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Anlage zum Herstellen von Eisen durch kontinuierliches Reduzieren
von Erzen auf einer hochgekohlten Eisenschmelze Es sind mehrfach Verfahren zum kontinuierlichen
Herstellen von Eisen aus Erzen unter Verwendung von flüssigem, hochgekohltem Eisen
als Reduktionsmittel (»flüssiger Kohlenstoff«) vorgeschlagen worden. Ein bekanntes
Verfahren benutzt für diesen Zweck zwei getrennte, das Eisenbad enthaltende Herde,
die kommunizierend miteinander verbunden sind. In einem der Herde werden die Kohlungsmittel
für das Eisenbad eingetragen. Um den Reduktionsprozeß kontinuierlich zu gestalten,
müssen Mittel vorgesehen sein, die es sicherstellen, daß der dem Eisenbad durch
die Reduktion entzogene Kohlenstoff fortlaufend ersetzt wird. Sie reichen bei dem
bekannten Verfahren 'nicht aus. Bei einem eigenen älteren Verfahren geschieht die
Aufkohlung der Grundschmelze dadurch, daß von dem durch die Reduktion der Erze an
Kohlenstoff verarmten Eisen aus einem mit einem Hauptherd kommunizierend verbundenen
Nebenherd bedarfsweise ein Teil in einen vakuumdichten Behälter gesaugt, dort aufgekohlt
und danach an den Nebenherd zurückgegeben wird. Das Ablassen des aufgekohlten Eisens
in den Nebenherd kann entweder durch Heben und nur Senken des unten offenen, in
die aufzukohlende Schmelze des Nebenherdes eintauchenden evakuierten Behälters oder
durch Änderung des Drucks in dem Behälter geschehen,. der zu diesem Zweck entweder
mit der Außenluft in Verbindung gebracht oder mit dem aus der Erzreduktion stammenden
Gas unter Druck gesetzt wird. Dieses Aufkohlungsverfahren arbeitet diskontinuierlich.
Nachteilig ist dabei der ständige Wechsel im Kohlenstoffgehalt der Schmelze, der
den Reduktionsablauf und die Leistung der Anlage ungünstig beeinflußt.
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Der Erfindung liegt eine grundsätzlich andere Art des Aufkohlungsprinzips
zugrunde, das sich daraus ergibt, daß die im Hauptherd der Anlage befindliche Grundschmelze
ständig mit dem Kohlungsmittel in Verbindung bleibt, indem sich der Hauptherd in
einen mit dem Kohlungsmittel stets beschickt gehaltenen Nebenherd fortsetzt; der
zu diesem Zweck als Gestell eines Schachtofens ausgebildet ist. Ein wechselweiser
Betrieb des Schachtofens mit Unter-und überdruck dient dazu, die Lösungsgeschwindigkeit
des Kohlungsmittels zu erhöhen und den aufgekohlten Anteil der Grundschmelze über
den Reduktionsherd zu verteilen sowie die Grundschmelze unter der Erzdecke in ständiger,
die Reduktion fördernder Bewegung zu halten.
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Danach ist Gegenstand der Erfindung eine Anlage zum Herstellen von
Eisen durch kontinuierliches Reduzieren von Erzen auf einer hochgekohlten Eisenschmelze
eines Hauptherdes und Ergänzen des bei der Reduktion verbrauchten Kohlenstoffs in
einer Vakuumkammer, die einen Teil der aufzukohlenden Eisenschmelze einem mit dem
Hauptherd kommunizierenden Nebenherd entnimmt, aufkohlt und danach an den Nebenherd
zurückgibt. Das Neue und Erfinderische an dieser Anlage besteht darin, daß der mit
dem Hauptherd kommunizierende Nebenherd aus dem Gestell eines mit dein Kohlungsmittel
gefüllten Schachtofens besteht und Mittel vorgesehen sind, in dem Schachtofen periodisch
Unterdruck und darauffolgend Normal- oder überdruck zu erzeugen.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung vorzugsweise zu verwendende Anlage 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 ist stirnseitig ein schachtartiger
Behälter 3 angeschlossen. Das Gestell 4 dieses Schachtes stellt den Nebenherd des
Hauptherdes 1 dar. Es ist mit dem Hauptherd kommunizierend verbunden. Im gezeichneten
Falle hat der mit einem Flachherd verbundene Schacht 3 rechteckigen Querschnitt.
Der Reduktionsherd kann aber auch ein Rundherd sein, an den das Gestell 4 des Schachtes
3 als Nebenherd vorteilhaft mit sichelförmigem
Querschnitt angeschlossen
ist. Die an die Stirnwand des Ofens angeschlossene Schachtwand 5 endet dabei - zweckmäßig
auf ihrer ganzen Breite - mit der Stirnwand des Ofens zusammen über dem Boden des
Reduktionsofens, so daß hier eine großflächige, den Reduktionsofen und das Geste114
des Schachtes 3 kommunizierend verbindenden Öffnung 7 für den Durchgang der Eisenschmelze
entsteht. Die Begichtung des Schachtes 3 mit Kohlungsmitteln erfolgt durch einen
mit Schleusen 8, 9 ausgestatteten Gichttrichter, der an den allseitig gasdicht ummantelten
Schacht 3 gasdicht angeschlossen ist. Die Beschickung des Reduktionsofens 2 mit
Erz und Zuschlägen erfolgt zweckmäßig durch einen bekannten, aus zwei Verteilerglocken
bestehenden Gichtverschluß. Der Reduktionsofen ist durch die in F i g. 2 schematisch
angedeuteten Brenner 1® 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 kreisende Bewegung
des Bades erzeugen.
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Die bei der Reduktion der Eisenerze entstehenden Reaktionsgase verlassen
den Reduktionsofen über die Abgasleitungen 11, 12, 13. Ein Teil des Gases
wird dem Ofen durch die Leitung 14 entnommen, die zu einem Kompressor 15 führt,
der über die Leitung 16 in ein Standrohr 17 fördert, das bei 18 in die Gicht des
Schachtofens 3 mündet. An dieses Standrohr ist ferner eine zu einer Vakuumpumpe
19 führende Saugleitung 2® angeschlossen. Kompressor 15 und Vakuumpumpe 19 sind
durch Schieber 21 bzw. 22 gegen das Standrohr 17 abzuschließen. Ein oberhalb dieser
Schieber im Standrohr befindlicher Schieber 23 dient zum Abschluß des Standrohres
gegen die Atmosphäre.
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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 der Schacht 3 der Anlage mit Kohlungsmitteln, z. B. mit Kleinkoks,
gefüllt ist, wird Roheisen auf den Herd 1 des Reduktionsofens chargiert. Der Badspiegel
I des Metalls erstreckt sich danach durch den Reduktionsofen und das Gestell des
Schachtes 3. Bei genügender Höhe der Kohlungssäule stützt sich diese auf dem Boden
des Gestells 4
ab. Andernfalls taucht sie nur zu einem kleineren Teil in das
chargierte Roheisen ein.
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Nunmehr beginnt über den Verteilungstrichter 24 die Aufgabe des zu
reduzierenden, mit schlackengebenden Zuschlägen versetzten Erzes auf den Badspiegel
I des Eisenbades. Die sich bei der Reduktion der verschlackten Eisenerze bildenden,
vornehmlich aus Kohlenoxyd und Kohlensäure bestehenden Reduktionsgase verlassen
den Reduktionsofen über die Leitungen 11, 12, 13. Bei geschlossenen Schiebern 21,
23 wird nun durch die Vakuumpumpe 19 im Schacht 3 der Anlage Unterdruck erzeugt
und dadurch ein Teil des im Herd 1 befindlichen Eisens im Schacht 3 auf das Niveau
II angehoben. Dabei durchspült das Eisen den entsprechenden Teil der Kokssäule K
und reichert sich dabei an Kohlenstoff an. Nach einiger Zeit wird dann der Saugschieber
22 geschlossen und der das Standrohr mit der Außenluft verbindende Schieber 23 geöffnet.
Danach fällt der Badspiegel II auf das Badniveau I zurück, und zwar unter gleichzeitiger
Beförderung einer entsprechenden, nunmehr aufgekohlten Eisenmenge in den Reduktionsofen
2.
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Anstatt den Rücktransport des in das Kohlungsmittel eingesaugten Eisens
durch die Verbindung des Schachtes 3 mit der Außenluft zu bewerkstelligen, kann
er auch durch Anlegen eines Überdrucks im Schacht erfolgen. Zu diesem Zweck wird
der im Standrohr befindliche Schieber 23 geschlossen und der Schieber 21 geöffnet.
Der Kompressor 15 fördert alsdann, und zwar mit einstellbaren Drücken, Reduktionsgas
in den Kohlungsschacht 3. Je nach der Höhe des Druckes kann die im Schacht 3 anstehende
Eisensäule von dem Niveau II auf das Niveau III oder das unter den Trennwänden 5,
6 verlaufende Niveau IV gesenkt werden. Im letzteren Falle wird die im Schacht 3
auf der Eisensäule stehende und aus dem Kohlungsmittel stammende Schlacke mit in
den Reduktionsofen 2 gedrückt, wo sie durch die Schmelze hindurch auf deren Oberfläche
ansteigt. Es dürfte zweckmäßig sein, nach dem Saugzug stets mit einem solchen Überdruck
zu arbeiten, daß sich ein Pendeln der Eisensäule zwischen den Badspiegeln II und
IV ergibt, weil dann nämlich auch ein Teil des Reaktionsgases durch die auf dem
Herd befindliche Schmelze hindurchgedrückt und auf diese Weise eine zusätzliche
Badbewegung erzeugt wird. Bedeutsamer ist aber noch, daß die in dem Druckgas enthaltene
Kohlensäure beim Durchgang durch das im Gestell 4 auf hoher Temperatur befindliche
Kohlungsmittel zuvor zu Kohlenoxyd reduziert worden ist, das im Reduktionsherd neben
dem hochgekohlten Eisenbad noch nicht unbedeutsame Reduktionsarbeit leistet.
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Der Abstich des aus den laufend 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
mit 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 dem Verteilertrichter
24 eine nicht gezeichnete Drehrohrtrommel vorgeschaltet wird, in der sich Erz und
Reduktionsgas im Gegenstrom bewegen.
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Im gezeichneten Fall ist der mit dem Reduktionsofen 2 verbundene Schacht
3 als Kohlungsschacht ausgebildet. Die Anlage kann aber auch so beschaffen sein,
daß an die Stelle des Kohlungsschachtes ein in sich geschlossener, mit dem Herd
1 des Reduktionsofens kommunizierender leererDruckbeliälter tritt und ihm gegenüber
oder an anderen Stellen des Reduktionsofens 2 einfache, oben offene und daher bequem
zu beschickende, mit dem Hauptherd 1 kommunizierende Kohlungsbunker angeordnet sind.
Der abwechselnd auf Unter-, Normal- oder Überdruck zu schaltende Druckbehälter stellt
dann nichts anderes dar als eine Pumpe, die je nach der Schaltung das im Reduktionsofen
2 befindliche Metall in den oder die Kohlungsbunker pumpt bzw. es diesen wieder
entnimmt, so daß in den Kohlungsbunkern
ein ständiges Durchspülen
des Kohlungsmittels zustande kommt, das sich in dem über den Hauptherd l bewegten
Eisen rasch löst und aufgekohlt in den Herd zurückgelangt.
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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.