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Verfahren zum Herstellen von Eisen aus Eisenoxyden, vornehmlich Eisenerzen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Eisen durch Reduzieren von Eisenoxyden,
vornehmlich Eisenerzen, mit dem Kohlenstoff eines hochgekohlten Eisenbades. Nach
einem bekannten Verfahren werden für diesen Zweck zwei getrennte, durch im Boden
vorgesehene Öffnungen miteinander verbundene, das Eisenbad enthaltende Herde benutzt,
in deren einem die zu reduzierenden Eisenerze und in deren anderem die Kohlungsmittel
für das Eisenbad eingetragen werden. Das zu reduzierende Erz und gegebenenfalls
auch Kalkstein werden auf das im Hauptherd befindliche, hochgekohlte Metall aufgebracht,
während der Nebenherd mit Kohle irgendwelcher Art beschickt wird. Es ist auch schon
vorgeschlagen worden, das Verfahren in einem einzigen Ofen durchzuführen, dabei
das zu reduzierende Erz nebst Zuschlägen auf die Oberfläche des Eisenbades aufzutragen
und zum fortlaufenden Aufkohlen. des Bades elektrodenartige, aus Kohle bestehende
Formlinge zu benutzen, die in das Bad eintauchen und ständig nachgestellt werden.
Schließlich ist eine Arbeitsweise bekannt, bei der auf einem flüssigen Eisenbad
eine aus den zu reduzierenden Eisenerzen bestehende Schlacke hergestellt wird, aus
der die Erze unmittelbar durch in die Schlacke selbst eingetragenen Kohlenstoff
ausgefällt, d. h. reduziert werden.
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Die Erfindung besteht nun in dem Vorschlag, die Eisenerze nicht wie
bisher von der Oberfläche des hochgekohlten Eisenbades her zu reduzieren und das
Aufkohlen des Bades und die Reduktion räumlich voneinander zu trennen, sondern beide
Maßnahmen dadurch zu verbinden, daß sämtliche für die direkte Eisenherstellung erforderlichen
Stoffe, d. h. das Eisenerz, der Kohlenstoff und die schlackenbildenden Zuschläge
unmittelbar in die Grundschmelze eingeführt werden. Auf diese Weise ergeben sich
metallurgisch und auch in bezug auf das Ausbringen besonders günstige Verhältnisse.
Dadurch, daß Kohlungsmittel, Erze und Zuschläge in einem flüssigen Eisenbad miteinander
reagieren, kommt es zum raschen Lösen der Erze und zur Reduktion des Eisens aus
einer hocherhitzten dünnflüssigen Schlacke, die an die Oberfläche des Bades steigt
und, voll ausreduziert, laufend oder satzweise abgestochen werden kann, während
das reduzierte Metall in der Grundschmelze zurückbleibt.
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Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zum Herstellen
von Eisen aus Eisenoxyden, vornehmlich Eisenerzen, durch Reduktion der Erze mit
dem Kohlenstoff flüssigen Eisens und periodisches und kontinuierliches Abstechen
des reduzierten Eisens und der bei der Reduktion entstandenen flüssigen Schlacke,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eisenerze, der Reduktionskohlenstoff und
schlakkengebende Zuschläge in ein fortlaufend erhitztes Eisenbad eingepreßt werden.
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Die für die Reduktion erforderliche Wärmemenge kann zum erheblichen
Teil auch dadurch gedeckt werden, daß mit dem Erz und den Zuschlägen mehr Kohlenstoff
in das Schmelzbad eingepreßt wird als zur Reduktion der Erze und zur Sättigung der
Ausgangsschmelze und des erzeugten Eisens mit Kohlenstoff erforderlich ist. In dem
Fall scheidet sich der überschüssige Kohlenstoff auf der Oberfläche des Schmelzbades
bzw. der darauf befindlichen Schlacke ab, so daß er im freien Ofenraum mit Luft,
sauerstoffangereicherter Luft oder auch mit technisch reinem Sauerstoff verbrannt
und zur Beheizung des Ofens verwendet werden kann. Er deckt dann einen wesentlichen
Teil der für die Reaktionen benötigten Wärmemenge, deren Rest durch die gleichzeitige
Verbrennung des bei der Reaktion entstehenden Kohlenoxyds aufgebracht wird. Bei
der Herstellung von Flußeisen oder Stahl wird derjenige Wärmeanteil, der nicht durch
die erfindungsgemäße unmittelbare Verbrennung des bei der Reduktion entstehenden
Kohlenoxyds, vornehmlich mittels technisch reinem Sauerstoff, gedeckt wird, durch
eine Zusatzbeheizung, und zwar entweder durch Elektro- oder Verbrennungswärme aufgebracht.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für Öfen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt: F i g. 1 einen senkrechten
Schnitt durch einen Rundofen; F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch einen Herdofen
und F i g. 3 ein Querschnitt durch den Ofen nach F i g. 2.
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In dem in F i g. 1 veranschaulichten Rundofen, der entweder durch
Elektro- oder Gaswärme zusätzlich
beheizt werden kann, befindet
sich z. B. eine aus Flußeisen bestehende Schmelze 1. Durch den von unten in den
Herd des Ofens mündenden Kanal 2 wird ein Gemisch aus dem zu reduzierenden Erz,
Kohlenstoff und Zuschlägen in die Flußeisenschmelze eingepreßt, und zwar durch eine
im einzelnen nicht dar-(yestellte Schneckenpresse 3, der das Gut durch Trichter
4 zuläuft. Durch die vom Gewölbe des Ofens her in dessen freien Raum eingeführten
Rohre 5, 6 wird zur Verbrennung des bei der Erzreduktion entstehenden Kohlenoxyds
Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reiner Sauerstoff in den
freien Herdraum 7 eingeblasen.
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Enthält die in die Reduktionsschmelze 1 eingepreßte Mischung nur so
viel Kohlenstoff wie zur Reduktion des Eisenerzes erforderlich ist, dann entsteht
über die Lösung des Kohlenstoffs im Flußeisen und die anschließende Reduktion des
Eisenerzes durch diesen flüssigen Kohlenstoff Flußeisen. Das bei der Reduktion gebildete
und den Ofenraum ausfüllende Kohlenoxydgas wird erfindungsgemäß im Ofenraum selbst
durch den über die Rohre 5, 6 eingeführten Sauerstoff verbrannt, wobei ein wesentlicher
Teil der für die Reduktion erforderlichen Wärme geliefert wird und der restliche
Wärmebedarf durch eine Gas- oder elektrische Beheizung des Ofens gedeckt. Die auf
der Eisenschmelze 1 sich bildende Schlacke 8
wird durch den Abstich
9 und das reduzierte Eisen durch den Abstich 10 periodisch abgestochen. Natürlich
kann man den Abstich auch durch einen Siphon in bekannter Weise kontinuierlich gestalten.
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Wenn in das in dem in F i g. 1 gezeichneten Ofen befindliche Eisenbad
1 mit dem Erz zusammen mehr Kohlenstoff eingepreßt wird als zur Reduktion des Erzes
erforderlich ist, dann entsteht Stahl oder Roheisen. Preßt man in das Bad mehr Kohlenstoff
ein als zur Reduktion und zur vollen Sättigung der Eisenschmelze benötigt wird,
dann scheidet sich Kohlenstoff auf der Oberfläche des Eisenbades oder der darauf
befindlichen Schlacke ab. Hier wird er dann mit dem durch die Leitungen 5, 6 in
den freien Herdraum eingeblasenen Sauerstoff verbrannt. Dabei können die Verhältnisse
so eingeregelt werden, daß aus der Verbrennung des überschußkohlenstoffes und des
bei der Reduktion entstehenden Kohlenoxyds die gesamte Reaktionswärme gedeckt wird
und eine zusätzliche Beheizung des Ofens entfällt.
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Bei dem in den F i g. 2 und 3 veranschaulichten Herdofen wird das
Gemisch aus Eisenerzen, Kohlenstoff und Zuschlägen durch zwei in Abständen voneinander
von unten her in den Herd eingeführte Kanäle 11,12 in die Eisenschmelze
1 eingepreßt. Der zur Verbrennung des bei der Reduktion entstandenen Kohlenoxyds
und gegebenenfalls auch des in die Eisenschmelze eingepreßten Überschußkohlenstoffs
erforderliche Sauerstoff wird dem Herdraum durch die Leitung 13 zugeführt.
Mit 14 ist ein Zusatzbrenner bezeichnet. Die Abgase verlassen den Ofen durch
die Öffnung 15. Sie gehen über die Staubkammern 16,17 zur Esse 18 oder zu Stellen,
an denen ihre fühlbare Wärme ausgenutzt wird. Wenn der in den F i g. 2 und 3 gezeichnete
Ofen auf die Erzeugung von Flußeisen, Stahl oder übliches Roheisen gefahren und
in diesem Fall Überschuß- und zur Verbrennung im freien Herdraum dienender Kohlenstoff
nicht durch das Eisenbad 1 hindurchtransportiert wird, dann können zusätzlich Heizgase
durch den Brenner 14 in den freien Herdraum eingeführt werden.
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Beim Verfahren nach der Erfindung können die zu reduzierenden Eisenerze,
der Kohlenstoff und die schlackenbildenden Zuschläge sowohl voneinander getrennt
als auch in Mischung miteinander unter die Oberfläche der Ausgangs- bzw. fortlaufend
neu erzeugten Eisenschmelze eingepreßt werden. Beim getrennten Einpressen der Stoffe
läßt sich der Reaktionsablauf nach Umfang und Zeit in beliebiger Weise regeln.
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Bedeutsam am erfindungsgemäßen Verfahren ist noch, daß als Kohlenstoffträger
alle Sorten von Brennstoff in rohem oder verkoktem Zustand und auch bisher für diese
Zwecke nicht verwertbare Abfallkohle Verwendung finden können.
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Mit den schlackenbildenden Zuschlägen, z. B. mit Kalk, Soda od. dgl.
ist eine weitgehende Entschwefelung und Reinigung des erzeugten Eisens zu erreichen.