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Verfahren zur Kokseinsparung und Leistungssteigerung bei der Herstellung
von Roheisen im Hochofen Kalziumkarbid, unter dem, soweit nichts anderes gesagt
ist, stets handelsübliches, also Ca0-haltiges Kalziumkarbid verstanden sein soll,
wird bisher bei metallurgischen Prozessen, vornehmlich im Elektroofen zur Erzielung
einer basischen Schlacke und damit zu Entschwefelungszwecken, ferner auch im Kupolofen
angewendet. Weiter hat man Kalziumkarbid in gemahlener und auch in stückiger Form,
teilweise unter Druckanwendung mit Hilfe eines neutralen Gases, in mit flüssigem
Eisen gefüllte Pfannen eingebracht, um den Schwefelgehalt des Eisens bedeutend herabzusetzen.
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Es ist auch ein Verfahren bekanntgeworden, nach dem Kalziumkarbid
im elektrischen Lichtbogen auf einer Eisensilikatschmelze aus Kalk und Koks intermediär
erzeugt wird, um in statu nascendi die Reduktion der Silikatschmelze zu bewirken.
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Bei praktischen Versuchen im Kupolofen, bei denen Roheisen und Schrott,
also rein metallisches Material eingeschmolzen wurde, zeigte es sich, daß durch
die Aufgabe von Kalziumkarbid nicht nur der Schwefelgehalt des Rinneneisens ganz
bedeutend ermäßigt werden konnte, sondern daß entsprechend der Aufgabe von Kalziumka.rbid
auch ganz bedeutende Einsparungen im Koksverbrauch erzielt werden konnten. Beispielsweise
hat man bei 211/, Karbidaufgabe eine Kokseinsparung von 30 bis 5001, erzielen
können. Dementsprechend war auch die Verringerung des Schwefelgehaltes im Rinneneisen.
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Es zeigte sich als weiterer Vorteil, daß die Schmelzleistung des Ofens
durch diese Maßnahme um 30 bis 500/, erhöht werden konnte.
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Es wurde nun gefunden, daß sich auch im Hochofen ganz bedeutende metallurgische
und wirtschaftliche Vorteile erzielen lassen, wenn man dem Möller 0,1 bis 120/"
vorzugsweise 0,5 bis 5010 Kalziumkarbid, berechnet auf das ausgebrachte Eisen,
zusetzt.
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Der Koks dient im Gegensatz zum Kupolofenschmelzen, wo er nur zum
Einschmelzen Verwendung findet und in Gehalten von 8 bis 200/" berechnet auf den
festen metallischen Einsatz, beigegeben wird, im Hochofen 1. zum Einschmelzen des
Möllers, d. h. als Energieträger, 2. zur Reduktion der Eisen- bzw. Metalloxyde,
3. zum Aufkohlen der verflüssigten Metalle.
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Der Koks hat also im Hochofen eine ganz andere Aufgabe als im Kupolofen.
Erstaunlicherweise hat sich nun gezeigt, daß ein Teil des Kokses im Hochofen durch
Kalziumkarbid ersetzt werden kann und daß durch die Aufgabe von Kalziumkarbid in
den Möller ganz bedeutende Einsparungen an Koks erzielt werden können. Ein einfaches
Beispiel gibt folgende Gegenüberstellung: Pro Tonne Roheisen werden im allgemeinen
etwa 1200 kg Koks benötigt. Bei einem Kokspreis von DM 90,- pro Tonne sind das pro
Tonne Roheisen an Koks ............................ DM 108,-Bei einer 25°/jgen Kokseinsparung,
die durch einen Zusatz von 2 °/o = 20 kg Karbid vom Roheisenausbringen ausgeglichen
werden können, werden an Koks nur 900 kg benötigt; das entspricht bei DM 90,- pro
Tonne ....... DM 81,--f- 20 kg Kalziumkarbid bei DM 42,60 pro 100 kg.......
DM 8,52 DM 89,52 d. h., pro Tonne Roheisen läßt sich eine Einsparung von . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . DM 18,48 erzielen.
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Die Einsparungen, die durch geringere Zuschläge an Kalk in der Möllerung
vorgenommen werden könnten, sind in diese Rechnung nicht aufgenommen.
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Je nach der Roheisensorte und der Möllerung kann der genannte Betrag
selbstverständlich höher oder auch niedriger liegen.
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Ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil bei Verwendung von Kalziumkarbid
im Hochofen ist, daß entsprechend der Verringerung des Koksanteiles und der Temperaturerhöhung
eine Leistungssteigerung des Hochofens erzielt werden kann. Diese Leistungssteigerung
verbunden mit der Kokseinsparung kann von ausschlaggebender wirtschaftlicher Bedeutung
sein.
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Der Zusatz von Kalziumkarbid zum Möller des Hochofens hat ferner den
Vorteil, daß vor den Düsen eine hohe Temperatur entsteht, die teils zur Reduzierung
schwer reduzierbarer Oxyde und oder zur Aufkohlung auf hohe Kohlenstoffgehalte und
damit zur Herstellung. besonders hochwertiger Roheisensorten, insbesondere zur Herstellung
von Gießerei-Roheisen, führen kann.
Die Verwendung von Kalziumkarbid
im Hochofen ist sowohl in Hochöfen mit saurer als mit basischer Schlackenführung
möglich. Der Zusatz von Kalziumkarbid in Verbindung mit Koks im Hochofen erhöht
die Reaktionsfähigkeit des in den Ofen eingebrachten Kohlenstoffs. Dazu können mit
Hilfe von Kalziumkarbid auch schwer reduzierbare Erze verarbeitet werden.
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Das normale Handelskarbid, wie es insbesondere zur Herstellung von
Azetylen Verwendung findet, hat eine Gasausbeute von etwa 3001 Azetylen pro Kilogramm
und besitzt einen sehr hohen, über 1800° C liegenden Schmelzpunkt. Infolge dieser
hohen Schmelztemperatur ist dieses Karbid aber verhältnismäßig reaktionsträge.
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Eine bedeutende Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit des Karbids
im Hochofen kann aber, wie überraschend gefunden wurde, dadurch erreicht werden,
daß man ein solches Karbid in den Hochofen aufgibt, dessen Schmelzpunkt niedriger
als 1800`C, möglichst zwischen 1634 und 1700'C liegt. Dieses Karbid mit dem niedrigeren
Schmelzpunkt hat eine niedrigere Gasausbeute, die um etwa 10"/, und mehr unter der
Gasausbeute liegt, die ein Karbid mit 1800'C
übersteigender Schmelztemperatur
aufzuweisen hat. Bei Verwendung eines Kalziumkarbids mit niedrigerem Schmelzpunkt
kann sogar die aufgegebene Karbidmenge gegen über dem Karbid mit höherem Schmelzpunkt
etwas ermäßigt werden. Auch bei diesem Karbid haben sich aufgegebene Mengen etwa
von 0,1 bis 12 °/o, vorzugsweise 4 bis 10 °/o, berechnet auf das Ausbringen an flüssigem
Eisen, bewährt. Es können auch geringere oder höhere Mengen an Karbid verwendet
werden und zum Erfolg führen. Man kann aber auch die gleichen günstigen Wirkungen
erreichen, wenn man normales Handelskarbid verwendet und die Schmelzpunkterniedrigung
durch Zusatz von gebranntem Kalk bewirkt.
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Der gebrannte Kalk kann in etwa der gleichen Körnung angewendet werden
wie das Karbid. Während das normale Handelskarbid, das etwa 80,5 °/o reines Karbid
enthält und bei der Vergasung mit Wasser eine Gasausbeute von etwa 3001 Azetylen
pro Kilogramm ergibt, einen über etwa 1800'C
liegenden Schmelzpunkt besitzt,
der je nach der Reinheit der bei der Herstellung des Karbids verwendeten Rohstoffe
Kalk und Kohle bis zu über 2000'C ansteigen kann, gelingt es durch einen Zusatz
von etwa 7,4 bis 20,6 °/o gebranntem Kalk, berechnet auf das normale Handelskarbid,
den Schmelzpunkt dieses Karbids auf 1634 bis 1700'C zu erniedrigen. Dabei sei bemerkt,
daß etwa 1634'C der Temperatur des tiefsten Eutektikums des Kalk-Karbid-Gemisches
entspricht.
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Bei einem normalen Handelskarbid, das z. B. neben Karbid noch etwa
19,5 °/o an freiem Kalk und anderen Verunreinigungen, wie Eisenoxyd, Aluminiumoxyd,
Magnesiumoxyd, Kieselsäure und freien Kohlenstoff; enthält, erhält man durch Zusatz
von etwa 7 bis 2111/0 gebranntem Kalk etwa folgende Schmelzpunkte, wobei die Menge
des Kalkes auf das normale Handelskarbid bezogen ist: bei Zusatz von etwa 12,3 °/o
CaO einen Schmelzpunkt von etwa 1634' C, bei Zusatz von etwa 12 bzw. 13,70/, CaO
einen Schmelzpunkt von etwa 1650'C und bei Zusatz von etwa 7,4 bzw. 20,6°/o Ca0
einen Schmelzpunkt von etwa 1700'C. Da das Schmelzpuiiktdiagramm des Kalk-Karbid-Gemisches
mehrere Minima und Maxima aufweist, was zu der Annahme geführt hat, daß es sich
bei diesen Punkten des Diagrammes um labile Molekularverbindungen des Karbids mit
Kalziumoxyd handelt. entsprechen, wie aus obigen Zahlen hervorgeht, unter Umständen
einer Schmelztemperatur mehrere Zusammensetzungen des Stoffgemisches.
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Das Kalziumkarbid kan ii, wie schon gesagt, in stückiger Form in Körnung
zwischen etwa 5 und 50 mm, jedoch auch kleiner und größer in den Möller mit aufgegeben
werden. Es ist jedoch auch möglich, Kalziumkarbid gegebenenfalls mit Hilfe eines
Gases oder mit dem Wind in den Hochofen einzublasen und dabei feinkörniges Karbid
zu verwenden.
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Bei feuchter Witterung kann es vorkommen, daß mit feuchter Möllerung
aufgegebenes Kalziumkarbid infolge der entstehenden Gasentwicklung sich entzündet,
bevor das Kalziumkarbid in die Schmelzzone vorgedrungen ist. Ferner kann durch den
Feuchtigkeitsgehalt des Hochofenwindes eine vorzeitige Zersetzung des Kalziumkarbids,
d. h. eine Zersetzung oberhalb der Reduktionszone des Hochofens herbeigeführt werden,
was unerwünscht ist. Diese Erscheinung kann man zweckmäßig dadurch vermeiden, indem
das Kalziumkarbid beispielsweise in Büchsen eingepreßt oder es in Säcke aus Papier
bzw. Kunststoff abgefüllt wird. Gegebenenfalls können diese Papiersäcke noch mit
einem nicht brennbaren Stoff getränkt sein. Auf diese Weise wird jede Explosionsgefahr
ausgeschaltet und eine vorzeitige Zersetzung des Karbids durch Einwirkung von Feuchtigkeit
vermieden.