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Verfahren zum Betrieb eines mit Eisenerz, Koks und Kalkstein beschickten
Hochofens
| Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb |
| eines mit Eisenerz, Koks und Kalkstein beschickten |
| Hochofens, in den heiße Gebläseluft durch die Wind- |
| formen eingeblasen wird. |
| Zur Verhüttung von Eisererzen werden seit langem |
| senkrechte Schachtöfen verwendet. Diese Schacht- |
| öfen wel'cle_i bekanntlich mit einer Mischung aus |
| Eisenerz, Koks und K alksl'ein be`ichtei, wahrend im |
| oberen Teil des Ges:ells des Hochofens durch qWind- |
| foirl-eii Heißluft ein,)yebiaseii w:r"i. Bei der üblichen |
| .Arbeits@.eise des IYO;@liol'ens muß der Ysoks drei Auf- |
| pben erfüllen. rr@te_'_; lie3=L_-t die b@er@Oreiiiinüg des |
| Kokses die @lir!:-te, d=e zur TI_'tiölit!i?ä der Temperatur |
| dc:r Bes:hi;.kung r_@@ü die r@ee'.@tkiißiistemperatur, für |
| zum Schmelzen |
| des E:#;: n5, ztlm Misssi-inchen 3°r Schlacke, zum |
| K@ilzaücr:@n c'_@ K all_=ci@@es end z_!r @roc'_iri_ür #3:e, |
| Möllers erio_cierl?cll :_.. @A@@r:@reeri? _ isser dic beine |
| Hocho__:f@@ eb au"tret:na;:_i |
| ?liefert d2_' 1'>01-_s Gen Usa ,fiten |
| l:c;lill._.t;,'_ fzir Jie @e@?illiti@r des Eisenerzes zu |
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| _gelangen können. |
| v`a 1 t y~r'@Ciseh S:rd #ry#iailnliieh |
| Bis 1 t DD-_ 1`'osi enfür den Koks |
| bildc! l_#ily#,', ilTeil de! DFtriebsr'oste'n |
| ca@es iachofei@s. A«ß:r c'en @zosteii für deiq K01:;; |
| ,..#d dc!i üblicl!en 13etiel°,sl:os.eil dein;ot>ereie il ver- |
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| des toehi@fc@=:.oh>e; eiz. @J@@a!'äc'=tliei:<es @@apitsl.
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| h@;i:i,te dsl;@r sowohleriel`@s- als such 1!--apitalkosten |
| @hal@'71, R,'= ei l=iaii die 1. t Romeisen er- |
| crder lic lie ha@lisn_en @Pv ve.': fingern ?äöilrte. |
| Fs ;vu!'de üe re:ts #cr",#cschls geil. bei der Verhüttung |
| von Eiser=_.zc. zur des l@oks:-P-Y'oiaa.?- |
| clies KoHenwasserstof-_ase zia ver:"enden. Bei einem |
| bekannten @erfahi'eli werden dabei c;:e >i!-olilenvaas- |
| serstoffgase vor dem Einblasen in den Hochofen in |
| einer Krackanlage in Wasserstoffgas und Kohlen- |
| iiioiiox@'d #-#::spaltez3. Weiterhin würde bereits vorge- |
| achla2en, zur @e_'m:nderung des spezifischen Brenn- |
| stoffverbrarches Abgase aller Art, die neben Stick- |
| stoff, Sauerstoff und @#@'asserdampf vorneh n-Olich Koh- |
| lensäure e=ithalte:i, wie Verbrennungsgase, Abgase |
| von Röst- und Kdllarenncf°n oder der chemischen |
| hldustrie, auch Kohlensäure der Tiefkühlung, in den |
| Hochofen einzublasen, wobei der Wärmeausfall, der |
| durch das Einbringen d?r Gase eintreten würde, |
| durch Erhöhung der Windte_-uperatur oder entspre- |
| chend hohe Vorerhitzuna der zugesetzten Gase er- |
setZt wird. Außerdem ist es bekannt, zur Erhöhung der Durchlässigkeit der Fochofenbesehickung
de-Erzanteil in der Hochofenbeschickung nicht zu feinköi-riig zu wählen. Beispielsweise
wurde hei eine-r_ spe-ziellen Verfahren vorgeschlagen, stückiges Erz tuet einem
1sorndurchülesser von
1.0 in:-ii zu verwenden.
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Der Erfindung liebt die Aufgabe zugrunde, ein; Verf ahnen zum Betrieb
eines Mochofens derart auszugestalten, daß sich durch Einfühi-ang eines Koblenv,Tasserstoffjases
wirtschaftliche Vorteile ergeben.
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Dies Aufgabe wird nun gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines
mit Eisenerz, Koks und Kalkstein beschichten Uochofens, in den heiße Gebläseluf:
durch Windformen eingeblasen wird, das dadurch gekenuzeicl-inet ist, daß wenigstens
40% der Eisenerzmenge aus aufbereitetem Erz mit einer Mindestkorngröße von 6 mm
bestehen. die Gebläseluft mit einer Temperatur von mindestens S00° C zugeführt und
ein Kohlenwasserstongas in die heißeste Zone des Ofens oder in deren unriiittelbare
Nähe eingeführt wird.
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Wird ein Hochofen in der vorstehend beschriebenen Weise betrieben,
dann ergeben sich bei im
wcsentfichen gleichem Roheisenausstoß geringere
Betriebskosten.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in
dieser zeigt F i g. 1 einen Hochofen, der für das erfndungsoe:räße Verfahren abgewandelt
ist, und F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 des in F i g. 1 gezeigten
Hochofens.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zur Erzeugung
von 1 t Roheisen erforderliche Koksmenge dadurch wesentlich verringert, daß ein
gasförmiger Kohlenwasserstoff, beispielsweise ein vorwiegend aus Methan bestehendes
Naturgas, in die heißeste Zone des Hochofens oder in deren unmittelbare Nähe durch
in gleicher Höhe wie die Windformen liegende Düsen eingeführt wird. Gleichzeitig
damit wird die Temperatur der Gebläseluft weit über die bisher üblichen Temperaturen
erhöht und die Beschickung so gewählt, daß die Durchlässigkeit auch bei der geringeren
Koksmenge erhalten bleibt und der Wärmebedarf im oberen Teil des Hochofens verringert
wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Hochofen mit einem wesentlichen Anteil
an aufbereitetem Eisenerz beschickt wird, dessen Korngröße zur Aufrechterhaltung
der gewünschten Durchlässigkeit des Beschickungsgutes ausreicht und der Feuchtigkeitsgehalt
der Beschickung im Vergleich zu den üblichen Verfahren verringert und/oder ein Teil
des Flußmittels in Form von vorkalziniertem Kalkstein zugegeben wird, wodurch der
Wärmebedarf im oberen Teil des Hochofens geringer wird. Das aufbereitete Erz kann
ein auf eine gewünschte Größe zerkleinertes und klassiertes stückiges Erz, ein zur
Entfernung der feinen Bestandteile klassiertes Erz und ein agglomeriertes Erz, wie
gesintertes oder pelletisiertes Erz sein. Das klassierte Erz hat eine Korngröße
von mehr als 6 mm, d. h., es bleibt auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 6
mm zurück. Falls agglomeriertes Erz verwendet wird, haben wenigstens 90% des Agglomerats
eine Korngröße von mehr als 6 mm. Falls das Agglomerat gesintert wird, kann es derart
behandelt werden, daß es das erforderliche Kalzium in Form einer kein Kohlendioxyd
enthaltenden Kalziumverbindung enthält, d. h., der Kalkstein im Agglomerat ist vorkalziniert,
und das Erz kann selbstgehend gemacht werden. Wie weiter unten eingehender beschrieben
ist, hängen der Anteil des aufbereiteten Erzes an der Beschickung und die Art der
Aufbereitung von wirtschaftlichen Gesichtspunkten und davon ab, um welchen Prozentsatz
die zur Erzeugung einer Tonne Roheisen erforderliche Koksmenge durch Verwendung
des Kohlenwasserstoffgases verringert wird. Es müssen jedoch mindestens 40 Gewichtsprozent
der dem Ofen zugeführten Erzmenge eine Korngröße von über 6 mm besitzen. Durch die
Aufbereitung des Erzes, bei welcher die groben Brokken hergestellt und ein wesentlicher
Teil der feinen Stücke entfernt wird, wird auch der Feuchtigkeitsgehalt des Erzes
wesentlich verringert, so daß sich auch der Wärmebedarf im oberen Teil des Hochofens
verringert. In jedem Fall muß dafür Sorge getragen werden, daß das restliche Beschickungsgut
nicht zu viel freie Feuchtigkeit enthält.
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Wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der
Natur vorkommendes Methan verwendet, dann werden wenigstens 60 m3 Naturgas je Tonne
Roheisen mit dem üblichen Gebläsedruck durch Düsen in der Höhe der Windformen eingeführt,
so daß das Gas in die heißeste Zone des Hochofens oder in deren unmittelbarer Nähe
eingeblasen wird. Die Düsen sind jedoch unabhängig von den Windformen, durch die
die Gebläseluft eingeführt wird. Die Gebläseluft wird bei einer Temperatur von mindestens
900° C, am besten nicht unter 950° C, eingeführt. Im unteren Teil des Ofens, in
den die Gebläseluft und das Naturgas eingeführt werden, reagiert ein Teil des Kokses
der Beschickung mit der Luft und bildet Kohlenstoffmonoxyd.
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Die Reaktion verläuft wie folgt:
| 2 C -i- 02 -I-3,8 N2 --> Co -!- 3,8 N2 (1) |
Das Methan reagiert mit einem Teil der Gebläseluft in dergleichen Zone des Hochofens.
Diese Reaktion verläuft wie folgt:
| 2 CH4 -f- 02 -i- 3,8 N2 |
| -> 2 CO.., -I- 4 H2 -f- 3,8 N2 (2) |
Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff, die durch diese Reaktionen gebildet werden,
steigen im Ofen nach oben und reduzieren die Oxyde des Erzes zu Eisen. Der Stickstoff
trägt die Wärme in den oberen Teil des Hochofens. Wahrscheinlich wird in einem Zwischenstadium
der Reaktion (2) das Methan in Kohlenstoff und Wasserstoff aufgespalten. Diese Reaktion
erfordert eine verhältnismäßig hohe Temperatur. Sicher ist, daß die Reaktion (2)
eine größere Wärme als Reaktion (1) erfordert. Dieser Unterschied beträgt etwa 19,6
kcal je Mol Methan. Dieser Umstand ermöglicht die Einführung von Gebläseluft bei
Temperaturen, die weit über den üblichen liegen, ohne daß die Temperatur in der
Nähe des Gestells auf unerwünschte Werte ansteigt. Für die Aufspaltung des Methans
wird also Wärme benötigt. Dadurch kann die Hochofentemperatur durch Einführung einer
entsprechenden Menge Methan eingestellt werden. Bei einer gegebenen Gebläsetemperatur
und einer gegebenen Temperatur des Methans sinkt die Temperatur im Gestell bei einer
verstärkten Zufuhr von Methan. Auch die Eigenwärme des Methans übt eine Kühlwirkung
aus, und gegebenenfalls kann die Temperatur im Ofen durch Regelung der Temperatur
des Methans noch zusätzlich beeinflußt werden.
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Bei der Reaktion von 2 Mol Kohlenstoff mit 1 Mol Sauerstoff ergeben
sich 2 Mol Kohlenstoffmonoxyd, während bei der Reaktion von 2 Mol Methan mit 1 Mol
Sauerstoff nicht nur 2 Mol Kohlenstoff, sondern auch 4 Mol Wasserstoff anfallen.
Es wird also nur ein Drittel der Gebläseluft, die für die Reaktion mit Koks erforderlich
wäre, zur Reaktion mit Methan benötigt, um eine gegebene Menge Reduktionsmittel
zu liefern. Es sinkt also das Gesamtvolumen der aufsteigenden Gase je Tonne Roheisen
merklich bei verstärkter Einführung von Methan. Die Wärme, die die Gase vom Gestell
in den oberen Teil des Ofens abführen, wird also erheblich verringert.
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Beim gewöhnlichen Hochofenbetrieb wird diese Wärme überwiegend zum
Trocknen des Möllers und zur Kalzinierung des Kalksteins verbraucht. Erfindungsgemäß
ist auf Grund der Anreicherung des Erzes im oberen Teil des Ofens eine geringere
Wärmemenge erforderlich, da je weniger Feuchtigkeit aus der Beschickung ausgetrieben
werden muß. Wird eire genügend große Menge eines Kohlenwasserstoffgases eingeführt,
so wird wenigstens ein Teil des Kalksteins vorkalziniert, wodurch im oberen Teil
des Ofens noch weniger Wärme erforderlich ist. Es lassen sich
lestcii
Reöein für die Anreicherung der Beschilk-!,=u na angeben. Es sollten jedoch mindestens
4.0 Gewichtsprozent des Erzes, wie schon oben erwähnt, eine Korngröße von über 6
mn-, aufweisen, wenn der üblich.- üociiofen mit einem Zusatz von et:vu
60 rf' Laiurgas je iotir#- Rß11uiseti betrieben wird, :via üus wirtschaftlichen
i.rwägtttigen die Mindestmenge ist. Durch Aussonderung der feinen Erzteilchen wird
der Fcticlitiakcitsgelialt der Beschickung hinreichend verring,ert,@so daß bei einem
Zusatz von einer verhältnisriäßig geringen Menge Methan eine ausreichende Nlcnge
Wärme in den oberen Teil des Hochofens geicitet wird, um die üblichen Aufgaben,
d. h. die Kalzinierung des Kalksteins und das Trocknen der Beschckung auszuführen.
Selbstverständlich gilt das nur dann, wenn die notwendige Sorgfalt darauf verwendet
wurde, daß kein Bestandteil der Beschickung außer-;ewöhälich viel Feuchtigkeit enthält.
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NIit ge3teigerter Zufuhr von Methan oder einem anderen Kohlenstoff
gas sollte die Anreicherung der Beschickung erhöht werden, um die geringere Wärmemenge,
die durch die Gase in den oberen Teil des Hochofens gelangt, auszugleichen. Es kann
also durch Zusatz einer größeren Menge an gesiebtem Erz der Gehalt an freier Feuchtigkeit
verringert werden. Die Feuchtigkeit kann darüber hinaus noch stärker verringert
werden, wenn das Erz vor der Begichtung getrocknet wird. Werden Agglomerate, z.
B. gesintertes oder pillenförmiges Erz, benutzt, so soll der Feuchtigkeitsgehalt
möglichst 2% nicht übersteigen. Erhöht man die Zufuhr von Kohlenwasserstoffgas noch
weiter und verringert die Koksmenge entsprechend, so fäßt sich die im oberen Teil
des Hochofens erforderliche Temperatur noch stärker wenn ein Teil des Kalks vorkalziniert
ist.
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Beispielsweise lassen sich Erz und Zuschlag in der 1= orm von Agglomeraten,
die kalzinierten Kalkstein und nicht mehr als 211!o Feuchtigkeit enthalten, einführen.
Vorzugsweise enthalten die Agglomerate gen ügend kalzinicrten Kalkstein als erforderliches
Flußmittel für das im Agglomerat enthaltene Erz. Es können also die Agglomerate
als Selbstflußmittel und als überwiegend frei von Feuchtigkeit angesehen werden.
Wie schon oben erwähnt, sollten die Agglomerate vorzugsweise von einer solchen Größenverteilung
sein. daß mindestens 90% auf einem Sieb mit Maschen von 6 mm zurückbleiben.
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Ist in der Beschickung ein überwiegend trockenes Sclbstflußmittel
vorhanden, so läßt sich die Koksmenae ganz erheblich verringern. Es läßt sich die
je Tonne Roheisen erforderliche Koksmenge um wenigstens 20 Gewichtsprozent verringern,
wenn man eine Beschickung verwendet, bei der mindestens 60 Gewichtsprozent des Erzanteils
aus einem solchen Agglomerat bestehen. Das Agglomerat trägt zur Porositiit des Möllers
bei, wenn es mit dem gewöhnlichen Erz, Koks und Kalk gemischt wird. Andern-#'alls
würde die Porosität durch die geringere verwent!etc Koksmenge nicht erhalten bleiben
können. Die im oberen Teil des Hochofens bisher erforderlichen hohen Temperaturen
und ein Teil der benötigten Wärme. die üblicherweise durch die Gase in den oberen
Teil abgeführt wird, werden durch die nur gerin`,7fiigig im Agglomerat enthaltene
Feuchtigkeit und dep vorkalzinierten Kalkstein überflüssig. Der Möller «i: d also
auf die niedrigeren Temperaturen im oberen Teil des Hochofens abgestimmt, die durch
das Methan verursacht werden. Dem geübten Hochöfner wird es nicht schwerfallen,
einen ausgeglichenen Hochofenbetrieb aufrechtzuerhalten, wenn man den angegebenen
Hinweisen folgt.
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Die Zusammensetzung der Beschickung, die Temperatur der Gebläsefuft
und die eingeführte Menge Methan werden au_einanäer abgestimmt, um ein Verfahren
für den Hochofenbetrieb zu liefern, durch das die Koksmenge, die je Tonne fertiges
Roheisen erforderlich ist, erheblich verringert wird und durch das eine erhöhte
Leistung des Ofens erzielt werden kann, die auf der vorhandenen größeren Menge an
Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff beruht. Die Eipführung von Methan bietet diese
Vorteile. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Beschickung nicht mehr in der gleichen
Weise wie bisher getrocknet und der Kalkstein beträchtlich weniger stark kafziniert
werden muß.
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Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang finit den Zeichnungen
erläutert. Ein gewöhnlicher Hochofen, der auf das erfindungsgemäße Verfahren umgestellt
ist, wird mit 1® angegeben. Der Hochofen kann in jeder Hinsicht einer der herkömmlichen
Hochöfen sein, mit dem einzigen Unterschied, daß neben der Leitung 11, die die heiße
Gebläseluft durch die Windformen 12 schickt, eine weitere Leitung 14 vorgesehen
ist, die die gasförmigen Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise Methan als Naturgas, durch
Windformen einführt. Die Windformen 12 und 15 sind abwechselnd in der gleichen Höhe
des Ofens angebracht.
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Die Zuleitung 11 wird in herkömmlicher Weise mit Gebläseluft
durch eine Rohrleitung für Heißluft 16, die Winderhitzer 17, die Rohrleitung
für Kaltluft 18 und Gebläse 19 gespeist. Die üblichen Ventile sind an den Winderhitzern
angebracht. Die Zuleitung 14 wird mit Naturgas oder einem gasförmigen Kohlenwasserstoff
durch ein Gebläse oder einen Kompressor 21 und die Leitung 22 gespeist. Ein Wärmeaustauscher
23 mit den Ventilen 24, 25 und 26 kann für den Fall vorgesehen sein, in dem das
Gas vor dem Einblasen in den Hochofen vorgeheizt wird. üblicherweise ist ein Vorheizen
nicht erforderlich. Wird das Gas vorgeheizt, so sollte eine Temperatur eingehalten
werden, bei welcher eine Zersetzung oder eine Krakkung des Gases vor Eintritt des
Gases in den Hochofen nicht auftritt. Die Temperatur, auf die Methan s-crneheizt
wird. sollte 650-'C nicht überschreiten.
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Bei eitler Ausführungsform der Erfindung wird die Gebläseluft bei
dem üblichen Druck von etwa 1,3 bis 2,0 kg/cm= und einer Temperatur von mindestens
900° C, bis 1038° C eingeführt. Derartige Gebläsetemperaturen lassen sich mit den
bestehenden Winderhitzern leicht erzielen. Es ist auch wirtschaftlich vorteilhaft,
die Wärme durch Gebläseluft von hohen Temperaturen in den Hochofen einzuleiten,
da die Gichtgase zum Heißblasen der Winderhitzer verwendet werden. Wird ein Naturgas,
das vorwiegend aus Metha- besteht, eingeführt, so ist zu empfehlen. nicht weniger
als 60 cm3 je Tonne fertiges Roheisen durch die Zuleitungen 14, die siel? mit den
Windformen 15 abwechseln, unter annähernd gleichem Druck wie die Gebläseluft einzuführen.
Es lassen sich geringere Viergen an Naturgas einführen, aber die wirtschaftlichen
und betriebsmäßigen Vorteile, die dadurch erzielt werden, sind gewöhnlich nicht
so groß, daß sich die Kosten für die erforderlichen Umbauten lohnen. Die obere Grenze
für die eingeführte Gasmenge ist von verschiedenen Größen, z. B. von der Temperatur
der
Gebläseluft und den Kosten für die Herstellung des Erzes und des Flußmittels abhängig.
Das Gas kann kalt eingeführt werden oder auf eine Temperatur zwischen etwa 370 und
650° C vorgeheizt werden.
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Wie schon oben angeführt, sollten mindestens 40 Gewichtsprozent des
Erzes in der Beschickung aus angereichertem Material von mehr als 6 mm Korngröße
bestehen. Besonders günstige Einsparungen an der Koksmenge werden durch Einbringung
von mindestens 60 % des Erzes in Form eines vorkalzinierten Agglomerats erzielt.
Der Rest der Beschickung besteht aus dem herkömmlichen Erz, Kalk und Koks, wobei
die je Tonne Roheisen erforderliche Koksmenge durch den Brennwert und die Reduktionsmittel
des eingeführten Naturgases bestimmt wird. Erz, Koks und Kalk enthalten nach Möglichkeit
nicht übermäßig viel Feuchtigkeit. Die freie Feuchtigkeit sollte höchstens 2°/o
betragen.
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Durch dieses Verfahren kann die je Tonne Roheisen erforderliche Koksmenge
wesentlich verringert werden. Außerdem können je nach dem Verhältnis zwischen den
Kosten für Koks und denen für Kohlenwasserstoffgas beträchtliche Einsparungen an
Brennstoffkosten je Tonne Roheisen erzielt werden. Die Beimischung von Kohlenwasserstoffgas
zur Gebläseluft, die in die heißeste Zone des Hochofens oder in deren unmittelbare
Nähe eingeführt wird, ermöglicht höhere Temperaturen der Gebläseluft als gewöhnlich
bei der herkömmlichen Beschickung angewendet werden konnten. Die Hochofentemperatur
läßt sich durch eine unterschiedlich starke Zufuhr des Gases regeln. Falls gewünscht,
kann der Gebläseluft ein verschieden hoher Prozentsatz an Wasserdampf zur Lenkung
der Hochofentemperatur beigemischt werden, wodurch die eingeführte Gasmenge kons(ant
gehalten werden kann; oder es können beide Möglichkeiten ausgenutzt werden, indem
der Prozentsatz von Wasserdampf und Gas zur Regelung der Temperatur aufeinander
abgestimmt wird. Das Kohlenwasserstoffgas liefert trotz der Kühlwirkung schließlich
die Wärme für den Hochofenbetrieb, die sonst der Brennstoffkoks lieferte. Das Gas
enthält auch die Reduktionsmittel, die das Erz im Hochofen zu Eisen reduzieren.
Durch die Gebläseluft wird eine größere Hitze als sonst üblich in den Hochofen eingeführt,
wodurch die erforderliche Koksmenge ebenfalls verringert wird. Zusätzlich wird noch
dadurch Koks eingespart, daß das erfindungsgemäß eingebrachte Erz von besonderer
Beschaffenheit ist, so daß die Porosität des Möllers nicht nur vom Koks abhängig
ist. Durch den geringeren Feuchtigkeitsgehalt der Beschickung und durch gegebenenfalls
angewendetes Vorkalzinieren des Flußmittels sind im oberen Teil des Hochofens erheblich
geringere Temperaturen erforderlich. Alle diese Faktoren tragen zur Einsparung von
Koks bei und ermöglichen eine größere Produktionsleistung eines gegebenen Hochofens.
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In der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde Methan
als Beispiel für ein Naturgas angeführt. Andere gasförmige Kohlenwasserstoffe können
in gleicher Weise verwendet werden, wenn es aus wirtschaftlichen Erwägungen ratsam
erscheint. Zu den geeigneten Kohlenwasserstoffgasen gehören Kokereigas, Gase, die
ausErdölerzeugnissen anfallen, und Äthan. Die Gebläseluft kann gegebenenfalls mit
Sauerstoff angereichert werden.