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Verfahren zum Agglomerieren von feinteiligen Eisenerzen Die Erfindung
betrifft eine verbesserte Herstellung und Form eines Aggregates von Feinerzen und/oder
Erzkonzentraten zur Bildung des Möllers von Hochöfen. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf ein formbeständiges Aggregat, das bei der Handhabung verhältnismäßig
frei von Staubbildung ist und ferner eine beträchtliche Porösität aufweist und sieh
gegenüber bisherigen bekannten Aggregatformen für gleiche Verwendungszwecke durch
eine relativ wirtschaftliche Herstellung auszeichnet.
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Das Ausmaß, in welchem bekannte Lagerstätten von hochwertigem stückigem
Erz für Hochofeneinsatz sich erschöpfen, hat als Ersatz eine ganze Anzahl von Aggregatformen
von Feinerzen, Konzentraten, Gichtstaub und anderen Formen von Eisenoxyd hervorgebracht.
Aber höchstens wenige dieser Ersatzformen für stückiges Erz haben sich für Hochofeneinsatz
ebenso wirtschaftlich und zufriedenstellend erwiesen.
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Es ist bekannt, daß ein Vergrößern des reduzierenden Gasstromes (Heißwind)
durch den Eisenerzmöller eines Ofens eine größere tägliche Produktion mit sich bringt.
Um diese Wirkung zu erzielen, muß der Hochofenmöller so beschaffen sein, daß er
einen gleichmäßigen Strom der reduzierenden Gase durch den Ofen zuläßt; dies kann
am leichtesten erreicht werden, wenn der Erzmöller porös und von verhältnismäßig
gleichmäßiger Stückgröße ist. Ein vergrößerter Fluß der reduzierenden Gase setzt
eine Druck- und Volumenvermehrung des Heißwindes voraus. Ein erheblicher Anteil
von Feinerzen im Möller oder ein Zerfallen des Möllers während des Verhüttungsvorganges
kann den Windfluß durch den Möller erschweren und die Menge des in Staubform aus
dem Ofen getragenen feinen Materials vergrößern; solcher Gichtstaub muß gesammelt
und wiederverwendet werden.
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Pelletisierte Feinerze und pelletisierte Konzentrate ergeben einen
verhältnismäßig zufriedenstellenden Erzmöller für Hochöfen. Um solche feinteiligen
Erze und Konzentrate in einen für das Pelletisieren geeigneten Zustand zu bringen,
müssen sie vorerst auf sehr feine Korngröße reduziert werden, beispielsweise 70'/,
und mehr auf weniger als 44 Mikron. Deshalb muß ein kostspieliger Mahlprozeß einbezogen
werden, um solche Feinerze und Konzentrate in einen für das Pelletisieren geeigneten
Zustand zu bringen.
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Hinzu kommt, daß die vorerst geformten Pellets, die als »Grünpellets«
bezeichnet werden vor, dem zum formfest machenden Erhitzen auf Sintertemperaturen
sorgfältig getrocknet werden müssen. Das Endprodukt ist deshalb teuer, und es ist
ein übermäßiger apparativer Aufwand erforderlich, um das gewünschte Produktionsvolumen
zu erhalten. Zum Erreichen der gewünschten Brenntemperaturen wurde ferner auch schon
versucht, die nassen Pellets vor dem Trocknen mit einer Schicht aus festem Brennstoff
zu überziehen. So hergestellte Pellets sind im wesentlichen kugelförmig, und die
Abstände zwischen den Erzteilchen sind sehr klein, weil die Pellets aus feingemahlenem
Material hervorgegangen sind.
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Es sind auch gesinterte Feinerze und Konzentrate zur Bildung des Erzmöllers
benutzt worden. Dieser Sinterprozeß macht es nötig, die feinteiligen Erze auf langen
Wanderrosten zu erhitzen; das ausgestoßene gesinterte Produkt besitzt die Form von
großen Kuchen, die auf eine zur Verwendung im Hochofen geeignete kleinere Größe
gebrochen werden müssen. Sintermaterial dieser Art ist im allgemeinen zerbrechlich
und nicht von gleichmäßiger Gestalt. Es entsteht deshalb viel Staub und Abrieb beim
Brechen des Sinterkuchens und wegen des Möllergewichts während des Reduktionsvorganges
im Hochofen. Solcher Staub oder solche Feinerzteile müssen aber gesammelt und erneut
aufbereitet werden. Der zerbrechliche Sinter neigt ferner zum Zerfallen unter dem
Gewicht des Möllers, was zu einer Verdichtung führt und das Durchströmen von Heißwind
durch den Ofen erschwert. Aus diesen Gründen ist solches gesinterte Material als
Hochofenmöller nicht beliebt.
Es sind bereits auch brikettierte
Feinerze, Erzstaub und -konzentrate als Möller von Hochöfen aufgegeben worden. Das
Kaltbrikettieren solcher Materialien erfolgte unter Benutzung von Bindemitteln,
wie Kalkmilch, Melasse, Portlandzement oder Wasserglas. Briketts mit solchen Bindemitteln
haben sich für Hochofenverwendung als unzureichend erwiesen, weil das Bindemittel
sich bei den hohen Temperaturen in Hochöfen zersetzt und die Briketts in die ursprüngliche
Größe der Feinteile zerfallen; die Bindemittel können häufig auch die chemische
Qualität des Briketts herabsetzen. Dies verursacht ein Hängenbleiben des Ofens und
ein Herausblasen der Feinteile aus dem Ofen. Heißbrikettieren von teilweise reduzierten
Feinerzen, Staub oder Konzentraten mit Hilfe eines teilweisen Sauerstoffentzuges
kann haltbare Briketts für Hochofenverwendung liefern. Ein solches Verfahren erfordert
aber höhere Brikettierdrücke und warmfeste Walzenpressen für das Brikettieren.
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Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zum Agglomerieren von
gangarthaltigen Hämatit-Feinerzen bzw. von vorzugsweise etwa gleichteiligen Mischungen
davon mit Erzkonzentraten (Hämatit oder Magnetit); das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht, die Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten Verfahren weitgehend
auszuschalten, und ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Sieben der
Erze auf eine Korngröße von weniger als 9,5 mm und Zugeben von Wasser bis zu einem
Feuchtigkeitsgehalt der Mischung von mindestens 2 bis 60/" wobei wenigstens
bei Anwesenheit von Erzkonzentraten in der Mischung für einen Gehalt von wenigstens
1 bis 70/0 an feingemahlenem Kalkstein gesorgt wird; b) Brikettieren der
Mischung bei Raumtemperatur unter Einwirkung von Drücken zwischen 140 und 2150 kg/cm2
auf die Mischung; c) Bilden einer Schicht aus den vorzugsweise kissenförmigen Briketts
in einer Bettiefe bis etwa 51 cm auf einem porösen oder rostartigen Laufband; d)
Trocknen der Briketts mit erwärmter Luft im Abwärtsstrom durch das Brikettbett bei
106 bis 325°C während 2 bis 6 Minuten; e) Vorwärmen der Briketts mit erhitzter Luft
im Abwärtsstrom bei Temperaturen zwischen 540 und 1090°C während 3 bis 6 Minuten,
wobei in der Mischung gebundenes Wasser ausgetrieben und gegebenenfalls vorhandener
Kalkstein in Ca0 übergeführt wird; f) Brennen der vorgewärmten Briketts mit erhitzter
Luft im Abwärtsstrom während etwa 6 bis 12 Minuten bei etwa 1320°C, wobei vorzugsweise
die Bodenlage der Brikettschicht auf mindestens 1255°C erhitzt wird, derart, daß
eine Bindung zwischen den einander berührenden Erzteilchen entsteht, ohne daß jedoch
die einzelnen Briketts zusammensintern, und wobei allfällig vorhandenes Ca0 in den
Hohlräumen zwischen den Erzteilchen zu Schlacke umgewandelt wird; g) Kühlen der
Briketts mit Umgebungsluft im Aufwärtsstrom vor der Entnahme der Briketts vom #
Laufband.
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Gangarthaltige Erzarten enthalten in der Regel einen hohen Anteil
an Feinteilen, die ein 9,5-mm-Maschensieb passieren. Solche Erze liefern bereits
für sich ein ausgezeichnetes Kaltbrikett bei 350 kg/cm2, wenn der Feuchtigkeitsgehalt
nicht weniger als 2 bis 501, beträgt. Wenn ein größerer Feuchtigkeitsgehalt
vorhanden ist, kann ein teilweises Trocknen vor dem Brikettieren erforderlich sein.
Solche Erze können auch mit den obenerwähnten Konzentraten gemischt werden, die
immer feiner als 9,5 mm sind, ferner auch mit Gichtstaub, wenn erwünscht. Solche
Mischungen lassen sich ohne weiteres bei 140 bis 2110 kg/cm2 kaltbrikettieren und
dabei formfest machen für das Transportieren auf den zum Härten dienenden Wanderrost.
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Vorteilhaft werden minimale Drücke beim Kaltbrikettieren von gangarthaltigen
Erzen und den vorstehend erwähnten Mischungen vorgezogen. Größere Drücke können
angewendet werden, vermindern aber die Porösität des Briketts, was für eine rasche
Reduktion im Hochofen weniger erwünscht ist.
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Die Größe eines Briketts beeinflußt die Zeitdauer für das Härten durch
Hitze. Eine vorteilhafte Form eines Kaltbriketts, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren, ist im allgemeinen von kissenförmiger Gestalt, etwa 30 mm lang, 21 mm
breit und in der Mitte 11 mm dick. Ein solches Brikett läßt sich ziemlich rasch
in Betthöhen von 20 bis 51 cm auf dem Rost brennen und ergibt eine vorteilhaft formfeste
Größe für den Einsatz und das Reduzieren im Hochofen. Dank seiner kissenförmigen
Gestalt hat eine Schicht solcher Briketts einen größeren freien Raum als eine Schicht
Pellets. Damit lassen sie sich bei gegebenem Saugdruck mit etwas größerer Geschwindigkeit
auf einem Wanderrost brennen als Pellets. Sie ergeben deshalb eine größere Produktionsleistung
für den Hochofen bei irgendeinem gegebenen, am Hochofen angesetzten Winddruck. Die
größere Porosität solcher Briketts im Vergleich zu Pellets ist ein zusätzlicher
Faktor für die günstige Produktionsleistung.
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Es kann auch ein größeres kissenförmiges Brikett erzeugt werden. Bei
einem Brikettierdruck von etwa 1520 kg/cm2 hergestellte Briketts mit einer Länge
von 39,7 mm einer Breite, von 33,3 mm und einer Dicke von 14,3 mm in der Mitte ließen
sich zufriedenstellend, jedoch langsamer brennen als die obenerwähnten Größen. Noch
größere Briketts können auch verwendet werden, aber die Produktionsgeschwindigkeit
kann sich unerwünscht vermindern. Mandelförmige Briketts ließen sich ebenfalls zufriedenstellend
brennen. Eine solche Gestalt ist ebenfalls an den Kanten dünner als in der Mitte;
eine Voraussetzung, die anscheinend den Brennvorgang beschleunigt.
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Die bevorzugte Brennbehandlung setzt sich aus Erhitzen und Kühlen
zusammen. In einer Bettdicke von etwa 20 bis 51 cm werden die Briketts auf einem
Wanderrost von oben nach unten einem Luftstrom mit einer anfänglichen Temperatur
zwischen 315 und 1090°C und einer Endtemperatur von 1290 bis 1380°C ausgesetzt.
Während dieses Vorgangs wandert eine Hitzefront abwärts durch das Brikettbett und
bringt die Briketts schließlich auf eine Temperatur, bei der ein Zusammensintern
der in jedem Brikett enthaltenen Körner stattfindet. Die Briketts selbst bleiben
jedoch getrennt und sintern praktisch nicht zusammen. Nach dem Brennen wird gekühlt;
dies kann mit Hilfe eines abwärts oder aufwärts durch die Roststäbe des Wanderrostes
geblasenen Luftstroms erfolgen. Das Kühlen kann auch in einem separaten Teil der
ganzen Einrichtung stattfinden, wobei der Wanderrost gänzlich für das Brennen ausgenutzt
wird.
1n jedem Fall kann die beim Kühlvorgang anfallende Heißluft
vorteilhaft rekuperiert und für die Feuerung des Ofens verwendet werden. Es wurde
im allgemeinen gefunden, daß ein besseres Produkt erhalten wird bei äußerer Verbrennung
des ganzen Brennstoffs. aber es ist auch möglich, die Briketts mit Brennstoff zu
überziehen oder ihnen bei der Formung Brennstoff beizugeben. 1n jedem der zwei letztgenannten
Fälle würde aber immer noch separater Brennstoff benötigt, allerdings in geringerer
Menge.
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Die zum Brennen und Kühlen der Briketts dienende Einrichtung kann
auch anders ausgebildet sein oder betrieben werden. Die Wärmezufuhr kann im Aufwärtsstrom
oder Abwärtsstrom stattfinden. Es lassen sich so vorhandene Sinteranlagen oder Pellets-Verfestigungsanlagen
für das Brennen und Kühlen der Briketts benutzen. In jedem Fall muß aber die Brennzeit
in jeder der genannten Einrichtungen mit den genannten kleineren Brikettgrößen verkürzt
werden; man erhält so eine größere Produktion. Beispiel 1 Eine Mischung aus 44,75
°/o gangarthaltigem Hämatiterz mit Korngröße unter 4,8 mm, 44,75"/, eisenglanzhaltigen
Hämatitkonzentraten, 7°/o Kalkstein und 3,5 °" Feuchtigkeit wurde auf einer Walzenpresse
mit einer Druckkraft von 2120 kg/cm Walzenbreite oder ungefähr 1355 kg/cm2 Preßdruck
auf die Erzmischung brikettiert. Die erzeugten kissenförmigen Briketts maßen 30,2
- 20,6 mm und 11,1 mm Dicke in der Mitte.
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Die Briketts wurden durch Hitze gehärtet; hierzu wurden sie in einer
Tiefe von 30,5 cm in einen mit feuerfestem Material ausgekleideten Tiegel verbracht,
der eine Fläche von 975 cm2 aufwies; der Tiegel enthielt eine 10,2 cm dicke Bodenschicht
aus gesinterten Eisenerzpellets, die als Herdschicht dienten. Die 30,5 cm dicke
Brikettschicht war umgeben von einer Schicht von vorgängig verbranntem Material,
um Randeffekte des Tiegels zu verkleinern. Die Briketts wurden im Abwärtsstrom während
2 Minuten bei 42V C, C, während 2 Minuten bei 538'C, während 1 Minute bei 980` C
und schließlich während 6 Minuten bei 1350°C gebrannt. Die Briketts wurden hierauf
im Abwärtsstrom mit Umgebungsluftgekühlt, bis die Temperatur an der Oberseite des
Brikettbettes 260°C erreichte. An einzelnen Briketts wurden DruckfestigkeitsprÜfungen
vorgenommen, und zwar durch Zusammendrücken zwischen parallelen Flächen bis zum
Bruch. Briketts aus der Oberseite des 30,5-cm-Bettes hatten eine Festigkeit von
315 kg, aus der Bettmitte 248 kg und aus dem Bettboden 145 kg. Beispiel 1I Es wurden
dieselben Materialien und Einrichtungen wie bei Beispiel l benutzt, hingegen ein
Brennzyklus, bestehend aus 2 Minuten bei 872°C, 2 Minuten bei 1205C,
10 Minuten bei 1350-C und 2 Minuten bei 1380'C. Die Briketts widerstanden dem raschen
Trocknen ohne Absplittern. Spätere Prüfungen lieferten den Hinweis, daß mit größerer
Teilchengröße die Temperaturempfindlichkeit beim Trocknen abnimmt.
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Beispiel 111
Es wurde ein anderer Brennversuch im Tiegel nach
BeispielI ausgeführt. Kissenförmige Briketts mit einer Länge von 39,7 mm, einer
Breite von 33,3 mm und einer Dicke in der Mitte von 14,3 mm wurden auf einer Walzenpresse
aus einer Mischung, enthaltend 440/, gangarthaltiges Hämatiterz, 440/, eisenblendehaltiges
Hämatitkonzentrat, 7°/o Kalkstein und 501, Feuchtigkeit, gebildet. Die auf
die Walzen wirkende Druckkraft betrug 3940 kg pro Zentimeter Walzenbreite entsprechend
einem Druck von etwa 1680 kg/cm2. Eine 7,6-cm-Herdschicht und eine 30,5 cm dicke
Schicht aus solchen Briketts wurden im Abwärtsstrom während 2 Minuten bei 540"C,
während Minute bei 980°C und während 11 Minuten bei 1320'C gebrannt. Sie wurden
dann im Aufwärtsstrom mit Umgebungsluft während 101/1 Minuten gekühlt, zu welchem
Zeitpunkt die Bettoberseite 260°C erreichte. Die Druckprüfung gemäß Beispiel I ergab
476 kg für Briketts aus der Bettoberseite, 352 kg für solche aus der Bettmitte und
323 kg für Briketts aus der Bodenlage. Beispiel IV Mit der im Beispiell beschriebenen
Brikettgröße wurde ein weiterer Brennversuch ausgeführt, wobei einzig eine 7,6 cm
dicke Herdschicht benutzt wurde. Die Briketts wurden im Abwärtsstrom während 2 Minuten
bei 540°C, während 1 Minute bei 980°C, während 111/2 Minuten bei 1380"C und während
zusätzlichen 2 Minuten bei 980°C gebrannt. Die Briketts wurden im Aufwärtsstrom
mit Umgebungsluft während 121/,1 Minuten gekühlt, zu welchem Zeitpunkt die Bettoberseite
eine Temperatur von 260°C erreichte. Die Druckfestigkeit der Briketts gemäß dem
Prüfungsverfahren nach Beispiel I betrug 370 kg für Briketts aus der obersten Lage,
358 kg für Briketts aus der Bettmitte und 308 kg für solche aus der untersten Schicht.
Beispiel V Ein weiterer Brennversuch wurde ausgeführt mit einem 33,3 - 30,2 - 20,6-mm-Brikett
aus 40,251/() gangartllaltigem Hämatit, 40,250/, eisenblendehaltigem Hämatit, 5,5
°/o Feuchtigkeit, 711/, Kalkstein, 51)1, Walzzunder, 111/, Gichtstaub und
10/, Eisenoxydstaub. Diese Briketts wurden auf einer Walzenpresse geformt
mit einem Walzendruck von 562 kg pro Zentimeter Walzenbreite oder ungefähr 176 kg/cm2
Verfestigungsdruck auf die Erzmischung.
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Die Briketts wurden durch Hitze gehärtet, und zwar wurde eine 35,6
cm dicke Brikettschicht in einer feuerfest ausgekleideten Pfanne mit einer Fläche
von 975 cm2 und einer 15,2 cm dicken Herdschicht im Abwärtsstrom gebrannt während
4 Minuten bei 316°C, dann während 2 Minuten bei 1140'C, während 9 Minuten bei 1350°C
und dann während 2 Minuten bei 980°C. Die Briketts wurden dann schließlich im Aufwärtsstrom
während 10 Minuten mit Umgebungsluft gekühlt, bis die oberste Lage eine Temperatur
von 260`C erreichte. Druckprüfungen an den so gehärteten Briketts zeigen eine durchschnittliche
Festigkeit von 236 kg für solche aus der obersten Bettschicht, 196 kg für solche
aus der Bettmitte und 143 kg für Briketts aus der Bodenschicht. Beispiel VI Chargen
von je 11,240 kg der gemäß Beispielen 1 bis V gebrannten Briketts wurden separat
während 200 Umdrehungen in einem genormten ASTM-Koksprüfgerät geschüttelt, um ihre
Verstaubung bei Handhabung
und unter Beschickungsverhältnissen
zu prüfen, und zwar mit folgenden Ergebnissen: Briketts gemäß Beispielen I und II
enthielten 13% Feinteile unterhalb einer Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite
von 0,5 mm.
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Briketts gemäß Beispiel III enthielten 20,4% Feinteile unterhalb einer
Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,5 mm.
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Briketts gemäß Beispiel IV enthielten 6% Feinteile unterhalb einer
Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,5 mm.
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Briketts gemäß Beispiel V enthielten 15 % Feinteile unterhalb einer
Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,5 mm.
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Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß ein ziemlich breiter Brennzeitbereiöh
bei der in beträchtlicher Schichtdicke gebrannten Briketts diesen eine genügende
Festigkeit verleiht, um der Handhabung und dem Beschicken und dem Gewicht des Möllers
innerhalb eines Hochofens während des Schmelzvorgangs widerstehen zu können. Es
wird angenommen, daß dies auf die großen offenen Bereiche innerhalb der Brikettschicht
zurückgeführt werden kann, die sich aus der Gestalt der Briketts ergeben, sowie
auf das leichte Eindringen der Hitze in die Briketts auf Grund ihrer kleinen Größe
und der von der Mitte aus gegen die Umfangskanten hin keilförmig zulaufenden Oberflächen.
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Wegen der verhältnismäßig großen Teilchen, aus denen die Briketts
geformt sind - von 9,5 mm abwärts bis zu Mikrongröße -, sind viele Hohlräume zwischen
den Teilchen vorhanden. Man nimmt an, daß dieser Zustand das Vordringen der Hitze
durch den ganzen Brikettkörper beschleunigt. Diese Ungleichförmigkeit der Oberfläche
der einzelnen Teilchen erzeugt unterschiedliche Berührungsflächen zwischen den Teilchen,
wie dies aus der Prüfung von Querschnitten durch Briketts ersichtlich ist. Die Briketts
besitzen deshalb nach dem Hitzehärten oder Sintern ein ausgesprochenes Maß an Porosität.
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Jede der in obigen Beispielen benutzten Erhitzungsperioden ergab ausreichende
Festigkeit für die beabsichtigten Zwecke. Die Temperaturen der erhitzten Luft und
die Zeitdauer der Hitzeeinwirkung war ungenügend, um ein vollständiges Verschmelzen
der Teilchen herbeizuführen, konnten doch die Teilchen ohne weiteres in vergrößerten
Aufnahmen von Querschnitten durch die Briketts festgestellt werden.
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Es wurde ferner auch beobachtet, daß Zusätze in Mengen von 1 bis
70/, von gemahlenem Kalkstein zu den Briketts dazu neigten, einige der Hohlräume
zwischen den Teilchen durch Schlackenbildung und Ausbreiten in benachbarte Hohlräume
auszufüllen, was den Abriebwiderstand vergrößerte. Auf diese Weise den Briketts
zugegebener Kalk kann eine entsprechende Kalkmenge im Hochofenmöller ersetzen.