
Da die Ofengase in der Vorerhitzungszone vollständig verbrannt sind und die Beschickung in dieser Zone eine so geringe Temperatur hat, dass praktisch kein Kohlenmonoxyd durch Reduktion frei gesetzt wird, wird dort keine Luft eingeleitet. Obgleich die Ofenatmosphäre, ausser in der Vorerhit- zungszone brennbar ist, so wirkt dieses brennbare Gas, wenigstens im grösseren Teil des Ofens, oxydie rend auf die Beschickung.
Durch Überwachung der Verbrennung der Gase durch die kontrollierte Zu gabe von Sauerstoff an bestimmten Stellen des Ofens kann man die Wärmeabgabe im Ofen derart einstel len, dass man die gewünschte Temperaturverteilung in jedem Teile des Ofens erhält und sehr genau beibe halten kann. Dies ist eines der Merkmale, auf Grund deren ein Sintern und eine Ringbildung vermieden werden kann.
Es wurden bereits zahlreiche Verfahren zur thermischen Reduktion von Eisenoxyd enthaltenden Materialien in Drehrohröfen vorgeschlagen. So wurde z. B. vorgeschlagen, im Ofen nur festen Brenn stoff und ein festes kohlenstoffhaltiges Reduktions mittel anzuwenden. Es wurde auch schon vorgeschla gen, nur gasförmigen Brennstoff und ein gasförmiges Reduktionsmittel im Ofen zu verwenden. Es hat auch schon den Vorschlag gegeben, eine Kombination aus einem festen Reduktionsmittel und einer reduzieren den Ofenatmosphäre zu verwenden und mit gasförmi gem Brennstoff zu heizen.
Weiterhin wurde auch schon vorgeschlagen, festen Brennstoff und Reduk tionsmittel zusammen mit einer lokalen Heizung zu verwenden, die durch einen am Austragende des Ofens angeordneten Brenner vorgenommen wurde. Keines dieser Verfahren konnte sich jedoch erfolg reich in der Industrie durchsetzen.
Wenn man nur festes, Kohlenstoff enthaltendes Material sowohl als Reduktionsmittel wie als Brenn stoff verwendet, dann muss die Temperatur im Ofen über der Entflammungstemperatur dieses Materials liegen, das in den Ofen eingeleitet wird oder sich darin bildet, und dies ergab oft Schwierigkeiten durch Sinterungserscheinungen, und es musste in dem Ofen eine verhältnismässig stark oxydierende Atmosphäre erhalten werden, um die Verbrennung des zugeführ ten oder gebildeten Kokses und eine praktisch voll ständige Verbrennung der Ofengase zu erreichen.
Wenn in dem Ofen eine reduzierende Atmosphäre angewandt wurde, dann erwies es sich andererseits als unmöglich, eine praktisch vollständige Verbren nung der Ofengase zu erhalten, und es war daher er forderlich, die Gase zurückzuleiten, wobei üblicher weise, z. B. beim Wiberg-Verfahren, ein Teil der Be standteile der Gase regeneriert wurde.
Als Eisenoxyd enthaltendes Material kommen z. B. Eisenerze und Eisenerzkonzentrate, z. B. ärmere Eisenerze, Braunerze, Hämatit, Magnetit, nicht magnetischer Takonit, Alabama-Eisensandstein, Ala- bama-Big-Seam-Eisenerz, Hämatit-Wascherz, Rana (Norwegisches Takonit) und dergleichen in Betracht.
Wie schon oben gesagt, wird ein Überschuss des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels für die Ofenbeschickung verwendet, z. B. wenigstens 500 kg festes Reduktionsmittel pro Tonne Eisenoxyd enthal- tendes Material. Vorzugsweise wird das feste, Koh lenstoff enthaltende Reduktionsmittel in einer Menge angewandt, die fünf Mal so gross ist wie die theore tisch zur Reduktion der Eisenoxyde der Beschickung zu Metall erforderlichen Menge, d. h. also ein vierfa cher Überschuss über die theoretisch notwendige Menge. In dem Ofen herrscht eine brennbare Atmo sphäre.
Diese Ofenatmosphäre wirkt jedoch nicht reduzierend auf die Eisenoxyde der Beschickung, aus- ser unter Umständen am Austragende des Ofens. Im Gegenteil, die Ofengase wirken reoxydierend auf metallisches Eisen, mit dem sie an der Oberfläche der Beschickung in Berührung kommen.
Der Grund für die Anwendung des grossen Überschusses an dem festen, Kohlenstoff enthaltenden Material ist ein dop pelter, da er zusätzlich zur Reduktion des Eisens in der Beschickung soweit als möglich zum Schutz des bereits erzeugten metallischen Eisens gegen eine Reo- xydation durch die Ofengase dient, weil wegen der unterschiedlichen spezifischen Gewichte der Eisen enthaltenden Materialien und des festen, kohlenstoff haltigen Reduktionsmittels in der Beschickung eine gewisse Neigung zur Entmischung besteht, wodurch die Oberflächenschicht der Beschickung in grösserem Umfang aus festem, Kohlenstoff enthaltenden Mate rial besteht.
Die Beschickung wird durch Verbrennen eines vorerhitzten brennbaren Gases beheizt, das am Aus tragende des Drehrohrofens eingeleitet wird. An be stimmten, über die Länge des Ofens verteilten Stellen wird ein Sauerstoff enthaltendes Gas, vorzugsweise Luft, zu den Brenngasen im Ofen gegeben, so dass lokale Brennstellen entstehen. Die Zugabe des Sauer stoff enthaltenden Gases an verschiedenen Stellen längs des Ofens wird so bemessen, dass an jeder Stelle die gewünschte Wärmemenge frei wird, so dass man die gewünschte Temperaturverteilung im Ofen erhält.
Die Einleitung von Sauerstoff enthaltendem Gas wird ebenfalls so geregelt, dass sich Ofengase bilden, die praktisch vollkommen verbrannt werden, bevor sie aus dem Ofen austreten, wodurch Verluste durch nichtverbrannte Gase vermieden werden. Die Seitenrohre des Ofens reichen zweckmässig bis zur Ofenachse, und die inneren Enden der Rohre sind zweckmässig so ausgebildet, dass sie das Sauerstoff enthaltende Gas praktisch in der gleichen Richtung abgeben, in der die Ofengase strömen. Die Einleitung des Sauerstoff enthaltenden Gases durch diese Rohre kann durch Ventile, vorzugsweise durch Schieberven tile, geregelt werden, die am äusseren Ende dieser Seitenrohre angeordnet sind.
Wenn der Ofen kontinuierlich längere Zeit betrie ben wurde, wurde festgestellt, dass man die besten Ergebnisse erhält, wenn man ein Gebläse und eine Klappe in einem am Ofenende vorhandenen Kamin anbringt und die Regelung durch die Klappe und durch die Einleitung des brennbaren Gases am Aus tragende des Ofens vornimmt.
Erforderlichenfalls können die Ventile an den Lufteinleitungsrohren so eingestellt werden, dass mehr oder weniger Luft in den Ofen eingelassen wird, jedoch ist hier selten eine Nachstellung erforderlich, sobald sich die Verhält nisse einigermassen stabilisiert haben. Die Umlaufge schwindigkeit des Gebläses im Kamin ist normaler weise nicht geregelt.
Bei der Reduktion der Eisenoxyde zu metalli schem Eisen wird Kohlenmonoxyd aus der Beschik- kung frei, und dieses wird zusammen mit den brenn baren Ofengasen verbrannt, bevor diese aus dem Drehrohrofen austreten, und es trägt daher zur Behei- zung des Ofens bei.
Ein anderer Faktor, durch den die Reoxydation der Beschickung vermindert wird, besteht darin, dass die Beschickung im Ofen wesentlich grösser gewählt wird als üblich. Die meisten Drehrohröfen erhalten eine Beschickung, die etwa 15-20 % des Ofenvolu- mens einnimmt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird eine Beschickung verwendet, die 25-45 %, vor- zugsweise 35-40 /o des Ofenvolumens einnimmt. Auf diese Weise wird die Oberfläche der Beschik- kung, verglichen mit ihrem Volumen, verringert, so dass die Beschickung weniger stark oxydiert wird.
Die obere Grenze für den Rauminhalt der Beschik- kung wird dadurch bestimmt, dass die Auslassöffnun- gen der seitlich angeordneten Rohre frei liegen müssen, was einer theoretischen oberen Grenze von 50 % entspricht,
während die praktische obere Grenze bei 45 % des Ofenvolumens liegt. Damit man eine befriedigende Wärmeübertragung erhält, sollte die Beschickung nicht zu gross sein, da festgestellt wurde, dass die Wärmeübertragung hauptsächlich von den Brenngasen zur Beschickung so stattfindet, dass die Ofenwand durch die Gase erwärmt wird,
worauf diese Wand bei der Drehung des Ofens in direkte Berührung mit der Beschickung kommt und diese durch Wärmeleitung erwärmt. Die Beschickung nimmt auch einen gewissen Wärmebetrag durch Strahlung von der Ofenwand auf.
Die Reduktionstemperatur muss auf das zu redu zierende Eisenerz abgestimmt sein, wobei einerseits die Sinterungstemperatur und andererseits die Tem peratur in Betracht gezogen werden müssen, die er forderlich ist, damit man metallisches Eisen in dem für die Gewinnung gewünschten Zustand erhält. Eisen erz vom Takonit-Typ kann beispielsweise bei Tem peraturen von 1050-1080 C reduziert werden. Bei der Reduktion von Ilmenit verwendet man vorzugs weise eine Temperatur von 1180 C, um ein abtrenn- bares Eisen zu erhalten.
Die besten Ergebnisse erhält man bei der Reduktion gewisser Erze bei höheren Temperaturen, wenn man beispielsweise bei der Reduktion von Ilmenit bei 1180 C etwas weniger Öl pro Tonne Erz verwendet, um das brennbare Gas zu erzeugen, als wenn Takonit bei Temperaturen zwi schen 1050 und 1080 C reduziert wird. Dies kann man sich so erklären, dass bei der höheren Reduk tionstemperatur, etwa bei 1l80 C, eine Neigung für ein gewisses geringes, unvermeidliches Verbrennen des festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels, z.
B. des Kokses, in der Beschickung vorhanden ist, während bei geringerer Reduktionstemperatur, bei 1050-1080 C, kein entsprechendes Verbrennen des Reduktionsmittels stattfindet. In beiden Fällen erhält man jedoch die besten Ergebnisse, wenn man mög lichst viel brennbares Gas in den Ofen einleitet und dabei berücksichtigt, dass der Reduktionsgrad hoch sein sollte, da die Gase, die aus dem Ofen austreten, vollständig verbrannt sein sollen.
Bei der thermischen Reduktion in einem Dreh rohrofen ist die obere Grenze für die Reduktionstem peratur durch die Sinterungstemperatur der Beschik- kung gegeben. Wenn man einen grossen Überschuss des festen, Kohlenstoff enthaltenden Reduktionsmit tels anwendet, kann man dem Auftreten von Sinte- rungserscheinungen entgegenwirken und so die Reduktionstemperatur etwas erhöhen.
Das vorerhitzte, brennbare Gas, das in den Dreh rohrofen eingeleitet wird, kann aus den verschieden sten Quellen stammen. So können Gase wie natürli ches Erdölgas, synthetische Gase, wie Heizgas oder Generatorgas, verwendet werden, oder ein Gas, das bei der unvollständigen Verbrennung von Öl ent steht, das durch einen Ölbrenner in eine Brennkam- mer am Ende des Drehrohrofens eingeleitet wird.
Es erwies sich jedoch auch als vorteilhaft, ein Brenngas zu verwenden, das indirekt vorerhitzt wird und das eine weniger oxydierende Gasatmosphäre am Austrag ende des Ofens ergibt, wodurch die Reoxydation der Beschickung etwas vermindert wird.
Unter indirekt vorerhitzten Gasen sind solche zu verstehen, wie sie sich beispielsweise durch thermi sche Spaltung von Öl in einer aussenseitig beheizten Anlage bilden, im Gegensatz zu direkt vorerhitzten Gasen, die durch teilweise Verbrennung unter gedros selter Sauerstoffzufuhr entstehen.
Als festes, kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel kann z. B. Koks, Schwelkoks, Koksgriess, Holzkohle und Anthrazithgriess verwendet werden.
<I>Beispiel 1</I> Es wurde ein Drehrohrofen gemäss der Zeich nung mit einem Durchmesser von 3 m, einer Länge von 46 m und einer Neigung von 3 /o verwendet. Die Umlaufzeit betrug 21/2 Minuten pro Umdrehung. Der Ofen wurde mittels des Brenners 16 durch Einleiten von Öl und genügend Luft, um das Öl teilweise zu verbrennen, erhitzt. Die teilweise Verbrennung fand in der Brennkammer 3 statt, und das heisse noch brennbare Gas trat im Gegenstrom zur Ofenbeschik- kung in den Drehofen 1.
Eine Mischung aus 7 Ton nen oxydischem Eisenerz mit einer Teilchengrösse von etwa 5 mm und einem Gesamtgehalt an Eisen von 34-35 %, und 5 Tonnen Koks mit einer Teil- chengrösse unter 3 mm und einem Kohlenstoffgehalt von 80 % wurde als Ofenbeschickung
stündlich durch die Beschickungseinrichtung 10 in den Ofen ein geführt. Das Beschickungsmaterial bildete ein loses Bett, das etwa 35 % des Ofenvolumens einnahm. Der Koks lag in beträchtlichem Überschuss über diejenige Menge vor, die zur Reduktion der Eisenoxyde in der Beschickung zu Eisen erforderlich war.
Die Mischung von Eisenerz und Koks wanderte stetig durch den Ofen, im Gegenstrom zur Gasströmung, und sie wurde stetig und unter kontrollierten Bedingungen auf die gewünschte Reduktionstemperatur von etwa 1060 C erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten. Die Verweilzeit des Materials im Ofen betrug unge fähr 71/2 Stunden.
Am Austragende des Ofens wurden 100 kg Öl pro Tonne Erz durch den genannten Ölbrenner ein geführt, und das Öl wurde nur teilweise zu heissen brennbaren Gasen verbrannt, die sich während des Durchtritts durch den Ofen mit dem bei der Reaktion des Kohlenstoffes (Kokses) mit dem oxydischen Eisen erz gebildeten Kohlenstoffmonoxyd mischten.
Mit Hilfe eines Gebläses 13 und der Klappe 14 in dem Kamin 12 wurde in dem Ofen ein kontrollierter verminderter Druck aufrecht erhalten, wodurch die Ofengase durch den Ofen gesaugt werden.
Um die Temperatur, die für das Erhitzen der Be schickung und die Reduktion des Eisenoxyds erfor derlich war, aufrecht zu erhalten, wurde durch über die Länge des Ofens verteilte Seitenrohre 20 Luft in den Ofen eingeleitet. Durch Einstellen der Ventile 22 an den Seitenrohren wurde an jeder Stelle eine kon- trollierte Menge Luft eingeleitet, und zwar so viel, dass ein für das Aufrechterhalten des an jeder Stelle erwünschten Temperatur ausreichender Anteil des durch den Ofen streichenden brennbaren Gases ver brannt wurde.
Durch das dem Beschickungsende des Ofens nächstgelegene Seitenrohr wurde so viel Luft eingeleitet, dass die restlichen brennbaren Kompo nenten der Ofengase praktisch vollständig verbrann ten, so dass das Gas, als es den Kamin erreicht hatte, folgende Zusammensetzung aufwies:
EMI0005.0020
19,2 <SEP> % <SEP> C02
<tb> 2-31/o <SEP> 02
<tb> 0,2 <SEP> % <SEP> CO
<tb> 0,8 <SEP> % <SEP> CH, <SEP> Rest: <SEP> Stickstoff Die durch den Ölbrenner erzeugte und in den Ofen eingeführte Menge an heissem brennbarem Gas war die grösste Menge, die zusammen mit dem bei der Reduktion der Eisenoxyde freigemachten Koh- lenstoffmonoxyd praktisch vollständig im Ofen bei der für den Reduktionsprozess erwünschten Tempe raturverteilung verbrannt werden konnte. Es wurde gefunden, dass unter diesen Bedingungen, abgesehen von dem in der Beschickung durch die Reduktion der Eisenoxyde entwickelten Kohlenstoffmonoxyd, prak tisch kein Kohlenstoff des Kokses verbrannte.
Das Verfahren wurde durchgeführt, ohne dass ein Sintern oder eine Ringbildung auftrat, und die Temperatur wurde in jedem Teile des Ofens mit einer Genauig keit von 3 C durch Messung mittels Thermoele- menten ständig überwacht. Das Eisenerz wurde am wirkungsvollsten bei einer Temperatur von 1060 C reduziert, und diese Temperatur wurde innerhalb der oben angegebenen Genauigkeitsgrenze über mehr als die Hälfte der Ofenlänge hin aufrecht erhalten.
Bei dieser Betriebsbedingung erhielt man eine ausge zeichnete Reduktion der Eisenoxyde, und es wurden etwa 85 % des Gesamteisens der Oxyde zu Metall reduziert. Weiterhin wurde, obgleich die Betriebstem peratur gerade unter der vermutlichen Sinterungstem- peraturlag, durch die hohe Temperaturgenauigkeit die Bildung merklicher Sinterkörper vermieden.
Es erfolgte deshalb auch keine Ringbildung, und die freie Bewegung des Materials wurde nicht behindert. Die Ofenwände wurden in keiner Weise beschädigt, was eine vorzeitige Ausserbetriebsetzung der Vor richtung nötig gemacht hätte. Der Koksverbrauch betrug einschliesslich der Verluste durch Staub und Regenerierung 200 kg pro Tonne Erz.
Die aus dem Austragsende des Ofens austretende Reaktionsmischung wurde unter Luftausschluss ab gekühlt, das reduzierte Erz wurde von der Asche und überschüssigem Koks durch Sieben abgetrennt, und der nicht verbrauchte Koks wurde von der Asche ab getrennt und in den Prozess zurückgeführt.
<I>Beispiel 2</I> Es wurde der gleiche Ofen wie in Beispiel 1 ver wendet, jedoch betrug die Umlaufzeit 41/2 Minuten pro Umdrehung. Ein Magnetiterz mit 65 % Fe, 3,8 0/0 TiO2, 0,8 % S und 0,
01 % P205 mit einer Korn- grösse, die kleiner war als die durch ein Sieb mit einer Öffnung der Maschen von 0,208 mm hindurch gehenden Körner, wurde zu Kügelchen von 5-10 mm Durchmesser verarbeitet und bei 1020 C geröstet. Nach dem Rösten sank der Schwefelgehalt auf 0,027 % S ab.
5 Tonnen Kügelchen wurden zusammen mit 5 Tonnen Koks, der eine Teilchengrösse von 3 mm hatte, und mit 350 kg Kalkstein, der ebenfalls eine Teilchengrösse von 3 mm hatte, pro Stunde in den Ofen eingeführt.
Diese Beschickung bildete in dem Ofen ein lockeres Bett, das etwa 30 % des Ofenvolu- mens einnahm. Die Verweilzeit im Ofen betrug etwa 10 Stunden. Die Reduktionstemperatur wurde auf 1070 C gehalten, worauf 100 kg Öl pro Tonne Kügelchen verbraucht wurden, und der Koksver- brauch betrug 350 kg pro Tonne Erz.
Nach der Reduktion wurden die Kügelchen von dem Koks- überschuss und von der Asche abgesiebt und der Koks wurde regeneriert und neuerdings in den Ofen eingeführt. Der Grad der Metallbildung in den Kügel- chen betrug 94 0/0. Eine Analyse ergab 85,5 % Ge- samteisen, 82,
5 % metallisches Eisen, 5,1 % TiO2 und 0,005 % S. Die Kügelchen wurden gebrochen und einer Magnetscheidung unterworfen und man erhielt ein Eisenkonzentrat,
das 95 % Gesamteisen, 90 % metallisches Eisen, 0,004 % S, 0,2 % SiO2, 1,7 % TiO2 und 0,
006 % P enthielt. Die Ausbeute an Eisen betrug 96,5 0/0. <I>Beispiel 3</I> Das Verfahren des Beispiels 2 wurde wiederholt, ausser dass die frischen (grünen) Kügelchen nicht ge röstet, sondern nur vor ihrer Einführung in dem Ofen getrocknet wurden.
Nach dem Zerkleinern und nach der magneti schen Abscheidung des reduzierten Materials erhielt man ein Eisenkonzentrat, das 95 % Gesamteisen, 90 % metallisches Eisen, 2 % TiO2, 1,0 % S, 0,
37 0/0 SiO2 und 0,006 % P enthielt. Die Ausbeute an Eisen betrug 96 0/0.
<I>Beispiel 4</I> Ein Drehrohrofen gemäss der Zeichnung mit einer Länge von 43 m, einem Durchmesser von 2 m und einer Neigung von 5 % wurde verwendet. Die Umlaufzeit betrug 43/4 Minuten pro Umdrehung.
Ein Ilmeniterz-Konzentrat mit 44 % TiO2 und 36 % Fe wurde soweit zerbrochen, dass in einem Sieb mit einer Maschenöffnung von 0,074 mm 10 % zurück- blieben,
worauf das Material unter Zugabe von 5 % Natriumchlorid zu Kügelchen geformt wurde. Die Kügelchen wurden dann getrocknet, auf 600 C er wärmt und heiss in den Ofen eingeführt. 4 Tonnen dieser Kügelchen und 4 Tonnen Koks mit einer Teil- chengrösse von 3 mm wurden pro Stunde in den Ofen eingeführt.
Die Beschickung bildete in dem Ofen ein lockeres Bett, das etwa 40 % des Ofens ein- nahm, und die Verweilzeit in dem Ofen belief sich auf etwa 10 Stunden. Die Reduktionstemperatur im Ofen wurde auf 1180 C gehalten und es wurden pro Stunde 80 kg Öl dem Brenner zugeführt.
Der Koks- verbrauch ergab 300 kg pro Tonne Erz. Das redu zierte Material wurde indirekt gekühlt und zur Ab trennung von überschüssigem Koks und Asche ge sammelt. Der Koks wurde von der Asche befreit und in das Verfahren zurückgeführt.
Der Grad der Metal- lisierung des Eisens in den Kügelchen betrug 96,5 0/0 und die Kügelchen enthielten 50 % TiO2, 40 % Ge- samteisen und 38,
5 % metallisches Eisen. Die Kügelchen wurden stufenweise zerkleinert und einem Trennungsvorgang unterworfen, und man erhielt ein Eisenkonzentrat mit 95 % Gesamteisen, 92 % metallischem Eisen, 3 % TiO2 und 0,
3 0/0 Si0=. Man erhielt auch ein Ti02-Konzentrat mit 80 % TiO2, 8 % Fe0, 1,5 % Na20, 5 % SiO2 und 6 % Mg0.