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Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmem Eisen im Drehofen Die
Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmem
Eisen, bei dem agglomerierte Eisenoxyde in Gegenwart eines Überschusses an einem
festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel im Drehofen ohne Schmelzen erhitzt werden.
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Die meisten Eisenerze enthalten die Eisenoxyde, die Gangart und andere
Bestandteile derart innig aneinandergebunden, daß sie zu einer großen Feinheit zerkleinert
werden müssen, um eine befriedigende Freilegung und Trennung der Komponenten zu
erreichen. Viele Erzkonzentrate sind jedoch derart fein durchsetzt, daß beträchtliche
Anteile an Gangart sich auf mechanischem Wege nicht entfernen lassen. Das durch
Schmelzen derartiger Eisenerze erzielte Roheisen enthält eine Anzahl von Elementen,
von denen insbesondere Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor die Qualität des erzielten
Eisens weitgehend beeinflussen.
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Es sind verschiedene Methoden bekannt, bei denen oxydische Eisenerze
ohne Schmelzen zu metallischem Eisen reduziert werden und danach das Eisen von Gangart,
Asche, Kalk, überschüssigem festem Reduktionsmittel u. dgl. getrennt wird. Es hat
sich jedoch die Reduktion von Eisenerzen oder Konzentraten in fein verteiltem Zustande
als schwierig erwiesen. Wenn zur Reduktion derartiger Materialien, die aus feinverteilten
Oxyden, beispielsweise von einer Feinheit unterhalb 40 Maschen pro cm in Mischung
mit pulverisiertem Koks ein Drehofen benutzt wird, sintert die Charge in dem Ofen
leicht, wobei Kuchen, Krusten oder Zusammenballungen gebildet werden, die den Gang
des Ofens stören, und eine periodische Stillegung zwecks Säuberung des Ofens erforderlich
machen. Außerdem treten beträchtliche Staubverluste auf.
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Es ist bei der Reduktion einer innigen Mischung von feinkörnigen Eisenoxyden
und kohlenstoffhaltigem Material auch nachteilig, daß Asche, Gangart und das erzeugte
metallische Eisen gemischt werden, da ihre Trennung im Wege bekannter Methoden schwierig
ist.
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Es ist auch bekannt, Agglomerate oder Briketts aus Mischungen von
gemahlenen Eisenerzen und feinverteilten Reduktionsmitteln, wie pulverisiertem Koks,
zu verwenden. Nach der Reduktion der Eisenoxyde werden die Briketts zerkleinert,
um den Überschuß an Koks, Asche und Gangart aus dem metallischen Eisen zu entfernen.
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Die am meisten bekannten Verfahren zur Herstellung von Schwammeisen
hoher Qualität sind das Höganäs-Verfahren und das Wiberg-Söderfors-Verfahren. Bei
dem ersteren Verfahren wird die Reduktion von feinverteiltem, pulverisiertem, reichem
Eisenkonzentrat in Brennkapseln durchgeführt. Das W iberg-Söderfors-Verfahren wird
im allgemeinen in Schachtöfen durchgeführt, die mit einem elektrisch beheizten Gasgenerator
verbunden sind.
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Den bisher bekanntgewordenen Methoden gegenüber bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmern Eisen durch Erhitzung von
festem kohlenstoffhaltigem Material in einem Drehofen ohne Schmelzung. Erfindungsgemäß
werden Agglomerate von Eisenoxyden hoher technischer Reinheit, die keine Reduktionsmittel
enthalten, in einem Drehofen in Gegenwart eines beträchtlichen Überschusses von
kohlenstoffhaltigem Material erhitzt, um Eisenoxyde zu metallischem Eisen als Agglomerate
von Schwammeisen umzuwandeln.
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Das als Ausgangsmaterial verwendete Eisenoxyd muß möglichst rein sein
damit die in dem Schwammeisen verbleibenden Verunreinigungen keinen unerwünschten
Einfluß auf die Qualität des Endproduktes ausüben.
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Es wurden Versuche durchgeführt, sowohl mit hochgradigen Erzkonzentraten
als auch mit gereinigten Erzen und synthetischen Eisenoxyden, insbesondere des Typs
Fe" O4. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die feuchten Oxyde
in einer Drehtrommel in Form von Pellets agglomeriert. Die Pellets werden mit einem
Überschuß an pulverisiertem, kohlenstoffhaltigem Material dem Drehofen zugeführt.
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Die synthetischen Oxyde können auf einfache Weise im Wege der Filtrierung
entwässert und zu Kuchen
geformt werden. Die Kuchen werden getrocknet
und in Stücke geeigneter Größe gebrochen und zwecks Reduktion dem Ofen zugeführt.
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Die Größe der in den Ofen gegebenen Pellets kann zwischen Bohnengröße
und einem Durchmesser von etwa 25 mm schwanken. Bei dem gebrochenen Kuchen beträgt
die Dicke der einzelnen Agglomerate an mindestens einer Stelle höchstens 25 mm.
Eine Größe von 5 bis 10 mm hat sich als besonders geeignet erwiesen, da Agglomerate
dieser Größe schnell zu metallischem Eisen reduziert werden. Nach der Reduktion
lassen sich die Agglomerate auf einfache Weise von überschüssigem Koks und Asche
trennen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht beschränkt auf besondere
Eisenoxyde oder Eisenoxydkombinationen, nur muß der Inhalt von Gangart, wie oben
erwähnt, genügend niedrig sein. Es können auch Mischungen von praktisch reinen oxydischen
Eisenerzkonzentraten und anderen Eisenoxvden verwendet werden. Es ist bekannt, daß
niedrigere Eisenoxyde leicht zu Ferrioxyd (Fe. 03) oxydiert werden und daß eine
solche Strukturänderung eine anschließende Reduktion zu metallischem Eisen erleichtert.
Durch vollständige oder teilweise Oxydation der Ferro-Ferri-Oxy de (Fe3 O4) ist
es möglich, gewisse Verbindungen, beispielsweise komplexe Schwefelverbindungen zu
entfernen und dadurch ein besseres Ausgangsmaterial für die Herstellung von Schwammeisen
hoher Qualität zu erreichen.
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Die Reduktion kann unter Verwendung von Anthracit, Koks oder Koksgrus.
oder anderen billigen kohlenstoffhaltigem Material durchgeführt werden, ohne daß
der Gehalt an Asche, Schwefel und Phosphor in das Eisen übergeführt wird. Das Reduktionsmaterial
hat vorzugsweise eine Teilchengröße zwischen 2 und 34 Maschen pro cm und enthält
sowohl gröbere als auch feinere Fraktionen. Die gröberen Fraktionen dienen teilweise
zur Verhinderung von Krusten- und Ringbildungen im Ofen und auch zur Verhinderung
von Rückoxydationen des erzeugten metallischen Eisens, während die feineren Fraktionen
in der Hauptsache als Reduktionsmittel dienen. Um Kohleverluste in Form von Staub
weitgehendst zu vermeiden, darf der Koks eine Teilchengröße nicht unter 34 Maschen
pro cm besitzen. Die günstigste Teilchengröße hängt von mehreren Faktoren ab, beispielsweise
von den Eigenschaften der verwendeten Kohle, von der Ofengröße, von dem Volumen
der Charge, von der Umlaufzahl des Drehofens u. dgl.
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Es ist bekannt, daß durch Zugabe von Kalk, Kalkstein oder Dolomit
zur Charge die Aufnahme von Schwefel in das Schwammeisen unterbunden wird.
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Besonders geeignet für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ein Drehofen, der mit Seitenrohren ausgestattet ist, die die Ofenwände durchdringen
und zur Regulierung der Luftzufuhr und zur Steuerung der Temperatur und Reduktion
in der Charge dienen. Die Seitenrohre sind über die Länge des Ofens verteilt und
derart angeordnet, daß sie die Charge durchdringen. Bei einem solchen Ofen wird
praktisch das gesamte in dem Gas oberhalb der Charge enthaltene Kohlenoxyd zu Kohlendioxyd
verbrannt; auf diese Weise wird der Heizwert des Brennstoffes wirkungsvoll ausgenutzt,
bevor die Gase den Ofen verlassen.
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Die Temperaturen während der Reduktion müssen genau eingehalten werden
und liegen gewöhnlich zwischen 900 und 1100° C. Wie auch bei anderen ähnlichen Verfahren.
hängt die günstigste Arbeitstemperatur unter anderem ab von den Eigenschaften und
Anteilen der Bestandteile der Ofencharge und von dein jeweils gewünschten Reduktionsgrad.
Beim Anfahren des Ofens und auch zum Zwecke der Einhaltung der Temperatur am Austrittsende
ist es vorteilhaft, einen öl- oder Gasbrenner zu benutzen.
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Das den Ofen verlassende Material passiert unter Luftabschluß Kühleinrichtungen,
um eine Oxydation des metallischen Eisens und den Eintritt von Luft in den Ofen
zu verhindern. Das abgekühlte Schwammeisen läßt sich auf einfache Weise von Asche
und überschüssigen Reduktionsmitteln trennen. Der rückgewonnene Koks wird gereinigt
und dein Prozeß wieder zugeführt.
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Die Ausbeute an Schwammeisen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist sehr hoch und die Ausnutzung der Heizmittel sehr günstig. Verluste sind lediglich
bedingt durch mechanische Abnutzung der Verfahrensapparatur und hängen von der richtigen
Betriebskontrolle ab.
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Das folgende Beispiel zeigt eine vorzugsweise Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Verfahrens: Beispiel Synthetische Eisenoxyde vom Typ Fe304 wurden entwässert, in
Kugelform übergeführt und getrocknet. Eine Analyse des getrockneten Materials zeigte:
Fe, in Form von Eisenoxyden .... 70,201/0 Ti 02 ...........................
0,24% Si 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,20% S ...............................
0,110/0 P ................... . ........... 0,02% Die Pellets und eine Mischung
von fein verteiltem Koks und Kalk wurden kontinuierlich in einen Drehofen gegeben
und allmählich auf annähernd 1070° C erhitzt. Die Pellets wurden im Ofen 4 Stunden
-lang auf dieser Temperatur gehalten.
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Nach Verlassen des Ofens und nach erfolgter Abkühlung wurden die in
ihrer ursprünglichen Gestalt erhalten gebliebenen Pellets von überschüssigem Koks,
Asche und Kalk und Calciumsulfid befreit. Die aus Schwammeisen bestehenden Pellets
waren hart, jedoch etwas geschrumpft, so daß ihre scheinbare Dichte von etwa 2,5
g/cm3 auf ungefähr 3,2 g/cm3 gestiegen war, trotz der Tatsache, daß der Sauerstoff
in den Eisenoxvden fast vollständig entfernt worden war.
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Das Schwammeisen zeigte folgende Analyse: Fe, total ........................
98,40% Fe, metallisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94,501/o C ...............................
0,24% Ti 02 ........................... 0,40% S'02 ....... ....................
0,30% S ............................... 0,06% P ... .. .. .. .. ....................
0,007% Das in Pelletform vorliegende Schwammeisen wurde ohne Zugabe schlackenbildenden
Materials niedergeschmolzen. Die Analyse des erzeugten Stahls zeigte 0,015°/o C.
Geschliffene, mit Salpetersäure geätzte Stahlproben lassen erkennen, daß der Stahl
aus praktisch reinem Ferrit mit Spuren von Schlacke bestand. Das durch das erfindungsgemäße
Verfahren erhaltene Erzeugnis stellte ein praktisch reines, kohlenstoffarmes Eisen
dar. Seine Brinellhärte lag bei R$=70.