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Verfahren zur Verhüttung staubförmiger oder feinkörniger Erze mit
staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen Die Forteile einer Verhüttung von Kohle-Erz-Briketts
oder von stückigen Erzen im Gemisch mit stückiger bituminöser Kohle im Niederschachtofen
gegenüber der Verhüttung von Erz mit Koks im Hochofen sind bekannt. Ebenso wie im
Hochofen werden auch im Niederschachtofen Erz und Brennstoff in stückiger Form eingesetzt,
und sie durchwandern als ruhende Schichten den Ofen langsam von oben nach unten,
während der Wind im Gegenstrom von unten nach oben geführt wird. Der Niederschachtofen
arbeitet im Prinzip wie ein Schwelgenerator, wobei von oben nach unten die Trockenzone,
die Schwelzone, die Verkokungs- und Reduktionszone und die Vergasungs- und Schmelzzone
nacheinander folgen. Auf diese Weise wird die Kohle im Niederschachtofer in aufeinanderfolgenden
Zonen getrocknet und entgast und gelangt als Koks in die unterste, die Vergasungszone,
in der die Vergasung des Brennstoffes mit der im Gegenstrom von unten zugeführten,
vorgewärmten und gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherten Luft unter gleichzeitigem
Niederschmelzen des Erzes erfolgt. Ebenfalls wird das Erz in den oberen Zonen getrocknet
und reduziert, und sodann wird in der untersten Zone das Metall erschmolzen. Auf
diese Weise steht die gesamte bei der Vergasung des Brennstoffes in der untersten
Zone frei werdende Wärmemenge für die Reduktion und das Erschmelzen des Erzes zur
Verfügung. Die Trocknung und Entgasung des Brennstoffes sowie die Trocknung des
Erzes erfolgen durch die restliche Wärme der aufsteigenden heißen Gase. Nachteilig
beim Niederschachtofen wie auch beim Hochofen ist es aber, daß nur mit stückigen
Brennstoffen und stückigen Erzen gearbeitet werden kann.
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Will man dagegen staubförmige oder feinkörnige Erze mit staubförmigen
oder feinkörnigen Brennstoffen in einem Staubgenerator in einer Kohlenstaubflamme
verhütten, so befinden sich Kohlenstaub, Erzstaub und Wind naturgemäß im Gleichstrom.
Dadurch ergeben sich grundlegend andere Verhältnisse. Da Erz und Kohlenstaub in
der Regel einen mehr oder weniger hohen Gehalt an Wasser aufweisen und außerdem
auch die wasserfreie Kohle bei der thermischen Zersetzung Wasserdampf liefert, finden
jetzt gleichzeitig mit der Reduktion des Erzes und dem Erschmelzen des Metalls die
stark Wärme verbrauchenden Vorgänge der Aufwärmung von Erz und Brennstoff, der Trocknung
von Erz und Brennstoff und der Wasserverdampfung, der Wasserdampfzersetzung nach
der Wassergasreaktion, der Entgasung des Brennstoffs (Verkokung) und gegebenenfalls
des Erzes und der Erhitzung und Spaltung der Entgasungsprodukte statt.
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Infolgedessen entsteht für die Reduktion des Erzes und das Schmelzen
des ;Metalls ein im Vergleich zum Niederschachtofen erhöhter Wärmebedarf, der entweder
durch zusätzlichen Brennstoff gedeckt werden muß oder ein erhöhtes Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis
erfordert und dadurch ein sehr heißes, heizwertarmes Gas verursacht.
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Die Erfindung vermeidet die vorgenannten Nachteile bei der Verhüttung
staubförmiger oder feinkörniger Erze mit staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen
in einem Staubgenerator dadurch, daß der zu trocknende und/oder zu entgasende Brennstoff
zunächst in den oberhalb der Reduktions- und Schmelzzone liegenden oberen Teil des
Generators eingeführt, in dem aus der Reduktions- und Schmelzzone aufsteigenden
heißen Gasstrom in der Schwebe getrocknet und/oder entgast, mit dem Gasstrom aus
dem Generator ausgetragen und aus dem Gasstrom abgeschieden wird, daß vorzugsweise
auch das zu trocknende und/oder zu entgasende Erz und etwaige Zuschläge in den oberen
Teil des Generators eingeführt werden, und daß sodann Brennstoff, Erz und zweckmäßig
auch etwaige zur Verhüttung erforderliche Zuschläge in getrocknetem und entgastem
Zustand der als Reduktions- und Schmelzzone dienenden untersten Zone des Generators,
in welche Vergasungsmittel eingeblasen werden, zugeführt werden und der Brennstoff
in der Schwebe vergast und das Erz im Gasstrom verhüttet werden. Der frische Kohlenstaub
kann hierbei mit bekannten Einrichtungen, wie z. B. Düsen oder Schnecken, gegebenenfalls
mit einem geeigneten Transportgas oder mit Dampf, der oberen Zone des Generators
zugeführt werden. Die Trocknung, Schwelung, Entgasung und Teerspaltung erfolgen
in der oberen Zone schwebend im heißen Gasstrom, wobei dieser einen Teil seiner
fühlbaren Wärme
abgibt. Als Staubgenerator eignet sich besonders
eine Wirbelkammer.
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Es ist ein Verhüttungsverfahren bekannt, bei dem Luft und ein staubförmiges
Gemisch von Kohlenstoff, Erz. bzw. Zusatzstoffen in eine Vorwärmkaminer eine, Schachtofens
eingeblasen werden, in der aus einer Reduktionskammer kommendes Kolilenosvdgas mit
der Luft verbrannt wird. Das vorgewärmte Staubgemisch rieselt aus der Vorwärmkamtner
in die Reduktionskammer herab, sammelt sich dort an, soll sich reduzieren und ein
Trenngewölbe bilden, welche in eine Schmelzkammer absinken soll, Zoobei das Trenngewölbe
von oben fortlaufend durch sich niederschlagende und zusammenballende Masse ergänzt
werden und auf seiner Unterseite Tropfen für Tropfen ständig in die Schmelzkammer
hinein abschmelzen soll. Die Schmelzkammer wird dabei besonders beheizt, z. B. mittels
eines Gasbrenners. Bei diesem Verfahren werden also, ebenso wie im Hochofen und
Niederschachtofen, die Brennstoffe und Erze in dem Schachtofen von oben nach unten,
d. h. im Gegenstrom zu den Gasen geführt. Während beim Hochofen und Niederschachtofen
staubförmig vorliegende Ausgangsstoffe zunächst durch Sinterung oder Brikettierung
stückig gemacht werden und sodann in den Ofen eingesetzt werden, ist bei dem vorstehend
beschriebenen Verfahren praktisch nur die Sinterung des Staubes in den Schachtofen
hinein verlegt worden. Es handelt sich bei diesem Verfahren also nicht uin ein Verhüttungsverfahren,
das in einem Staubgenerator durchgeführt wird, welcher das Charakteristikum besitzt,
daß staubförmiger oder feinkörniger Brennstoff als Wolke frei beweglich in einem
Gasstrom und im Gleichstrom finit diesem vergast wird. Das bekannte Verfahren benötigt
die Bildung des vorgenannten Trenngewölbes aus dem zusaminetigesinterten Einsatzgut
und besitzt den Nachteil, daß sich praktisch im Dauerbetrieb eine gleichmäßige Ergänzung
einerseits und eine Abschmelzung des Trenngewölbes andererseits nicht erreichen
läßt. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet demgegenüber die Verhüttung voll
feinkörnigen oder staubförmigen Erzen mit feinkörnigen oder staubförmigen Brennstoffen
in einfachster Weise in einem Staubgenerator unter wärmewirtschaftlichen Bedingungen,
die denen der Verhüttung von stückigem Gut im Schachtofen entsprechen.
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Die Zuführung des staubförmigen oder feinkörnigen Erzes kann bei genügend
trockenen Erzen, gegebenenfalls mit Zuschlägen, getrennt für sich oder gemischt
mit dem völlig trockenen -und heiß abgeschiedenen Koksstaub direkt in die untere
Zone des Staubgenerators erfolgen. Es ist jedoch vorteilhaft, besonders wenn der
Erzstaub nicht trocken vorliegt, auch diesen mit der Frischkohle zunächst der oberen
Zone zuzuführen, wo dann neben der Trocknung bereits eine Vorreduktion erfolgt.
In diesem Falle kann das aus dem Gas abgeschiedene Gemisch von Koks und Erz noch
heiß in die untere Zone eingeführt werden.
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Wenn trockene Brennstoffe mit einem nur geringen Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen (z. B. Anthrazit oder bereits entgaste Brennstoffe wie Schwelkoks
oder Koks) angewandt werden, kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß mit
diesen Brennstoffen in der unteren Zone des Staubgenerators Reduktionsgas erzeugt
wird. während lediglich das staubförmig:. oder feinkörnige Erz, getrennt oder gemischt
mit Brennstoff, in die obere Zone des Staubgenerators eingeführt und dann mit überschüssigem
Brennstoffstaub abgeschieden wird. In der unteren Zone wird dann eine dem Wärmebedarf
beider Zonen entsprechende Menge an Reduktionsgas erzeugt. Der Wärmebedarf der oberen
Zone richtet sich danach, wieviel Wärme dort bei Einbringung der Erze mit erzeugtem
Gas oder Vergasungsillitteln frei wird oder benötigt wird. Führt man z. B. die Erze
finit erzeugtem Gas in die obere Zone ein, so werden in dieser Zone Erze und Zuschläge
getrocknet, erhitzt und vorreduziert. Hierdurch wird die fühlbare Wärme des Reduktionsgases
so ausgenutzt. daß es wesentlich kühler zu den für brennbare Gase üblichen Reinigungs-und
Verwertungseinrichtungen gelangt. Gleichzeitig benötigen die Erze in der unteren
Zone einen geringeren Wärrnea ufwand und somit eine geringere Reduktionsgaserzeugung.
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Eist jedoch auch möglich, die Erze in die obere Zone des Staubgenerators
mit Vergasungsmitteln wie Luft. sauerstoffangereicherter Luft und Sauerstoff einzubringen
und durch die Reaktion dieser Vergasungsmittel finit dein in der unteren Zone erzeugten
Reduktionsgas 1)z-%v. dein finit diesem aufsteigenden überschüssigen Brennstoffstaub
die Erze auf Temperaturen zu erhitzen, die über der des Reduktionsgases bzw. bei
oder über dein Schmelzpunkt der Erze liegen. Die dabei entstehenden sehr heißen,
aber nur wenige oder keine brennbaren Bestandteile enthaltenden Gase können in üblichen
Verwertungseinrichtungen, z. B. Abhitzelcesseln, Kesselfeuerungen, weitererwertet
werden.
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Ferner ist es bei Einbringung der Erze in die obere Zone möglich,
als Vergasungs- und Tragmittel Dampf oder Kohlensäure zu verwenden und hierbei die
fühlbare Wärme des in der unteren Zone erzeugten Reduktionsgases und des aus dieser
aufsteigenden überschüssigen Brennstoffstaubes zur Bildung von j@,"assergas oder
Kohlenoxyd. also von Gas mit höherem Heizwert und niedrigerer Temperatur auszunutzen.
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je nach den gewählten Gasgeschwindigkeiten und Korngrößen können die
Erze und Zuschläge bei allen Verfahrensformen durch den Gasstrom ganz oder teilweise
fortgeführt werden und außerhalb des Generators abgeschieden werden oder in die
untere Zone fallen, schweben oder all der @@'and entlang fließen. Die mit dein Gas
fortgeführten Mengen all Koks-und Erzstaub können noch heiß in die untere Reduktionszolls
zurückgeführt werden.
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Bei aschereichen Brennstoffen kann man, um Metallverluste durch die
Verschlackung mit viel Brennstoffasche zu vermeiden, das Verfahren so leiten, daß
nur vorreduzierte oder auch agglomerierte Erze erhalten werden, welche dann durch
bekannte Aufbereitungsmethoden voll den Brennstoffaschen oder Schlacken getrennt
werden. Die vorreduzierten Erze können allein oder mit Frischerz in einem zweiten
Arbeitsgang mit hochwertigen Brennstoffen zu Metall verhüttet werden.
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Die Erzeugung des Reduktionsgases für alle beschriebenen Verfahrensformen
in der unteren Zone des Staubgeilerators kann mit Luft, Sauerstoff oder mit diesen
und Dampf und/oder Kohlensäure erfolgen.
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Diese verschiedenen Ausführungsformen des -\"erfahrens ermöglichen
es, sowohl den verschiedenen Reduktionsbedingungen der Erze als auch den Verschiedenheiten
der rohen oder ganz oder teilweise entgasten Brennstoffe unter Berücksichtigung
ihrer Reaktionsfähigkeit zu entsprechen. Das Verfahren gestattet besonders auch
die Verhüttung von Erz staub mit Braunkohlenstäuben, die 15 bis 20% Wasser enthalten.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens
ist, daß die Hauptmenge des
Kohleschwefels oberhalb der Schmelzzone ausgetrieben wird, so daß man auch aus schwefelreichen
Brennstoffen ein schwefelarmes Metall erhält. Das Verfahren eignet sich praktisch
für alle Brennstäube, auch solche aus stark backenden Kohlen, und ist dadurch dem
1\ iederschachtofenverfahren überlegen. Die elastische Durchführung des Verhüttungsprozesses
ermöglicht es, daß die zur Verhüttung verwendeten Generatoren für staubförmige oder
feinkörnige Brennstoffe mit Vorrichtungen zur Reinigung und Verwertung sowohl brennbarer
als auch nicht brennbarer Gase, wie z. B. Generatoren für stückige Brennstoffe,
metallurgische Öfen, Abhitzekessel, Kesselfeuerungen, Gasturbinen und ähnliche Vorrichtungen,
direkt verbunden oder baulich vereinigt werden können.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung sind in der Zeichnung in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt,
wobei gleiche Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Mit 1 ist der Generator bezeichnet, der in seinem unteren Teil als
Wirbelkammer ausgebildet ist, deren Wand von einer Kühlschlange 2 gebildet wird.
Aus dein Koksstaubbunker 3 wird der Brennstoff durch die Leitung 4 in die Wirbelkammer
eingeführt und kurz vor seinem Eintritt mit dem Vergasungsmittel vermischt, das
durch die Leitung 5 zugeführt wird. In die aus der Wirbelkammer 2 aufsteigenden
Gase wird aus dem Frischkohlenbunker 6 die Frischkohle über die Leitung 7 eingeführt
und im Generator 1 emporgetragen. Auf diesem Wege erfolgt die Entgasung und Verkokung
der Frischkohle. Der Koksstaub wird mit den Gasen durch die Leitung 8 ausgetragen
und im Koksstaubbunker 3 abgesetzt. Das gereinigte Gas zieht durch die Leitung 9
ab. In die Leitung 8 ist ein Wärmeaustauscher 10 eingebaut, in dem die abziehenden
Gase ihre Wärme an das durch die Leitung 5 zugeführte Vergasungsmittel abgeben und
dieses vorwärmen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird über die Leitung 4 auch
der Erzstaub aus dem Bunker 11 in die Wirbelkammer eingeführt. Das Erz wird in der
Wirbelkammer 2 reduziert und geschmolzen. Auch die Asche des Brennstoffes wird in
der Wirbelkammer geschmolzen und fließt an den gekühlten Wandungen der Wirbelkammer
abwärts und zusammen mit den Schmelzprodukten des Erzes durch die Bodenöffnung 12
in den Sumpf 13 ab, in dem die aus der Öffnung 12 herabfließenden Massen granuliert
werden und auf ein Förderband 14 fallen, welches sie kontinuierlich austrägt. Bei
der Granulation lösen sich die Verkittungen von Metall und Schlacken, so daß die
Metalle aus den durch das Förderband 14 ausgetragenen Granulaten durch magnetische
Abscheider oder in sonstiger bekannter Weise abgetrennt werden können. Bei dein
Ausführungsbeispiel der Fig.2 ist der Erzstaubbunker 11 an die Frischkohlenleitung
7 angeschlossen. Der Erzstaub wird also in den oberen Teil des Generators eingeführt,
in dem die Brennstoffentgasung und Verkokung stattfindet. Je nach den gewählten
Verfahrensbedingungen wird der Erzstaub von den aus der Wirbelkammer aufsteigenden
Gasen emporgetragen, mit dem Koks zusammen im Koksstaubbunker 3 abgeschieden und
über die Leitung 4 in die untere Zone eingebracht. Bei geringeren Gasgeschwindigkeiten
und/oder gröberer Körnung fällt, schwebt oder fließt er an der Wand in die untere
Zone. In der Wirbelkammer erfolgt dann die endgültige Reduktion und Einschmelzung.