-
Verfahren zur Reduktion von Metalloxyden Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Reduktion von Metalloxyden zu Metall durch gasförmige Mittel.
-
Die von Fachleuten vieler Länder in großem Ausmaße vorgenommenen Versuche
zur Herstellung von Eisenschwamm durch Gasreduktion auf wirtschaftliche Weise haben
gezeigt, daß nur zwei Gase, nämlich Wasserstoff und Kohlenoxyd oder eine Mischung
davon, als Reduktionsmittel geeignet sind und daß andere Brennstoffe wie Kohle,
Koks, 01 und Kohlenwasserstoffgase erst in Wasserstoff und Kohlenoxyd umgebildet
werden müßten. Der geringe Erfolg, der bisher erzielt wurde, verlangte einen außerordentlichen
Aufwand an Brennstoffen und Energie.
-
Die meisten Reduktionsverfahren mittels Gasen erfordern die fortlaufende
Bewegung der festen Massen einen Schacht hinab oder durch einen Ofen im Gegenstrom
zu einem Strom vorerhitzter Reduktionsgase. Unter den günstigsten Umständen, bei
denen Gleichgewicht herrscht, kann nur ein Viertel des Gases bei einem jeden Durchgang
ausgenutzt werden. Es ist daher notwendig, die austretenden Gase zu kühlen und die
Reduktionsprodukte (H.0 und/oder CO.) zu entfernen, bevor die unausgenutzten
Teile rückgewonnen und wieder zur weiteren Zirkulation auf 1040° C erhitzt werden
können. Folglich gehen bei den Gasen, die die Reduktionszone verlassen, und den
erhitzten Reduktionsprodukten große Wärmemengen durch Ausstrahlung verloren. Wenn
auch ein Teil dieser Wärme bei manchen Verfahren zurückgewonnen wird, so sind die
Verluste doch hoch.
-
Die angewandten oder entwickelten Verfahren hängen von der Herstellung
einer Mischung ab, die aus einem großen Teil Kohlenoxyd mit einem kleineren Teil
Wasserstoff besteht, damit wesentlich weniger Reaktionshitze zugeführt werden muß,
als wenn Wasserstoff allein verwendet werden würde (d. h. ungefähr 47 380 kcal auf
900kg Eisen gegen 205130kca1). Andererseits sind die Standardverfahren zur Herstellung
von Wassergas (Mischung von Kohlenoxyd und Wasserstoff) verschwenderisch im Verbrauch
von Koks, und ferner hat die Verwendung von Kohlenoxyd in Erz-Reduktionseinrichtungen
das Bestreben, Kohlenstoff in dem Eisen abzulagern und die Reduktionskraft des Gases
zu zerstören, besonders, wenn die Einrichtung unter Druck betrieben wird. Ein anderer
Nachteil ist, daß in großen Mengen Kohlendioxyd gebildet wird, wenn Kohlenoxyd als
Reduktionsmittel verwendet wird, und es ist eine äußerst teure Arbeit, das C O2
vor dem erneuten Umlauf der überschüssigen Reduktionsgase zu entfernen.
-
Es gibt zur Zeit keine Vorrichtung und kein Verfahren, bei dem als
Reduktionsgas Wasserstoff allein oder mit einer sehr geringen Menge Kohlenoxyd.
gemischt verwendet werden kann. Dies ist von großer Bedeutung für Gebiete ohne Reserven
an Kohle, Koks, 01 und Naturgas oder für Gebiete, wo Brennstoffe zu teuer
sind, um zur Herstellung von Reduktionsgasen verwendet zu werden, die bei den bekannten
Verfahren in ungewöhnlichem Maße gebraucht werden. In solchen Gebieten sind häufig
Reserven an Wasserkraft vorhanden, durch die reiner Wasserstoff und Sauerstoff durch
Elektrolyse von Wasser wirtschaftlich erzeugt werden können. Der elektrolytische
Wasserstoff ohne jeglichen Brennstoff kann zur Herstellung von Eisenschwamm verwendet
werden, der in elektrischen C)fen zur Produktion von Stahlblöcken geschmolzen werden
kann. Unter den vielen industriellen Verwendungen für das Nebenprodukt Sauerstoff
wird darauf verwiesen, daß Sauerstoff mit einer geringen Menge Kohle oder Koks zur
Herstellung von Wassergas oder sogar von weiteren Mengen von Wasserstoff verwendet
wird.
-
Es besteht in vielen Gegenden ein Bedarf für ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Ausnutzung von Wasserkraft mit oder ohne eine geringe Menge von
Brennstoff zur Herstellung von Schwammeisen in kleinen oder großen Mengen; für kein
bekanntes Verfahren trifft dies zu. Als Beispiel kann auf die ungeheuren Lager von
hochwertigem Hämatit in dem Ouebe.c-Labrador-Grenzgebiet in Kanada Bezug genommen
werden, wo Wasserkraft reichlich, jedoch keine Brennstoffvorräte irgendwelcher Art
vorhanden sind.
-
Obwohl die Wärmemenge, die bei den chemischen Reaktionen erforderlich
ist, wesentlich größer ist, hat
es sich sowohl theoretisch als auch
durch Versuche herausgestellt, daß die Verwendung reinen Wasserstoffes aus anderen
Gründen wünschenswerter ist als die einer Mischung von Wasserstoff mit Kohlenoxyd.
Es ist beispielsweise bekannt, daß reiner Wasserstoff das Erz bei wesentlich geringeren
Temperaturen wirksam reduziert als irgendeine Mischung mit Kohlenoxyd.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung,
bei dem Wasserstoff oder eine Mischung von Wasserstoff mit Kohlenoxyd zur Reduktion
von Erzen in Mengen verwendet wird, die etwas über den theoretisch erforderlichen
Mengen liegen, wobei die Wärmeverluste ebenfalls etwas größer sind als die theoretischen.
Die Erfindung verwendet einen geschlossenen Kreislauf, aus dem die gasförmigen Reduktionsprodukte
fortlaufend entfernt werden und die Reduktionsgase bis zu ihrer letzten und endgültigen
Ausnutzung umlaufen. Ferner benutzt die Erfindung einen geschlossenen Kreislauf
bezüglich der Wärme, die in den festen Bestandteilen und Gasen enthalten ist, die
die Reduktionszonen verlassen.
-
Versuche haben gezeigt, daß ungefähr 75 % des Reduktionsgases durch
die Reduktionszone gehen, ohne Sauerstoff aus den festen Bestandteilen zu entfernen,
und daß dieses überschüssige Gas viel von der der Reduktionszone zugeführten Wärme
abführt. Es muß daher wiederholt neues vorerhitztes Gas durch die Reduktionszone
geleitet werden, als es zunächst nötig erscheint. Um daher die Reduktion auf eine
kleine Zone zu lokalisieren und zu beschleunigen, müssen die festen Bestandteile
vorzugsweise periodisch in der Reduktionszone bleiben, während verhältnismäßig große
Mengen vorerhitzter frischer Gase durch diese Zone gehen. Die Erfindung ist jedoch
nicht darauf beschränkt, daß die festen Bestandteile in irgendeiner Zone bleiben.
Es hat sich auch herausgestellt, daß die große Wärmemenge, die aus der Reduktionszone
durch die Gase entfernt wird, wesentlich größer ist, als daß sie durch das in einem
senkrechten Schacht herabgleitende Erz absorbiert werden könnte, und daß eine Einrichtung
mit einem senkrechten Schacht der üblichen Art nicht wirksam sein kann.
-
Ferner hat es sich gezeigt, daß ein Schichtverfahren unwirksam ist.
Wenn die festen Bestandteile während eines Reduktiontionsvorgan.ges in einem isolierten
Behälter bleiben, muß eine ungeheure Menge heißer Gase hindurchgehen, um sowohl
das Erz als auch den Behälter selbst jeweils vorzuwärmen, das Erz zu reduzieren
und schließlich das Metall zu kühlen. Da eine starke Schicht viele Stunden. zur
Vollendung eines Kreislaufes erfordern würde und da nur eine geringe Menge der Wärme,
die von den Gasen abgegeben -wird, zur Vorerwärmung einer zweiten Schicht wieder
verwandt werden kann, folgt, daß die Wärmeverluste äußerst hoch sind.
-
Um die Erfindung einfach zu erklären, soll sie so beschrieben werden,
als wenn die festen Bestandteile in den einzelnen Zonen ausreichend lange bleiben,
um die gewünschte Behandlung durchzuführen, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt
ist, daß die festen Bestandteile in jeder Zone bleiben. Wenn die festen Teile fortlaufend
im Schacht herabgleiten, so geschieht dies äußerst langsam, und sie können während
des Herabgleitens durch die Gase behandelt werden.
-
Nach der Erfindung werden eine Schachteinrichtung und zwei getrennte
und unabhängige Gaskreisläufe verwendet, der eine hauptsächlich zur Reduktion und
der andere vornehmlich für den Wärmetransport. Die Erfindung verwendet eine verhältnismäßig
kleine Reduktionszone, in der die vorerwärmten festem Teile für eine gewisse Zeit
bleiben. Frisch zubereitetes und vorerhitztes Gas geht dann nur durch die Reduktionszone
und wird unmittelbar danach abgezogen und zu einer Vorrichtung geleitet, die Wärme
hoher Temperatur für eine kurze Zeit wirksam speichern kann. Die Erfindung benutzt
zwei Vorrichtungen, die die Wärme speichern können, und folglich kann der Strom
des erhitzten Gases wiederholt umgekehrt werden, so daß das Erz in der Reduktionszone
von oben nach unten und von unten nach oben reduziert werden kann. Wenn die Reduktion
vollendet ist, wird dieser Gaskreislauf abgestellt, und die festen Teile sinken
innerhalb des Schachtes durch Entfernung des im unteren Teil des Schachtes befindlichen
abgekühlten Metallschwammes.
-
Dadurch fällt das heiße, reduzierte Metall aus der Reduktionszone
in die Kühlzone herab und wird von oben her durch eine vorerwärmte Beschickung ersetzt.
Es wird dann ein neues Erz oben in den Schacht gegeben, und der zweite Gaskreislauf
wird eingeleitet. Dazu wird Kühlgas senkrecht von unten nach oben durch den Schacht
und dann heraus zu einem Gasbehälter geleitet. Durch dieses Verfahren wird der Wärmegehalt
des heißen Metalls am Boden des Schachtes nach oben zu dem oberen Teil geleitet,
der mit dem kalten Erz beschickt wurde. Die heißen Gase gehen ebenfalls in und durch
die Reduktionszone und dann den Schacht hinauf, um die Temperatur in der Reduktionszone
auf die gewünschte Höhe zu heben und um einen Teil des Erzes in dem Schacht oberhalb
der Reduktionszone vorzuwärmen. Die vorerwärmten festen Teile befinden sich nun
in der Reduktionszone und sind zur Reduktion durch das vorerwärmte Gas bereit.
-
Durch das Durchfließen durch den Wärmespeicher wird das neue Reduktionsgas
vorerwärmt und dann auf 1040° C erhitzt und direkt in die Reduktionszone des Schachtes
geleitet. Die heißen Gase werden unmittelbar nach dem Durchgang durch die Reduktionszone
abgezogen und gehen dann zu einem zweiten Wärmespeicher.
-
Die Gase, die durch das Durchlaufen des Wärmespeichers abgekühlt sind,
enthalten die unverbrauchten Teile des Reduktionsgases und den Wasserdampf und etwaiges
Kohlendioxyd, das in der Reduktionszone gebildet wurde. Diese Produkte werden in
der üblichen Weise entfernt, und überschüssige Reduktionsgase gehen zu einem Gasbehälter
zur weiteren Zirkulation. Ergänzungsgas wird dem System zugegeben, und die Reduktionsgase
werden in die Anlage zurückgepumpt.
-
Aus der Beschreibung läßt sich erkennen, daß geschlossene Gaszirkulationseinrichtungen
verwendet werden und die Reduktionsgasverluste unbedeutend sind. Ferner ist ersichtlich,
daß geschlossene Zirkulationseinrichtungen wärmeempfindlicherArt verwendet werden.
Die in dem heißen Schwammeisen enthaltene Wärme wird nach oben geleitet, um die
neue Erzbeschickung vorzuwärmen, und die in den die Reduktionszone verlassenden
heißen Gasen enthaltene Wärme wird aufgespeichert und bei dem folgenden Kreislauf
zur Reduktionszone zurückgeleitet.
-
Zu den Reaktionsgasen kann nach Belieben Stickstoff hinzugefügt werden,
um den Wärmetransport zu erleichtern, wobei der Stickstoffgehalt beliebig werändert
werden kann.
-
Es können Wasserstoff oder eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenoxyd
als Reduktionsmittel verwendet werden, und folglich können die gasförmigen
Produkte
der Reduktion entweder aus Wasserdampf allein oder einer Mischung aus Wasserdampf
und Kohlendioxyd bestehen. Diese Produkte können von den verbrauchten Gasen durch
übliche wirtschaftliche Verfahren getrennt werden, und die unverbrauchten Teile
der Reduktionsgase können zur nochmaligen Benutzung zurückgewonnen werden. Das Verfahren
soll so erläutert werden, als wenn Wasserstoff allein bei 1040° C als Reduktionsmittel
verwendet und das einzige gasförmige Produkt Wasserdampf wäre. Die Erfindung ist
aber nicht darauf beschränkt, sondern es kann auch eine Mischung von Reduktionsgasen
von jeder geeigneten Temperatur verwendet werden, und die gasförmigen Produkte können
auch andere sein als Wasserdampf.
-
Es werden zwei oder mehr Wärmespeicher oder Wärmeaustauscher verwendet,
d. h. entweder in Form von Regeneratoren oder von Rekuperatoren. Für die Zwecke
der Erläuterung der Erfindung werden nur Wärmespeicher beschrieben, ferner werden
diese Wärmespeicher als solche beschrieben, die Hohlziegel aufweisen, es kann aber
auch ein anderer Werkstoff verwendet werden. Der frische Wasserstoff, der durch
einen Kompressor aus dem Gasbehälter zugeführt wird, fließt unten in einen der Wärmespeicher
ein, der in einem vorangegangenen Arbeitskreislauf erhitzt wurde. Dieser vorgewärmte
Wasserstoff wird dann beim Durchlaufen durch einen Überhi.tzer auf 1040° C erhitzt,
bevor er in die Reduktionszone des sich verjüngenden Schachtes gelangt. In der Reduktionszone
des Schachtes nehmen ungefähr 25 % des Wasserstoffes (entsprechend den Gleichgewichtsbedingungen)
den Sauerstoff des Erzes auf und bilden Wasserdampf, während der Rest des Wasserstoffes
uriverändert hindurchgeht.
-
Die heiße Mischung aus Wasserdampf und Wasserstoff aus der Reduktionszone
des Schachtes geht dann nach unten durch die freien Räume des kalten zweiten Wärmespeichers,
wodurch die Ziegel erwärmt und die verbrauchten Gase gekühlt werden. Der Dampf kann
zu Wasser kondensieren, das entfernt werden kann, während der abgekühlte Wasserstoff
unten aus dem zweiten Wärmespeicher durch Rohre zu dem Gasbehälter zurückfließt.
-
Beim umgekehrten Kreislauf nimmt der einströmende Wasserstoff die
in dem zweiten Wärmespeicher gespeicherte Wärme auf und wird auf 1040° C überhitzt,
bevor er zur Reduktionszone des Schachtes geleitet wird. Von dort weiterfließend,
erwärmt das verbrauchte Gas den ersterwähnten Wärmespeicher, und der überschüssige
Wasserstoff geht zu dem Gasbehälter. So wird alle Abwärme für den nächstfolgenden
Kreislauf zurückgewonnen.
-
Die Wärme, die durch die chemischen Reaktionen in der Reduktionszone
des Schachtes verbraucht wird, kann in dem Überhitzer zugeführt werden. Dieser Elberhitzer
nimmt den Wasserstoff auf, der beim Durchlaufen eines der Wärmespeicher vorgewärmt
wurdie, und überhitzt ihn durch geeignete Regeleinrichtungen auf 1040° C, bevor
er in die Reduktionszone des Schachtes geleitet wird.
-
Der Überhitzer kann die ganze Wärme liefern, die notwendig ist, um
die Verluste durch die chemischen Reaktionen und die Strahlungen auszugleichen.
Er kann innen mit elektrischen Elementen versehen sein, die den einströmenden Wasserstoff
beim Strömen über ihre Oberflächen erhitzen. Andererseits kann der Überhitzer eine
Rohrspule aufweisen, die von außen durch elektrische Elemente oder Flammen eines
brennenden Brennstoffes erhitzt wird. Bei einem dritten Verfahren kann der überhitzer
in der Bauart einem Wärmespeicher der oben beschriebenen Art ähneln. Das Ziegelwerk
eines Elberhitzers kann vor dem Durchgang des Wasserstoffes auf eine Temperatur
von oder über 1040° C erhitzt werden. Zu diesem Zweck werden heiße Verbrennungsgase
verwendet, die durch brennendes Gas oder Öl mit einem erheblichen Luftüberschuß
(um die höchste Temperatur an eigner bestimmten Stelle zu halten) erzeugt werden.
Nach der Reinigung mit Stickstoff und Wasserstoff ist die Vorrichtung zur Elberhitzung
des Wasserstoffes bereit.
-
Aus obiger Beschreibung ist ersichtlich daß die Verluste an Wasserstoff
und die in den festen Teilen und den umlaufenden Gasen enthaltene Wärme äußerst
gering sind und der tatsächliche Verbrauch an Wasserstoff und Wärme wenig größer
ist als der theoretische. Der theoretische Bedarf an Reduktionsgas für den gewünschten
Deoxydationsgrad liegt ungefähr bei 481,4 cbm pro Tonne Eisen. Der theoretische
Wärmebedarf ist 205 130 kcal, wenn reiner Wasserstoff verwendet wird, oder 47 380
kcal, wenn eine Mischung aus zwei Drittel Kohlenoxyd und ein Drittel Wasserstoff
verwendet wird. Wenn Kohlenoxyd allein verwendet wird, ist das Verfahren exothermisch.
-
Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform der Erfindung.
-
Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Anlage zur Reduktion von Oxyden
durch Wasserstoff; .
-
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Anlage, und Fi.g. 3 ist ein Schnitt
längs der Linie 3-3 von Fig. 1. Die ganze Vorrichtung ist, wie in den Zeichnungen
gezeigt, in geeigneter Weise gegen Wärme isoliert.
-
Eine Rohr 3 leitet den Wasserstoff von einem Gasbehälter und einem
Kompressor zu dem Boden des Wärmespeichers 4. Ein Rohr 5 fuhrt den vorerwähnten
Wasserstoff aus denn Wärmespeiche- 4 in den Elberhitzer 6, aus dem der Wasserstoff
mit 1040° C durch das Rohr 7 ausströmt. Das Rohr 7 leitet den heißen Wasserstoff
durch das Verteilerrohr 8 und durch Düsen 9 und Öffnungen 10 in den senkrechten
nach oben verjüngten Schacht 11. Der Wasserstoff von ungefähr i040° C strömt durch
die festen Teile in dem Schacht 11 nach unten zu Öffnungen 12 und dann heraus zu
dem Verteilerrohr 13. Die aus dem Verteilerrohr 13 anströmenden heißen Gase gehen
dann durch das Rohr 14 zu dem un-erhitzten Überhitzer 15 und dann durch das Rohr
16 in den oberen Teil des Wärmespeichers 17. Das mit Zwischenräumen versehene Ziegelwerk
17 wird von oben nach unten erwärmt, während der abgekühlte, überschüssige Wasserstoff
nebst Dampf und Kondensat am Boden durch das Rohr 18 austritt. Das Rohr 18 führt
den überschüssigen Wasserstoff zu den Gasbehältern zurück.
-
Wenn gewünscht, kann der Wasserstoffstrom jederzeit umgekehrt werden.
Zu diesem Zweck wird der elektrische Strom in dem Überhitzer 6 abgeschaltet und
in dem Überhitzer 15 eingeschaltet. Wenn dann das Erz in derReduktionszone des Schachtes
zwischen den Öffnungen 10 und 12 vollständig reduziert ist, wird der durch die Wärmespeicher
fließende Gasstrom durch Schließen der Ventile an den Rohren 3 und 18 an den Böden
der Wärmespeicher abgesperrt.
-
Die festen Teile in dem Schacht 11 werden durch Betätigung der Ausstoßvorrichtung
19 gesenkt, die sich über der Platte 20 vor- und zurückbewegt und dadurch die Teile
in den Behälter 21 stößt. Wenn die Teile unter den Öffnungen 12 in den Behälter
21 entladen sind, werden sie durch eine gleiche Menge heißen Schwammeisens ersetzt,
das aus der Reduktionszone
in den Schacht 11 zwischen den
Öffnungen 10 und 12 herabsinkt. Auf ähnliche Weise sinken alle weiteren festen Teile
in dem Schacht 11 abwärts, so daß ein Teil des Raumes oberhalb der Öffnungen 10
leer wird.
-
Am Kopf des Schachtes 11 befindet sich zwischen den beiden Erzzuführglocken
22 und 23 ein Erzbehälter. Die Glocke 22 wird geöffnet, und das Erz fällt in den
oberen Teil des Schachtes 11. Die Glocke 22 wird dann geschlossen und die Glocke
23 geöffnet, während neues Erz in den Erzbehälter fällt. Nach Schließen der Glocke
23 wird die Luft des Erzbehälters durch Einführung von Wasserstoff an dem oberen
Teil durch das Rohr 24 und Ablassen desselben am Boden durch das Rohr 25 gereinigt.
-
Irn Schacht 11 liegt nun kaltes Erz in der Zone über den Öffnungen
10, vorgewärmtes Erz in der Reduktionszone zwischen den Öffnungen 10 und 12 und
heißes Schwammeisen in der Zone unter den Öffnungen 12. Der Behälter 21 ist leer.
-
Nun wird die zweite Wasserstoffzirkulation eingeleitet, um die Wärme,
die in dem heißen Schwammeisen am Boden des Schachtes 11 enthalten ist, auf die
festen Erzteile über den Öffnungen 10 zu übertragen. Hierzu wird Kühlgas durch das
Rohr 26 in den Behälter 21 und von hier senkrecht nach oben durch den ganzen Schacht
11 nach dem Auslaßrohr 27 und wieder zurück in den Gasbehälter geleitet. Dieser
Umlauf wird fortgesetzt, bis das Schwammeisen in der unteren Zone des Schachtes
gekühlt ist. Dann werden heiße Gase bei den Öffnungen 12 eingeführt, die, durch
geeignete Handhabung der Auslaßventile 3, 18 und 27 veranlaßt, in dem Schacht 11
aufwärts zu dem Auslaß 27 und zurück zu dem Gasbehälter strömen, um die Wärme weiterzuleiten
und die Temperatur in der Reduktionszone oberhalb der Öffnungen 12 auf die gewünschte
Höhe zu steigern und auch einen Teil des Erzes oberhalb der Öffnungen 10 vorzuwärmen
und zu trocknen.
-
Zur Unterstützung der Wärmeleitung kann der Prozentsatz an Stickstoff
in den umlaufenden Gasen gesteigert werden. Der Stickstoff wird nicht verbraucht,
und da es sich um einen geschlossenen Kreislauf handelt, geht der Stickstoff nicht
verloren und läuft immer wieder um. Um den Prozernsatz an Stickstoff in den umlaufenden
Gasen zu steigern. braucht nur die Menge des in das System geleiteten Ergänzungswasserstoffes
zu irgendeiner Zeit verringert oder abgesperrt zu werden.
-
Die vorher beschriebene erste Wasserstoffzirkulation wiederholt sich
jetzt, wobei die Strömungsrichtung der Reduktionsgase durch die Reduktionszone umkehrbar
ist. Neuer kalter Wasserstoff trifft durch das Rohr 18 am Boden des Wärmespeichers
17 ein, und der so vorerwärmte Wasserstoff strömt durch das Rohr 16 aus in den Überhitzer
15, aus dem er durch geeignete Regulierung mit 1040° C ausströmt. Der so hoch erhitzte
Wasserstoff strömt dann durch das Rohr 14 in die Öffnungen 12 des Schachtes 11,
dann nach oben durch die festen Erzteile in der Reduktionszone und aus den Öffnungen
10 heraus. Das Rohr 7 leitet das verbrauchte Gas durch den ungeheizten Überhitzer6
und das Rohrs hinab in den Wärmespeicher4. Vom Boden des Wärmespeichers 4 leitet
das Rohr 3 etw;.ige Kondensate zu einem Wassersack und führt den überschüssigen
Wasserstoff zu dem Gasbehälter zurück. Der umgekehrte Strom bringt an den öffnungen
10 heißen Wasserstoff in die, Reduktionszone, dann nach unten durch die festen Erzteile
in der Reduktionszone und aus den Öffnungen 12 hinaus zu dem Wärmespeicher 17, der
jetzt abgekühlt ist. Dadurch wird ein vollständiger Arbeitsgang beendet.
-
Wenn auch bei dem beschriebenen Verfahren Wasserstoff verwendet wird,
so können natürlich auch andere Reduktionsgase benutzt werden. Wenn Kohlendioxyd
eines der gasförmigen Reduktionsprodukte ist, wird es von den gekühlten Abgasen
durch übliche Mittel entfernt, und das überschüssige Kohlenoxyd und der Wasserstoff
werden zur weiteren Benutzung zurückgewonnen.
-
Es kann gegebenenfalls auch Stickstoff den Reduktionsgasen zur Unterstützung
des Wärmetransportes beigefügt werden. Auch können das `'erfahren und die Vorrichtung
unter beträchtlichem Druck arbeiten.
-
Die gleichen Erfindungsgedanken können bei einen Verfahren mit einer
ortsfesten Schicht angewendet werden, bei dem die festen Teile während des ganzen
Kreislaufes des Vorwärmens, Reduzierens und Kühlens in Ruhe bleiben und sich nicht
von einer Zone zu anderen herabbewegen wie bei einem Schachtverfahren. Es kann beispielsweise
ein gegen Wärme isolierter Behälter verwendet werden, der mit einer einzigen Erzschicht
gefüllt und reduziert wird, wonach das Schwammeisen heiß oder kalt entfernt werden
kann.
-
Die beschriebene Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung
ist jedoch die bevorzugte, die die besten Merkmale eines ununterbochenen Schachtverfahrens
mit denen eines Verfahrens mit einer ruhenden Schicht vereinigt. Die festen Erzteile
und Gase können in die Vorrichtung bei normalen Temperaturen einströmen und sie
verlassen, wobei ein sehr hoher thermischer Wirkungsgrad erreicht wird. Das Schwammeisen
kann gegebenenfalls auch in heißem Zustand abgegeben werden.
-
Bisher war kein Verfahren oder keine Vorrichtung bekannt, durch die
eine wirtschaftliche Erzeugung von Schwammeisen mit reinem Wasserstoff möglich war.
Fachleute der Stahlindustrie haben auf die besonderen Eigenschaften des Wasserstoffes
hingewiesen, auf seine ungewöhnliche Wärmeleitfähigkeit usw., auf die größeren Wärmemengen,
die bei einem Wasserstoffverfahren zugeführt werden müssen, und die notwendigen
großen Installationen bei den Wärmeaustauschvorrichtungen der üblichen Art. Kurz
gesagt, es wurde behauptet, daß reiner Wasserstoff nicht wirtschaftlich für die
Herstellung von Schwammeisen als Schmelzgrundlage verwendet werden kann. Hierbei
wurde die Verwendung von Brennstoff zur Erzeugung von Wärme und die Notwendigkeit
einer Trennwand, die die Verbrennungsgase von den Reduktionsgasen scheidet und durch
die die Hitze übertragen wordem muß, vorausgesetzt.
-
Diese und andere technische Schwierigkeiten wur-. den bei der vorliegenden
Erfindung berücksichtigt. Es . mußten für mit Gas durchzuführende Reduktionsverfahren
neue Arten des Gasumlaufes, der Ofenbauart und der Wärmeübertragung eingeführt werden.
Gleichzeitig mußte dafür gesorgt werden, daß die erhebliche Wärme wiedergewonnen
und erneut benutzt werden kann. Es ist unerwünscht, eine oxydierende Temperatur,
d. h. heiße Verbrennungsgase mit Lrrftüberschuß, bei einem Verfahren zu verwenden,
welc'ies in erster Linie eine reduzierende Atmosphäre, wie Wasserstoff, benötigt.
-
Aus diesem Grunde werden die vorher beschriebenen Wärmespeicher verwendet,
bei denen zuzüglich zu der aufgespeicherten Wärme eine Wärmeübertragong mit einem
tatsächlich 100°/o betragenden Wirkungsgrad erfolgt. Dieses geschieht unter Vermeidung
einer
erheblichen Änderung in der Zusammensetzung der Atmosphäre der Wärmespeicher. Diese
Atmosphäre kann ein reduzierendes Gas sein mit oder ohne Zusatz von Stickstoff,
das in einer Richtung durch den Wärmespeicher fließt, oder es kann ein reduzierendes
Gas mit oder ohne Zusatz von Stickstoff sein unter Zusatz von gasförmigen. Reduktionsprodukten,
das in der entgegengesetzten Richtung fließt. " Der Wärmeaustausch geschieht durch
die Gase ohne erhebliche Änderung in der Zusammensetzung, indem sie in beiden Richtungen
über die Oberfläche des mit Zwischenräumen versehenen Ziegelmauerwerks in den Wärmespeicher
streichen.
-
Zwar sind bei der Beschreibung der Erfindung hauptsächlich die Wärmespeicher
behandelt worden, d. h. Wärmeregeneratoren, es ist aber natürlich auch die Verwendung
anderer Wärmeübertragungsvorrichtungen, z. B. Wärmarekuperatoren, möglich, ohne
daß dadurch an dem Umfang der Erfindung etwas geändert wird.