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Verfahren zur Verhüttung von Erzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Verhüttung von Erzen, bei welchem das Erhitzen und Schmelzen der Beschickung
einerseits und die Reduktion der Beschickung andererseits in zwei aufeinanderfolgenden
Stufen in einem einzigen Schachtofen durchgeführt werden.
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Bei den bekannten Verhüttungsverfahren für Metallerze, besonders Eisenerze,
hat man bis jetzt feste Brennstoffe (Kohle) verwendet, die durch ihre Teilverbrennung
die Wärme, die für das Erwärmen und Schmelzen des Einsatzes nötig ist, erhalten
und gleichzeitig die zur Erzreaktion erforderlichen Gase (Kohlenoxyd) erzeugen sollen.
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Die Verbrennung muß infolgedessen derart geregelt werden, daß eine
gründliche Erzreduktion auftritt. Man ist deshalb gezwungen, für den Reduktionsprozeß
bestimmte Brennstoffqualitäten anzuwenden, was nicht immer eine vorteilhafte und
vollständige Ausnutzung des Brennstoffes gestattet.
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Es ist aber andererseits bereits die Notwendigkeit erkannt worden,
andere Brennstoffe, besonders Gas und flüssige Brennstoffe, für die Reduktion der
Erze sowohl wegen ihres niedrigen Preises als auch wegen des Umstandes, daß sie
leichter erhältlich sind, zu verwerten. Allerdings geben diese Brennstoffe nicht
die Möglichkeit, wie bei der Verwendung von Kohle, die erwähnten chemischen Wirkungen
auf die behandelten Erzeugnisse zu erhalten.
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Es sind bereits Flammöfen bekannt, in welchen die Reduktion durchgeführt
wird, jedoch wird hierbei die Reduktion in einem besonderen Reaktionsgefäß vollzogen.
In diesem Reaktionsgefäß befindet sich heißgeblasener Koks, und es wird gleichzeitig
Luft eingeblasen.
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Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die Durchführung
des Erwärmens und Schmelzens mit der Durchführung der Reduktion eng verbunden ist,
d. h., die Brennstoffmenge, die für das Erwärmen und Schmelzen zur Verfügung steht,
ist von der Reduktionsstufe abhängig.
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Die Aufgabenstellung, einerseits den Brennstoff vollständig thermisch
auszunutzen und andererseits die Möglichkeit zu haben, für die Reduktion von Metallerzen
Brennstoffe verschiedener Art zu verwenden, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Erhitzung und die Schmelzung völlig unabhängig von der Reduktion durch Verbrennung
eines von außen zugeführten und für sich regelbaren Brennstoffstromes und die Reduktion
durch unmittelbare Einführung von kohlenstoffhaltigen Substanzen in das Metallbad
durchgeführt wird.
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Es kann vorteilhaft sein, daß feinvert-ilte Stoffe, wie Erzpulver,
Flußmittelpulver, Korrigierungsmittelpulver u. dgl., zur Unterstützung der Verfahrensentwicklung
in den unteren Ofenteil unmittelbar eingeführt werden.
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Zweckmäßigerweise können Stoffe zum Binden oder einfachen Korrigieren
der Komponenten des geschmolzenen Metalls zusammen mit den Kohlensubstanzen in das
geschmolzene Metall unmittelbar eingeführt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung,
flüssige und gasförmige Brennstoffe, wie Erdöl, Naturgas u. dgl., zum Erwärmen und
Schmelzen der Füllung zu verwenden. Sauerstoff kann ebenfalls als Verbrennungsmittel
Verwendung finden. Der Brennstoff und/oder die Luft oder der Sauerstoff können vorgewärmt
werden. Dabei können die Abgase zum Vorwärmen des Brennstoffes und/oder der Luft
oder des Sauerstoffes Verwendung finden.
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Durch die erfindungsgemäße getrennte Einführung der Kohlensubstanzen
werden diese dem Einfluß der Atmosphäre der Verbrennungsgase entzogen, die daher
beliebig oxydierend sein kann.
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Es ist deshalb die Verwendung jedes beliebigen Brennstoffes möglich,
wenn er nur die thermische Energie liefert, die zum Schmelzen und zur Entwicklung
der chemischen Reaktionen notwendig ist. Wegen der erforderlichen starken Wärmekonzentration,
die das Verfahren selbst schnell durchführbar und daher billig macht, eignen sich
besonders Gase und flüssige Brennstoffe, z. B. Naturgas, Erdöl u. dgl.
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Für die Luft oder vorteilhaft für den Sauerstoff wählt man gegebenenfalls
eine passende Vorwärmung, die gegebenenfalls auch auf das Naturgas ausgedehnt werden
kann, wobei man zu diesem Zweck vorteilhaft die aus dem Hochofen kommenden Abgase
zur Vorwärmung benutzt. In jedem Fall ist es zweckmäßig,
einen Sauerstoffüberschuß
in der Verbrennungszone aufrechtzuerhalten, um auch das bei der Reduktion entwickelte
Kohlenoxyd verbrennen zu können, wodurch die Wärmewirtschaftlichkeit des Verfahrens
wesentlich verbessert wird. Die aus der Ofengicht ausströmenden Gase sind infolgedessen
chemisch erschöpft und haben eine niedrige Temperatur. Man kann sie daher in die
Atmosphäre ausströmen lassen, außer, wenn man es vorzieht, sie durch Verminderung
der öfenhöhe bei höherer Temperatur, beispielsweise 800 bis 900° C abzuziehen und
ihre Wärme dazu zu verwenden, die Luft und/oder den flüssigen oder gasförmigen Brennstoff
vorzuwärmen.
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-. -Das Schmelzen des Erzes in einer oxydierenden -Atmosphäre gibt
außer einer größeren Wärmekonzentration auch noch die Möglichkeit der Beseitigung
von Schwefel, Arsen und anderen schädlichen Verunreinigungen des Erzes, da auch
die unmittelbare Behandlung von Sulfiden (Pyriten) mit Gewinnung des Schwefels aus
den Abgasen gegebenenfalls möglich ist.
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Die Einführung der Kohlensubstanzen in das Metallbad erfolgt unmittelbar
und unter Druck derart, daß man in jedem Fall eine Kühlung des Metalls vermeidet
oder wenigstens einschränkt, um die Lösungsgeschwindigkeit des Kohlenstoffes im
Eisen nicht zu verlangsamen. Gegebenenfalls kann man eine Erwärmung der Kohlensubstanzen
vor ihrer Einführung in das Metallbad vorsehen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Sie zeigt schematisch die Koordinierung der verschiedenen Verfahrensphasen
in einem Ofen, wie er sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders
eignet.
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Diese Zeichnung, die auf den unteren Ofenteil beschränkt ist, zeigt
die Ofenwände schematisch, wobei der Pfeil 2 die Richtung der Füllung angibt. Im
Ofenboden sammeln sich das Metall 3 und die Schlacke 4, die durch die Abzugsöffnungen
3' bzw. 4' abgezogen werden. Die Füllung wird durch ein in Richtung des Pfeiles
5 eingeblasenes Brennstoffgemisch umgeben, während die Kohlensubstanzen dem Bad
3 in Richtung des Pfeiles 6 zugeführt werden.
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Bei der Erzeugung von beispielsweise Roheisen soll der Wärmebedarf
(natür'liches Gas) von etwa 1 bis 1,2 Millionen Kalorien für eine Tonne Roheisen,
wie es dem Energieverbrauch elektrischer Öfen nach Abzug der Wärme der Reaktionsgase
entspricht, und der Luftbedarf etwa 2000 bis 2500 cbm für eine Tonne Roheisen sein.
Somit unterscheidet sich die Menge der durch die Verbrennung gebildeten Gase nur
wenig von der Menge der Gase, die den Schacht des Hochofens durchströmt. Die aus
dem Erz und einem eventuellen Flußmittel bestehende Füllung wird daher durch die
Gase in etwa gleichem Maße vorgewärmt. Es ist jedoch zu bemerken, daß im allgemeinen
Ofen mit kleineren Abmessungen nötig sind. Tatsächlich ist der Eiseninhalt bei gleichem
Füllungs- und Ofenvolumen etwa dreifach bezüglich des Hochofens, so daß auch die
Erzeugung den dreifachen Wert haben kann. Es ist somit eine sehr hohe Konzentration
thermischer Energie notwendig. Diese ist jedoch im Gegensatz zu den Bedingungen
beim Hochofen und beim elektrischen Ofen deswegen praktisch nicht beschränkt, weil
es besonders bei Verwendung von Sauerstoff möglich ist, die Brennstoffe vorzuwärmen
und rnit verhältnismäßig hohen Drücken zu arbeiten. Es lassen sich somit Verbrennungsgeschwindigkeiten
und -Wärmekonzentrationen pro Volumen- und Zeiteinheit erzielen, die zehn- bis fünfzehnmal
größer sind, als es bei den bisherigen Ofen möglich war. Es wird deshalb nicht nur
die durch die -dreifach vergrößerte Erzeinlage geforderte Leistung sichergestellt,
sondern es steht sogar noch ein bemerkenswerter Überschuß zur Verfügung, den man
z. B. derart verwendet, daß man Erz- oder Kalkpulver oder auch Pulver anderer Substanzen
zusammen mit dem Brennstoffgemisch einbläst. Dies ist im Hochofen nicht möglich,
weil die thermische Energie kaum zur Unterhaltung des Betriebsgleichgewichtes ausreicht.
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Die stündliche Erzeugung wird wesentlich durch die Lösungsgeschwindigkeit
des Kohlenstoffes im Eisen und die Geschwindigkeit der Reduktionsreaktion bestimmt,
die beide größer als bei den bisherigen Ofen infolge der höheren Temperatur der
Verbrennungszone und der Vorwärmung der eingeführten Kohlesubstanzen gehalten werden
können. Da ferner größere Berührungsflächen zwischen Kohlenteilchen und Eisen infolge
der größeren Tiefe und des größeren Volumens der Ofenwannen vorhanden sind und die
Ausnutzung des Spiegels zwischen Bad und Schlacke bei fehlender mittlerer Kokssäule
vollständiger ist, erhält man eine Reaktionswirkung, die wesentlich höher als bei
den bisherigen Ofen ist.
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Das vorgeschlagene Verfahren bietet daher bei seiner Anwendung in
der Eisenindustrie folgende Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren: Die Erzeugung
von Roheisen ohne Anwendung von Koks, und zwar dadurch, daß man an seiner Stelle
flüssigen Brennstoff, wie Naturgas oder Erdöl und jeden beliebigen, gegebenenfalls
pulverförmigen oder breiförmigen, jedenfalls genügend reichen Kohlenstoff, Kohle
oder Kohlemischung als Reduktionsmittel benutzt; vollständige Ausnutzung der Reduktionsgase
derart, daß der benötigte Brennstoff vermindert und die Anlage vereinfacht wird;
die unmittelbare Verwendung von durch Schwefel, Arsen u. dgl. verunreinigten Erzen
sowie von schwer reduzierbaren Materialien; größere Freiheit bei der Wahl der Schlackenzusammensetzung
und bei den Betriebsbedingungen, und zwar wegen der höheren Temperatur und des Überschusses
der zur Verfügung stehenden thermischen Leistung; höhere Roheisenerzeugung für je
ms Ofenvolumen bei geringeren Anlagekosten; die Möglichkeit rationeller Verwendung
von Sauerstoff an Stelle oder als Zusatz zu Luft mit weiterer Ertragsfähigkeits-
und Betriebselastizitätsentwicklung und folglich Anwendungsmöglichkeit von armen
Brennstoffen; die Möglichkeit der Einführung oder des Einblasens von pulverförmigen
Erzen und Flußmittel in den unteren Ofenteil mit wesentlicher Ersparnis der Vorbereitungs-
und Agglomerierungskosten; die Möglichkeit, Materialien zur Bindung und/oder Korrigierung
und Reinigung der Komponenten des geschmolzenen Metalls in das Bad zusammen mit
den Kohlensubstanzen oder auch einzeln unmittelbar einzuführen.