DE1143030B

DE1143030B - Procedure for operating a lead shaft furnace

Info

Publication number: DE1143030B
Application number: DEN20968A
Authority: DE
Inventors: John Lumsden
Original assignee: National Smelting Co Ltd
Current assignee: National Smelting Co Ltd
Priority date: 1961-01-06
Filing date: 1961-12-18
Publication date: 1963-01-31

Description

Verfahren zum Betrieb eines Blei-Schachtofens Die Erfindung betrifft Verbesserungen bezüglich des Betriebes eines Blei-Schachtofens, der der Gewinnung metallischen Bleis dient.Method of operating a lead shaft furnace The invention relates to Improvements regarding the operation of a lead shaft furnace, the extraction metallic lead is used.

In den bekannten Verfahren liegt der größte Teil des Bleis in der Ofenbeschickung als Bleioxydverbindungen, wie Bleioxyd, basische Bleisulfate oder Bleisilikat, in Schlacken vor, die aus anderen metallurgischen Verfahren herrühren. Im allgemeinen wird Koks als Brennstoff angewandt und Luft in den Ofentiegel eingeblasen. Bleimetall, das leicht reduzierbare Metalle, wie Silber, enthält, wird aus dem Ofentiegel abgestochen, und zwar zusammen mit einer geschmolzenen Schlacke geringen Bleigehaltes, die jedoch praktisch das gesamte ursprünglich in der Beschickung vorhandene Zinkoxyd und Eisenoxyd enthält. Unter bestimmten Bedingungen kann ebenfalls ein Kupfer enthaltender Stein abgestochen werden.In the known methods, most of the lead is in the Furnace charge as lead oxide compounds, such as lead oxide, basic lead sulfates or Lead silicate, in slags from other metallurgical processes. Generally, coke is used as fuel and air is blown into the furnace crucible. Lead metal, which contains easily reducible metals such as silver, is removed from the furnace crucible tapped off together with a molten slag with a low lead content, however, practically all of the zinc oxide originally present in the charge and contains iron oxide. Under certain conditions it can also contain a copper Stone to be cut off.

Das ursprüngliche Rohmaterial liegt gewöhnlich nicht in einem geeigneten physikalischen und chemischen Zustand für die Beschickungeines Schachtofens vor. Das Ausgangsprodukt für das Blei ist ein Bleisulfidkonzentrat, das vor der Beschickung des Schachtofens oxydiert werden muß. Bei der modernen Arbeitsweise ist es üblich, ein Bleisulfidkonzentrat einer Sinterröstung zu unterziehen, dem Sintergemisch Calciumcarbonat und weitere Materialien zuzusetzen, so daß mit Ausnahme des Kokses der größte Teil oder der Gesamtteil der Beschickung aus Sinterprodukt besteht.The original raw material is usually not a suitable one physical and chemical state for loading a shaft furnace. The starting product for the lead is a lead sulphide concentrate, which is used before charging of the shaft furnace must be oxidized. In the modern way of working, it is common to subject a lead sulfide concentrate to sinter roasting, the sinter mixture calcium carbonate and to add other materials, so that the largest part with the exception of the coke or all of the charge consists of sintered product.

Bei den vorbekannten Arbeitsweisen wurde gefunden, daß Materialien hohen Bleigehaltes nicht zufriedenstellend verhüttet werden können. Wenn Materialien mit mehr als etwa 50°/o Bleigehalt in einen Schachtofen eingeführt werden, wurde gefunden, daß der Ofen nicht zufriedenstellend arbeitet, wobei die Arbeitsschwierigkeiten mit der Entwicklung einer hohen Temperatur an der Gicht des Ofens und einer Neigung der Beschickung zur Brückenbildung zusammenhängen, wodurch sich ein nicht gleichmäßiges Herabführen und Zurückbleiben der nach unten geführten Beschickung ergibt. Somit hat es sich als notwendig erwiesen, in die Ofenbeschickung nicht nur das oxydierte Rohmaterial zusammen mit Flußmitteln zur Ausbildung einer Schlacke geeigneter Zusammensetzung mit den nicht reduzierbaren Oxyden (d. h. die Gangart in dem Bleikonzentrat und die Achse in dem Koks) anzuwenden, sondern ebenfalls etwas Schlacke zurückzuführen, die aus dem Ofen abgezogen wird.In the previously known procedures it was found that materials high lead content cannot be smelted satisfactorily. If materials be introduced into a shaft furnace with more than about 50% lead content found that the furnace did not operate satisfactorily, with the labor difficulties with the development of a high temperature at the top of the oven and a tendency the loading are related to bridging, which results in a non-uniform Lowering and lingering of the downward feed results. Consequently it has been found necessary not only to add the oxidized material to the furnace Raw material together with flux to form a slag of suitable composition with the irreducible oxides (i.e. the gangue in the lead concentrate and the axis in the coke), but also to return some slag, which is withdrawn from the oven.

Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Brennstoffwirtschaftlichkeit und Leistungserhöhung eines Blei-Schachtofens angestrebt, wodurch es möglich wird, mehr Blei bei gleichem Koksverbrauch herzustellen, als dies nach der vorbekannten Arbeitsweise möglich war.According to the invention there is an improved fuel economy and increase the performance of a lead shaft furnace, which makes it possible to produce more lead with the same coke consumption than according to the previously known Working method was possible.

Erfindungsgemäß werden weiterhin Beschickungen höheren Bleigehaltes verhüttet, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.According to the invention, charges with a higher lead content are still used smelted than is possible with the state of the art.

Schließlich gelingt es erfindungsgemäß, den Wirkungsgrad des Betriebes eines Blei-Schachtofens dadurch zu verbessern, daß Temperatur und Zusammensetzung des Windes gesteuert werden, so daß der Brennstoff wirksam sowohl zur Wärmeerzeugung zum Schmelzen der Schlacke als auch zur Gewinnung von reduzierenden Gasen für die Reduktion des Bleioxydes ausgenutzt werden kann.Finally, according to the invention, it is possible to improve the efficiency of the operation of a lead shaft furnace by improving the temperature and composition The wind can be controlled so that the fuel is effective both for heat generation to melt the slag as well as to obtain reducing gases for the Reduction of lead oxide can be exploited.

Es wurde gefunden, daß mit den Arten der bisher in einem Blei-Schachtofen verhütteten Beschickungen (Beschickungen, die nicht mehr als etwa 50°/o Blei enthalten) die Anwendung von vorerhitzter Luft es ermöglicht, daß die zu erschmelzende Bleimenge (für einen gegebenen Kohlenverbrauch in dem Schachtofen) erheblich vergrößert werden kann, wobei diese Vergrößerung in etwa proportional dem Ausmaß des Vorerhitzens bis zu einem bestimmten Grenzwert ist. Solange das Ausmaß des Vorerhitzens nicht über diesem kritischen Grenzwert liegt (der um so größer, je größer das Verhältnis der Schlacke zum Bleioxyd in der Beschickung ist), führt die Anwendung der vorerhitzten Luft zu einer Einsparung des gesamten verbrauchten Kohlenstoffs im Verhältnis zu dem hergestellten Blei, und zwar selbst dann, wenn man den Kohlenstoff berücksichtigt, der zum Vorerhitzen der Luft benötigt wird.It has been found that with the types of previously in a lead shaft furnace Smelted feeds (feeds containing no more than about 50% lead) the use of preheated air allows the amount of lead to be melted (for a given coal consumption in the shaft furnace) can be increased considerably can, this increase being roughly proportional to the amount of preheating is up to a certain limit. As long as the amount of preheating is not is above this critical limit value (which is greater, the greater the ratio the slag to lead oxide is in the charge), the application leads to the preheated Air to a saving of the whole carbon consumed in relation to the lead produced, even if the carbon takes into account that is required to preheat the air.

Es wurde weiterhin gefunden, daß bei Zugabe von Dampf (Wasserdampf) zu einem vorerhitzten Luftwind hochwertige Bleibeschickungen, die erheblich mehr als 50°/o Blei enthalten, in zufriedenstellender Weise verhüttet werden können. Die Konzentration des in dem Wind benötigten Wasserdampfes nimmt, um Betriebsschwierigkeiten zu verhindern, die sich durch die Erzeugung einer hohen Temperatur in der Nähe der Gicht ergeben, mit der Verringerung des Verhältnisses der gebildeten Schlacke zu dem Bleioxyd in der Beschickung zu. Bei Zunahme der so benötigten Wasserdampfmenge nimmt das Ausmaß des benötigten Vorerhitzens des Windes ebenfalls zu, und durch die Zunahme dieses Ausmaßes des Vorerhitzens bis zu geeigneten Grenzwerten wird eine erhebliche Wirtschaftlichkeit bezüglich des Kohlenstoffs erreicht, der pro Gewichtseinheit reduziertes Blei angewandt wird im Vergleich zu dem Stande der Technik, bei dem unter Anwenden kalter Luft als Wind eine zusätzliche Rücklaufschlacke gegichtet werden muß.It was also found that when steam (water vapor) is added high-quality lead charges to a preheated air blast, which are considerably more contain more than 50% lead, can be satisfactorily smelted. The concentration of water vapor needed in the wind reduces operational difficulties to prevent being caused by generating a high temperature near the Gout result, with the reduction in the proportion of slag formed too the lead oxide in the charge. With an increase in the amount of steam required the amount of wind preheating required also increases, and through the increase in this amount of preheating up to suitable limits will be achieved a considerable economy in terms of the carbon that per Unit weight reduced lead is used compared to the state of the art, when using cold air as wind, an additional return slag is eliminated must become.

Schließlich wurde gefunden, daß eine weitere Wirtschaftlichkeit des in Anwendung gebrachten Kohlenstoffs pro Gewichtseinheit reduziertes Blei dadurch erreicht werden kann, daß dem Wind mehr Dampf zugegeben, als benötigt wird, um zu verhindern, daß die Temperatur in der Nähe der Gicht so hoch wird, daß ein Festhängen der Beschickung verursacht wird (oder durch Zugabe von Wasserdampf in den Wind für Beschickungen, die nicht mehr als etwa 50°/o Blei enthalten und die keinen Wasserdampf zwecks Verhindern einer zu hohen Temperatur an der Gicht benötigen) und man zweckmäßigerweise weiter das Ausmaß der Windvorerhitzung über die oben angegebenen Grenzwerte erhöht jedoch ist das Verhältnis der so erreichten Wirtschaftlichkeit bezüglich des Kohlenstoffs zu der zusätzlich dem Wind zugeführten Wärme wesentlich geringer als dieses Verhältnis für die Erhöhung des Vorerhitzens bis zu dem oben angegebenen Grenzwert.Finally, it was found that a further economics of the carbon used per unit weight of lead reduced thereby can be achieved that the wind added more steam than is needed to prevent the temperature near the gout from getting so high that it becomes stuck the loading is caused (or by adding water vapor to the wind for Charges which contain no more than about 50 per cent lead and which do not contain water vapor for the purpose of preventing too high a temperature in the gout) and one expediently further increases the amount of wind preheating above the limit values given above however, the ratio of economics so achieved is with respect to carbon to the additional heat supplied to the wind is significantly lower than this ratio for increasing the preheating up to the limit given above.

Der Sauerstoff enthaltende Wind kann aus atmosphärischer Luft oder jedem beliebigen weiteren Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff mit Dampf (Wasserdampf) bestehen, der entweder bereits vorliegt oder zugesetzt wird.The wind containing oxygen can be from atmospheric air or any other mixture of oxygen and nitrogen with steam (water vapor) exist, which either already exists or is added.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Betrieb eines Blei-Schachtofens, bei dem eine Bleioxyd und Kohlenstoff enthaltende Beschickung an der Gicht aufgegeben wird, geschmolzenes Blei zusammen mit geschmolzener Schlacke, die praktisch das gesamte in der Beschickung vorliegende Zinkoxyd enthält, aus dem Tiegel des Ofens abgestochen wird und das Gewicht der abgestochenen Schlacke geringer als das Gewicht des oxydierten Bleis ist und ein sowohl Sauerstoff als auch Wasserdampf enthaltender vorerhitzter Wind in den Ofentiegel eingeführt wird, wobei das Ausmaß des Vorerhitzens des Windes ausreicht, um einen geringen Bleigehalt der von der Herdsohle abgestochenen Schlacke zu verursachen und die Wasserdampfmenge wenigstens ausreicht, um die Erzeugung übermäßig hoher Temperaturen in der Nähe der Gichtöffnung zu verhindern.The invention consists in a method for operating a lead shaft furnace, in which a charge containing lead oxide and carbon was abandoned at the gout is, molten lead along with molten slag, which is practically the contains all of the zinc oxide present in the charge from the furnace crucible is tapped and the weight of the tapped slag is less than the weight of oxidized lead and is one containing both oxygen and water vapor preheated wind is introduced into the furnace crucible, with the amount of preheating of the wind is sufficient to have a low lead content of the stoved from the hearth To cause slag and the amount of water vapor is at least sufficient to generate to prevent excessively high temperatures near the gout orifice.

Der Wind kann aus atmosphärischer Luft mit Wasserdampf bestehen, oder es kann Sauerstoff zugegeben werden, um das Verhältnis Sauerstoff zu Stickstoff auf einen höheren Wert als bei der atmosphärischen Luft zu bringen.The wind can consist of atmospheric air with water vapor, or oxygen can be added to increase the ratio of oxygen to nitrogen to a higher value than atmospheric air.

Die erfindungsgemäß in Anwendung kommende wirksame Ausnutzung des vorerhitzten Windes und die unter Umständen günstige Wirkung der Zugabe von Wasserdampf zu dem vorerhitzten Luftwind beruht auf einer neuartigen Betriebsführung eines Blei-Schachtofens.The effective utilization of the in use according to the invention preheated wind and the possibly beneficial effect of adding steam to the preheated air blast is based on a new type of management of a lead shaft furnace.

Es wird angenommen, daß in einem Blei-Schachtofen drei verschiedene Zonen vorliegen, und zwar im Tiegel eine Schlackenzone, wo die Schlacke bei einer Temperatur von 1100 bis 1200°C auf Grund der Wärme erschmolzen wird, die durch das Verbrennen des Kohlenstoffs zu einem Gemisch aus Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd erzeugt wird, sowie eine mittlere Zone vorliegt, in der ein Teil des Kohlendioxydes sich mit dem Kohlenstoff unter Ausbilden von Kohlenmonoxyd umsetzt, und eine Reduktionszone in der Nähe der Gicht vorliegt. wo das Bleioxyd zu Blei mittels Umsetzungen reduziert wird, bei denen Wärme entsteht.It is assumed that three different Zones exist, namely a slag zone in the crucible, where the slag at a Temperature from 1100 to 1200 ° C is melted due to the heat generated by the Burning the carbon to a mixture of carbon monoxide and carbon dioxide is generated, and there is a central zone in which some of the carbon dioxide is present reacts with the carbon to form carbon monoxide, and a reduction zone near the gout is present. where the lead oxide is reduced to lead through reactions where heat is generated.

Aus dieser Überlegung heraus wird im folgenden unter (A) gezeigt, daß bei dem bisher in Anwendung gebrachten Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens der Kohlenstoff nicht wirksam seine doppelte Rolle zur Ausbildung von Wärme und Wirkung als Reduktionsmittel spielt, und unter (B) wird gezeigt, wie dieser Wirkungsgrad durch den erfindungsgemäßen Betrieb eines Schachtofens verbessert werden kann.With this in mind, it is shown in the following under (A) that that in the previously used method for operating a shaft furnace The carbon does not effectively perform its dual role in generating heat and Effect as a reducing agent plays, and under (B) it is shown how this efficiency can be improved by the operation of a shaft furnace according to the invention.

Es wird weiterhin gezeigt, wie der Verlust des Wirkungsgrades auf Grund der Notwendigkeit eines Umlaufens der Schlacke verringert oder in Wegfall gebracht werden kann.It is also shown how the loss of efficiency occurs The reason for the need to circulate the slag is reduced or eliminated can be brought.

(A) Betrieb des herkömmlichen Blei-Schachtofens In einem Blei-Schachtofen steigen die Gase im Gegenstrom zu der nach unten geführten Beschickung auf. Die Aufeinanderfolge der sich abspielenden Prozesse kann entweder bezüglich der herabgeführten Beschickung oder der aufsteigenden Gase verfolgt werden. Es erscheint zweckmäßig, zunächst die nach unten bewegte Beschickung zu betrachten und sodann im einzelnen die verschiedenen Prozesse zu untersuchen, die bei dem Aufsteigen der Gase in dem Ofen eintreten.(A) Operation of the conventional lead shaft furnace In a lead shaft furnace the gases rise in countercurrent to the feed led downwards. the The sequence of processes taking place can either be related to the brought down Charging or the rising gases can be tracked. It seems appropriate first to consider the loading moved downwards and then in detail to study the various processes involved in the rising of the gases in the Enter the oven.

Sobald die Beschickung in den Ofen eintritt, wird dieselbe zunächst durch die Gase erwärmt, und das in der Beschickung vorliegende Wasser wird verdampft. Sobald die Temperatur 400 bis 500°C erreicht, beginnt die Reduktion des Bleioxydes durch Kohlenmonoxyd nach der Gleichung Pb0 - CO = Pb - CO= (1) Während dieses Bleioxyd reduziert wird, steigt die Temperatur der Beschickung an, und zwar teilweise, weil dieselbe immer noch durch Konvektion der Gase erhitzt wird, und teilweise, da die Gleichung (1) exotherm ist. 1n der Beschickung liegt gewöhnlich etwas Schwefel vor, teilweise als Bleisulfid, und sobald die Temperatur der Beschickung auf etwa 700°C ansteigt, wird etwas Schwefeldioxyd durch die Umsetzung von Schwefelsulfid mit Bleioxyd nach der folgenden Gleichung gebildet: PbS - 2 Pb0 = 3 Pb - SO, (2) Schwefeldioxyd kann ebenfalls durch andere Umsetzungen gebildet werden, wie z. B. durch die Umsetzung von Bleisulfid mit basischem Bleisulfat nach der folgenden Gleichung: 3 PbS + PbS04 - 4 Pb0 = 8 Pb + 4 SO, (3) Es wird jedoch nur ein Teil des in der Beschickung vorliegenden Schwefels als Schwefeldioxyd entfernt. Die Umsetzungen (2) und (3) verlaufen nebeneinander mit Umsetzungen, durch die das Bleioxyd zu Blei reduziert wird, wie nach der Gleichung (1) und aus basischem Bleisulfat nach der Gleichung PbS09 - 4 Pb0 + 8 CO = PbS + 4 Pb + 8 C02 (4) Weiterhin wird der gesamte als Calciumsulfat gebundene Schwefel nicht in merklichem Ausmaß in Schwefeldioxyd umgewandelt, sondern wird durch Kohlenmonoxyd in Sulfid reduziert. Blei wird somit über verschiedene Umsetzungen reduziert, im wesentlichen jedoch nach der Umsetzung (1). Wenigstens bei Temperaturen über 600°C verläuft die Umsetzung (1) schnell, so daß fast das gesamte Blei in Metall in einer Zone in der Nähe der Gichtöffnung reduziert wird. In der folgenden Beschreibung wird die obere Zone des Ofens herunter bis zu der Höhe, bei der praktisch das gesamte Bleioxyd reduziert worden ist, als die Bleireduktionszone bezeichnet.As soon as the load enters the furnace, it is first heated by the gases and the water present in the feed is evaporated. As soon as the temperature reaches 400 to 500 ° C, the reduction of the lead oxide begins by carbon monoxide according to the equation Pb0 - CO = Pb - CO = (1) During this lead oxide is reduced, the temperature of the feed rises, in part because the same is still heated by convection of the gases, and partly because the Equation (1) is exothermic. There is usually some sulfur in the charge, partly as lead sulphide, and once the temperature of the batch is up to about 700 ° C increases, some sulfur dioxide is produced by the reaction of sulfur sulfide with lead oxide formed according to the following equation: PbS - 2 Pb0 = 3 Pb - SO, (2) sulfur dioxide can also be formed by other reactions, such as. B. through implementation from Lead sulphide with basic lead sulphate according to the following equation: 3 PbS + PbS04 - 4 Pb0 = 8 Pb + 4 SO, (3) However, only part of that is present in the charge Sulfur removed as sulfur dioxide. The reactions (2) and (3) run side by side with reactions by which the lead oxide is reduced to lead, as according to the equation (1) and from basic lead sulphate according to the equation PbS09 - 4 Pb0 + 8 CO = PbS + 4 Pb + 8 C02 (4) Furthermore, all of the sulfur bound as calcium sulphate is used is not converted to any appreciable extent into sulfur dioxide, but is converted into carbon monoxide reduced in sulfide. Lead is thus reduced through various conversions, im essential, however, after implementation (1). At least at temperatures above 600 ° C The reaction (1) is rapid, so that almost all of the lead in metal in one Zone near the gout opening is reduced. In the following description the upper zone of the furnace goes down to the height at which practically the whole Lead oxide has been reduced, referred to as the lead reduction zone.

Wenn zu dem Zeitpunkt, bei dem das Bleioxyd reduziert worden ist, die Temperaturgleichheit zwischen dem Gas und der Beschickung nicht erreicht worden ist, führt die Wärmekonvektion schnell zu einem thermischen Gleichgewicht bei einer Temperatur von etwa 1000°C. Sodann steigt die Temperatur der Beschickung relativ langsam bei deren Wanderung nach unten an, und der Wärmeaustausch zwischen dem Gas und der Beschickung verhindert praktisch jeden Temperaturunterschied zwischen denselben, bis beide Temperaturen erreicht haben, bei denen eine geschmolzene Schlacke gebildet wird. Was als die mittlere Zone des Ofens bezeichnet wird, grenzt mit ihrer oberen Grenze an die Bleireduktionszone und mit ihrer unteren Grenze an die Höhe des Ofens, an der die Ausbildung der geschmolzenen Schlacke beginnt.If by the time the lead oxide has been reduced, the temperature equality between the gas and the feed has not been reached is, the heat convection quickly leads to thermal equilibrium at a Temperature of about 1000 ° C. Then the temperature of the feed rises relatively slowly as they migrate downwards, and the heat exchange between the gas and the loading prevents practically any temperature difference between them, until both have reached temperatures at which a molten slag is formed will. What is called the middle zone of the furnace is adjacent to its upper one Limit to the lead reduction zone and with its lower limit to the height of the furnace, at which the formation of the molten slag begins.

Die dritte und tiefste Zone des Ofens wird als die Schlackenzone bezeichnet. In dieser Zone verbrennt der Koks unter Ausbilden eines Gemisches aus Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd. In der Nähe der Winddüsen wird Kohlendioxyd nach der folgenden Gleichung gebildet: C + C2 = C02 (5) Dieses Kohlendioxyd setzt sich sodann mit Kohlenstoff unter Ausbilden von Kohlenmonoxyd nach der folgenden Gleichung um: C02 + C = 2 CO (6) Die Umsetzung (6) verläuft endotherm, d. h., die Temperatur wird unter die hohen Werte heruntergebracht, die lokal in der Nähe der Winddüsenspitzen erreicht werden können. Weiterhin ist die Umsetzung (6) geschwindigkeitsgesteuert, und deren Geschwindigkeit fällt stark mit fallender Temperatur ab. Somit verlaufen alle arteigen schnellen Umsetzungen relativ schnell im Vergleich mit der Umsetzung (6) und neigen somit dazu, ein chemisches Gleichgewicht zu erreichen. Da das gesamte Bleioxyd reduziert worden ist, ehe die Schlackenzone erreicht wird, würden derartige chemische Umsetzungen nicht eintreten, wenn die Beschickung lediglich Bleioxyd und inerte schlackenbildende Materialien enthalten würde. Die meisten Bleikonzentrate enthalten etwas Zink, und, wie bereits erwähnt, erreicht ein Teil des in der Beschickung vorliegenden Schwefels die unteren Teile des Ofens. Wie weiter unten erläutert, enthält die die Schlackenzone erreichende Beschickung zusätzlich zu ihrem ursprünglichen Zink und Schwefel zusätzliches Zinkoxyd und Zinksulfid, die durch die Umsetzung der Zinkdämpfe und des Bleisulfides miteinander und mit den Ofengasen im oberen Teil des Ofens gebildet werden. Wenn eine größere Zinkmenge in der Beschickung vorliegt, findet man sowohl Zinkoxyd als auch Zinksulfid in den in die Schlackenzone eintretenden Materialien. Die Reduktion des Zinkoxydes durch Kohlenmonoxyd stellt eine schnell verlaufende Umsetzung dar, so daß in der Schlackenzone ein angenähertes Gleichgewicht in der folgenden endothermen Umsetzung erreicht wird: Zn0 + CO = Zn(Gas) + C02 (7) Weiterhin wird etwas Blei inAbhängigkeit von seinem Dampfdruck verdampft, und dieser Bleidampf kann sich mit Zinksulfid umsetzen, wobei nach der folgenden endothermen Umsetzung Bleisulfid gebildet wird Pb(Gas) + ZnS = PbS(Gas) + Zn(Gas) (8) Obgleich Bleisulfid in erheblichen Mengen verdampft wird (unter normalen Umständen jedoch eine geringere Volumenkonzentration als Zink aufweist), zeigen thermodynamische Bedingungen, daß flüssiges Bleisulfid als solches nicht unter den Bedingungen beständig ist, die in der Schlackenzone vorherrschen. Die Gleichung (8) ist so beschrieben, daß dieselbe einen direkten Mechanismus wiedergibt, durch den der Bleisulfiddampf zusammen mit Zinkdampf erzeugt werden kann. Da das Gleichgewicht in beiden Umsetzungen (7) und (8) erreicht wird, kann das Ausmaß, mit dem das Bleisulfid erzeugt wird, durch die Gleichung (7) substrahiert von der Gleichung (8) in folgender Weise dargestellt werden: Pb + ZnS + C02 = PbS (Gas) + Zn0 + CO (9) Wenn der Umsetzungsteilnehmer Blei flüssig vorliegt, verläuft die Umsetzung (9) stark endotherm.The third and deepest zone of the furnace is called the slag zone. In this zone the coke burns to form a mixture of carbon monoxide and carbon dioxide. In the vicinity of the tuyeres, carbon dioxide becomes after the following Equation formed: C + C2 = C02 (5) This carbon dioxide then settles with carbon with the formation of carbon monoxide according to the following equation: C02 + C = 2 CO (6) The reaction (6) is endothermic, i. i.e., the temperature will be below the high Values brought down that are reached locally near the wind nozzle tips can. Furthermore, the implementation (6) is speed-controlled, and its speed falls sharply with falling temperature. Thus, all species run quickly Implementations relatively fast compared with implementation (6) and thus tend to achieve chemical equilibrium. Because all of the lead oxide is reduced before the slag zone is reached, such chemical reactions would occur does not occur if the feed is only lead oxide and inert slag forming Materials would contain. Most lead concentrates contain some zinc, and, as already mentioned, some of the sulfur present in the feed reaches it the lower parts of the furnace. As explained below, it contains the slag zone attaining feed in addition to their original zinc and sulfur Zinc oxide and zinc sulfide, which are produced by the conversion of zinc vapors and lead sulfide with each other and with the furnace gases in the upper part of the furnace. if there is a greater amount of zinc in the charge, both zinc oxide and also zinc sulfide in the materials entering the slag zone. The reduction of zinc oxide by carbon monoxide represents a rapid conversion, so that in the slag zone an approximate equilibrium in the following endothermic Implementation is achieved: Zn0 + CO = Zn (gas) + C02 (7) Furthermore, some lead depending on its vapor pressure, and this lead vapor can become with Implement zinc sulfide, with lead sulfide being formed after the endothermic reaction that follows becomes Pb (gas) + ZnS = PbS (gas) + Zn (gas) (8) Although lead sulfide is present in significant quantities is evaporated (but under normal circumstances a lower volume concentration than zinc), thermodynamic conditions show that liquid lead sulfide as such is not stable under the conditions prevailing in the slag zone prevalence. Equation (8) is described as having a direct Represents the mechanism by which lead sulfide vapor is generated along with zinc vapor can be. Since equilibrium is reached in both conversions (7) and (8), For example, the extent to which the lead sulfide is generated can be subtracted by equation (7) can be represented by equation (8) as follows: Pb + ZnS + C02 = PbS (Gas) + Zn0 + CO (9) If the reactant lead is liquid, runs the implementation (9) strongly endothermic.

Die Bedingung, daß das Gleichgewicht in den Umsetzungen (7) und (9) erreicht wird, ermöglicht bei einer konstanten Temperatur des Schlackenschmelzens, eine gewünschte Einstellung des CO - CO,-Verhältnisses in dem Gas durchzuführen, wodurch sich entsprechende Veränderungen der Zinkkonzentration (proportional zu CO: CO,) und Bleisulfidkonzentration (proportional zu C02: CO) ergeben. Es wird angenommen, daß das abschließend erhaltene Gas durch die Umsetzung (5), die exotherm verläuft, und daran anschließend durch die Umsetzungen (6), (7) und (9) erzeugt wird, die endotherm verlaufen.The condition that equilibrium is reached in reactions (7) and (9) makes it possible, at a constant temperature of the slag melting, to carry out a desired adjustment of the CO - CO, ratio in the gas, which results in corresponding changes in the zinc concentration (proportional to CO: CO,) and lead sulfide concentration (proportional to C02: CO). It is assumed that the gas finally obtained is generated by the reaction (5), which is exothermic, and then by the reactions (6), (7) and (9), which are endothermic.

Das Wärmegleichgewicht der Schlackenzone des Ofens kann mit dem Schmelzpunkt der Schlacke als Bezugstemperatur betrachtet werden, die die Temperatur ist; bei der die Beschickung in die Schlacke eintritt und bei der die Gase austreten. Luft tritt in die Winddüsen bei Normaltemperatur ein, und die geschmolzene Schlacke verläßt den Ofen bei einer Temperatur über ihrem Schmelzpunkt. Die einzige Wärmequelle ist sodann die durch die Umsetzung (5) bei dem Schlackenschmelzpunkt gelieferte Wärme, von der die Wärme abzuziehen ist, die zum Aufwärmen der Luft auf diese Temperatur benötigt wird. Der Wärmebedarf muß die Wärmeverluste von der Schlackenzone des Ofens ausgleichen, das Schmelzen der Schlacke bedingen und dieselbe von ihrem anfänglichenSchmelzpunktauf dieTemperaturbringen,bei der dieselbe den Ofen verläßt. Das Wärmegleichgewicht wird sodann durch die entsprechende Größe der eintretenden endothermen Umsetzung (6) zusammen mit dem Verdampfen des Bleis und den Größen der endothermen Umsetzungen (7) und (8) hergestellt, die zum Erreichen des Gleichgewichtes dieser zwei Umsetzungen bei den Temperaturen am oberen Ende der Schlackenzone benötigt werden. Das Wärmeggleichgewicht wird automatisch in dieser besonderen Weise dadurch hergestellt, daß die Umsetzung (6) langsam im Vergleich zu den Umsetzungen, (7) und (9) verläuft.The thermal equilibrium of the slag zone of the furnace can vary with the melting point the slag can be considered as the reference temperature, which is the temperature; at where the feed enters the slag and where the gases exit. air enters the tuyeres at normal temperature, and the molten slag leaves the oven at a temperature above its melting point. The only source of heat is then the heat delivered by reaction (5) at the slag melting point, from which the heat is to be withdrawn, that for warming up the air on this temperature is required. The heat demand must match the heat losses from the slag zone of the furnace, causing the melting of the slag and the same of yours bring the initial melting point to the temperature at which it leaves the furnace. The thermal equilibrium is then determined by the corresponding size of the entering endothermic reaction (6) along with the evaporation of the lead and the sizes of the endothermic reactions (7) and (8) produced necessary to achieve equilibrium these two reactions are required at the temperatures at the top of the slag zone will. The thermal equilibrium is automatically created in this particular way made that the reaction (6) slow compared to the reactions, (7) and (9) runs.

Wenn weitere zu berücksichtigende Faktoren (insbesondere der Wärmeverlust pro Einheit verbrauchten Kohlenstoffs, der Zinkgehalt und der Schmelzpunkt der Schlacke) gleich sind, gilt, daß je größer das Verhältnis Schlacke zu Kohlenstoff ist, desto kleiner wird der Anteil des Kohlenstoffs, der sich nach der Umsetzung (6) in Kohlenmonoxyd umsetzt, da zusätzliches Kohlenmonoxyd nicht nur in der Umsetzung (6) zusätzlich absorbierte Wärme verursacht, sondern ebenfalls im Hinblick auf das erhöhte CO - C02-Verhältnis einen größeren Anteil der endothermen Umsetzung (7) bedingt, die nur teilweise dadurch kompensiert wird, daß weniger Bleisulfid durch die endotherme Umsetzung (9) erzeugt wird, und bei den CO - C02-Verhältnissen, die hier von Interesse sind, ist die Volumenkonzentration des Bleisulfides in dem Gas gewöhnlich geringer als diejenige des Zinkdampfes (wenn die Beschickung einen hohen Zinkgehalt aufweist). Es gibt zwei Gründe, warum man das CO - CO,-Verhältnis in dem aus der Schlackenzone austretenden Gas nicht unter einen Wert von etwa 0,25 abfallen lassen kann. Zunächst könnte dies dazu führen, daß zu wenig Kohlenmonoxyd weiter oben in dem Ofen zur Reduktion des gesamten Bleioxydes vorhanden ist. Weiterhin wird der Bleioxydgehalt der Schlacke durch ein Gleichgewicht zwischen Schlacke, Metall und Gasen nach der folgenden Umsetzung bestimmt: Pb -f- CO, = Pb0 (in Schlacke) -r CO (10) Der Bleigehalt der Schlacke ist proportional dem C02 - CO-Verhältnis. Gewöhnlich stellt bei zinkreichen Beschickungen diese zweite Begrenzung die primäre Steuerbedingung dar.If other factors to be considered (in particular the heat loss per unit of carbon consumed, the zinc content and the melting point of the slag) are the same, the greater the slag to carbon ratio, the smaller the proportion of carbon that will be after the conversion (6) converts into carbon monoxide, since additional carbon monoxide not only causes additional heat to be absorbed in reaction (6), but also, with regard to the increased CO - C02 ratio, causes a larger proportion of the endothermic reaction (7), which is only partially due to this this compensates for the fact that less lead sulfide is produced by the endothermic reaction (9), and at the CO - CO 2 ratios of interest here, the volume concentration of lead sulfide in the gas is usually less than that of the zinc vapor (if the feed is a has a high zinc content). There are two reasons why the CO - CO, ratio in the gas exiting the slag zone cannot drop below a value of about 0.25. Initially, this could result in too little carbon monoxide further up the furnace to reduce all of the lead oxide. Furthermore, the lead oxide content of the slag is determined by a balance between slag, metal and gases according to the following conversion: Pb -f- CO, = Pb0 (in slag) -r CO (10) The lead content of the slag is proportional to the C02 - CO- Relationship. Usually, with zinc-rich feeds, this second limit is the primary control condition.

Nachdem eine Begrenzung somit für den möglichen Wert des CO - CO,-Verhältnisses gegeben ist, besteht ein entsprechender Grenzwert bezüglich der Schlackenmenge, die pro Gewichtseinheit verbrauchten Kohlenstoffs erschmolzen werden kann. Wesentliche Merkmale der Vorgänge in der Schlackenzone sind, daß ausreichende Wärme zum Erschmelzen der Schlacke vorhanden sein muß, und weiterhin, daß das gebildete Gas einen bestimmten Anteil des Kohlenstoffs in Form von Kohlenmonoxyd enthält und daß bestimmte endotherme Umsetzungen proportional zu der Menge des verbrannten Kohlenstoffs eintreten müssen. Dies bedeutet, daß bei einer Schlacke gegebenen Zinkgehalts die zu erschmelzende Schlackenmenge den Bedarf an Kohlenstoff diktiert, der bezüglich der Bedingungen in der Schlakenzone nicht von der Menge des zu reduzierenden Bleis abhängt. Die in der Schlackenzone erzeugten Gase treten in die Mittelzone mit der gleichen Temperatur wie die Beschickung ein und im Gleichgewicht bezüglich der Umsetzungen (7) und (9). Störungen dieses thermischen und chemischen Gleichgewichtes zwischen Gas und Beschickung können in zweierlei Weise verursacht werden. Zunächst tritt durch die Ofenwände ein gewisser Wärmeverlust ein, und weiterhin, dies ist gewöhnlich wichtiger, obgleich die Umsetzung des Kohlenstoffs mit Kohlendioxyd [unter Bildung von Kohlenmonoxyd nach der Gleichung (6)1 langsam im Vergleich mit durch Diffusionserscheinungen gesteuerten Umsetzungen verläuft, erfolgt dies in einem erheblichen Ausmaß bei der in der Mittelzone des Ofens vorherrschenden Temperatur. Bei Eintreten dieser endothermen Umsetzung wird die Temperatur bei fortschreitender Führung der Gase durch den Ofen hindurch nach oben verringert. Bei Abfallen der Temperatur werden die Gleichgewichtskonstanten der Umsetzungen (7) und (9) kleiner, so daß zwecks Aufrechterhalten des chemischen Gleichgewichtes in diesen Umsetzungen Bleisulfid und Zinkdampf durch die in entgegengesetzter Richtung verlaufenden folgenden Umsetzungen entfernt werden: PbS(Gas)--ZnO=CO=Pb--ZnS-1-CO= (11) und Zn(Gas -- C02, = Zn0 -,- CO (12) Gleichzeitig kann natürlich eine Entfernung von Bleisulfid und Zink durch Umkehr der Umsetzung (8) erfolgen: Zn(Gas) -,- PbS(Gas) = ZnS -,- Pb (13) Bei fallender Temperatur kondensiert sich ebenfalls ein Teil des Bleidampfes. Bei fortschreitender Richtung im Ofen nach oben fällt somit die Temperatur ab (es wird praktisch gleiche Temperatur zwischen dem Gas und der Beschickung aufrechterhalten), und somit verläuft die Umsetzung (6) langsamer.Since there is a limit for the possible value of the CO - CO, ratio, there is a corresponding limit value with regard to the amount of slag that can be melted per unit weight of carbon consumed. Essential characteristics of the processes in the slag zone are that there must be sufficient heat to melt the slag, and further that the gas formed contains a certain amount of carbon in the form of carbon monoxide and that certain endothermic reactions occur in proportion to the amount of carbon burnt have to. This means that with a given zinc content of slag, the amount of slag to be smelted dictates the carbon requirement which, with regard to the conditions in the slag zone, does not depend on the amount of lead to be reduced. The gases generated in the slag zone enter the central zone at the same temperature as the feed and in equilibrium with respect to reactions (7) and (9). Disturbances in this thermal and chemical equilibrium between gas and feed can be caused in two ways. First of all, there is a certain loss of heat through the furnace walls, and furthermore, this is usually more important, although the conversion of carbon with carbon dioxide [to form carbon monoxide according to equation (6) 1 is slow compared to conversions controlled by diffusion phenomena, this takes place in to a considerable extent at the temperature prevailing in the central zone of the furnace. When this endothermic reaction occurs, the temperature is reduced upwards as the gases continue to flow through the furnace. When the temperature drops, the equilibrium constants of reactions (7) and (9) become smaller, so that, in order to maintain the chemical equilibrium in these reactions, lead sulfide and zinc vapor are removed by the following reactions proceeding in opposite directions: PbS (gas) - ZnO = CO = Pb - ZnS-1-CO = (11) and Zn (gas - C02, = Zn0 -, - CO (12) At the same time, lead sulfide and zinc can of course be removed by reversing the conversion (8): Zn (Gas) -, - PbS (Gas) = ZnS -, - Pb (13) As the temperature falls, part of the lead vapor also condenses. As the direction progresses upwards in the furnace, the temperature falls (it becomes practically the same temperature between the Gas and feed maintained) and so reaction (6) is slower.

Eine Temperatur von etwa 1000°C wird sowohl für die Gase als auch die Beschickung in der Nähe des oberen Endes der mittleren Zone des Ofens erreicht, d. h. nicht weit unter der Höhe, bei der die Reduktion des Bleioxydes vollständig ist. Sobald diese Höhe erreicht worden ist, ist praktisch das gesamte Bleisulfid und der größte Teil des Bleidampfes aus dem Gas entfernt worden, jedoch verbleibt ein großer Anteil des ursprünglich in der Schlackenzone erzeugten Zinkdampfes zurück, und die Zinkkonzentration wird durch die Gleichgewichtskonstante der Umsetzung (7) bei der vorherrschenden Temperatur bestimmt, die bei etwa 1000°C liegt.A temperature of around 1000 ° C is used for both the gases as well the load reaches near the top of the central zone of the furnace, d. H. not far below the level at which the reduction of lead oxide is complete is. Once this level has been reached, practically all of the lead sulfide is and most of the lead vapor has been removed from the gas but remains a large proportion of the zinc vapor originally generated in the slag zone, and the zinc concentration is given by the equilibrium constant of the reaction (7) determined at the prevailing temperature, which is around 1000 ° C.

Als ein Ergebnis des Hindurchführens durch diese mittlere Zone des Ofens wird der Kohlenmonoxydgehalt der Gase erheblich erhöht, und dies stellt einen wichtigen metallurgischen Aspekt der in dieser Mittelzone auftretenden Vorgänge dar, insbesondere bei Beschickungen, die reich an Zink sind. Wenn die Schlacke viel Zinkoxyd enthält, schließt die große Wärmemenge, die bei der Ausbildung des Zinkdampfes nach Umsetzung (7) absorbiert wird, die Möglichkeit der Erzeugung eines Gases mit hohem CO - C02-Verhältnis in der Schlackenzone aus [dies erklärt, warum, wie in der Gleichung (10) angezeigt, höhere Bleigehalte der Schlacke mit zinkreichen als mit zinkfreien Beschickungen erhalten werden], und es wird angenommen, daß die die Schlackenzone verlassenden Gase bis zu dem Vierfachen an Kohlendioxyd gegenüber Kohlenmonoxyd enthalten. Diese Kohlenmonoxydmenge würde gewöhnlich nicht ausreichend sein, um das Bleioxyd weiter oben im Ofen zu reduzieren. Sobald die Gase durch die mittlere Zone des Ofens hindurchgetreten sind, sind die Gehalte an Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd etwa gleich geworden, und eine typische Gaszusammensetzung an dem oberen Ende der mittleren Zone unmittelbar unter der Bleireduktionszone beträgt etwa 3,3 °/o Zn, 14 °/o CO, 13 °/o C02, und der restliche Anteil ist größtenteils Stickstoff.As a result of passing through this central zone of the The furnace increases the carbon monoxide content of the gases considerably, and this creates a important metallurgical aspect of the processes occurring in this central zone especially with feeds that are rich in zinc. If the slag a lot Contains zinc oxide, closes the large amount of heat generated in the formation of zinc vapor after reaction (7) is absorbed, the possibility of generating a gas with high CO - C02 ratio in the slag zone [this explains why, as in Equation (10) shows higher lead contents of the slag with zinc-rich than with zinc-free feeds] and it is believed that the Slag zone leaving gases up to four times the carbon dioxide compared to carbon monoxide contain. This amount of carbon monoxide would ordinarily not be sufficient to reduce the lead oxide further up in the oven. Once the gases pass through the middle Zone of the furnace are the levels of carbon monoxide and carbon dioxide become about the same, and a typical gas composition at the top of the middle zone immediately below the lead reduction zone is about 3.3% Zn, 14 ° / o CO, 13 ° / o CO 2, and most of the remainder is nitrogen.

Diese in die Bleireduktionszone eintretenden Gase enthalten außer Kohlenmonoxyd, das das Bleioxyd nach der Umsetzung (1) reduzieren kann, eine kleinere, jedoch merkliche Menge an Zinkdampf, die Bleioxyd nach der folgenden Gleichung reduzieren kann: Pb0 + Zn(Gas) = Pb + Zn0 (14) Die Reduktion des Bleioxydes mit Kohlenmonoxyd [Umsetzung (1)] verläuft exotherm, und die Reduktion mittels Zinkdampf [Umsetzung (14)] ist stark exotherm. Die nach unten verlaufende Beschickung wird durch die Wärme erhitzt, die aus diesen zwei Umsetzungen stammt. Je größer das Verhältnis von Zinkdampf zu Kohlenmonoxyd in dem Gas ist, um so größer wird die Wärmemenge, die für eine gegebene Menge reduzierten Bleioxydes erzeugt wird. Der Temperaturanstieg in der Beschickung ist pro erzeugte Wärmeeinheit umgekehrt proportional der Wärmekapazität, die die Summe der Wärmekapazitäten des Bleioxydes, Kokses und der vorliegenden schlackenbildenden Materialien ist. Somit ist bei einem konstanten Verhältnis von Zinkdampf zu Kohlenmonoxyd in dem Gas der Temperaturanstieg auf Grund dieser exothermen Umsetzungen um so größer, je höher das Verhältnis von Bleioxyd zu vorliegenden schlackenbildenden Materialien ist.These gases entering the lead reduction zone contain besides Carbon monoxide, which can reduce the lead oxide after the reaction (1), a smaller, however, noticeable amount of zinc vapor, which will reduce lead oxide according to the following equation can: Pb0 + Zn (gas) = Pb + Zn0 (14) The reduction of lead oxide with carbon monoxide [Implementation (1)] is exothermic, and the reduction by means of zinc vapor [implementation (14)] is strongly exothermic. The downward feed is through the Heats heat resulting from these two reactions. The greater the ratio from zinc vapor to carbon monoxide is in the gas, the greater the amount of heat which is produced for a given amount of reduced lead oxide. The temperature rise in the feed is inversely proportional to the heat capacity per unit of heat produced, which is the sum of the heat capacities of the lead oxide, coke and the existing slag-forming Materials is. Thus there is a constant ratio of zinc vapor to carbon monoxide in the gas the temperature rise due to these exothermic reactions is all the greater, the higher the ratio of lead oxide to slag-forming materials present is.

Der Temperaturanstieg in der Beschickung in der Bleireduktionszone kann nicht einfach von dem Verhältnis der durch die Umsetzungen (1) und (14) erzeugten Wärme zu der Wärmekapazität der Beschickung berechnet werden. Wie weiter oben erwähnt, treten zunächst einige endotherme Umsetzungen unter Ausbilden von Schwefeldioxyd ein, wie es durch die Gleichungen (2) und (3) gezeigt ist. Sodann erfolgt ebenfalls zwischen den Gasen und der Beschickung eine Wärmeübertragung mittels Konvektion. Bei Temperaturen bis zu etwa 400°C erfolgt die Reduktion des Bleioxydes relativ langsam, und die Beschikkung wird auf wenigstens diese Temperatur fast vollständig durch Wärmeübertragung mittels Konvektion von den heißeren Gasen erwärmt. Selbst wenn die Temperatur der Beschickung auf 600°C angestiegen ist und die Reduktion des Bleioxydes durch Kohlenmonoxyd ja eine schnelle Umsetzung ist, wird die eigentliche und tatsächliche Umsetzungsgeschwindigkeit durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxydes von dem Gas zu der Oberfläche der Beschickung und der Diffusion des Kohlendioxydes von der Oberfläche der Beschickung in das Gas bestimmt. Es besteht eine Proportionalität zwischen den Geschwindigkeiten derartiger durch Diffusionsvorgänge gesteuerter Umsetzungen und der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung mittels Konvektion, wodurch sich ergibt, daß, solange eine merkliche Temperaturdifferenz zwischen Gas und Beschickung (etwa 200°C) besteht, die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung mittels Konvektion vergleichbar ist mit der Wärme, die an der festen Oberfläche durch die Umsetzung (1) erzeugt wird, und zwar unter der Voraussetzung, daß eine erhebliche Konzentration (etwa 10 Volumprozent) Kohlenmonoxyd in dem Gas vorliegt. Dies bedeutet, daß, wenn z. B. in dem Teil der Bleireduktionszone, wo die Temperatur der Beschickung zwischen 500 und 600°C liegt, die Volumenkonzentration des Kohlenmonoxydes nur einen kleinen Bruchteil von 100/, beträgt, nur sehr wenig Bleioxyd durch Kohlenmonoxyd in diesem Gebiet reduziert werden kann. Obgleich das Gleichgewicht der Umsetzung (1) eine fast vollständige Umwandlung des Kohlenmonoxydes in Kohlendioxyd ermöglicht, ergibt sich doch, daß die Konkurrenz zwischen der Wärmeübertragung und der Massenübertragung in der Bleireduktionszone eine derartige vollständige Nutzung des Kohlenmonoxydes verhindert, und es wird angenommen, daß durch diese Bedingung in den Kohlenoxyden der aus dem oberen Ende der Bleireduktionszone austretenden Gase wenigstens 1501, als Kohlenmonoxyd und nicht mehr als 850/, als Kohlendioxyd vorliegen müssen. Unter Heranziehen der weiter oben angegebenen typischen Zusammensetzung des in die Bleireduktionszone eintretenden Gases (3,3 °/o Zn, 14 °/o CO, 13 °/o C02) bedeutet dies, daß pro Grammatom verbrauchten Kohlenstoffs 0,48 Mol CO und 0,12 Mol Zn entsprechend einer Gesamtmenge von 0,60 Mol vorliegen, wobei eine 85°/oige Ausnutzung dazu führen würde, daß 0,85 - 0,60 = 0,51 Mol Bleioxyd pro Grammatom Kohlenstoff reduziert werden können. Dies entspricht dem Gewicht des aus dem Oxyd reduzierten Bleis, und zwar das 8,8fache des Gewichtes des verbrauchten Kohlenstoffs. Dieser Zahlenwert von 8,8 würde zu verkleinern sein, wenn einige weitere Substanzen, wie Sulfat (CaS04, wenn dasselbe z. B. in der Beschickung vorliegt), reduziert werden müssen. Bei den Bedingungen, unter denen ein Blei-Schachtofen normalerweise betrieben wird, verhindern weitere Überlegungen des Erreichen dieses Nutzungsgrades der Reduktionsmittel in den Gasen.The temperature rise in the feed in the lead reduction zone cannot simply be calculated from the ratio of the heat generated by reactions (1) and (14) to the heat capacity of the feed. As mentioned above, some endothermic reactions occur initially with the formation of sulfur dioxide, as shown by equations (2) and (3). Heat transfer by means of convection then also takes place between the gases and the charge. At temperatures up to about 400 ° C., the reduction of the lead oxide takes place relatively slowly, and the charge is almost completely heated to at least this temperature by heat transfer from the hotter gases by means of convection. Even if the temperature of the feed has risen to 600 ° C and the reduction of the lead oxide by carbon monoxide is a rapid conversion, the actual and actual conversion rate is determined by the diffusion rate of the carbon monoxide from the gas to the surface of the feed and the diffusion of the carbon dioxide from the surface of the charge in the gas is determined. There is a proportionality between the speeds of such reactions controlled by diffusion processes and the speed of heat transfer by means of convection, which means that as long as there is a noticeable temperature difference between gas and charge (about 200 ° C), the speed of heat transfer by means of convection is comparable with the heat generated on the solid surface by reaction (1), provided that there is a significant concentration (about 10 percent by volume) of carbon monoxide in the gas. This means that if e.g. B. in the part of the lead reduction zone where the temperature of the feed is between 500 and 600 ° C, the volume concentration of carbon monoxide is only a small fraction of 100 /, only very little lead oxide can be reduced by carbon monoxide in this area. Although the equilibrium of reaction (1) allows almost complete conversion of the carbon monoxide to carbon dioxide, it is found that the competition between heat transfer and mass transfer in the lead reduction zone prevents and is believed to prevent such complete utilization of the carbon monoxide must be present as carbon dioxide in the condition of the oxides of carbon exiting the upper end of the lead reduction zone gases, at least 1501, when carbon monoxide and not more than 850 /. Taking into account the above-mentioned typical composition of the gas entering the lead reduction zone (3.3% Zn, 14% CO, 13% CO 2) this means that per gram atom of carbon consumed 0.48 moles of CO and 0 , 12 moles of Zn are present, corresponding to a total amount of 0.60 moles, an 85% utilization would mean that 0.85-0.60 = 0.51 moles of lead oxide per gram atom of carbon can be reduced. This corresponds to the weight of the lead reduced from the oxide, namely 8.8 times the weight of the carbon consumed. This figure of 8.8 would have to be reduced if some other substances, such as sulphate (CaSO4, if the same is present in the feed, for example), have to be reduced. Given the conditions under which a lead shaft furnace is normally operated, further considerations prevent the achievement of this degree of utilization of the reducing agents in the gases.

Selbst wenn das abschließend die Beschickung verlassende Gas eine merkliche Menge Kohlenmonoxyd enthält, empfängt die Beschickung, insbesondere in den oberen Gebieten der Bleireduktionszone, vergleichbare Wärmemengen durch Konvektionsübertragung von dem Gas und durch die Wärme, die durch die Reduktion des Bleioxydes mittels Kohlenmonoxyd und Zink erzeugt wird. Bei einem gegebenen Verhältnis Kohlenmonoxyd zu Zink in dem in die Bleireduktionszone eintretenden Gas gilt, daß je größer das Verhältnis von Bleioxyd zu schlackenbildenden Materialien in der Beschickung, um so höher ist die durch die Beschickung erreichte Temperatur, bevor das gesamte Bleioxyd reduziert worden ist.Even if the gas finally leaving the feed is a Contains a significant amount of carbon monoxide, receives the feed, especially in the upper areas of the lead reduction zone, comparable amounts of heat through convection transfer by the gas and by the heat produced by the reduction of lead oxide Carbon monoxide and zinc is produced. At a given ratio of carbon monoxide to zinc in the gas entering the lead reduction zone, the greater the Ratio of lead oxide to slag forming materials in the feed to the higher the temperature reached by the charge before all of the lead oxide has been reduced.

Wenn das Verhältnis von Bleioxyd zu schlackenbildenden Materialien klein genug ist, wird das gesamte Bleioxyd reduziert, bevor dasselbe den Schmelzpunkt erreicht. Der Schmelzpunkt liegt etwas unter 880'C, und diese Temperatur stellt den Schmelzpunkt des reinen Bleioxydes dar. Während derartige Bedingungen, bei denen die gesamte Reduktion von der festen Beschickung aus durchgeführt wird, die günstigsten Bedingungen für das Erreichen eines einwandfreien Arbeitens darstellen, sollten sich keine ernsthaften betrieblichen Schwierigkeiten dann ergeben, wenn ein gewisser kleiner Anteil des Bleioxydes aus dem geschmolzenen Zustand reduziert werden muß, wie dies dann auftritt, wenn das Verhältnis von Bleioxyd zu schlackenbildenden Materialien etwas vergrößert wird, da dies lediglich bedeutet, daß eine kleine Menge geschmolzenen Bleioxydes in geschmolzenes Blei reduziert werden muß. Bevor die Temperatur der Beschickung wesentlich weiter angestiegen ist, können sich jedoch andere Schwierigkeiten ergeben. Obgleich weiter unten in dem Ofen, wo das gesamte Bleioxyd reduziert ist, Bleisulfid als solches nicht in der Beschickung vorliegt, solange Bleioxyd vorhanden ist, ist Bleisulfid beständig, und sobald eine Temperatur erreicht worden ist, bei der das Bleisulfid einen merklichen Dampfdruck aufweist, tritt eine Verflüchtigung des Bleisulfides in erheblichen Mengen ein. Bei Zunahme der Temperatur der Beschickung beginnt dieselbe diejenige des Gases zu erreichen, und wenn eine Temperatur von etwa 1000°C erreicht ist, wird die Temperatur der Beschickung gleich derjenigen des Gases. Wenn immer noch Bleioxyd bei einer Temperatur von 1000°C vorliegt, wird die Beschickung noch weiter auf Grund der Wärme erhitzt, die durch die Reduktionsumsetzungen erzeugt wird, und es kann eine Temperatur erreicht werden, bei der nicht nur das Bleioxyd, sondern ebenfalls ein Teil der schlackenbildenden Komponenten zu schmelzen beginnt. Sobald das Bleioxyd reduziert worden ist, hört der Temperaturanstieg der Beschickung auf, und da die Temperatur des Gases hier tiefer als diejenige der Beschickung ist, führt die Wärmeübertragung mittels Konvektion dazu, daß die Temperatur der Beschickung wieder abfällt, wenn dieselbe weiter nach unten in dem Ofen geführt wird. Dieses Abkühlen führt dazu, daß der geschmolzene Anteil der Beschickung erneut verfestigt wird, und dies bedingt die Neigung eines Zementierens der Beschickung. Man nimmt an, daß hierin die wesentliche Ursache der Neigung der Beschickung zur Ausführung von Brücken querseits über dem Ofen und ein Festhängen zu suchen ist, wenn man versucht, bleireiche Beschickungen zu verhütten.When the ratio of lead oxide to slag forming materials is small enough, all of the lead oxide is reduced before it reaches the melting point achieved. The melting point is slightly below 880'C, and this temperature represents represents the melting point of pure lead oxide. During such conditions where the entire reduction is carried out from the solid feed, the most favorable Should represent conditions for achieving perfect work no serious operational difficulties arise when a certain a small proportion of the lead oxide must be reduced from the molten state, how this occurs when the ratio of lead oxide to slag-forming materials is enlarged somewhat, as this just means that a small amount is melted Lead oxide must be reduced in molten lead. Before the temperature of the However, loading has increased significantly, but other difficulties can arise result. Although further down the furnace where all the lead oxide is reduced, As such, lead sulfide is not present in the charge as long as lead oxide is present lead sulfide is stable, and once a temperature has been reached, at the lead sulfide has a noticeable vapor pressure, volatilization occurs of lead sulfide in considerable quantities. As the temperature of the feed increases the same begins to reach that of the gas, and when a temperature of when about 1000 ° C is reached, the temperature of the charge becomes equal to that of the gas. If lead oxide is still present at a temperature of 1000 ° C, then the feed is heated even further due to the heat generated by the reduction reactions is generated, and a temperature can be reached at which not only that Lead oxide, but also part of the slag-forming components to melt begins. Once the lead oxide has been reduced, the temperature rise stops Feed on, and since the temperature of the gas here is lower than that of the feed is, the heat transfer by convection leads to that the temperature of the Charge drops again when it is passed further down the furnace will. This cooling causes the molten portion of the feed to be renewed is solidified, and this tends to cause the feed to cement. It is believed that this is the main cause of the tendency of the feed to The execution of bridges across the furnace and a stuck is to be sought, when trying to smelt lead-rich charges.

Man nimmt an, daß unter typischen Arbeitsbedingungen diese Schwierigkeiten dann auftreten, wenn nicht das Gewicht der schlackenbildenden Materialien in der Beschickung wenigstens das l,lfache des Gewichtes des oxydierten Bleis beträgt.It is believed that under typical working conditions these difficulties then occur if not the weight of the slagging materials in the Charge is at least 1.1 times the weight of the oxidized lead.

Die hier angegebenen physikalisch-chemischen Überlegungen bezüglich der Arbeitsweise eines Blei-Schachtofens sind in gewissem Maß idealisiert dargestellt worden, man darf jedoch annehmen, daß die wesentlichen Faktoren erfaßt wurden, die für die Betriebsmerkmale ausschlaggebend sind. Die Überlegungen führen dazu, daß in einem derartigen Ofen drei Zonen vorliegen, und zwar die Schlackenzone, in der das wesentliche Problem die Wärmeerzeugung ist, die mittlere Zone, bei der das wesentliche Problem die Erzeugung des Reduktionsmittels ist, und die obere Bleireduktionszone, bei der das Problem in der Wärmeverteilung zu suchen ist. Die Bedingungen in diesen drei Zonen hängen natürlich voneinander ab. Genauere Überlegungen bezüglich der Leistungsgrenze in irgendeiner dieser Zonen können somit nicht ausgeführt werden, ohne daß die gesamten Leistungsaspekte zu berücksichtigen sind. Trotzdem, wie bereits weiter oben ausgeführt, können angenäherte Zahlenwerte für die Grenzwerte der einzelnen getrennten Leistungsaspekte gegeben werden. In der Schlackenzone muß ausreichend Wärme zum Schmelzen der Schlacke erzeugt werden, und diese Wärme wird unter derartigen Bedingungen erzeugt, daß die gebildeten Gase ausreichend reduzierenden Charakter besitzen, damit ein Lösen von Bleioxyd in der Schlacke verhindert wird. Bei zinkreichen Beschickungen bedeutet diese Begrenzung, daß das Gewicht der geschmolzenen Schlacke nicht größer als etwa das 7,Ofache des Gewichtes des verbrannten Kohlenstoffs sein muß. Die weiteren zwei Begrenzungen sind bereits weiter oben angegeben worden. Das zur Verfügung stehende Reduktionsmittel begrenzt das Gewicht des als Oxyd zur Beschickung kommenden Bleis auf das 8,8fache des Gewichtes des verbrauchten Kohlenstoffs. Das Problem der Wärmeverteilung in der Bleireduktionszone bedeutet, daß das Gewicht der gebildeten Schlacke wenigstens das l,lfache des Gewichtes des oxydierten Bleis in der Beschickung betragen muß.The physico-chemical considerations given here regarding the working of a lead shaft furnace are shown idealized to a certain extent but it is reasonable to assume that the essential factors have been captured, the are decisive for the operational characteristics. The considerations lead to the fact that in such a furnace there are three zones, namely the slag zone in which the main problem is the generation of heat, the middle zone where the main Problem is the generation of the reducing agent, and the upper lead reduction zone, where the problem is to be found in the heat distribution. The conditions in these three zones are of course interdependent. More detailed considerations regarding the Performance limits in any of these zones can therefore not be carried out, without considering the entire performance aspects. Still, like already stated above, approximate numerical values for the limit values of the individual separate performance aspects are given. In the slag zone must be sufficient Heat can be generated to melt the slag, and this heat is among such Conditions created that the gases formed are sufficiently reducing in character to prevent lead oxide from dissolving in the slag. With zinc rich Charges mean this limitation is the weight of the molten slag not be greater than about 7.0 times the weight of the carbon burnt got to. The other two limitations have already been given above. That Available reducing agents limit the weight of the oxide to be charged coming lead to 8.8 times the weight of the carbon consumed. That Problem of heat distribution in the lead reduction zone means that the weight of the slag formed is at least 1.5 times the weight of the oxidized lead must be in the charge.

Man sieht, daß die erste und die dritte dieser Bedingungen einschließt, daß das Gewicht des zur Beschickung kommenden oxydierten Bleis nicht größer als das 7,0/1,l- bis 6,4fache des Gewichtes des verbrauchten Kohlenstoffs sein darf. Es ergibt sich somit der Schluß, daß die Menge des zur Verfügung stehenden Reduktionsmittels (die eine Menge des oxydierten Bleis bis zu dem 8,8fachen des Gewichtes des verbrannten Kohlenstoffs ermöglicht) nicht eine primäre Begrenzung der Leistungsfähigkeit darstellt. Die primären Begrenzungen liegen vielmehr darin, daß das Schlackengewicht wenigstens das l,lfache des Gewichtes des zur Beschickung kommenden oxydierten Bleis ist und daß der verbrauchte Kohlenstoff wenigstens ein Siebentel des Schlackengewichtes betragen muß.It can be seen that the first and third of these conditions include that the weight of the oxidized lead to be charged is not greater than 7.0 / 1.1 to 6.4 times the weight of the carbon consumed. The conclusion that is drawn is that the amount of reducing agent available (containing an amount of lead oxidized up to 8.8 times the weight of the burnt Carbon) does not represent a primary performance limitation. Rather, the primary limitations are that the slag weight is at least 1. l times the weight of the oxidized lead being charged and that the carbon consumed is at least one seventh of the slag weight must be.

Dies erklärt, warum bei Anwendung hochwertiger Bleikonzentrate es notwendig wird, inerte Materialien zuzusetzen, und zwar entweder während des Sinterröstens oder direkt in dem Schachtofen, um so einwandfreie Arbeitsbedingungen zu erzielen. Das gesinterte Material enthält oftmals einen Teil des Bleis als Metall, und dieses Bleimetall trägt nicht zu der Reduktionswärme bei, so daß es lediglich das oxydierte Blei ist, das bei der Bestimmung der Menge der einzuarbeitenden inerten Materialien berücksichtigt werden muß.This explains why when using high quality lead concentrates it becomes necessary to add inert materials, either during sinter roasting or directly in the shaft furnace in order to achieve perfect working conditions. The sintered material often contains some of the lead as metal, and this Lead metal does not contribute to the heat of reduction, so it only oxidized that Lead is used in determining the amount of inert materials to be incorporated must be taken into account.

(B) Erfindungsgemäßer Betrieb eines Blei-Schachtofens Wie unter (A) erläutert, sei angenommen, daß in der Schlackenzone des Ofens die erzeugten Gase eine Temperatur aufweisen, die angenähert gleich dem Schmelzpunkt der Schlacke ist, und daß das Verhältnis von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd sich selbst so anpaßt, daß das Wärmegleichgewicht befriedigt wird, d. h. Wärme zum Schmelzen der Schlacke und für die endotherm verlaufenden Umsetzungen vorhanden ist.(B) Operation according to the invention of a lead shaft furnace As under (A) explained, it is assumed that the gases generated in the slag zone of the furnace have a temperature which is approximately equal to the melting point of the slag, and that the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide adjusts itself so that the thermal equilibrium is satisfied, d. H. Heat to melt the slag and is present for the endothermic reactions.

Das Kohlenmonoxyd-Kohlendioxyd-Verhältnis kann ebenfalls nicht unter einen kleinsten Wert abfallen, der gewöhnlich, wie weiter oben erwähnt, durch die Gleichung (10) für einen speziellen maximalen Wert des Bleis in der Schlacke gegeben ist, da wenigstens eine gewisse Annäherung an das Gleichgewicht dieser Umsetzung vorliegt.The carbon monoxide / carbon dioxide ratio cannot fall below either a minimum value which, as mentioned above, is usually caused by the Equation (10) is given for a specific maximum value of the lead in the slag is because at least some approximation of the equilibrium of this implementation is present.

Natürlich müssen ebenfalls das vorliegende Monoxyd und Kohlendioxyd ausreichend sein, so daß nach Hindurchtreten durch die mittlere Zone, wo mehr Kohlenmonoxyd gebildet wird, ausreichend Kohlenmonoxyd vorliegt, um das Bleioxyd in der oberen Zone zu reduzieren, wobei der für die obere Zone arteigene schlechte Wirkungsgrad zu berücksichtigen ist, wie weiter oben erläutert wurde. Wenn die für die Verschlackung benötigte Wärme durch Verbrennen von Kohlenstoff in der Schlackenzone zugeführt wird und wenn das Verhältnis von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd die minimalen Bedingungen befriedigt, wird im allgemeinen die Menge des gebildeten Kohlenmonoxydes über derjenigen liegen, die nach den Angaben des letzten Absatzes benötigt wird.Of course, the present monoxide and carbon dioxide must also be present be sufficient so that after passing through the middle zone where more carbon monoxide is formed, there is sufficient carbon monoxide to remove the lead oxide in the upper Zone to reduce, whereby the species inherent poor efficiency for the upper zone must be taken into account, as explained above. If the heat required for slagging by burning carbon in the slag zone is supplied and when the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide is the minimum Satisfied conditions, the amount of carbon monoxide formed is generally above that which is required according to the information in the last paragraph.

Es liegt somit ein schlechter Wirkungsgrad im Gegensatz zu der weiter oben gemachten Annahme vor, da wenigstens ein Teil des Kohlenstoffs, der in ein Gemisch aus Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd in dem bestimmten Verhältnis verbrannt wird, durch Wärmeerzeugung wirksamer angewandt werden könnte, indem derselbe zu Kohlendioxyd verbrannt und die erzeugte Hitze in einem wirksamen Vorerhitzer zum Vorerhitzen des Windes ausgenutzt wird.There is thus a poor efficiency in contrast to that further above assumption that at least some of the carbon is present in a Mixture of carbon monoxide and carbon dioxide burned in the specified ratio will, by generating heat, could be applied more effectively by the same to Carbon dioxide is burned and the heat generated is used in an effective preheater Preheating of the wind is used.

Somit könnte der gesamte pro geschmolzene Schlackeneinheit verbrauchte Kohlenstoff reduziert werden, während das Kohlenmonoxyd-Kohlendioxyd-Verhältnis in der Schlackenzone konstant und somit die Bleimenge in der Schlackenzone konstant gehalten wird.Thus, the total could be consumed per molten slag unit Carbon can be reduced while the carbon monoxide to carbon dioxide ratio constant in the slag zone and thus the amount of lead in the slag zone constant is held.

Wenn die gesamte Menge des verbrauchten Kohlenstoffs konstant gehalten wird, könnte das Verhältnis von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd vergrößert und somit Blei in der Schlacke, und dies hängt von diesem Verhältnis nach der Gleichung (10) ab, verringert werden.When the total amount of carbon consumed is kept constant the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide could be increased and thus Lead in the slag, and this depends on this ratio according to equation (10) starting to be reduced.

Eine Kombination der zwei Aspekte könnte somit erzielt werden.A combination of the two aspects could thus be achieved.

Wenn Wasserdampf in die Schlackenzone eingeführt wird, wird ein Teil des Wasserdampfes zu Wasserstoff nach der folgenden Gleichung reduziert: H90 + C = H9 + CO (15) Ein Teil der Wärme in der vorerhitzten Luft wird für das Infreiheitsetzen des Wasserstoffs aus dem Wasserdampf angewandt, unter den normalerweise herrschenden Bedingungen jedoch verläßt der größte Teil des Wasserdampfes unverändert die Schlackenzone.When water vapor is introduced into the slag zone, it becomes a part of water vapor is reduced to hydrogen according to the following equation: H90 + C = H9 + CO (15) Some of the heat in the preheated air is used for releasing of the hydrogen from the water vapor applied, among the normally prevailing Under certain conditions, however, most of the water vapor leaves the slag zone unchanged.

In der mittleren Zone des Ofens setzt sich Wasserdampf mit Koks nach der Gleichung (15) um, wobei sich gleichzeitig Kohlendioxyd mit dem Koks unter Ausbilden von Kohlenmonoxyd nach der Gleichung(6) umsetzt. Die Geschwindigkeit der Umsetzung des Kokses mit dem Wasserdampf ist wesentlich größer als mit dem Kohlendioxyd. Somit tritt bei Verlauf der Gase in dem Ofen nach oben die Umsetzung (15) schneller als die Umsetzung (6) ein, so daß zum Zeitpunkt des Durchtrittes der Gase durch die mittlere Zone des Ofens und Erreichen der Höhe unmittelbar unter der Bleireduktionszone eine erhebliche Wasserstoffmenge gebildet und somit die Temperatur wesentlich stärker verringert worden ist, als wenn kein Wasserdampf angewandt wird. Auf Grund der Veränderung der Gleichgewichtskonstante der Umsetzung (7) mit der Temperaturveränderung bedeutet die tiefere Temperatur einen geringeren Anteil an Zinkdampf in dem Gas.In the middle zone of the furnace, steam and coke are added of equation (15) at the same time as carbon dioxide is formed with the coke of carbon monoxide according to equation (6). The speed of implementation the coke with the steam is much larger than with the carbon dioxide. Consequently the reaction (15) occurs faster than when the gases flow upwards in the furnace the implementation (6) one, so that at the time of passage of the gases through the middle zone of the furnace and reaching the height immediately below the lead reduction zone a considerable amount of hydrogen is formed and thus the temperature is much higher has been reduced than when no water vapor is applied. Because of the change means the equilibrium constant of the reaction (7) with the change in temperature the lower temperature the lower the amount of zinc vapor in the gas.

In Form eines Beispieles wird angenommen, daß bei Zuführen von Wasserdampf in den Wind, bis derselbe (in Volumprozent) 18,70/, Wasserdampf enthält und diese Luft auf eine Temperatur von 500°C vor dem Einführen in die Winddüsen des Ofens erhitzt wird, ein Temperaturabfall auf 939°C an dem oberen Ende der mittleren Zone des Ofens erfolgt (d. h. unmittelbar unter der Bleireduktionszone) - und dieser Temperaturwert ist mit 1000°C für einen trockenen Luftwind zu vergleichen -, und das hier gebildete Gas enthält nach Berechnung, ausgedrückt in Volumprozent, 1,3"/,Zn, 140/,CO, 120/,CO., 7,20/,H, und 9,2 % H90.In the form of an example, it is assumed that when water vapor is fed into the wind until it contains (in percent by volume) 18.70 /, water vapor and this air is heated to a temperature of 500 ° C before it is introduced into the tuyere of the furnace, there is a temperature drop to 939 ° C at the top of the middle zone of the furnace (i.e. just below the lead reduction zone) - and this temperature value is to be compared to 1000 ° C for a dry air breeze - and the gas formed here contains by calculation, expressed in percent by volume, 1.3 "/, Zn, 140 /, CO, 120 /, CO., 7.20 /, H, and 9.2 % H90.

Sobald die Gase in die Bleireduktionszone eintreten, wird pro Mengeneinheit reduziertes Blei weniger Wärme erzeugt. Zunächst bedeutet der geringere Gehalt an Zinkdampf, daß weniger Wärme durch die stark exotherme Umsetzung (14) entwickelt wird. Weiterhin bedingt die Reduktion von Bleioxyd mittels Wasserstoff nach der folgenden Gleichung Pb0 1 H2 = Pb + H90 (16) daß wesentlich weniger Wärme als bei der Reduktion durch Kohlenmonoxyd [Gleichung (1)] entwickelt wird.As soon as the gases enter the lead reduction zone, per unit of quantity reduced lead generates less heat. First of all, the lower content means Zinc vapor that less heat is developed due to the strongly exothermic reaction (14) will. Furthermore, the reduction of lead oxide by means of hydrogen requires the following equation Pb0 1 H2 = Pb + H90 (16) that much less heat than with the reduction by carbon monoxide [equation (1)] is developed.

Weiterhin verläuft die durch Diffusion gesteuerte Reduktion mit Wasserstoff [Gleichung (16)] wesentlich schneller als die mit Kohlenmonoxyd durchgeführte Reduktion, so daß der Wasserstoff praktisch vollständig als Reduktionsmittel ausgenutzt werden kann, während dies bei Kohlenmonoxyd nicht möglich ist. Das Gesamtergebnis aller hier aufgezeigten Effekte besteht darin, daß auf Grund der Entwicklung von weniger Wärme in der Bleireduktionszone an dem oberen Ende des Ofens bei Einführen von Wasserdampf zusammen mit dem Luftwind die Menge des mit der Beschickung einzuführenden inerten Materials zur Absorption dieser Wärme wesentlich verringert wird, so daß sich eine entsprechende Verringerung des Wärmebedürfnisses der Schlackenzone ergibt.Furthermore, the diffusion-controlled reduction takes place with hydrogen [Equation (16)] much faster than the reduction carried out with carbon monoxide, so that the hydrogen can be used almost completely as a reducing agent can, while this is not possible with carbon monoxide. The overall result of all Effects shown here is that due to the development of less Heat in the lead reduction zone at the top of the furnace with the introduction of water vapor together with the air wind, the amount of inert to be introduced with the feed Material to absorb this heat is significantly reduced, so that a corresponding reduction in the heat requirement of the slag zone results.

In dem bereits erwähnten Beispiel (Wind, der 18,7 °/o H90 enthält und auf eine Temperatur von 500°C vorerhitzt ist) würde das Gewicht der benötigten Schlacke das 0,65fache des Gewichtes des oxydierten Bleis in der Beschickung betragen. Dies ist zu vergleichen mit einem kleinsten 1,1-Schlacke-Blei-Verhältnis, das bei Anwendung gewöhnlicher Luft als Wind vorhanden sein muß. Das Aufheben dieser Beschränkung beruht auf der Verringerung der in der Bleireduktionszone erzeugten Wärme. In diesem Beispiel beträgt die geschmolzene Schlacke das 8,Ofache des Kohlenstoff gewichtes im Vergleich mit einem Grenzwert von 7,0 für die Anwendung gewöhnlicher Luft bei kaltem Wind, und das Aufheben dieser Beschränkung beruht auf der Tatsache, daß die Vorerhitzung des Windes über das zur Herstellung von Wasserstoff in der Schlackenzone notwendige Maß hinausgeht. Das in diesem Beispiel reduzierte oxydierte Blei beträgt das 12,3fache Gewicht des verbrauchten Kohlenstoffs, und dieser Wert liegt sowohl über dem praktischen Grenzwert eines Verhältnisses von 6,4 und des hypothetischen Grenzwertes eines Verhältnisses von 8,8 für den herkömmlichen Bleiofen, und zwar auf Grund des zusätzlichen, in Form von Wasserstoff zur Verfügung stehenden Reduktionsmittels.In the example already mentioned (wind containing 18.7% H90 and preheated to a temperature of 500 ° C) would be the weight of the required Slag must be 0.65 times the weight of the oxidized lead in the charge. This can be compared with a smallest 1.1 slag-to-lead ratio, which is Using ordinary air as wind must be present. Removing this restriction relies on the reduction of the heat generated in the lead reduction zone. In this For example, the molten slag is eight times the weight of carbon compared with a limit of 7.0 for the use of ordinary air cold wind, and the lifting of this restriction is due to the fact that the Preheating of the wind over the for the production of hydrogen in the slag zone necessary measure. The oxidized lead reduced in this example is 12.3 times the weight of carbon consumed, and this value is both above the practical limit of a ratio of 6.4 and the hypothetical Limit of a ratio of 8.8 for the conventional lead furnace, namely due to the additional reducing agent available in the form of hydrogen.

Unter Berücksichtigung der obigen Angaben und der Beispiele können die folgenden drei Ungleichungen angewandt werden, um algebraisch die Bedingungen wiederzugeben, unter denen ein Blei-Schachtofen betrieben werden kann.Taking into account the information above and the examples, you can the following three inequalities can be applied to algebraically the conditions reproduce, under which a lead shaft furnace can be operated.

1. Schlacke/Blei . . . . . . . . >A - a (°/o 1120) z. Blei/Kohlenstoff ...... <B + b (°/o H20) 3. Schlacke/Kohlenstoff . . <C + c (Wind °C)-c' (°/o H20) »Schlacket und »Kohlenstoff« beziehen sich auf die Gewichte der abgestochenen Schlacke und des beschickten Kohlenstoffs pro Zeiteinheit, und »Blei« bezieht sich auf das Gewicht in der gleichen Zeiteinheit des in oxydierter Form beschickten Bleis, d. h. das Gewicht des abgestochenen metallischen Bleis abzüglich des Gewichts des bereits in metallischer Form in der Beschickung vorliegenden Bleis. »Wind °C« bezieht sich auf die Temperatur des Windes und »°/o H20« auf Volumprozent H20 in dem Wind. Die Buchstaben A, B, C, a, b, c und c' sind Konstanten für die besonderen Arbeitsbedingungen, jedoch hängen deren Werte etwas von den Eigenschaften des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, gewöhnlich Koks, ab (insbesondere von dessen Umsetzungsfreudigkeit bezüglich Kohlendioxyd und Wasserdampf), von der Zusammensetzung der Beschickung (z. B. von der Menge des vorliegenden Zinks) und den Arbeitsbedingungen (diese schwanken etwas z. B. in Abhängigkeit von dem gewünschten geringen Bleigehalt der Schlacke). Wenn der Wind aus normaler Luft und Wasserdampf besteht, stellt man für diese Konstanten Werte fest, für die im folgenden typische Bereiche angegeben sind: A = 1,0 bis 1,2 B = 8,0 bis 10,0 C = 6,0 bis 7,4 a = 0,020 bis 0,030 b = 0,18 bis 0,27 c = 0,014 bis 0,016 c' = 0,25 bis 0,40 Unter Einsetzen der geeigneten Werte für diese Konstanten geben die oben angegebenen drei Ungleichungen geeignete Arbeitsbedingungen an. Wenn das Verhältnis Schlacke zu Blei in der Beschickung kleiner als A ist, muß wenigstens ausreichend Wasserdampf zugegeben werden, um die Ungleichung 1 zu befriedigen. Bei Auswählen eines beliebigen Wertes für den Prozentsatz H20 ist sodann der größtmögliche Wert für das Verhältnis von Blei zu Kohlenstoff festgestellt, und es kann jeder beliebige Wert, der kleiner als dieser ist, ausgewählt werden. Sobald das Verhältnis Blei zu Kohlenstoff festgelegt ist, ist ebenfalls das Verhältnis Schlacke zu Kohlenstoff festgelegt (für eine spezielle Beschickung), und sodann muß das Vorerhitzen für den Wind festgelegt werden, so daß die Ungleichung 3 befriedigt ist.1. Slag / lead . . . . . . . . > A - a (° / o 1120) e.g. Lead / carbon ...... <B + b (° / o H20) 3. Slag / carbon. . <C + c (wind ° C) -c '(° / o H20) "slag and" carbon "refer to the weights of the tapped slag and the charged carbon per unit of time, and" lead "refers to the weight in the same time unit of the lead charged in oxidized form, ie the weight of the tapped metallic lead minus the weight of the lead already present in metallic form in the charge. "Wind ° C" refers to the temperature of the wind and "° / o H20" to volume percentage H20 in the wind. The letters A, B, C, a, b, c and c 'are constants for the particular working conditions, but their values depend somewhat on the properties of the carbonaceous fuel, usually coke (in particular on its ability to convert carbon dioxide and water vapor), on the composition of the feed (e.g. the amount of zinc present) and the working conditions (these will vary somewhat, e.g. depending on the desired low lead content of the slag). If the wind consists of normal air and water vapor, values are determined for these constants, for which the following typical ranges are given: A = 1.0 to 1.2 B = 8.0 to 10.0 C = 6.0 to 7.4 a = 0.020 to 0.030 b = 0, c = 1 8 to 0.27 0.014 to 0.016 c '= 0.25 to 0.40 Employing the appropriate values for these constants, the three inequalities given above suitable working conditions at. If the slag to lead ratio in the feed is less than A, at least enough water vapor must be added to satisfy inequality 1. If any value is selected for the percentage H20, the greatest possible value for the ratio of lead to carbon is then determined, and any value which is smaller than this can be selected. Once the lead to carbon ratio is established, the slag to carbon ratio is also established (for a particular feed) and then the wind preheat must be determined so that inequality 3 is satisfied.

Solange der Wind Sauerstoff und Stickstoff in den gleichen relativen Mengen wie atmosphärische Luft enthält, erfordert die Ungleichung 1, daß in dem Wind wenigstens eine Wasserdampfmenge vorliegt, die durch a (°/o H20) > A - Schlacke/Blei gegeben ist.As long as the wind contains oxygen and nitrogen in the same relative amounts as atmospheric air, Inequality 1 requires that there be at least an amount of water vapor in the wind given by a (° / o H2O) > A - slag / lead.

Bei Werten für A = 1,0 und a = 0,027 ergibt sich somit (°/o H20) > 37 (1,0 - Schlacke/Blei).With values for A = 1.0 and a = 0.027 the result is (° / o H20)> 37 (1.0 - slag / lead).

Die Erfindung besteht somit weiter in einem Verfahren zum Betrieb eines Blei-Schachtofens, bei dem das Gewicht der abgestochenen Schlacke geringer als das Gewicht des oxydierten Bleis ist, und es wird ein vorerhitzter Wind, bestehend aus Luft mit Wasserdampf, dem Tiegel zugeführt, wobei die volumprozentige Konzentration des Wasserdampfes in dem Wind wenigstens gleich dem 37fachen der Differenz zwischen dem Wert 1,0 und dem Verhältnis des Gewichtes der gebildeten Schlacke zu dem Gewicht des oxydierten Bleis ist.The invention thus further consists in a method of operation a lead shaft furnace, in which the weight of the tapped slag is lower than the weight of lead oxidized, and it becomes a preheated wind, consisting from air with water vapor, supplied to the crucible, with the volume percentage concentration of water vapor in the wind is at least 37 times the difference between the value 1.0 and the ratio of the weight of the slag formed to the weight of oxidized lead.

Bei Einsetzen der unteren und oberen Werte der Konstanten in die Ungleichung 2 ergibt sich Blei/Kohlenstoff > 8,0 + 0,18 (°/o H20) und Blei/Kohlenstoff > 10,0 + 0,27 (°/o H20) Um die wirtschaftlichste Ausnutzung der Kohle zu erreichen, sollten diese Ungleichungen durch Gleichungen ersetzt werden. Dies bedeutet, daß das mögliche maximale Verhältnis Blei zu Kohlenstoff zwischen 8,0 + 0,18 (°/o H20) und 10,0 - 0,27 (°/o H20) liegt.Inserting the lower and upper values of the constants into inequality 2 results in lead / carbon> 8.0 + 0.18 (° / o H20) and lead / carbon> 10.0 + 0.27 (° / o H20) In order to achieve the most economical use of coal, these inequalities should be replaced by equations. This means that the possible maximum ratio lead to carbon between 8.0 + 0.18 (° / o H20) and 10.0 - is 0.27 (° / o H20).

Die Erfindung betrifft somit weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Blei-Schachtofens, bei dem die Bleioxyd und Kohlenstoff enthaltenden Materialien an der Gichtöffnung des Schachtofens eingeführt und geschmolzenes Blei aus dem Tiegel des Ofens zusammen mit einer geschmolzenen Schlacke abgestochen wird, die praktisch das gesamte in der Beschickung vorliegende Zinkoxyd enthält, wobei das Gewicht der abgestochenen Schlacke geringer als das Gewicht des beschickten oxydierten Bleis ist, und ein vorerhitzter Wind, bestehend aus Luft mit zugesetztem Wasserdampf, im Tiegel des Ofens zugeführt wird, wobei die volumprozentige Konzentration des Wasserdampfes in dem Wind wenigstens gleich dem 37fachen der Differenz zwischen dem Wert 1,0 und dem Verhältnis des Gewichtes der gebildeten Schlacke zu dem Gewicht des oxydierten Bleis ist, und das Gewichtsverhältnis des Bleis zu Kohlenstoff in der Beschickung über den Wert 8,0, um das wenigstens 0,18fache des Volumprozentsatzes des Wasserdampfes in dem Wind hinausgeht, jedoch den Wert 10,0 um mehr als das 0,27fache des Volumprozentsatzes des Wasserdampfes in dem Wind nicht übersteigt, wobei das Ausmaß des Vorerhitzens des Windes so angepaßt wird, daß ein geringer Bleigehalt der abgestochenen Schlacke verursacht wird.The invention thus further relates to a method for operating a Lead shaft furnace, in which the lead oxide and carbon containing materials introduced into the top of the shaft furnace and melted lead from the crucible of the furnace is tapped along with a molten slag that comes in handy contains all of the zinc oxide present in the charge, the weight of the tapped slag is less than the weight of the oxidized lead charged is, and a preheated wind, consisting of air with added water vapor, is fed in the crucible of the furnace, the concentration by volume of the Water vapor in the wind is at least 37 times the difference between the value 1.0 and the ratio of the weight of the slag formed to the weight of oxidized lead, and the weight ratio of lead to carbon in of the feed above 8.0 by at least 0.18 times the volume percentage of the water vapor in the wind goes beyond the value 10.0 by more than 0.27 times the volume percentage of water vapor in the wind does not exceed, the The amount of preheating of the wind is adjusted to have a low lead content caused by the tapped slag.

Das benötigte Ausmaß des Vorerhitzens in dem Wind wird durch die Ungleichung 3 gegeben, die zur Erzielung der wirtschaftlichsten Ausnutzung des Vorerhitzens als eine Gleichung in folgender Weise geschrieben werden kann: c (Wind °C) = Schlacke(Kohlenätoff - C + c' (°/o H20) Einsetzen C = 7,4, c = 0,016, c' = 0,25 (Wind °C) = 62 (Schlacke/Kohlenstoff - 7.4) 4- 15 (0/0 H20) Einsetzen C = 6,0, c = 0,014, c' = 0,40 (Wind `C) = 71 (Schlacke/Kohlenstoff - 6,0) 29 (°/o H20)# Die benötigte Windtemperatur, ausgedrückt in °C, ist somit wenigstens gleich der Summe des 15fachen des Volumprozentsatzes des Wasserdampfes in dem Wind und dem 62fachen des Überschusses des Schlacke-Kohlenstoff-Verhältnisses größer als 7,4, jedoch nicht größer als die Summe des 29fachen des Volumens des Wasserdampfes in dem Wind und dem 71fachen des Überschusses des Schlacke-Kohlenstoff-Verhältnisses größer als 6,0.The required amount of preheating in the wind is given by inequality 3, which can be written as an equation in the following way to achieve the most economical use of preheating: c (wind ° C) = slag (carbon - C + c '(° / o H20) onset C = 7.4, c = 0.016, c '= 0.25 (wind ° C) = 62 (slag / carbon - 7.4) 4- 15 (0/0 H20) onset C = 6.0 , c = 0.014, c '= 0.40 (wind `C) = 71 (slag / carbon - 6.0) 29 (° / o H20) # The required wind temperature, expressed in ° C, is therefore at least equal to the sum 15 times the volume percentage of the water vapor in the wind and 62 times the excess of the slag-to-carbon ratio greater than 7.4 but not greater than the sum of 29 times the volume of the water vapor in the wind and 71 times the excess of the slag-carbon -Ratio greater than 6.0.

Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Fall eines Sulfidkonzentrates betrachtet, das 68,00/, Pb, 7,5"/, Zn, 4,20/, Fe, 1,70/, SiO2, 0,40/, CaO und 17,3 % S enthält. Um ausreichende Sintermasse für eine Beschickung des Hochofens zu erhalten, werden 750 t des Konzentrates mit Flußmitteln sintergeröstet, die 45 t Ca0, 52 t SiO2 und Eisen äquivalent 50 t Fe0 enthalten. Die Sintermasse enthält 510t Blei, 10°/o (51 t) in metallischem Zustand, und die restlichen 459 t liegen in oxydierter Form vor. Diese Sintermasse wird in dem Ofen während eines 1tägigen Betriebes mit 50 t Koks eingeführt, wobei der Koks 20°/o Asche enthält. Diese Asche enthält wiederum 46 % SiO, 80/, Fe0 (Eisen berechnet als Fe0) und 20/, Ca0. Der in Anwendung kommende Wind enthält 14 Volumprozent Wasserdampf und ist auf eine Temperatur von 450°C vorerhitzt. Das Gewicht der aus dem Ofen abgestochenen Schlacke beträgt 340t, und diese Schlacke enthält 20,80/, Zn0, 28,7 °/o Fe0, 20,41/, S_i02 und 14,20/, Ca0.As an embodiment of the invention, the case of a sulfide concentrate is considered, which 68.00 /, Pb, 7.5 "/, Zn, 4.20 /, Fe, 1.70 /, SiO2, 0.40 /, CaO and 17 , 3 % S. In order to obtain sufficient sinter mass for charging the blast furnace, 750 t of the concentrate are sinter-roasted with flux containing 45 t Ca0, 52 t SiO2 and iron equivalent to 50 t Fe0. The sinter mass contains 510 t lead, 10 ° / o (51 t) in the metallic state, and the remaining 459 t in the oxidized form.This sintered mass is introduced into the furnace during a 1-day operation with 50 t of coke, the coke containing 20% ash again 46 % SiO, 80 /, Fe0 (iron calculated as Fe0) and 20 /, Ca0. The wind used contains 14 percent by volume of water vapor and is preheated to a temperature of 450 ° C. The weight of the slag tapped from the furnace is 340t, and this slag contains 20.80 /, Zn0, 28.7% Fe0, 20.41 /, S_i02 and 14.20 /, Ca0.

Nach dem Stand der Technik würde ein derartiges Konzentrat mit den benötigten Mengen an Flußmittel zusammen mit einer ausreichenden Menge Schachtofenschlacke gesintert werden, um so das Gesamtgewicht der Schlacke wenigstens auf das Gewicht des oxydierten Bleis zu bringen. Bei 750 t Konzentrat würde hierzu die Zugabe von etwa 120 t Schlacke benötigt werden, so daß das Gesamtgewicht der gebildeten Schlacke sich auf 460 t belaufen würde. Bei Anwenden von kalter Luft als Wind würden somit 68 t Kohlenstoff im Vergleich mit 40 t Kohlenstoff (50t Koks), wie es erfindungsgemäß der Fall ist, benötigt werden. Dies bedeutet, daß die Menge des benötigten Hochofenkokses pro Gewichtseinheit hergestellten Bleis das 1,7fache nach dem Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Erfindung beträgt. Bei anderer Betrachtungsweise ergibt sich, daß für einen Ofen gegebener Koksverbrennungskapazität das mögliche herzustellende Bleigewicht das 1,7fache bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise gegenüber dem Stand der Technik ist.According to the prior art, such a concentrate with the required amounts of flux together with a sufficient amount of shaft furnace slag be sintered so that the total weight of the slag is at least based on the weight of the oxidized lead. With 750 t concentrate this would be the addition of about 120 tons of slag are required, so that the total weight of the slag formed would amount to 460 t. Applying cold air as wind would thus 68 t of carbon compared with 40 t of carbon (50 t of coke), as it is according to the invention is the case, are needed. This means that the amount of blast furnace coke required per unit weight of lead produced 1.7 times that of the prior art compared to the present invention. If you look at it from a different point of view that a given coke-burning capacity is the possible to be produced for a furnace Lead weight 1.7 times the working method according to the invention compared to the state the technology is.

Es wird angenommen, daß für jede Tonne angewandten Kohlenstoff 0,04 t Kohlenstoff pro 100°C verbraucht werden, um die der Wind vorerhitzt ist, und 0,006 t Kohlenstoff pro Volumprozent Wasserdampf verbraucht werden, der in die Windluft eingeführt wird.It is assumed that for every tonne of carbon used, 0.04 t of carbon are consumed per 100 ° C by which the wind is preheated, and 0.006 t carbon is consumed per volume percent of water vapor released into the wind is introduced.

Bei einem 14°/o Wasserdampf enthaltenden Wind, der auf eine Temperatur von 450`C vorerhitzt ist, würde sich der Kohlenstoffverbrauch für den Wasserdampf und das Vorerhitzen auf 0,006 - 14 - 0,04 - 4,5 = 0,084 + 0,18 = 0,264 t Kohlenstoff pro Tonne Ofenkohlenstoff belaufen. Dies bedeutet, daß für 40 t Ofenkohlenstoff 10,6 t Kohlenstoff für das Vorerhitzen und die Dampfeinführung benötigt würden. Der gesamte Kohlenstoffverbrauch von 50,6 t ist mit den 68 t zu vergleichen, die man nach dem Stand der Technik aufzuwenden hat.With a wind containing 14 per cent of water vapor rising to a temperature of 450`C is preheated, the carbon consumption for the water vapor would and preheating to 0.006-14-0.04-4.5 = 0.084 + 0.18 = 0.264 tons of carbon per ton of furnace carbon. This means that for 40 tons of furnace carbon 10.6 t of carbon would be required for preheating and steam introduction. The total carbon consumption of 50.6 t can be compared with the 68 t that one has to spend according to the state of the art.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method of operating a lead shaft furnace in which a charge containing lead oxide and carbon is applied to the furnace, molten lead together with molten slag, which contains practically all of the zinc oxide present in the charge, tapped from the crucible of the furnace is and the weight of the tapped slag is less than the weight of the checked in oxidized form lead characterized in that a both oxygen and water vapor containing preheated wind is supplied to the lower end of the furnace, the extent of preheating of the wind is sufficient to cause a low level of lead in the slag tapped from the lower end of the furnace, and the amount of water vapor at least sufficient to prevent the generation of an excessively high temperature in the vicinity of the gout.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the concentration by volume of des Water vapor in the wind is at least 37 times the difference between the value 1.0 and the weight ratio of the slag formed to the weight of the oxidized lead and thus the inequality (° / o H20> _ 37 (1,0-slag / lead in oxidized form).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the weight ratio of lead to carbon between 8.0 + 0.18 (° / a H20) and 10.0 + 0.27 (° / o H20) and the amount of preheating of the wind is set so becomes that a low lead content in the slag tapped from the furnace floor caused.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the wind temperature, expressed in 'C, is between 62 (slag / carbon 7.4) + 15 (° / o H20) and 71 (slag / carbon - 6.0) -1- 29 (% H20).