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Verfahren zum Reduzieren von feinkörnigem bis staubfeinem Eisenerz
mit feinkörniger bis staubfeiner Kohle im Elektroofen Zur Verhüttung feinkörniger
bis staubförmiger Eisenerze auf elektrischem Wege sind unter anderem zwei Verfahren
in Vorschlag gebracht worden, von denen das eine eine stöchiometrische Mischung
aus Eisenerz und Reduktionskohle auf eine elektrisch erhitzte Schlackenschicht aufbringt.
In der Grenzschicht Schlacke-Kohle-Erzmischung findet die Reduktion des Eisenerzes
statt. Das dabei entstehende Schwammeisen wird zusammen mit der Gangart des Erzes
und der Kohlenasche von der Schlacke aufgeschmolzen. Das Eisen sammelt sich unter
der Schlacke. Die aufgeschmolzenen Schlackenbildner vergrößern die Schlackenmenge.
Die elektrische Erhitzung der Schlackenschicht erfolgt durch Elektroden, die in
diese eintauchen. Bei diesem Verfahren treten zwei Schwierigkeiten auf: der elektrische
Widerstand der flüssigen Schlackenschicht ist sehr klein, so daß bei wirtschaftlich
tragbaren Abmessungen auch nur kleine Spannungen Verwendung finden können. Des weiteren
ist in der Grenzschicht Schlacke-Kohle-Erzmischung nur ein geringer Stoffumsatz
pro Zeiteinheit möglich, so daß sich je Flächeneinheit nur unzureichende Leistungen
ergeben.
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Bei dem zweiten Verfahren wird der elektrische Strom zum Zweck der
Erzeugung Joulscher Wärme durch eine Wirbelschicht (Fließbett) aus staubförmiger
bis feinkörniger Kohle geleitet und in das Fließbett von oben her das zu reduzierende
Erz eingestreut. Das Erz fällt durch das Kohlefließbett hindurch, wird reduziert
und sammelt sich getrennt nach flüssigem Metall und flüssiger Schlacke unter dem
Fließbett an. Voraussetzung für dieses Verfahren ist ein relativ feinkörniges Erz
und eine möglichst gleichmäßige Verteilung desselben über die Oberfläche des Kohlefließbettes.
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Die Erfindung löst das Problem der Reduktion von feinkörnigem bis
staubfeinem Eisenerz mit feinkörniger bis staubfeiner Kohle im Elektroofen unter
Vermeidung insbesondere der Schwierigkeiten und Nachteile des zuerst genannten Verfahrens
nun dadurch, daß der für die Erzreduktion erforderliche elektrische Heizstrom durch
eine schaumartige Emulsion geleitet wird, die aus dem geschmolzenen Erz, der flüssigen
Schlacke und dem Reduktionsmittel besteht. In diese Emulsion tauchen die Elektroden
ein, so daß der Strom durch den Emulsionsschaum hindurchgeleitet wird. Die gasförmige
für das Entstehen der Emulsion erforderliche Komponente liefert das bei der Reaktion
zwischen dem Erzsauerstoff der Schlacke durch den in dieser feinverteilten Kohlenstoff
entstehende Kohlenoxyd. Die Emulgierung des flüssigen Einsatzes kann aber auch durch
Einblasen von gasförmigen Reduktionsmitteln, wie Hz, CH4 usw., oder von flüssigen
Reduktionsmitteln, wie Erdölprodukten, unterstützt oder hervorgerufen werden. Des
weiteren können auch gasförmige Oxydationsmittel, wie 0." H2 O und C 02, oder diese
enthaltende Gase in die Emulsionsschicht eingeblasen werden. Beim Einblasen letzterer
Mittel kann durch die Verbrennung von Kohle weitere Wärme in den Prozeß eingeführt
werden. Dabei entstehen Gase, die die Reduktion der Erze aus der Schaumschicht wirkungsvoll
unterstützen.
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Dem Eisenerz können vorteilhafterweise Schlackenbildner, wie
A120, oder Si 02, zugesetzt werden, die der Schlacke eine zur Emulsionsbildung
und bei der Reaktionstemperatur von etwa 1500° C günstige Viskosität verleihen.
Das Erz kann der Emulsion bereits im geschmolzenen Zustand zugeführt und beim Einschmelzen
des Erzes das bei der Reduktion anfallende C O-haltige Abgas Verwendung finden.
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Einzelheiten des Verfahrens nach der Erfindung seien an folgendem
Ausführungsbeispiel erläutert: In ein Kohlefließbett mit einer Schichthöhe von etwa
500 mm und einer Korngröße von 0 bis etwa 0,5 mm tauchen Stromzuführungselektroden
ein. Durch den elektrischen Heizstrom wird das Fließbett auf einer Temperatur von
etwa 1550°C gehalten. In das Fließbett wird nun feinkörniges Erz eingestreut, und
zwar in solcher Menge pro Zeiteinheit, Verteilung und Korngröße, daß sich unter
dem Kohlefließbett eine schaumartige Schicht aus geschmolzenem Erz, eingebundener,
d. h. in der Schaumschicht fein
verteilter Kohle und CO-Gas bildet.
Aus dieser Schicht, die durch das sich in ihr aus dem Erzsauerstoff und dem Reduktionskohlenstoff
entwickelnde Gas in ständiger turbulenter Bewegung gehalten wird, scheidet sich
nach unten ständig metallisches Eisen aus, während von oben fortlaufend neues Erz
in ihr aufgelöst und aus dem darüberliegenden Kohlefließbett ständig neue Reduktionskohle
in ihr eingebunden wird.
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Die Erliizzssrlg der Emulsionsschicht kann entweder durch das über
ihr befindliche Kohlefließbett erfolgen. in das die Strorrazuführsngselektroden
eintauchen, oder die Emulsionsschcliö kann auch unmittelbar als elektrischer @iidei7st,and
geschaltet sein, indem die Elektroden in diese eintauchen. Es kann auch der Strom
teilweise durch das Kohlefließbett und teilweise durch die Erzemulsion geleitet
werden. Im Falle der Einführung der Elektroden in die Emulsionsschicht kann auch
auf ein darüber befindliches Kohlefließbett verzichtet werden. Es wird dann pro
Zeiteinheit nur so viel Brennstoff und mit einer solchen Korngröße auf die Emulsionsschicht
gegeben, wie vors ihr eingebunden wird.
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Im letzterem Falle arbeitet das Verfahren nach der Erfindung nur mit
einer sich in turbulenter Bewegung befindlichen Erz-Kohle-CO-Gas-Emulsionsschicht,
mit einer infolge der CO-Ausbrüche in stark kochender Bewegung befindlichen Oberfläche.
Die auf diese Oberfläche aufgegebenen Mengen an Erz und Kohle gehen sofort in der
spezifisch leichten Emulsionsschicht unter und werden umgehend in sie eingebunden.
Das Überschichten der Emulsionsschicht mit einer stöchiometrisch zusammengesetzten,
im wesentlichen festliegenden Schicht aus Erz und Reduktionskohlenstoff gemäß dem
eingangs geschilderten bekannten Verfahren, ist bei dem Verfahren nach der Erfindung
nicht möglich, da eine solche Schicht ihrer Schwere wegen durch die Schaumschicht
hindurch nach unten absinken würde. Darin liegt ein kennzeichnender Unterschied
des bekannten gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Dagegen ist ein Überschichten der Schaum- bzw. Emulsionsschicht mit
einer Fließbettschicht gemäß dem an zweiter Stelle behandelten Verfahren möglich.
Ein solches Fließbett aus staubförmiger bis feinkörniger Kohle über der Schaum-
oder Emulsionsschicht ist auch vorteilhaft, weil in ihm das Erz vorreduziert wird.
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Der Vorzug des Verfahrens nach der Erfindung gegenüber dem ersten
der bekannten Verfahren besteht darin, daß der elektrische Widerstand einer Schaum-
bzw. Emulsionsschicht beträchtlich größer ist als der einer homogenen Schlackenschicht.
Bei der Ernulsionsschicht erfolgt die Erzreduktion bei entsprechend hoher spezifischer
Leistung innerhalb der gesamten Schlackenschicht, bei dem bekannten Verfahren dagegen
nur in der Grenzschicht Schlackz-Erz-Kohle.
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Für ein gutes Eisenausbringen ist es erforderlich. die Schlacke, die
der Menge der Erzgangart und der Brennstoffasche entspricht, möglichst weitgehend
auszureduzieren. Das kann entweder dadurch erfolgen, daß die Zugabe von Erz zur
Emulsionsschicht einige Zeit vor dem Schlackenabstich eingestellt wird. Man kann
aber auch die noch nicht ausreduzierte, eisenoxydhaltige Schlacke abstechen und
ihre Reduktion in einem besonderen Ofen, z. B. in einem elektrischen Lichtofenbogen,
durchführen.