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Verfahren zum Brennen und Härten von Pellets, die Eisen in oxydierbarer
Form enthalten Es ist bekannt, feinkörnige Erze, wie Eisenerze, durch Behandlung
in Granuliergeräten, wie z. B. Granuliertrommeln, Granuliertellern, Eirich-Mischern,
Strangpressen usw., zu kugel-, ei-, zylinderförmigen oder ähnlichen Pellets zu verformen,
um eine genügend grobstückige Beschickung für die metallurgischen Weiterverarbeitungsöfen
zu erhalten. Vor allem für die Aufarbeitung der großen Taconit- und Magnetitlager
in Nordamerika und Schweden gewinnt dieses Verfahren immer mehr an Bedeutung. Die
so hergestellten sogenannten Grünpellets sind in der Regel mechanisch noch recht
empfindlich und müssen möglichst bald nach ihrer Herstellung thermisch verfestigt
werden. Dies geschieht durch Brennen meist auf dem Sinterband oder im Schachtofen
mittels heißer Gase oder in der Weise, daß die Grünpellets mit festem Brennstoff
gemischt und durch äußere Wärmezufuhr auf die Entzündungstemperatur des Brennstoffes
gebracht werden, worauf anschließend der Brennstoff durch Darüber- oder Hindurchleiten
von Luft durch die Beschickung verbrannt wird, wodurch die Pellets auf Erhärtungstemperatur
gebracht werden. Diese Temperatur liegt, je nach der Zusammensetzung des Erzes,
zwischen rund 1150 und 1350° C.
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Man bemüht sich im allgemeinen, die Härtung so zu leiten, daß möglichst
hoch oxydierte Pellets erhalten werden, d. h., daß ihr Eisengehalt möglichst weitgehend
in Form von Fe. 0, vorliegt. Der Grund dafür liegt einerseits darin, daß
Fee 03 Pellets die höchste Festigkeit haben, andererseits darin, daß sich Fe203
auch hüttenmännisch von allen Eisenverbindungen am besten für die Beschickung des
Hochofens eignet. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Pellets während der
Erhitzung auf die höheren Temperaturen oxydierenden Bedingungen unterworfen werden.
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Dieses Verfahren ist, obwohl es im großen und ganzen zufriedenstellend
arbeitet, in verschiedener Hinsicht noch verbesserungsfähig. Eine Schwierigkeit
besteht darin, daß auch die unterste Schicht der Beschickung durch Wärmezufuhr bis
auf die Erhärtungstemperatur, d. h. auf mindestens 1150° C, meist sogar noch darüber,
erwärmt werden muß. Daher treffen den Rost, selbst wenn er durch eine dicke Schicht
von Rostbelag geschützt ist, Abgase, deren Temperatur so hoch ist, daß der Rost
thermisch stark beansprucht wird. Selbst die Einhaltung einer Temperatur von 700°
C des auf den Rost auftreffenden Gases ist meist nur durch besondere Maßnahmen,
wie eigene Rostkühlung, besondere Ausgestaltung der Rostbelagschicht u. dgl., möglich.
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Der Wärmeinhalt der den Rost passierenden heißen Gase muß im Interesse
einer technisch brauchbaren Wärmeökonomie noch nutzbar gemacht werden. Wie immer
dies erfolgt, sind auf jeden Fall große Heißgasgebläse und sehr gut isolierte Gasleitungen
mit großem Querschnitt erforderlich. Trotzdem geht ein erheblicher Teil der im eingesetzten
Brennstoff enthaltenen Wärme verloren. Außerdem sind oberhalb des Sinterbandes verschiedene
Hauben notwendig, von denen die letzten für besonders hohe Temperaturen eingerichtet
sein müssen.
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Bei Pellets aus Eisenoxyden niedriger Oxydationsstufe hat man bereits
versucht, die Bedingungen dieses Verfahrens zu verbessern, indem man lediglich die
oberste Schicht einer Pelletsäule auf die Brenntemperatur von etwa 1200° C durch
Wärmezufuhr von außen, z. B. mittels Ölbrennern, erhitzte und dann ohne weitere
Wärmezufuhr von außen unter Ausnutzung der Oxydationswärme durch Hindurchsaugen
regulierter Luftmengen die heiße Brennzone von etwa 1200° C in Richtung des Luftstromes
durch die Pelletsäule hind.urchführte. Abgesehen von dem Nachteil, daß man auch
bei diesem Verfahren mindestens für einen Teil der Beschickung auf die Erzeugung
der Brenntemperatur von 1200° C ausschließlich durch Wärmezufuhr von außen angewiesen
ist, erfordert es auch die Anwendung bestimmter einheitlicher Pelletgrößen und sehr
guter Wärmeisolierung des Ofens, da andernfalls ein untragbar großer Temperaturabfall
in der heißen Zone während ihres Durchlaufs durch die
Materialschichtung
auftreten würde. Weitere Wärmezufuhr von außen würde sich andernfalls als notwendig
erweisen, um den Prozeß in Gang zu halten. Eine Anwendung dieses bekannten Verfahrens
bei den für diesen Zweck weit verbreiteten, sehr vorteilhaft arbeitenden Sinterbändern
ist auch aus diesen Gründen ausgeschlossen.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Härten von
Eisenerzpellets, das diese Nachteile vermeidet. Sie beruht auf der überraschenden
Erkenntnis, daß es durch geeignete Einstellung des Sauerstoffpartialdruckes möglich
ist, die Oxydation der niederen Oxydationsstufen des Eisens zum dreiwertigen so
zu beschleunigen, daß bereits diese Oxydationswärme genügt, um die Pellets in etwa
der gleichen Zeit wie durch äußere Wärmezufuhr, oft sogar noch schneller, von der
Zündtemperatur bis auf die Erhärtungstemperatur zu bringen.
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Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Pellets mit Hilfe heißer
Gase und/oder durch Verbrennung zugemischter fester Brennstoffe zunächst auf Entzündungstemperatur
zu bringen. Diese liegt, je nach dem Gehalt der Pellets an oxydierbarem Eisen, im
allgemeinen zwischen 600 und 900° C, bei den meisten Magnetiten zwischen etwa 700
und 800° C, und kann bei künstlichen Produkten bis auf 300° C heruntergehen. Reicht
die Oxydationswärme aus, um die Pellets von der Entzündungstemperatur bis auf die
Härtungstemperatur zu bringen, so wird nach Erreichen der Zündtemperatur nicht weiter
mit Hilfe heißer Gase oder fester Brennstoffe erhitzt, sondern von diesem Punkt
an nur mehr ein Gas mit entsprechend hohem Sauerstoffgehalt über die Pellets geleitet.
Liegt hingegen der Zündpunkt so tief oder ist der oxydierbare Eisengehalt der Pellets
so niedrig, daß die Oxvdations-Nvärme des Eisens nicht zum Erhitzen der Pellets
von der Zünd- auf die Härtungstemperatur ausreichen würde, dann müssen die Pellets
vor dem Umschalten auf brennstofffreie, sauerstoffhaltige Gase so hoch über die
Zündtemperatur erhitzt werden, daß die Oxydationswärme des Eisens genügt, um die
Pellets von der vorher erreichten Temperatur, im folgenden Umschalttemperatur genannt,
auf die Härtungstemperatur zu bringen. Man kann aber auch mit vorerhitztem Sauerstoff
oder sauerstoffangereicherten Gasen arbeiten. Dadurch wird die Oxydation beschleunigt
und die Differenz zwischen Umschalttemperatur und der durch die Oxydation erreichten
Temperatur erhöht.
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Voraussetzung für die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Arbeitsweise
ist, daß der oxydierbare Eisengehalt der Pellets vor dem Erreichen der Temperatur,
bei der auf brennstofffreie, sauerstoffhaltige Gase umgeschaltet wird, nicht wesentlich
oxydiert wird. Es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, die Oxydation des Eisengehaltes
während der Erhitzungsperiode bis zur Umschalttemperatur nicht nur durch Einhaltung
reduzierender oder neutraler Bedingungen, sondern sogar in schwach oxydierender
Atmosphäre zu vermeiden.
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Bei manchen Eisenspaten liegt die Zündtemperatur sß tief wie d00°
C. Es ist klar, daß die Oxydationsv: ärme des zweitwertigen Eisens in diesem Fall
selbst dann nicht zur Erhitzung bis auf 1250° C, der Erhärtungsternperatur dieser
Spate, ausreicht, wenn die PelWs aus sehr reinem FeC03 bestehen. Es hat sich "7:eiter
überraschenderweise gerade bei diesen Pellets gezeigt, daß es möglich ist, die endotherme
Reaktion der CO.-Austreibung mit Hilfe heißer Gase oder durch Verbrennung zugemischten
festen Brennstoffes so durchzuführen, daß trotz der Verbrennung des Brennstoffes
kein ins Gewicht fallender Anteil des zweiwertigen Eisens oxydiert wird.
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Der Sauerstoffgehalt der nach dem Umschaltpunkt über die Pellets geleiteten
Gase wird zweckmäßig so eingestellt, daß wohl die Härtungstemperatur mit Sicherheit
erreicht, die optimale Behandlungstemperatur aber nicht überschritten wird. Die
Überhitzung kann in einfacher Weise entweder durch Einstellung des Stickstoffgehaltes
oder durch geregelte Zugabe von Rückgas oder anderen inerten Gasen vermieden werden.
Auch die Oxydationsgeschwindigkeit läßt sich unter Umständen in Kombination mit
der Umschalttemperatur durch den Sauerstoffgehalt des Oxydationsgases in gewissen
Grenzen regeln.
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Die Umschalttemperatur ist bei gleichem Gehalt an oxydierbarem Eisen
im allgemeinen um so höher zu wählen, je niedriger der Sauerstoffgehalt des Oxydationsgases
ist.
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Will man die Pellets nach erfolgter Oxydation noch längere Zeit auf
der Härtungstemperatur halten, um ihre Festigkeit zu erhöhen, dann kann an die Oxydation
eine Nachgarung angeschlossen werden. Hierbei wird noch nicht gekühlt und kein oder
nur wenig sauerstoffhaltiges Gas zugeführt. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein,
geringe Heißgasrnengen den Pellets zuzuführen, um die Abkühlungsverluste zu decken.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsweise bietet vor allem den Vorteil, daß
man außerhalb der Pelletschicht selbst keine ins Gewicht fallende Wärmemengen besonders
hoher Temperatur hat. Es sind daher weder Heizhauben für höhere Temperaturen als
normalerweise 700 bis 900° C notwendig, noch ist mit dem Anfall von ins Gewicht
fallenden Mengen heißer Abgase zu rechnen. Die großen wärmeisolierten Heißgasgebläse
können demnach weitgehend in Fortfall kommen. Da keine oder fast keine heißen Abgase
anfallen, wird der Rost gegenüber dem bekannten Verfahren sehr geschont. Selbst
die geringe thermische Beanspruchung des Rostes durch die kleinen Mengen heißer
Abgase kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch völlig ausgeschaltet
werden, daß in der Endoxydationsstufe das Oxydationsgas nicht von oben nach unten,
sondern von unten nach oben durch den Rost geleitet wird. Der Fortfall von Heizhauben
für besonders hohe Temperaturen bewirkt auch eine verminderte Strahlungseinwirkung
auf die Seitenwände. Die Kosten für die Anreicherung des Sauerstoffes im Oxydationsgas
werden größenordnungsmäßig wettgemacht durch die Ersparnis an Brennstoff.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können Pellets, deren
Gehalt an oxydierbarem Eisen niedriger ist als ihr Gesamteisengehalt, für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung dadurch brauchbar gemacht werden, daß die Erhitzung bis
auf etwa Umschalttemperatur in reduzierender Atmosphäre erfolgt, wodurch der Gehalt
an dreiwertigem Eisen ganz oder zum überwiegenden Teil in eine niedrigere Oxydationsstufe
übergeführt wird, welche anschließend ohne Zufuhr fühlbarer Wärme nur durch Rückoxydation
mit Hilfe oxydierender Gase hart gebrannt werden können. Die Reduktion während der
Vorerhitzung wird zweckmäßig nur bis zum Fe304 geführt, da diese Reduktionsstufe
wesentlich leichter und mit minderwertigen Gasen in bezug auf reduzierende Bestandteile
durchzuführen ist als die weitere Reduktion zu FeO. Als oxydierbares Eisen im Sinne
der Erfindung sind nicht nur niedrige Eisenoxyde zu
verstehen, sondern
auch metallisches Eisen, wie es in manchen pulverförmigen Abfallprodukten vorliegt.
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Das erfind:ungsgemäßeVerfahren ist im nachstehenden an Hand der Abbildungen
in seiner vorzugsweisen Anwendungsform, nämlich auf dem Sinterband, schematisch
und beispielsweise näher erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht
auf die Durchführung auf dem Sinterband beschränkt, sondern sinngemäß ebenso für
die Durchführung z. B. im Schacht-, Tunnel-, Ring- oder Drehrohrofen geeignet. Erz.
der Zusammensetzung
| 1,3% |
| Gesamt Fe . . . .. . . .. .. .. .. . . . . .. . 70,5% |
| davon Fell . .... .... .. .... .. .. .. . 25,6% |
| A12 03 .......................... Spuren |
| Ca 0 ........................... Spuren |
wird auf einem Granulierteller zu Granalien von 25 mm Durchmesser verformt. Die
über die Aufgabevorrichtung 1 auf den Rostbelag 2 aufgegebene Beschickung 3 des
Sinterbandes 4 wird unter der Haube 5 mit Hilfe heißer Gase, die z. B. bei der Druckkühlung
in Haube 9 anfallen und z. B. unter Haube 7 und gegebenenfalls auch 8 abgezogen
werden, auf etwa 300° C vorgewärmt. Die vorgewärmten Pellets werden hierauf unter
der Haube 6 mit Hilfe des Brenners 7 auf die Umschalttemperatur, beispielsweise
850° C, weitererhitzt. Die auf 850° C erhitzten Pellets gelangen anschließend unter
die Haube 8, von wo aus sauerstoffangereicherte Luft mit bis zu etwa 95010 02 durch
die Beschickung hindurchgesaugt wird. Dabei steigert sich ihre Temperatur bis auf
1280° C, und die ganze Beschickung wird bis auf den Rostbelag völlig durchoxydiert
und durchgehärtet. Die durchgehärtete heiße Beschickung gelangt hierauf unter die
Haube 9, wo sie mit Hilfe eines Stromes kalter Gase 10 abgekühlt wird. Nach der
dargestellten Fahrweise werden die erwärmten Kühlgase als Heißgas für die Trocknungshaube
5 verwendet. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es aber auch möglich,
die Kühlung unter Haube 9 ganz oder teilweise mit Hilfe sauerstoffangereicherter
Oxydationsgase durchzuführen und diese vorgewärmten, sauerstoffangereicherten Gase
in die Haube 8 einzuführen. Man erkennt, daß die thermisch höchstbeanspruchte Heizhaube,
die Haube 6, keine höheren Temperaturen aushalten muß als 900° C.
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Auch die für die Förderung des Kühlgases 10 und der Abgase 11 und
12 notwendigen Gebläse 13, 14, 15 sind praktisch keinen thermischen Beanspruchungen
ausgesetzt. Das Gebläse 13 fördert völlig kalte Luft, Gebläse 14 Gase von etwa 250°
C und Gebläse 15 solche von etwa 100 bis 150° C. Das einzige Gebläse, das heißere
Gase mit einer Temperatur von etwa 600° C fördern muß, ist das Gebläse 16, welches
aber nur eine verhältnismäßig geringe Gasmenge zu fördern und fast keinen Druckverlust
zu überwinden hat, da es diese Gase nur von der Haube 9 zur Haube 5 bzw. 8 fördern
muß, um den Innendruck in den Hauben um die wenigen mm WS einregeln zu können. die
notwendig sind, das Ansaugen von Falschluft ztt vermeiden.