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Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Eisen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Gewinnung von Eisen in einem Hochofen mit mindestens einer Verbrennungskammer,
der mit einem Möller aus Eisenerz, hochkohlenstoffhaltigen Brennstoffen und Flußmittel
begichtet und in dessen Rast Gebläsewind eingeführt wird und bei dem in die Verbrennungskammern
ein schlackenbildender Brennstoff in einer zur Erzeugung eines großen Teiles der
Wärme ausreichenden Menge sowie für das Verhütten von Eisenerz dienende Reduktionsmittel
und ein sauerstoffhaltiges Gas mit einem nicht für die völlige Verbrennung des Brennstoffes
ausreichenden Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnis axial eingeführt werden, wobei der
Brennstoff während der axialen Bewegung teilweise verbrannt wird, um gasartige Verbrennungsprodukte
mit einem hohen Gehalt an Kohlenmonoxyd zu erzeugen, welche unten in den Hochofen
eingeleitet werden, während der restliche Bedarf an Wärme und Reduktionsmitteln
vor allem durch die Reaktion von kohlenstoffhaltigem Brennstoff im Möller mit dem
Gebläsewind gedeckt wird und die durch diese Reaktion erzeugten Gase mit den an
Kohlenmonoxyd reichen Gasen aus der oder den Verbrennungskammern gemischt werden
und die so gemischten Gase durch den niedergehenden Hochofenmöller nach oben strömen.
Ein solches Verfahren ist bekannt.
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Es ist auch bekannt, zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Hochofenanlage
den Flugstaub aus den Abgaskanälen abzuziehen und in den Hochofen, vorzugsweise
mittels Rauchgas, einzublasen. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß diese Technik
keine befriedigenden Ergebnisse liefert, da der gesammelte und zum Hochofen rückgeführte
Gichtstaub entweder geradewegs durch diesen hindurchgeblasen wird oder sich in dem
Ofen niederschlägt, den Gasstrom durch die Charge behindert und dadurch Störungen
im Betrieb des Hochofens hervorruft.
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Zum Stand der Technik gehört auch der Vorschlag, daß in der Kesselasche
vorhandene, wirtschaftlich wertvolle Stoffe gewonnen werden können, indem die Asche
in einen elektrischen Lichtbogenofen eingeführt wird. Dabei erfolgt die Reduktion
der Asche zu Roheisen. Für den Hochöfner ergibt sich daraus jedoch keine brauchbare
Lehre. In Verbindung mit der bekannten Maßnahme des Gichtstaubrückführens könnte
lediglich der Schiuß gezogen werden, daß die Flugasche vor ihrer Rückleitung in
den Hochofen in einem besonders konstruierten elektrischen Lichtbogenofen, der keine
andere Aufgabe hat, agglomeriert werden kann. Diese Maßnahme entspräche dem Sinterungsprozeß,
wie er gegenwärtig angewendet wird, um Gichtstaub in eine Form überzuführen, die
für die direkte Rückgabe in den Hochofen geeignet ist.
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Schließlich ist es noch bekannt, einen Dampfkessel mittels einer Wirbelschmelzkammerfeuerung,
die außerhalb des Hauptwärmeübergangsraumes des Kessels angeordnet ist, zu betreiben.
Dabei wird die Verbrennung im wesentlichen in der Wirbelkammer vollendet; die Schlacke
wird aus dieser Kammer in flüssiger Form abgezogen, nachdem sie vorher .an den Kammerwandungen
einen zähen Niederschlag bildete, an welchem Brennstoffteilchen anhaften können.
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Normalerweise erfordert die Reduktion von Eisenerz Hüttenkoks in einer
guten Qualität und in einer Korngröße, die groß genug ist, um nicht aus dem Ofen
geblasen zu werden. Der Hüttenkoks muß hinreichend schlag- und druckfest sein, um
einen Bruch während des Transportes und einem Zerkleinern durch den Druck, der durch
den schweren Hochofenmölier ausgeübt wird, widerstehen zu können; er soll frei von
Staub und Abrieb sein und in nicht zu großen Stücken angeliefert werden, um eine
optimale Verbrennungsgeschwindigkeit zu erzielen. Mit einer guten Kokskohle können
diese physikalischen Eigenschaften nur in gewissem Maße eingehalten werden. Geeigneter
Koks ist deshalb kostspielig, und so stellt Hüttenkoks einen erheblichen Kostenfaktor
bei den Rohmaterialien für die Herstellung von Eisen dar. Jede merkliche Senkung
der Koksverbrauchsziffer oder des Bedarfs an metallurgischem Koks wird folglich
bei
Aufrechterhaltung eines im wesentlichen gleichen Wirkungsgrades des Betriebes eine
günstige Wirkung auf den Gesamt-Brennstoffhaushalt des Hüttenwerkes haben.
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Ähnlich verhält es sich mit dem Gichtstaub des Hochofens. Dieser enthält
feinkörniges Material der Hochofencharge, das in den abgehenden Ofengasen verteilt
ist. Das Material hat im wesentlichen die gleiche allgemeine analytische Zusammensetzung
wie der Hochofenmöller; hinsichtlich der Teilchengröße ist nicht das Entsprechende
zu sagen. Es ist bisher üblich gewesen, den beim Hochofenbetrieb anfallenden Gichtstaub
in Staubsäcken zu sammeln und, wie erwähnt, zu einem Erzeugnis zu sintern, das sich
leichter in den Hochofen chargieren läßt. Wenn der Vorrat an hochwertigem Erz erschöpft
ist, erweitert sich die Funktion einer Sinteranlage. Es ergibt sich, daß die Gewinnung
und Verwertung dieses Lichtstaubes zusammen mit der Verwendung geringwertigen Erzes
und Zuschlägen im Hochofenmöller ohne die Notwendigkeit einer Sinterbehandlung den
Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit des Hochofenbetriebes erhöhen würde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Materialienhaushalt
beim Hochofenbetrieb zu verbessern. Zur Lösung schlägt die Erfindung vor, daß bei
einem Verfahren der angegebenen Gattung Lichtstaub von den aus dem Hochofenschacht
austretenden Gasen getrennt und zu der Verbrennungskammer oder den Verbrennungskammern
geleitet und in diese mit eingeblasen wird und daß dort das im Lichtstaub enthaltene
Eisenerz nahezu vollständig geschmolzen wird, daß ferner das sauerstoffhaltige Gas
während seiner axialen Bewegung durch das Innere der Verbrennungskammern in Wirbelung
versetzt wird und die Verbrennungsprodukte auf einer über der Schmelztemperatur
der Brennstoffasche liegenden, an der Kammerwandung einen zähen Niederschlag flüssiger
Asche bildenden Temperatur gehalten werden und daß schließlich die in der Verbrennungskammer
oder den Verbrennungskammern abgeschiedene Schlacke einschließlich des geschmolzenen
Eisens in flüssiger Form abgezogen wird.
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Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt gegenüber dem Stande
der Technik besteht darin, daß der Flugstaub in dem Ofen geschmolzen werden kann,
ohne daß er zuvor in einer Sinter- oder anderen Anlage behandelt werden muß, um
ihn für den Ofen brauchbar zu machen. Dieser Fortschritt wird durch die Verwendung
von Verbrennungskammern erzielt, die einesteils nicht dem Wind des Hochofens ausgesetzt
sind und in denen der Staub ohne Behandlung geschmolzen werden kann und die zum
anderen eine Quelle reduzierender Gase für den Hochofen darstellen und es ermöglichen,
den Verbrauch an teurem metallurgischem Koks zu senken und billigere Brennstoffe
zum Schmelzen der Charge zu benutzen.
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Nach Durchführungsformen der Erfindung kann so vorgegangen werden,
daß die in flüssiger Form abgeschiedene Schlacke aus der Verbrennungskammer oder
den Verbrennungskammern in die Rast abgelassen wird und/oder daß Dampf in die oder
in jede Verbrennungskammer in Mengen eingeführt wird, die ausreichen, um die gewünschte
Temperatur der gasförmigen Verbrennungsprodukte beim Eintritt in den unteren Teil
des Hochofens zu erreichen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
gekennzeichneten Verfahrens, die im wesentlichen besteht aus einem Hochofen mit
aufrechten, Gestell, Rast und Schacht bildenden Wänden, wobei Mittel zum Begichten
des Schachtes von oben und die Einführung von Gebläsewind in den unteren Teil der
Rast vorgesehen sind, ferner aus mindestens einer besonderen, außerhalb des Ofeninneren
.angeordneten und in ihren Wänden flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskammer von im
wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, wobei Mittel angeordnet sind zum Einführen
von sauerstoffhaltigem Gas in die Verbrennungskammer und zum Einführen eines aschehaltigen
Brennstoffes in das genannte Gas zur teilweisen Verbrennung mit diesem während seiner
axialen Bewegung innerhalb der Kammer, die an einem Ende mit einem Gasauslaß in
den unteren Teil des Hochofens versehen ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich diese
Vorrichtung dadurch aus, daß zur Verbrennungskammer eine in diese tangential einmündende
Gaszufuhrleitung führt, daß die Wände der Kammer flüssigkeitsgekühlte Rohre aufweisen,
daß ferner eine Vorrichtung zur Trennung des Lichtstaubes von den aus dem Schacht
austretenden Gasen vorgesehen ist, deren Staubsack mit der Verbrennungskammer über
eine Leitung in Verbindung steht, mittels welcher der Kammer auch das Gas zugeführt
wird, weiterhin dadurch, daß der Gasauslaß .als eingezogene Öffnung ausgebildet
ist sowie daß im unteren Teil der Kammer eine Auslaßöffnung für die in der Kammer
flüssig gewordenen Substanzen vorgesehen ist.
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Nach Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der
Gasauslaß in die Rast hinein mündet und/oder daß in die Verbrennungskammer mit Regelvorrichtungen
versehene Dampfzuführleitungen münden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben,
und zwar zeigt die Abbildung schematisch einen Aufriß der erwähnten Vorrichtung
zur Gewinnung von Eisen.
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Ein Hochofen 10 in üblicher Bauart mit Schacht 12 und Rast 14 weist
obere und untere Lichtglocken 16 und 18 auf, durch die der Möller intermittierend
in die Gicht aufgegeben wird. Ferner enthält der Hochofen ein Becken 20 zum
Sammeln des reduzierten Metalls und der Schlacke, eine Ringleitung 22, die den heißen
Gebläsewind aus der hier nicht gezeigten Heißwindleitung zu jedem Düsenstock
24 gleichmäßig verteilt, ein Abzugsrohr 26 für das Abziehen der während des
Verfahrens entstandenen Gase, ein Schlakkenabstichloch 28 und ein Eisenabstichloch
30.
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Ein großer Teil der während des Schmelzvorganges erforderlichen Wärme
und Reduktionsmittel wird durch Verbrennungsprodukte aus Zyklonfeuerungs-Verbrennungskammern
32 geliefert, die um den Ofen herum angeordnet und geeignet sind, in den Hochofen
in seiner radialen Richtung zu entleeren. Die Feuerungen 32 werden vorzugsweise
an einer Stelle über den Blasformen 24 angeordnet, wo das Kohlendioxyd im wesentlichen
zu Kohlenmonoxyd reduziert wird. Bei einem Hochofen mit einer Tagesleistung von
1000 t liegt dieser Punkt etwa 6 m über dem Boden des Hochofens. Die Temperatur
beträgt an dieser Stelle etwa 1550° C. Bei der dargestellten Ausführungsart sind
die Zyklonfeuerungen 32 in Beziehung zur ringförmigen Außenwand des Hochofens an
einer gemeinsamen Erhöhung in der Nähe der Verbindungsstelle von Schacht und Rast
des Hochofens symmetrisch um die vertikale Achse des Hochofens
angeordnet.
Jede der Feuerungen hat einen horizontal gestreckten, im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt mit im wesentlichen horizontal angeordneter Hauptachse; die Verbrennungskammer
32 ist mit dichtgesetzten, ringsum laufenden und flüssigkeitsgekühlten Rohren versehen,
die mit einer Lage geeigneten feuerfesten Materials umkleidet und für normale Betriebsbedingungen
ausgelegt sind, um eine Temperatur über der Schmelztemperatur der Brennstoffasche
aufrechtzuerhalten. Diese Rohre können mit einem Strom von Kühlflüssigkeit aus der
üblichen Quelle der für den Hochofen benutzten Kühlflüssigkeit versorgt werden.
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Der den Verbrennungskammern 32 zugeführte Brennstoff kann bestehen
aus granuliertem oder grobpulverisiertem Anthrazit, Fettkohle oder Gaskohle, Braunkohle,
anderen festen Brennstoffen ähnlicher Art, geeigneten gasförmigen Brennstoffen oder
flüssigen Brennstoffen, wie Öl oder Teer. Der Brennstoff kann auch ein granulierter
oder grobpulverisierter Koks sein, vorzugsweise von einer niedrigeren Qualität als
der üblicherweise im Hochofenmöller verwendete Koks, um eine Einsparung von Brennstoffkosten
zu erzielen. Der in den Feuerungen 32 verfeuerte Brennstoff ergibt einen großen
Teil des Kohlenstoffs und der fühlbaren Wärme, die notwendig sind, um die reduzierende
Reaktion im Hochofen aufrechtzuerhalten.
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Der Gichtstaub aus den Staubsäcken kann zusammen mit dem Brennstoff
in die Verbrennungskammern 32 aufgegeben werden, ohne ihn der früher erforderlichen
Sinterung zu unterwerfen.
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Der Brennstoff wird zusammen mit dem Lichtstaub aus dem Staubsack
34 in einem Strom vorgewärmter primärer Luft, die vorzugsweise mit Sauerstoff angereichert
ist, tangential in einen Brennstoffeinlaß 36 im äußeren konischen Ende jeder Verbrennungskammer
32 eingeführt, so daß dem Gemisch beim Eintritt in die Kammer eine Wirbelbewegung
mitgeteilt wird. Durch die Wirkung der Zentrifugalkraft werden die groben Teilchen
des Brennstoffstaubes und des Brennstoffes gegen die dünne Lage der flüssigen Schlacke
geworfen und betten sich in diese Lage ein, die .auf der Innenfläche der Kammerwände
vorhanden ist; sie werden durch die Sekundärluft einer Waschwirkung ausgesetzt.
Die Sekundärluft ist vorzugsweise mit Sauerstoff angereichert und wird tangential
mit hoher Geschwindigkeit durch die Öffnungen 38 längs der Ofenlänge in der gleichen
Richtung um die Längsachse eingelassen wie die Primärluft und das Gemisch von Brennstoff
und Brennstoffstaub. Falls erforderlich, kann zusammen mit der Sekundärluft Dampf
eingelassen werden, um die Temperatur der aus der Kammer 32 ausströmenden Gase zu
reduzieren. Die hohe Geschwindigkeit des Gemisches von Brennstoff, Brennstoffstaub
und Luft bewirkt, daß das Gas bei axialer Bewegung wirbelt und dadurch einen spiralenförmigen
Wege zum hinteren, dem Hochofen zugekehrten Teil der Kammer folgt, wo es vor dem
Eintritt in eine flüssigkeitsgekühlte Einlaßöffnung 40 zur Richtungsänderung veranlaßt
wird. Die Richtungsänderung des Gasstromes wird durch eine ringförmige Tasche 42
bewirkt und erleichtert die Trennung suspendierter Schlackenteilchen von den ausströmenden
Gasen. Der Arbeitsdruck der Verbrennungskammer soll an der Eintrittsstelle der Gase
etwas höher als der Hochofendruck sein. Die flüssige Schlacke einschließlich reduziertem
und geschmolzenem Eisen aus dem Gichtstaub, das in Zusammenhang mit der Verbrennung
anfällt, fließt kontinuierlich durch eine Öffnung 44 in die Rast des Hochofens und
von dort in den Sumpf von flüssigem Metall und Schlacke im Gestell 20, wobei das
Eisen aus dem Gichtstaub sich auf dem Boden des Gestells sammelt.
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Die C 0-reichen Gase, die aus der Eintrittsöffnung 40 in den oberen
Teil der Hochofenrast strömen, haben etwa die gleiche Temperatur wie die Hochofengase
in der Eintrittszone und einen Druck, der etwas höher ist als der an der Stelle
des Gaseintritts vorhandene Druck.
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Die den oberen Teil des Schachtes 12 verlassenden Gase strömen durch
die Abzugsrohre 26 und eine Leitung 46 zum Staubsack 34 zur Abscheidung des mitgeführten
Gichtstaubes und dann weiter zu hier nicht dargestellten Öfen, wo sie verbrannt
werden. Vom Staubsack 34 wird der Gichtstaub über eine regelbare Zuführung 48 und
eine Leitung 50 zu einer Leitung 52 geleitet. Der aus Leitung 50 austretende Gichtstaub
wird von einem einstellbaren Luftstrom mitgenommen, der durch ein Gebläse 54 zu
der Leitung 52 geliefert wird, und durch Leitungen 56 zu den Brennstoff-Eintrittsöffnungen
36 befördert.