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Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen ün Fließbett Es ist verschiedentlich
vorgeschlagen worden' Eisenerze stimmung mit im der Fließbett auf anderen zu reduzieren.
Gebieten, insbesondere In übereinder chemischen Technik, entwickelten Betriebsweise
solcher Fließbetten wurde bei diesen bekannten Fließbettreduktionsverfahren das
Erz mit einer entsprechend feinen Kömung in einem Reduktionsgas, wie z. B. H, oder
CO, aufgewirbelt mit dem Ziel, dieses so lange in dem Fließzustand zu halten,
bis es mit einem geeigneten Reduktionsgrad ausgetragen werden konnte.
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Insofern das Fließbett bei diesem Verfahren im wesentlichen aus einer
Feststoffkomponente besteht, die man sich bemüht, durch Wirbelung möglichst homogen
in dem Fließbett zu verteilen, ist es angebracht, bei diesem Verfahren von homogenen
Fließbetten zu sprechen.
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Diese bekannten Verfahren unterliegen der wesentlichen Schwierigkeit,
daß die meisten Erze bei praktisch allen aus Gründen der Reduktionsgeschwindigkeit
in Betracht kommenden Temperaturen dazu neigen, nach relativ geringem Sauerstoffabbau
zusammenzusintem, sich zusammenzuballen bzw. durch andere Agglomeriervorgänge eine
derartige Komvergrößerung zu erfahren, daß der Fließzustand aufhört. Die bis zur
Beendigung des Fließzustandes erzielten Reduktionsgrade liegen bei vielen Erzen
beträchtlich unter 5019/o, bei manchen zwischen etwa 70
und 80 %; sie sind
aber in den meisten Fällen für den angestrebten Zweck zu niedrig.
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Bei anderen Verfahren gemäß dem Stand der Technik für die Reduktion
von Eisenerzen, die beispielsweise in Wirbelkammem durchgeführt werden, ist man
den Schwierigkeiten der Komvergröberung und der gegebenenfalls hierdurch hervorgerufenen
Ansatzbildung dadurch aus dem Weg gegangen, daß man die Temperatur in dem Reduktionsraum
bis zum Schmelzpunkt des Eisens steigert und das Eisen auf diese Weise in flüssiger
Form austrägt. Bei einer derartigen Arbeitsweise kann man kein Schwammeisen gewinnen,
wie dies das Ziel der vorliegenden Erfindung ist. Man hat auch versucht, die Reduktion
von Erzen in einer sogenannten Flugstaubwolke durchzuführen, bei der das zu behandelnde
Erz mit einem Trägergas davongetragen wird. Solche Verfahren unterliegen gleichfalls
der Schwierigkeit, daß das infolge der Reduktion sich vergröbernde Erz aus der Flugstaubwolke
ausfällt und damit der weiteren reduzierenden Einwirkung entzogen wird.
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Einige bekannte Verfahren suchen eine ausreichende Reduktionsgeschwindigkeit
bei so tiefen Temperaturen, daß eine Agglomeration der Reduktionsprodukte vermieden
wird, dadurch zu erzielen, daß sie bei erhöhten Drucken arbeiten. Solche Verfahren
sind der höheren Drucklage entsprechend mit dem Nachteil der schwierigen Handhabung
und der erhöhten Betriebskosten verbunden.
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Das vorliegende Verfahren bezweckt eine weitgehende Reduktion des
Eisenerzes zu erreichen und den Fließzustand auch dann aufrechtzuerhalten, wenn
das Erz infolge des vorgesehrittenen Sauerstoffabbaues zur Agglomeration neigt.
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Das neue Verfahren, das vorteilhaft mit dem Begriff »Fließ-Sinkverfahren«
beschrieben wird, besteht darin, daß die Erzreduktion in einem Hilfsfließbett erfolgt,
das von einem anderen feinkörnigen Feststoff als das zu reduzierende Erz mit einem
Trägergas gebildet wird. Das zu reduzierende Erz wird in dieses Hilfsfließbett eingeführt
und während seiner Anwesenheit in diesem reduziert. Das Erz kann hierbei selbst
teilhaben an dem Wirbelzustand der Feststoffteilchen in dem Fließbett
- wenn es nämlich selbst genügend feinkömig ist.
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Da ein derartiges Fließbett mehrere nach spezifischem Gewicht und/oder
Korngröße verschiedene Komponenten hat, wird es im folgenden in Analogie zur Nomenklatur
der Nachbargebiete der Physik als »Heterogenes« Fließbett im Gegensatz zu den eingangs
erwähnten »Homogenen« Fließbetten bezeichnet.
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Wenn ein fortgeschrittener Reduktionsgrad erreicht ist, findet eine
allmähliche Agglomeration des im heterogenen Fließbett reduzierten Erzes statt.
Das Reduktionsprodukt scheidet aus dem Schwebezustand infolge seiner Kornvergröberung
aus und sinkt in dem in Takt bleibenden Hilfsfließbett sich ständig
weiter
vergröbernd langsam nach unten, von wo es als Endprodukt aus dem Fließbett ausgetragen
werden kann.
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Man kann nach diesem Verfahren aber auch von vornherein von einer
gröberen Erzkörnung ausgehen, die infolge ihrer Größe in das eigentliche Fließbett
nicht aufgenommen wird, sondern in diesem nach unten sinkt. Die Durchfallgeschwindigkeit
hängt hierbei außer von den Eigenschaften des Hilfsfließbettes von der Korngröße
des Erzes ab. Diese wird zweckmäßig so gewählt, daß das Erzkom bei Erreichen des
Bodens des Fließbettes den gewünschten Reduktionsgrad hat.
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Der Mechanismus eines solchen heterogenen, aus mehreren Feststoffkomponenten
bestehenden Fließbettes macht es ' erforderlich, daß die Komponente des Hilfsfließbeties
gegenüber der reagierenden bzw. nach unten ausscheidenden Komponente im überschuß
ist.
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Als Feststoff für den Aufbau des Hilfsfließbettes kommen Stoffe
in Frage, die sich selbst an der Reaktion beteiligen, und solche, die selbst unbeteiligt
sind, d. h. neutr-al bleiben.
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Das wichtigste Beispiel für ein an der Reaktion beteiligtes Hilfsfließbett
ist ein solches aus festen Brennstoffen, z. B. Koks entsprechender Körnung. In diesem
Fall wird ein Fließbett aus feinkömigem Koks mit z. B. Kohlenmonoxid als Trägergas
gebildet. In dieses Hilfsfließbett wird Eisenerz eingebracht, z. B. durch Einstreuen
von oben mit einer derartigen Korngröße, daß es entweder sofort langsam durch das
Hilfsfließbett durchfällt oder nach Agglomeration bei Erreichen eines entsprechenden
Reaktionsgrades. Die Temperatur des Hilfsfließbettes wird - z. B. durch Vorheizen
des einzublasenden Trägergases - so hoch gehalten, z. B. auf 700' C,
daß
das Erz mit der Kohle bzw. mit dem Kohlenoxyd des Trägergases reagiert.
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Das reduzierte Produkt sammelt sich am Boden des Fließbettes an und
wird von hier z. B. mit einer -Schnecke ausgetragen.
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Die durch Reaktion mit dem Eisenerz verbrauchte Kohle des Hilfsfließbettes
wird laufend zwecks Aufrechterhaltung des gleichen Verhältnisses von Kohle zu Erz
ergänzt.
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Wird mit einem neutralen Hilfsfließbett gearbeitet, so kann dies z.
B. aus Ca0, Mg0, Al.O., CaCO., MgC03 und anderen derartigen Stoffen bestehen. Als
Trägergas kann ein reduzierendes Gas Wie H21 Co'
CH4 usw. dienen. Das in das
Hilfsfließbett einge# brachte Erz wird auf seinem Wege durch dieses von dem Trägergas
reduziert. Die erforderliche Wärme kann zweckmäßig durch die Vorwärmung des Trägergases
in das Hilfsfließbett eingebracht werden.
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Eine wichtige Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens besteht darin,
daß die für die Durchführung der Reduktion erforderliche Wärme in dem I-Elfsffießbett
durch Verbrennen eines Brennstoffes erzeugt wird. Im Fall, daß das Hilfsfließbett
aus Brennstoff besteht, kann das einfach so erfolgen, daß ein sauerstoffhaltiges
Medium wie z. B. Luft in das Hüfsfließbett eingeblasen wird. Dies erfolgt in einer
derartigen Menge, daß das Verbrennungsgas in der Hauptsache aus CO besteht.
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Im Fall, daß das Hilfsffießbett aus einem neutralen Stoff besteht,
erfolgt das innere Aufheizen so, daß von außen Brennstoff, wie z. B. Öl,
zusammen
mit einem sauerstoffhaltigen Medium, wie z. B. Luft, in das Hilfsfließbett
eingeführt und hier zu einem reduzierenden Gas verbrannt wird. Die Brennstoffmenge
kann hierbei so groß gehalten werden, daß das erzeugte Gas als Trägergas für das
Hilfsfließbett und als Reduktionsgas für das Eisenerz dient.
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Das Einblasen von Öl in ein an sich aus einem neutralen Stoff
aufgebautes Hilfsfließbett k#ann auch ohne Verbrennung desselben erfolgen, so, daß
das Öl in dem Hilfsfließbett nur gekrackt wird. In diesem Fall tritt als
weitere Feststoffkomponente in dem heterogenen Fließbett der feinverteilte Krackkohlenstoff
auf.
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Eine weitere Möglichkeit zur Einführung von Wärme in das Fließbett
besteht darin, daß man Festteilchen in erhitztem Zustand dem Fließbett zuführt.
Dies kann in an sich bekannter Weise z. B. so geschehen, daß man bei einem aus feinkörnigem
Koks bestehenden Fließbett den Koks außerhalb des Fließbettes durch Verbrennung
mit Luft erhitzt und das erhitzte Produkt in das Fließbett einführt. Diese äußere
Erhitzung des Fließbettes kann auch so erfolgen, daß man -ständig einen Teil
der das Fließbett bildenden Feststoffteilchen aus diesem abzieht und nach entsprechender
Aufheizung wieder zuführt.
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Bei dem vorliegenden Verfahren kann es zweckmäßig sein, wie es auch
schon von den homogenen Fließbetten her bekannt ist, mehrere Fließbetten hintereinander
zu schalten, derart, daß z. B. das Reduktionsgas zu seiner besseren Ausnutzung hintereinander
verschiedene Fließbetten durchströmt, die sich in dem Reduktionsgrad des in ihnen
aufgegebenen Erzes oder Zwischenproduktes unterscheiden. Eine besondere Form dieser
Hintereinanderschaltung besteht darin, daß das Erz in einem heterogenen Fließbett
mit einem Brennstoff-Hilfsfließbett zu Ende reduziert wird, während es in einem
anderen heterogenen Fließbett mit einem neutralen Hilfsfließbett, wie z. B. Al.O.,
vorreduziert wird. Das Träger- und Reduktions,cras für das zweite heterogene Fließbett
ist in diesem Fall das in dem ersten aus der Kohle erzeugte CO-haltige Gas.
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Eine weitere derartige Verbundmöglichkeit ist das Zusammenschalten
eines heterogenen Fließbettes mit einem Schachtofen. Dies kann z. B. so erfolgen,
daß die Vorreduktion in einem heterogenen Fließbett mit Brennstoff als Hilfsfließbett
erfolgt, während die Fertigreduktion in einem Schachtofen im Festbett erfolgt, und
zwar mit dem im heterogenen Fließbett aus Kohle erzeugtem CO-haltigen Gas.
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Es sind natürlich noch andere derartige Kombinationen möglich.
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Der Grundgedanke des heterogenen Fließbettes mit Hilfsffießbett ist
nicht auf die Eisenerzreduktion beschränkt. Er kann überall da Anwendung finden,
wo ein Fließbett mindestens zwei nach spezifischem Gewicht und/oder Teilchengröße
verschiedene Feststoffkomponenten enthält, von denen mindestens eine im Verlauf
der Reaktion infolge ihrer Schwere nach unten sinkt und als Reaktionsprodukt in
angereicherter Form ausgetragen werden kann.
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Es gehört weiter zum Bereich der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen
anzuwenden, die die Abscheidung des Reaktionsproduktes aus dem Hilfsffießbett fördern.
Als solche Maßnahme kommt für Eisen als Reaktionsprodukt die Anwendung eines magnetischen
Feldes in Frage, nach dessen Polen hin sich die Reaktionsprodukte innerhalb des
an sich unmagnetischen Fließbettes orientieren. Allgemein
kommt
in Frage die Anwendung von Zentrifugalkräften an Stelle oder zur Verstärkung der
Gravitation und die Anwendung von Schwingungen wie Schall oder Ultraschall.