Verfahren zum Reduzieren von feinkörnigem bis staubfeinem Eisenerz zu Eisen Zur Verhüttung feinkörniger bis staubförmiger Eisenerze auf elektrischem Wege sind unter anderem zwei Verfahren in Vorschlag gebracht worden, von denen das eine eine stöchiometrische Mischung aus Eisenerz und Reduktionskohle auf eine elektrisch erhitzte Schlackenschicht aufbringt.
In der Grenz- schicht Schlacke-Kohle-Erzmischung findet die Re duktion des Eisenerzes statt. Das dabei entstehende Schwammeisen wird zusammen mit der Gangart des Erzes und der Kohlenasche von der Schlacke auf geschmolzen. Das Eisen sammelt sich unter der Schlacke. Die aufgeschmolzenen Schlackenbildner vergrössern die Schlackenmenge. Die elektrische Er hitzung der Schlackenschicht erfolgt durch Elektro den, die in diese eintauchen. Bei diesem Verfahren treten zwei Schwierigkeiten auf: der elektrische Widerstand der flüssigen Schlackenschicht ist sehr klein, so dass bei wirtschaftlich tragbaren Abmessun gen auch nur kleine Spannungen Verwendung fin den können.
Des weiteren ist in der Grenzschicht Schlacke-Kohle-Erzmischung nur ein geringer Stoff umsatz pro Zeiteinheit möglich, so dass sich je Flächeneinheit nur unzureichende Leistungen er geben.
Bei dem zweiten Verfahren wird der elektrische Strom zum Zweck der Erzeugung Joulescher Wärme durch eine Wirbelschicht (Fliessbett) aus staubförmi- ger bis feinkörniger Kohle geleitet und in das Fliess bett von oben her das zu reduzierende Erz einge streut. Das Erz fällt durch das Kohlefliessbett hin durch, wird reduziert und sammelt sich getrennt nach flüssigem Metall und flüssiger Schlacke unter dem Fliessbett an.
Voraussetzung für dieses Ver fahren ist ein relativ feinkörniges Erz und eine mög lichst gleichmässige Verteilung desselben über die Oberfläche des Kohlefliessbettes. Die Erfindung löst das Problem der Reduktion von feinkörnigem bis staubfeinem Eisenerz zu Eisen mit feinkörniger bis staubfeiner Kohle im Elektro ofen unter Vermeidung insbesondere der Schwierig keiten und Nachteile des zuerst genannten Verfahrens nun dadurch, dass der für die Erzreduktion erforder liche elektrische Heizstrom durch eine schaumige Emulsion geleitet wird, die aus dem geschmolzenen Erz, der flüssigen Schlacke und dem Reduktions mittel besteht.
In diese Emulsion können Elektroden eintauchen. Die für das Entstehen der Emulsion erforderliche gasförmige Komponente liefert das bei der Reaktion zwischen dem Erzsauerstoff der Schlacke und dem in dieser feinverteilten Kohlen stoff entstehende Kohlenoxyd. Das Reduktionsmittel kann demnach aus feinverteiltem Kohlenstoff und CO-Gas bestehen. Die Emulgierung des flüssigen Einsatzes kann aber auch durch Einblasen von gas förmigen Reduktionsmitteln, wie H2, CH4 usw., oder von flüssigen Reduktionsmitteln, wie Erdöl produkten, unterstützt oder hervorgerufen werden.
Des weiteren können auch gasförmige Oxydations mittel, wie 02, H20 und C02 oder diese ent haltende Gase in die Emulsionsschicht eingeblasen werden. Beim Einblasen letzterer Mittel kann durch die Verbrennung von Kohle weitere Wärme in den Prozess eingeführt werden. Dabei entstehen Gase, die die Reduktion der Erze aus der Schaumschicht wirkungsvoll unterstützen. Dem Eisenerz können vor teilhafterweise Schlackenbildner, wie A1203 oder Si02 zugesetzt werden, die der Schlacke eine zur Emulsionsbildung und bei der Reaktionstemperatur von etwa 1500 C günstige Viskosität verleihen.
Das Erz kann der Emulsion bereits im geschmol zenen Zustand zugeführt und beim Einschmelzen des Erzes das bei der Reduktion anfallende COhaltige Abgas Verwendung finden.
Einzelheiten des Verfahrens nach der Erfindung seien an folgendem Ausführungsbeispiel erläutert: In ein Kohlefliessbett mit einer Schichthöhe von etwa 500 mm und einer Korngrösse von 0 bis etwa 0,5 mm tauchen Stromzuführungselektroden ein. Durch den elektrischen Heizstrom wird das Fliessbett auf einer Temperatur von etwa l550 C gehalten.
In das Fliessbett wird nun feinkörniges Erz einge streut, und zwar in solcher Menge pro Zeiteinheit, Verteilung und Korngrösse, dass sich unter dem Kohlefliessbett eine schaumige Schicht aus geschmol- znem Erz, flüssiger Schlacke und dem Reduktions mittel bildet, welches aus eingebundener, d. h. in der Schaumschicht fein verteilter Kohle und CO-Gas besteht.
Aus dieser Schicht, die durch das sich in ihr aus dem Erzsauerstoff und dem Reduktions kohlenstoff entwickelnde Gas in ständiger turbulenter Bewegung gehalten wird, scheidet sich nach unten ständig metallisches Eisen aus, während von oben fortlaufend neues Erz in ihr aufgelöst und aus dem darüberliegenden Kohlefliessbett ständig neue Reduk tionskohle in ihr eingebunden wird.
Die Erhitzung der Emulsionsschicht kann ent weder durch das über ihr befindliche Kohlefliessbett erfolgen, in das die Stromzuführungselektroden ein tauchen, oder die Emulsionsschicht kann auch un mittelbar als elektrischer Widerstand geschaltet sein, indem die Elektroden in diese eintauchen. Es kann auch der Strom teilweise durch das Kohlefliessbett und teilweise durch die Erzemulsion geleitet werden. Im Falle der Einführung der Elektroden in die Emulsionsschicht kann auch auf ein darüber befind liches Kohlefliessbett verzichtet werden.
Es wird dann pro Zeiteinheit nur so viel Brennstoff und mit einer solchen Korngrösse auf die Emulsionsschicht gegeben, wie von ihr eingebunden wird.
In letzterem Falle arbeitet das Verfahren nach der Erfindung nur mit einer sich in turbulenter Be wegung befindlichen Emulsionsschicht aus geschmol zenem Erz, flüssiger Schlacke und dem Reduktions mittel, das sich aus fein verteilter Kohle und CO-Gas zusammensetzt, mit einer infolge der CO-Ausbrüche in stark kochender Bewegung befindlichen Ober fläche. Die auf diese Oberfläche aufgegebenen Men gen an Erz und Kohle gehen sofort in der spezifisch leichten Emulsionsschicht unter und werden umge hend in sie eingebunden.
Das I?berschichten der Emulsionsschicht mit einer stöchiometrisch zusam mengesetzten, im wesentlichen festliegenden Schicht aus Erz und Reduktionskohlenstoff gemäss dem ein gangs geschilderten bekannten Verfahren ist bei dem Verfahren nach der Erfindung nicht möglich, da eine solche Schicht ihrer Schwere wegen durch die Schaumschicht hindurch nach unten absinken würde. Darin liegt ein kennzeichnender Unterschied des be kannten gegenüber dem erfindungsgemässen Ver fahren.
Dagegen ist ein überschichten der Schaum- bzw. Emulsionsschicht mit einer Fliessbettschicht gemäss dem an zweiter Stelle behandelten Verfahren mög lich. Ein solches Fliessbett aus staubförmiger bis feinkörniger Kohle über der Schaum- oder Emul- sionsschicht ist auch vorteilhaft, weil in ihm das Erz vorreduziert wird.
Der Vorzug des Verfahrens nach der Erfindung gegenüber dem ersten der bekannten Verfahren be steht darin, dass der elektrische Widerstand einer schaumigen Emulsionsschicht beträchtlich grösser ist als der einer homogenen Schlackenschicht. Bei der Emulsionsschicht erfolgt die Erzreduktion bei ent sprechend hoher spezifischer Leistung innerhalb der gesamten Schlackenschicht, bei dem bekannten Ver fahren dagegen nur in der Grenzschicht Schlacke Erz-Kohle.
Für ein gutes Eisenausbringen ist es erforderlich, die Schlacke, die der Menge der Erzgangart und der Brennstoffasche entspricht, möglichst weitgehend aus zureduzieren. Das kann entweder dadurch erfolgen, dass die Zugabe von Erz zur Emulsionsschicht einige Zeit vor dem Schlackenabstich eingestellt wird. Man kann aber auch die noch nicht ausreduzierte, eisen- oxydhaltige Schlacke abstechen und ihre Reduktion in einem besonderen Ofen, z. B. in einem elektri schen Lichtbogenofen, durchführen.