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Verfahren und Anlage zum Herstellen von Eisen Es sind mehrfach Verfahren
zur kontinuierlichen Gewinnung von metallischem Eisen aus Erzen vorgeschlagen worden
unter Verwendung von flüssigem, hochgekohltem Eisen als Reduktionsmittel (flüssiger
Kohlenstoff). Ein bekanntes Verfahren benutzt für diesen Zweck zwei getrennte, das
Eisenbad enthaltende Herde, die kommunizierend miteinander verbunden sind. In einen
der Herde werden die zu reduzierenden Eisenerze und in den anderen Herd die Kohlungsmittel
für das Eisenbad eingetragen. Um den Reduktionsprozeß kontinuierlich und industriell
brauchbar zu machen, müssen Mittel vorgesehen sein, die sicherstellen, daß der dem
Eisenbad durch die Reduktion entzogene Kohlenstoff fortlaufend ersetzt wird. Nach
einem bekannten Verfahren soll diese Aufkohlung durch nachstellbare, in das durch
Elektrowärme beheizte Eisenbad eintauchende, aus Kohle bestehende Formkörper geschehen.
Bei einem anderen, ebenfalls bekannten Verfahren erfolgt die Aufkohlung dadurch,
daß das durch die Reduktion an Kohlenstoff verarmte Eisen aus einem mit einem Hauptherd
kommunizierend verbundenen Nebenherd portionsweise in einen vakuumdichten Behälter
gesaugt, dort aufgekohlt und danach an den Nebenherd zurückgegeben wird. Schließlich
wurde auch schon vorgeschlagen, zerkleinerte oder flüssige Kohlungsmittel unter
dem Badspiegel in die Eisenschmelze einzupumpen oder sie mit so hoher Energie auf
den Badspiegel aufzublasen, daß sie in die Eisenschmelze eindringen. Die Brauchbarkeit
aller dieser Verfahren hängt entscheidend davon ab, daß es gelingt, das in die Grundschmelze
eingetragene Kohlungsmittel schnell zu lösen und in der Schmelze gleichmäßig zu
verteilen. Dazu bedarf es einer intensiven Bewegung der Grundschmelze. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, diese Bedingung in großbetrieblich brauchbarer Weise
zu erfüllen.
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Davon ausgehend ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
von Eisen durch kontinuierliches Reduzieren von Erzen auf einem hochgekohlten Eisenbad
eines Hauptherdes und Ergänzen des bei der Reduktion verbrauchten Kohlenstoffs durch
Eintragen von Kohlungsmitteln in einen mit dem Hauptherd kommunizierenden Nebenherd,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei mit Kohlungsmitteln gefüllte, gasdichte
Schächte, deren Gestelle sich gegenüberliegende Nebenherde eines Hauptherdes darstellen,
wechselweise auf überdruck und Atmosphärendruck geschaltet werden und zur Erzeugung
des überdrucks das aus der Erzreduktion stammende Gas dient, das abwechselnd in
die Gicht der Nebenherdschächte eingeführt wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens
dient ein beheizter Herdofen, an dessen Stirnflächen zwei gasdichte Schächte angeschlossen
sind, deren Gestelle Nebenherde darstellen, indem sie durch Bodenkanäle mit dem
Hauptherd des Ofens kommunizierend in Verbindung stehen. Die Schächte sind mit schleusenartig
ausgebildeten Gichtvetschlüssen ausgestattet zum Beschicken mit dem sich auf dem
Boden der Gestelle abstützenden Kohlungsmittel. Zur Anlage gehören ferner Ableitungen
für das bei der Erzreduktion im Herdofen entstehende Reaktionsgas, ein an die Ableitungen
angeschlossener Kompressor und ein diesem nachgeschaltetes Umsteuerventil, von dem
wechselweise als Druck- und Entlüftungsleitungen zu schaltende, mit Öffnungen in
die Gicht der Schächte mündende Leitungen abgehen.
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In der Zeichnung ist eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Anlage im senkrechten
Schnitt und teilweiser Ansicht und F i g. 2 einen waagerechten Schnitt durch die
Anlage nach der Linie A-A.
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An den Herd 1 des Reduktionsofens 2 sind stirnseitig zwei schachtartige
Behälter 3, 4 für das Kohlungsmittel angeschlossen. Die Gestelle 5, 6 dieser
Schächte stellen sich gegenüberliegende Nebenherde des Hauptherdes 1 dar,
die mit letzterem in bekannter Weise kommunizierend verbunden sind. Zweckmäßig haben
die Schächte 3, 4 rechteckigen Querschnitt. Ihre an die Stirnwände 7, 8 des
Reduktionsofens angeschlossenen Wände 9, 10 enden - zweckmäßig auf ihrer
ganzen Breite - mit den Stirnwänden des Ofens zusammen über dem Boden des Reduktionsofens
und bilden auf diese Weise großflächige, den Reduktionsofen 2 und die Gestelle 5,
6 der Schächte 3, 4 kommunizierend verbindende Öffnungen 11,12 für den Durchgang
der Eisenschmelze.
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Die Begichtung der Schächte 3, 4 mit Kohlungsmitteln erfolgt
in bekannter Weise durch mit Schleusen 13, 14 ausgestattete Gichttrichter,
die an die allseitig
gasdicht ummantelten Schächte angeschlossen
sind. Die Beschickung des Reduktionsofens 2 mit Erz und Zuschlägen geschieht
zweckmäßig durch bekannte, aus zwei Verteilerglocken bestehende Lichtverschlüsse.
Der Reduktionsofen ist durch die in F i g. 2 nur schematisch angedeuteten Brenner
15 beheizt, die entweder mit Reduktionsgas oder anderen gasförmigen oder flüssigen
Brennstoffen betrieben werden. Ihre Flammen sind auf die- Oberfläche der Schmelze
gerichtet, und zwar zweckmäßig so, daß sie eine Bewegung des Bades erzeugen.
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Die bei der Reduktion der Eisenerze entstehenden Reaktionsgase verlassen
den Reduktionsofen über die Abgasleitungen 16,17. Ein Teil des Gases wird
dem Ofen durch die Leitung 18 entnommen, die zu einem Kompressor 19 und einem
diesem nachgeschalteten Umsteuerventi120 führt. Von dem Umsteuerventil gehen die
Leitungen 21, 22 ab. Sie münden mit den Öffnungen 23, 24 in den freien Raum über
der Beschickung der Schächte 3, 4.
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Mit E ist der Eisen- und mit S der Schlackenabstich des Reduktionsofens
bezeichnet, der in üblicher Weise mit Arbeitstüren T und einer nicht gezeichneten
Öffnung zum Chargieren der Grundschmelze ausgestattet ist.
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Nachdem die Schächte 3, 4 mit Kohlungsmitteln, z. B. mit Kleinkoks,
gefüllt sind, wird Roheisen auf den Herd 1 des Reduktionsofens chargiert. Der Badspiegel
B des Metalls erstreckt sich danach durch den Reduktionsofen und die Gestelle 5,
6 der Schächte 3, 4, so daß der untere Abschnitt der sich auf dem Boden des Herdes
abstützenden Kohlungssäulen K im Roheisen steht.
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Nunmehr beginnt über den Verteilungstrichter 25 die Aufgabe des zu
reduzierenden, mit schlackengebenden Zuschlägen versetzten Erzes auf den Radspiegel
B des Eisenbades. Die sich bei der Reduktion der verschlackten Eisenerze bildenden,
vornehmlich aus Kohlenoxyd und Kohlensäure bestehenden Reaktionsgase verlassen den
Reduktionsofen über die Leitungen 16, 17, 18 und den Kompressor 19. Das Umsteuerventil
20 steht in der ausgezogenen Stellung, in der das Reaktionsgas unter einem
Überdruck von z. B. 1,5 bis 3 Atm über die Leitung 22 und die öffnung 24
in den mit dem Kohlungsmittel beschickten Schacht 4 eingeführt wird. Unter dem Einfluß
des Druckgases senkt sich die im Gestell 6 des Schachtes 4 stehende Eisensäule von
dem Niveau B auf das Niveau 1-I. Die dabei verdrängte Eisenmenge wird in Richtung
des ausgezogenen Pfeiles durch den Herd 1 in das Gestell 5 des Schachtes 4 gefördert,
der über die Leitung 21 und das Umsteuerventil 20 mit der Außenluft
in Verbindung steht. Deshalb steigt im Gestell 5 des Schachtes 4 die Eisensäule
auf das Niveau II-II. Wird nach einer gewissen Zeit, in der man dem in der Eisensäule
des Gestells 5 stehenden Kohlungsmittel Zeit zum Lösen gelassen hat, das Umsteuerventil
20 in die gestrichelt gezeichnete Stellung gebracht und damit der unter Überdruck
stehende Reaktionsgasstrom in Richtung der gestrichelten Pfeile reversiert, dann
fällt die im Gestell 5 des Schachtes 3 befindliche Eisensäule von dem Niveau II-II
auf das Niveau 1-I, während sie im Gestell 6 des Schachtes 4 von dem Niveau I-1
wieder auf das Niveau II-II ansteigt. Durch dieses reversierende Spiel der Druckgase
pendeln also die in den Gestellen 5, 6 der Schächte 3, 4 stehenden Eisensäulen abwc--`_iselnd
zwischen den Badspiegeln 1-I- und II-II, wobei sie den unteren Abschnitt des Kohlungsmittels
durchspülen, das Kohlungsmittel lösen und im reversierenden Querstrom hochgekohltes
Eisen durch den Reduktionsherd befördern.
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Die beim Lösen des Kohlungsmittels entstehende Schlacke wird auf dem
Badspiegel der in den Gestellen 5, 6 in der Druckphase auf das unter den Trennwänden
7, 9 bzw. 8,10 verlaufende Niveau I-I gesenkten Eisensäulen in den Herd des Reduktionsofens
gefördert, wo sie durch das Eisenbad hindurch zu dessen Badoberfläche aufsteigt.
Mit dem Eisen und der Schlacke zusammen gelangt auch ein Teil der Druckgase in das
in dem Reduktionsofen befindliche Metall, dessen Badbewegung sie unterstützen. Bedeutsam
ist dabei, daß die in dem Druckgas enthaltene Kohlensäure beim Durchgang durch das
in den Gestellen auf hoher Temperatur befindliche Kohlungsmittel zuvor zu Kohlenoxyd
reduziert worden ist, das im Reduktionsherd neben dem hochgekohlten Eisenbad Reduktionsarbeit
leisten kann.
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Der Abstich des aus den fortlaufend aufgegebenen Erzen reduzierten
Eisens erfolgt, wie beim Hochofen, periodisch. Die bei der Reduktion entstehende
Schlacke wird dem Ofen nach dem Ausgaren zwischenzeitlich entnommen und auch beim
Eisenabstich ausgetragen. Ihre Basizität ist, wie der Ablauf des Reduktionsverfahrens
überhaupt, von den Arbeitstüren T des Reduktionsofens 2 her zu überwachen und durch
entsprechende Zuschläge, z. B. an Kalk, Flußmitteln od. dgl., ähnlich wie beim Siemens-Martin-Ofen,
zu beeinflussen.
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Die den Ofen mit hoher Temperatur verlassenden Reaktionsgase werden
zweckmäßig zur Vorwärmung des zu reduzierenden Erzes, das vornehmlich in Form von
Feinerz verhüttet wird, verwandt, und zwar am einfachsten dadurch, daß den Verteilertrichtern
25 eine Drehrohrtrommel vorgeschaltet ist, in der sich Erz und Reduktionsgas im
Gegenstrom bewegen.
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Die zur Durchführung des Reduktionsverfahrens dienende Anlage ist
mit Mitteln ausgestattet, die der Hüttentechnik geläufig sind. Sie enthält, wie
auch der Hochofen, bei dem die Reduktion der Erze jedoch im wesentlichen über die
Gasphase erfolgt, keine beweglichen Teile. Deshalb arbeitet die Anlage in hohem
Maße betriebssicher. Mit ihr wird das alte Problem, Eisenerze durch ;>flüssigen
Kohlenstoff« zu reduzieren und dabei in ununterbrochenem Betrieb Eisen herzustellen,
auf besonders wirtschaftliche Weise gelöst.
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Beim Verfahren nach der Erfindung findet im Hauptherd der Anlage nicht
nur ein kontinuierliches Aufkohlen des Metalls statt, sondern auch dessen fortwährende
Bewegung. Erreicht wird das dadurch, daß sich das Metall in die beiden mit Kohlenstoff
gefüllten Gestelle 5, 6 und der Kohlungsschächte 3, 4 erstreckt und eine reversierende
Strömung des Metalls dadurch herbeigeführt wird, daß das aus der Erzreduktion stammende
Gas abwechselnd in die Gicht der Nebenherdschächte eingeführt wird. Bei der reversierenden,
d. h. ständig wechselnden Strömung des Metalls über dem gesamten Herd findet eine
rasche Lösung des in der Schmelze stets vorhandenen Kohlungsmittels statt.