DE1278456B - Verfahren zur Herstellung von Schwammeisen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Schwammeisen

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DE1278456B
DE1278456B DEM57598A DEM0057598A DE1278456B DE 1278456 B DE1278456 B DE 1278456B DE M57598 A DEM57598 A DE M57598A DE M0057598 A DEM0057598 A DE M0057598A DE 1278456 B DE1278456 B DE 1278456B
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Julius Dezsoe Madaras
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JULIUS DEZSOE MADARAS
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JULIUS DEZSOE MADARAS
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    • C21METALLURGY OF IRON
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    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0046Making spongy iron or liquid steel, by direct processes making metallised agglomerates or iron oxide
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Schwammeisen Aus der deutschen Patentschrift 878 948 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schwammeisen oder Eisenpulver durch Reduktion von Eisen-Sauerstoff-Verbindungen mit Kohlenoxyd bekannt, das darin besteht, daß die Eisen-Sauerstoff-Verbindungen in einem annähernd gasdichten, von außen geheizten, mit Kohle und dem durch die Umsetzung des Beschickungsgutes gebildeten gasgefüllten und unter überdruck stehenden Glühraum reduziert wird und nach erfolgter Reduktion während des Abkühlens ein reduzierendes oder neutrales Gas in den Reaktionsraum eingeführt wird. Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens bestehen darin, daß man dabei keine ausreichend gleichmäßige und durchgehende Reduktion von Eisenerz zu einem Produkt von geregelter Porosität und Dichte erhält, daß das Reaktionsraumvolumen nur ungenügend ausgenutzt wird und die Beschickung der Reaktionskammer mit den Agglomeraten aus Eisenerz und Brennstoff nicht auf mechanischem Wege durchgeführt werden kann. Bei dem bekannten Verfahren muß nämlich zunächst die Bodenschicht aus Reduktionsmittel eingebracht werden, worauf dann die Erzbriketts od. dgl. in solcher Weise eingesetzt werden müssen, daß die Reduktionsgase diese Briketts von allen Seiten bestreichen können, was mit mechanischen Hilfsmitteln nicht möglich ist, sondern Handarbeit erfordert.
  • Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Schwammeisen zu erhalten, das alle diese Nachteile des bekannten Verfahrens vermeidet und Ersparnisse an Zeit, Brennstoff, Kosten für die Betriebsführung und Arbeitsaufwand mit sich bringt.
  • Das Verfahren zur Herstellung von Schwamm- eisen durch Umsetzung von Eisenerz und Brennstoff bei erhöhter Temperatur unter überdruck in einem Druckbehälter mit Gaseinleitung und anschließende Abfährung der entstandenen Gase aus dem Druckbehälter bei Verminderung des Druckes nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Masse aus feinteiligem Eisenerz und feinteiligem Brennstoff mit einem flüssigen Bindemittel zu Agglomeraten vermischt wird, diese in den Druckbehälter eingebracht werden, ein freien Sauerstoff enthaltendes Oxydiergas in den beschickten Druckbehälter eingeführt und die Verbrennung darin bei überdruck ausgelöst wird, die Verbrennungsprodukte teilweise aus dem Druckbehälter unter Druckverminderung abgezogen werden, der Zyklus von Einführung von Oxydiergas bei überdruck und Entziehung der entstandenen Gase unter Druckverminderung wiederholt wird, bis die Brennstoffverbrennung vollständig geworden ist, darauf durch wiederholte Einleitung von heißem Reduziergas in die erhitzte Masse mit abwechselnder Entziehung restlichen Gases aus der erhitzten Masse eine Reduzierbehandlung bewirkt wird, bis der erforderliche Reduktionsgrad erreicht ist, und Schwammeisen gewonnen wird.
  • Nötigenfalls wird das Eisenerz auf eine Größe gebrochen, die einen relativ freien Durchgang von Luft oder sonstigen Gasen unter mäßigem Druck durch die ganze Materialschicht gestattet. Wenn das Material ursprünglich in einem feiner verteilten Zustande vorliegt, wird es auf eine ungefähre Größe von 2 bis 51 mm oder mehr agglomeriert. Das zu erhitzende Material wird mit einem Brennstoff, wie Koks, Ruß, gepulverter Holzkohle oder sonstigen festen Brennstoffen, in solcher Weise vermischt, daß das Brennmaterial mehr oder weniger gleichförmig durch die ganze Mischung verteüt ist. Im Falle von Sulfiderzen kann ein Teil des notwendigen Brennstoffes zur Erhitzung oder Sinterung bereits in dem Erz enthalten sein.
  • Um erforderlichenfalls eine angemessene Festlegung des Materialgemisches an Ort und Stelle zu erzielen, wird ein flüssiger Binder, wie Wasser oder wasserhaltiges Kohlehydratmaterial, z. B. Holzbrei oder Schlammabfall, verwendet. Außer festem Brennstoff kann auch etwas Kohlenwasserstoffmaterial zugesetzt werden. In einem solchen Fall muß der Heizwert des Bindemittels als teilweiser oder völliger Ersatz der Brennmaterialien in Rechnung gestellt werden, die zur Erzielung der gewünschten Erhitzung verwendet werden müssen. - Ein Bindemittel muß aus folgenden Gründen verwendet werden. Wie erwähnt, wird das eingebrachte Gemisch im Durchgang von Gasen durch die Beschickung stoßweise oder nicht ausgesetzt. Wenn man diesen Gasfluß durch die Beschickung mit einer praktisch wirtschaftlichen Geschwindigkeit zuläßt, wird er leicht zum Aussseigern des Brennmaterials aus dem Erzmaterial führen mit der Folge einer mangelhaften Erhitzung in Teilen der Beschickung und zu starker Sinterunor anderer Teile, wenn ein Bindemittel nicht verwendet wird.
  • Die Vermischung von gebrochenem Erz oder rohem Kalkstein mit der berechneten Menge Brennstoff und Bindemittel kann in jeder geeigneten Mischeinrichtuno, durchaeführt werden. Die zu verwendende Bindemittelmenge läßt sich am besten als die Mindestmenge beschreiben, die notwendig ist, um die Beschickungsmaterialien einschließlich des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes zu einem solchen Grade zu befeuchten, daß praktisch der ganze Brennstoff gleichmäßig um die Mineralteilchen verteilt ist und an diesen haftet. Diese Mindestmenge wird bei verschiedenen Bindemitteln und verschiedenen Mineralien nicht gleich sein, aber bei den meisten Eisenerzen schwankt das Wasser zwischen 4 und 6 Gewichtsprozent des Erzes. Die Mischung wird dann in eine geeignet konstruierte Druckretorte eingebracht.
  • Eine Geräteart, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist, zeigt die Zeichnun-. Das Außengehäuse einer Druckretorte 10 ist in geeigneter Weise mit einer feuerfesten Auskleidung 11 versehen, die in vielen Fällen fortgelassen werden kann. Ein gasdichter Deckel 12 ist auf die Retorte mittels Knaggen 13 und Bolzen 14 aufgesetzt und kann abgenommen werden, wenn das Gemisch in die Retorte eingebracht oder herausgenommen wird. Eine mit einem Regelventü 16 versehene Einlaßleitung 15 ist an einer Quelle für Druckluft oder Gas angeschlossen, während eine andere Leitung 17 als Auslaß dient und durch ein Ventil 18 gesteuert wird. Das Regelventil 18 dient zum Anschluß der Auslaßleitung 17 an einen Vakuumbehälter 19 und kann so betätigt werden, daß dieser Vakuumbehälter umgangen und ein unmittelbarer Anschluß an eine Auslaßleitung 20 je nach Wunsch hergestellt wird. Dieses Ventil kann eine beliebige Konstruktion haben und von Hand oder mechanisch betätigt werden. Es kann auch automatisch betätigt und durch Unterschiede im Druck zwischen der Retorte und dem Vakuumbehälter oder der Absaugleitung gesteuert werden.
  • Zur Erläuterung ist die Retorte so dargestellt, daß sie mit einer Mischung von Kalkstein 21 und Koks 22 beschickt ist, obgleich auch andere Materialien durch das vorliegende Verfahren, wie nachstehend dargelegt werden soll, verarbeitet werden können.
  • Nachdem die Retorte beschickt ist, wird heiße Druckluft durch Ventil 16 eingelassen, während Ventü 18 geschlossen bleibt. Die heiße Luft entzündet das kohlenstoffhaltige Material in der Beschickung, und nach einer geeigneten Zeitdauer wird Ventil 16 geschlossen, um die Luft abzuschalten, und Ventil 18 geöffnet, um die gasförmigen Verbrennungsprodukte durch die Abgasleitung 20 entweichen zu lassen. C - im Dann wird Ventil 18 geschlossen und weitere heiße t2 Luft in die Retorte eingelassen, und der Kreislauf wird wiederholt. Durch abwechselndes öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile wird Luft wiederholt in die Beschickung eingeblasen, und die Verbrennungsprodukte werden zusammen mit anderen Gasen und Dämpfen abgesaugt. Auf diese Weise wird die ganze Beschickung in der Retorte erhitzt und ihre chemische Zusammensetzung verändert. In einigen Fällen kann man nur eines der Ventile betätigen, während das andere offen gehalten wird, um noch eine ausreichende Pulsierung der Luft durch die Masse vorzusehen, so daß eine wirksame Erhitzung und Umsetzung der Beschickung erzielt wird. Das Wesen und die Vorteile der Erfindung werden sich noch deutlicher aus der folgenden Erläuterung ergeben.
  • Heiße Luft, die den Koks oder sonstiges kohlenstoffhaltigges Material verbrennt, ergibt eine hohe Temperatur, und die Hitze wird rasch in das Innere der Beschickungsklumpen geleitet. Der Wärmeabfall zwischen der Oberfläche und der Innenseite der Klumpen ist größer, als bei Verwendung nicht erhitzter Luft erreicht werden kann. Die hohe Temperatur von Luft und Koks an der Verbrennungsstelle unterstützt die Zündung des Kokses schneller und ergibt eine raschere Verbrennung. Nicht erhitzte Luft kann jedoch auch verwendet werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
  • Wenn die Kalksteinstücke erhitzt werden, entweicht Kohlendioxvd in Gasform aus dem Kalkstein und hinterläßt Kaikstücke. Wenn die Verbrennung allmählich abwärts schreitet oder, sofern eine solche Heizanordnung erwünscht ist, aufwärts schreitet, verbleibt eine heiße Schicht, in der die Verbrennung abgeschlossen ist. Nach Einblasen heißer Luft in die Beschickung umgibt ein Teil der Luft die Stücke oder Teile der Beschickung, aber wenn der Druck sich aufbaut, dringt die heiße Luft in die Poren der Klumpen oder Stücke ein. Wenn der Druck nach Öffnung des Ablaßventils entlastet wird, fördert die Luft die Verbrennung, indem sie durch die heißen, unverbrannten Koksschichten geht, während sie aus der Retorte entweicht.
  • Wiederholte Einblasung von heißer Luft in die Beschickung schaltet die Bildung von Luftkanälen durch die Masse aus, verbrennt die Brennstoffe wirtschaftlicher, liefert höhere Temperatur und erhitzt die Beschickung gleichföriniger als gewöhnlich angewandte Methoden.
  • Die Temperatur der heißen Luft, die durch das Einlaßventil zugelassen wird, steigt weiter an, wenn sie die Oberfläche der heißen Beschickungsstücke berührt. Wenn der Druck sich innerhalb der Retorte aufbaut, wird die Luft in die Poren der Klumpen oder Stücke getrieben und führt die Wärme in diese mit einer höheren Geschwindigkeit ein, als wenn die Wärme der Innenseite der Stücke durch Wärmeleitung allein zugeführt würde. Dies gilt um so mehr, als die äußeren erhitzten Teile der Stücke poröser und weniger wärmeleitend werden, nachdem die Außenfläche caleiniert worden ist. Ohne die von der Erfindung vorgesehenen Druckpulsierungen wird die Caleinierung der Stücke schwieriger, wenn der Außenteil fortschreitend poröser und weniger wärmeleitend wird. Diese Schwierigkeit nimmt zu, wenn das Kohlendioxyd beginnt, sich im Innern der Stücke zu bilden, da es beim Entweichen aus den Stücken dem Einfluß der Wärineleitung entgegenwirkt und auch die Außenfläche der Stücke abkühlt. Im Gegensatz hierzu wird bei schwankendem Druck die heiße Luft in die Stücke durch die poröse Außenfläche getrieben. Die heiße Luft, die in die Stücke getrieben wird, führt ihre Wärme unmittelbar dem Inneren der Stücke zu und dient auch dazu, mechanisch etwas Wärme von der Außenfläche unmittelbar in die Stücke hineinzutreiben.
  • Außerdem erzeugt die mechanische Wirkung des Einpressens der Luft in die Stücke eine viel raschere Porenbildung, als sie sonst durch die Wirkung des Kohlendioxyds auftreten würde, das versucht, aus den Stücken zu entweichen. Durch die Druckschwingungen des vorliegenden Verfahrens wird die Calcinierung des Kalksteines oder mit anderen Worten die Entfernung des Kohlendioxyds aus den Stücken zum Teil durch die Wärme und zum Teil durch die mechanische Kraft des Druckdifferentials hervorgerufen.
  • Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich beim Brennen von Kalkstein nach dem vorliegenden Verfahren, sofern das abgezogene Kohlendioxyd für chemische Zwecke weiter verwendet werden soll. Das Kohlendioxyd wird nämlich in dem abgesaugten Gas infolge der wirksameren Luftausnutzung konzentrierter mit der Folge, daß weniger Luft benötigt wird und daher weniger Stickstoff in den Gasen vorhanden ist. Dieser Effekt kann noch gesteigert werden, indem man die Luft mit Sauerstoff anreichert oder gewünschtenfalls überhaupt Sauerstoff verwendet. Im letzteren Fall ist es nicht notwendig, den Sauerstoff vorzuheizen.
  • Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Calciniertemperatur auf einen Punkt gesetzt werden kann, wo der Kalk nur eine geringe Neigung hat, zu schmelzen oder mit den erdartigen Verunreinigungen, wie Tonerde oder Kieselsäure, oder mit den Materialien in der Isolierung der Retortenwand zu verschlacken. Ferner wird durch die Erfindung der Mangel der üblichen Calciniennethoden beseitigt, bei denen ein beträchtlicher Teil des Calciumearbonates im Zentrum der Stücke nicht calciniert wird und mit beträchtlichen Kosten entfernt werden muß.
  • Wenn nicht erhitzte Luft verwendet wird oder wenn es notwendig ist, erhitzte Luft zu verwenden, kann kohlenstoffhaltiges Material auf die Oberseite der Beschickung aufgesprüht und entzündet werden, bevor die Retorte geschlossen wird. Wenn man heiße Luft verwendet, kann ihre Temperatur derart sein, daß sie den Brennstoff auf der Oberseite des Gemisches entzündet.
  • Von dem Zweck, für den das Verfahren nach der Erfindung angewandt wird, hängt es ab, ob man nicht erhitzte oder heiße Luft verwenden soll. Wenn die Mineralbeschickung ohne weitere Behandlung nach Sinterung, Calcinierung, Röstung, Entschwefelung usw. gekühlt werden soll, dann wird nicht erwärmte Luft wirtschaftlicher sein. In solchen Fällen aber, wo es vorteilhafter ist, die erhitzte oder geröstete Beschickung auf einer hohen, im wesentlichen geregelten Temperatur zu belassen, ist heiße Luft weit zweckmäßiger und wirtschaftlicher. In einem solchen Fall wird die heiße Luft die Beschickung nicht nur auf der gewünschten hohen Temperatur hinterlassen, sondern zusätzlich ihre eigene fühlbare Wärme an die ganze Masse abgeben, die zurückgehalten wird. Gewöhnlich kann die Temperatur dieser heißen Luft so geregelt werden, daß etwa die Hälfte der zur Erhitzung der Masse und Aufrechterhaltung ihrer erwünschten hohen Temperatur erforderlichen Wärme in die Beschickung durch die heiße Luft eingebracht wird, und damit wird der in die Mineralien ein-zumischende Brennstoff auf ungefähr die Hälfte Menge vermindert. Da die durch die Beschickung zu pumpende Luftmenge dem Brennstoff proportional ist, wird nur etwa halb soviel Luft bei Verwendung von Heißluft wie bei nicht erhitzter Luft benötigt. Dies ergibt auch eine Verkürzung der Erhitzungsdauer auf etwa die Hälfte.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Masse von zerteiltem Eisenoxyd homogen mit festem kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einer Menge flüssigem Binder vermischt, der ausreicht, um die ganzen Bestandteile der Mischung während der folgenden Stufen praktisch an ihrer Stelle zu fixieren. Die Mischung wird in ein gasdichtes Druckgefäß eingebracht, Luft wird eingeblasen, und die Brennstoffverbrennung wird ausgelöst, so daß der Druck über Luftdruck ansteigt, die Verbrennungsprodukte werden aus der Beschickung abgesaugt, um den Druck zu senken, der periodische Wechsel von Lufteinblasen und Absaugen der Verbrennungsprodukte wird wiederholt, bis die Erze eine gleichförmige Reduziertemperatur erreicht haben, dann werden die festen Stoffe mit einem reduzierenden Gas geblasen, und anschließend werden die gasförmigen Reaktionsprodukte abgezogen, bis der gewünschte Zustand der Erzreduktion erreicht und Schwammeisen auf diese Weise hergestellt ist.
  • Im allgemeinen ist im Fall von Eisenerz ungefähr 2 bis 3 0/0 Koksgruß für Heizzwecke erforderlich. Wenn eine SchmeLzung der Masse benötigt wird, kann die Menge auf 4 bis 5 1/o gesteigert werden. Die gewünschte Menge zur Erreichung eines bestimmten Zweckes bei einem bestimmten Material läßt sich vom Betriebsfachmann leicht ermitteln und braucht hier nicht weiter erläutert zu werden.
  • Die wiederholte Einblasung und Absaugung von Luft durch die Beschickung schaltet nicht nur eine Kanalbildung aus, sondern unterstützt auch die durchgehende und wirksame Erhitzung der Stücke. Außerdem wird durch die pulsierende heiße Luft praktisch der ganze Schwefel aus dem Erz herausgebrannt und hinterläßt ein poröseres Erz für die anschließende Reduktionsbehandlung mit reduzierendem Gas. Die Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in Gegenwart der heißen Luft hinterläßt die ganze Beschickung bei einer so hohen gleichförmig geregelten Glühtemperatur und mit gleichförmig geregelter Porosität und Dichte, wie sie durch andere bekannte Verfahren, wenn überhaupt, nur mit großer Schwierigkeit zu erreichen wären.
  • Wenn das Eisenerz zu Eisen reduziert werden soll, wird vorzugsweise die mittlere Erhitzungstemperatur der Masse unterhalb des Sinterungs-, Klinkerbildungs- oder Verschlackungspunktes gehalten, so daß die Reduktion des Erzes mit reduzierenden Gasen nicht schwieriger gemacht wird. Wenn der Erweichungspunkt erreicht oder überschritten ist, wird sich Eisensilikat bilden und die Reduktion des Erzes wesentlich behindern. In ähnlicher Weise werden andere Oxyde'bei der Sintertemperatur des Eisenerzes schmelzen, und Calciumcarbonat oder ähnliches Material wird als Schlackenbildner wirken, um den Schmelzpunkt herabzusetzen und dadurch die anschließende Reduktion des Erzes schwieriger zu gestalten.
  • Das Verfahren nach der Erfindung kann jedoch auch angewandt werden zur Sinterung oder sogar Schmelzung der ganzen Eisenmasse. Ein solches geschmolzenes oder übersintertes Erz ist viel dichter als gewöhnlicher Erzsinter und kann in vorteilhafter Weise als ein Luppeneisenerz für die Decarbonisierung des Stahlbades im offenen Herd oder im elektrischen Ofen verwendet werden, da die schweren dichten Brocken leicht durch die geschmolzene Schlacke herabsinken, die das geschmolzene Stahlbad bedeckt.
  • Es ist zu bemerken, daß Hammerschlag oder Walzsinter auch nach dem vorliegenden Verfahren gesintert und geschmolzen werden kann, so daß es schwere Brocken bildet. Dies ist besonders wertvoll deshalb, weil Hammerschlag verhältnismäßig reines Eisenoxyd ist und kein Schlackenmaterial oder nur eine sehr geringe Menge hiervon enthält. Nach Behandlung in der Retorte kann das Material durch eine Walze oder Presse gegeben werden, um es auf die gewünschte Größe zu formen.
  • Wenn eine vollständigere Schmelzung oder Erweichung der Masse nach ihrer Erhitzung hervorgerufen werden soll, wird Reduziergas, wie Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd, wiederholt in die heiße Beschickung eingeblasen, so daß sie teilweise reduziert wird. Heiße Luft wird dann wiederholt eingeblasen, um das teilweise reduzierte Erz wieder zu oxydieren; dadurch ergibt sich eine zusätzliche Wärmemenge innerhalb der Beschickung, die ausreicht, das Erz zu erweichen. Die gewünschte Temperatur kann dadurch erreicht werden, daß man die Menge brennbares Material und die Lufttemperatur sowie den Reduktionsgrad des Erzes regelt, der wiederum weitgehend durch die Menge des verwendeten Reduziergases bestimmt ist.
  • Die Masse der in das gasdichte Druckgefäß eingebrachten Mischung bietet einen beträchtlichen Widerstand gegen den Gasdurchfluß. Dieser Widerstand wird hauptsächlich durch die Größe der Stücke, die feinen Teilchen in der Masse, die Feuchtigkeit und die Höhe der Beschickung bestimmt. Gewünschtenfalls kann die Dichte der Masse zu Beginn der ErhitzÜng dadurch gesteigert werden, daß man schnell einen hohen Luftdruck innerhalb des Druckgefäßes aufbaut. Der Luftdruck an der Oberseite der Beschikkung läßt sich leicht auf dem Wege einregeln, daß man das Einlaßventil öffnet und die gewünschte Kraft zum Niederpressen der Masse durch rasches oder langsames oder mehr allmähliches öffnen des Lufteinlaßventils hervorruft und den Luftdruck regelt. Wenn eine größere Porosität der Beschickung erwünscht ist, kann der Luftdurck in ähnlicher Weise zum Beginn der Erhitzung niedrig sein oder langsamer aufgebaut werden, bis die durch die Masse gehende Luft eine gewisse Porosität zur Senkung des Widerstandes gegen den Gas- oder Luftdurchfluß bewirkt hat. Der Druck kann dann allmählich erhöht werden, um die Porosität der erhitzten oder gesinterten Masse zu regeln. Auch kann ein Druckstoß nur für einige Minuten ausgelöst werden, nachdem die Verbrennung der Deckschicht der Beschickung abgeschlossen ist. Der Gas- oder Luftdruck sowie die Ventilbetätigung zur Hervorrufung des Druckstoßes kann mechanisch kontrolliert und willkürlich verändert werden, je nach den Ergebnissen, die erhalten werden sollen.
  • Eisenerz kann auch mit Kalk oder Kalkstein und kohlenstoffhaltigem brennbarem Material vermischt werden, bevor es in das gasdichte Druckgefäß eingebracht wird. Diese Beschickung wird wie oben beschrieben behandelt und erhitzt. Eine Abscheidung des Kohlenoxyds von 454 g Kalk erfordert jedoch 348 kcal Wärme, wofür Brennstoff außer dem Brennstoff zugesetzt werden muß, der zur Anhebung der Temperatur der Masse benötigt wird. Da nur etwa 126 kcal zur Vorerhitzung von 454 g Eisenerz erforderlich sind, würde das Eisenerz schmelzen oder zu stark erweichen, um anschließend wirksam in fester Form durch Reduziergas reduziert werden zu können. Deshalb ist es in einigen Fällen zweckmäßig, das Druckgefäß abwechselnd mit Schichten aus Eisenerz vermischt mit ihren richtigen Anteilen an kohlenstoffhaltigem Brennmaterial und Kalksteinschichten vermischt mit ihren richtigen Brennstoffanteilen einzusetzen. Die mit dem Kalkstein vermischte Brennstoffmenge beträgt ungefähr das Zwei- bis Dreifache der zur Vorwärmung des Eisenerzes erforderlichen Menge.
  • Indem man dünne Schichten von gebrochenem Kalkstein in vorbestimmten Intervallen quer zur Beschickung vorsieht, wenn man das Gemisch in das gasdichte Druckgefäß einbringt, erzielt man einen anderen, äußerst wertvollen Zweck. Gewöhnlich wird bei einer Vorerhitzung des Erzes auf eine Temperatur oberhalb etwa 1010 bis 1038' C die Masse anfangen, über eine beginnende Erweichung an den Kontaktstellen der Teilchen miteinander und mit dem Brennstoff zu gehen und poröse Brocken zu bilden. Wenn man mit sehr heißem Gas reduziert, wird es ferner in eine große mehr oder weniger feste, aber poröse Masse eindringen, die schwierig zu handhaben oder nach Austragung aus dem Gefäß weiter zu verwenden ist. Wenn jedoch Schichten einer gewünschten Dicke in der obigen Weise gebildet werden, trennen sich diese Schichten und brechen auf. Die Schichten können eine Dicke von etwa 10 bis 25 cm oder gewünschtenfalls auch eine andere Dicke haben. Der Kalkstein wird vorzugsweise auf einer Größe zwischen 3 und 12 mm gebrochen, und die sehr feinen Teilchen werden ausgesiebt. Wenn der Kalkstein eine solche Größe hat, kann er dünn z. B. in einer Schicht von etwa 6 mm aufgeblasen werden, und er kann caleiniert werden, ohne daß man damit Brennstoff vermischt. Der Kalkstein dient dann als Flußmittel beim Schmelzen des reduzierten Schwammeisens.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist es mit dem Verfahren der Erfindung zweckmäßig und wirtschaftlich, eine Erzbeschickung für die Verwendung auf dem offenen Herdofen zuzubereiten. Zu diesem Zweck muß das Erz klumpig und porös, aber schwer sein und bei hoher Temperatur zwischen etwa 1205 und 13151 C vorbereitet sein. Jede beliebige schwere Brockengröße wird dadurch erhalten, daß man die Beschickungsschichten regelt und auch ein Rillennetzwerk auf jeder Schicht anbringt und die Rillen mit Klkstein füllt. Nach dem Abstich wird die Masse aufbrechen und sich nicht nur in Schichten, sondern in Brocken der gewünschten Größe längs den Rillenlinien zertrennen. - Selbst wenn die Mindestwassermenge als Bindemittel in der Brennzone eingeführt wird, geht das ganze Wasser in Dampf über, aber unmittelbar unter dieser Zone kondensiert es sich wieder zu Wasser, ,und da dieses abwärts getrieben wird, hat es die Neigung, etwas von den feinen Teilchen des kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes mitzunehmen, die zum großen Teil durch den Filtriereffekt der Beschikkung wieder aufgefangen werden und verbrennen, wenn die Brennzone sie erreicht. Der feinkörnige Brennstoff wird aber immer durch Ausfiltrierung abwärts befördert. Wenn die Beschickung des Erzbettes tief genug ist, z. B. 1,2 bis 1,5 mm oder mehr',' neigt der Brennstoff zur Ansammlung, so daß sein Prozentsatz in der Beschickung zu einem solchen Maß ansteigt, daß beim Fortschreiten der Verbrennungszone zuviel Wänne entwickelt wird und das Erz zu erweichen oder schmelzen beginnt.
  • Um die Beschickung in einer erwünschten gleichmäßigen Weise gemäß dem vorliegenden Verfahren zu erhitzen oder zu sintern, wird eine geringere Brennstoffmenge in dem Gemisch an oder nahe dem Boden der Beschickung verwendet, und die Brennstoffmenge in der Mischung wird stufenweise in der därüberliegenden Beschickung, beginnend mit etwa l' bis 1,5 % am Boden und endend mit 2,5 bis 3 % an der Oberseite, gesteigert. Der Prozentsatz oder die richtige Verteilung hängt zum großen Teil von der physikalischen Natur des Erzes und des Brennstoffes ab und kann leicht von dem Betriebspersonal ermittelt werden. Die Erhitzung vieler Erze ist mit verschiedenerlei Größen und Arten von festem Brennstoff erfolgreich in solcher Weise mit der gewünschten Gleichförmigkeit durchgeführt worden.
  • Außer der Verwendung von Luft oder Sauerstoff in der oben angegebenen Weise kann die Einlaßluft mit einer gewünschten Brennstoffmenge an- der Oberseite des Druckgefäßes oder vor Eintritt in das Druckgefäß verbrannt werden, um dann bei einer vorbestimmten Temperatur durch die Beschickung zu gehen. Diese Einlaßluft soll ausreichenden überschüssigen Sauerstoff enthalten, um den Brennstoff in der Beschickung zu verbrennen.
  • In den beschriebenen Fällen erfolgt die beste Erhitzung, wenn die Verfrennungsluft periodisch in das Beschickungsgemisch geführt wird. Durch periodischen Druckwechsel wird frische Luft in unmittelbare Berührung mit dem Brenfistoff in einer engen Brennzone gebracht, die sich quer über das Gefäß erstreckt, während sie durch die Beschickung in Richtung des Luftflusses weiterschreitet. Sofern die Verbrennung auf eine enge Zone in einer bestimmten Zeit beschränkt ist, ergibt sich eine erwünschte Konzentrierung der Verbrennungsreaktion. Dies gestattet oder ergibt eine intensivere örtliche Erhitzung -an der Verbrennungsfläche bei großer Ersparnis an Brennstoff, um einen gegebenen Erhitzungs- oder Sinterungsgrad im Vergleich mit der Erzielung ähnlicher Mindesterhitzung durch die ganze Beschickung durch Verbrennung mit Luft, die in stetigem Fluß zugelassen wird, zu erzielen.
  • Eine sehr gleichförmige Erhitzung oder Sinterung kann sehr rasch und wirkungsvoll durch das Verfahren nach der Erfindung bewerkstelligt werden. Bei einer gleichförmigen Vertteilung von Brennstoff und pulsierender Luft werden alle Teile der Beschickung gleichmäßig und so rasch erhitzt, wie die Luft in jeden Querschnitt des Gefäßes zugelassen wird. Dies gilt besonders beim Sintern, wo eine Mindesterweichungstemperatur in allen Teilen der Beschickung erforderlich ist. Durch Anwendung des vorliegenden Verfahrens braucht kein Teil der Beschickung übersintert zu werden, um eine Sinterung alle Treile der Beschikkung sicherzustellen.
  • Wenn man den Vorteil dieser engen Zone einer progressiven konzentrierten Verbrennung ausnutzt, können lockere Mineralstoffe sehr lose gesintert oder nur an den Kontaktstellen zwischen den Erzteilchen bzw. dort, wo Brennstoffteilchen vorhanden sind, erweicht werden. Diese Art der Sinteruiig läßt sich sehr leicht durch Messung des Brennstoffes und der Lufteinlaßtemperatur für jede Erzart kontrollieren. Bei dieser Sinterung wird die Innenstruktur der Erzteilchen sehr wenig verändert,- während die ganze Gefäßbeschickung zu einer halbfesten Masse erweicht wird, die der scharfen Beanspruchung bei der späteren Behandlung widerstehen kann. Diese Behandlung ist besonders der Sinterung agglomerierter, feingemahlener Erze, wie Taconit" und anderer Flotationskonzentrate angepaßt. In diesem Falle müssen die agglomerierten Teile in einem dauerhaften Zustand fixiert sein, so daß sie der scharfen Behandlung wiederstehen können. Es ist zweckmäßig, das Innere der Granalien oder Pillen so wenig wie möglich zu schmelzen, um die anschließende chemische Behandlung zu erleichtern. Durch das vorliegende Verfahren ist es sehr leicht möglich, diesen Teilen eine durchgesinterte Oberfläche von der erwünschten Dicke zu erteilen, während das Innere unverändert bleibt. B e i s p i ei Das folgende Beispiel einer Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung auf- sehr feine Mineralien beschreibt die Behandlung. von, Taconitkonzentraten, um -sie zu einer brauchbaren Form für weitere Abschmelzung zu sintern, sowie die Behandlung zur Erzeugung von metallischem Schwammeisen unmittelbar in einem einzigen Gefäß. Taconit ig ein Flotationskonzentrat von feinteiligeni Eisenerz der Größe von ungefähr 200 bis 400 Maschen je Zoll, d. h. einer Größe von 0,74 mm und kleiner.
  • Trockener Taconit wird in eine normale Granuliertrommel gegeben und mit Wasser versetzt. Das Erz wird zu Pillen oder Granalien in einer Größe im Bereich von 6 bis 25 mm, in! Idealfall 13 mm, verarbeitet. Größere Teile sintern, nicht so leicht, und kleinere Teile behindern den Gasfluß in einer späteren Stufe. Die Wassermenge ist in dieser Stufe wesentlich, da zu viel Wasser die Granalien oder Pillen zerstört und später, wie oben beschrieben, hinderlich ist. Durch Verwendung eines organischen Bindemittels, wie Bier, Celluloseablauge od. dgl., kann die notwendige Wassermenge herabgesetzt,werden.
  • Nach Abtrennung des überkbmg werden 2 bis 2,5 Gewichtsprozent Kohle in Form von Koksgruß den Erzpillen zugesetzt. Diese Kohle soll zu kleinen Teilchen im Verhältnis zur Pillengröße, also weniger als 20 Maschen, d. h. weniger als 0,84 mm, gebrochen sein, obgleich auch gröberer Brennstoff mit Erfolg verwendet worden ist. Der Brennstoff und das Erz werden in dem Trommelmischer weiter durchgemischt, bis der ganze Kohlenstoff in die Oberfläche der feuchten Pillen eingepreßt ist oder an diesen in einer praktisch gleichförmigen Verteilung haftet. Die Pillen oder Granalien werden nun in ein Gefäß der in der Zeichnung dargestellten Art eingebracht. Wenn sie in der oben beschriebenen Weise hergestellt sind, haben sie ausreichende Festigkeit, um der Behandlung bei der überführung aus dem Mischer in das Druckgefäß zu widerstehen.
  • Nachdem das Druckgefäß mit dem genannten Erzgemisch beschickt ist, wird der, Deckel verschlossen und das Gefäß gasdicht gemacht. In das Gefäß werden durch die Einlaßleitung mit Ventil 16 vorerhitzte Luft oder übergeblasene Verbrennungsprodukte eingelassen. Nötigenfalls kann glühende Holzkohle auf der Oberseite der Beschickung zur Einleitung der Sinterung verwendet werden. Verbrennungsprodukte und Dampf werden durch die Auslaßleitung mit Venteil 18 abgesaugt. Der Sintervorgang wird bis zur Beendigung in der oben beschriebenen Weise fortgesetzt.
  • Wenn die Brennzone durch die Beschickung abwärts wandert, wird das zur Herstellung der Pillen verwendete Wasser verbraucht, während die Verbrennungsfläche sich einem bestimmten Teil des Erzes nähert. Dieser Wasserdampf vereinigt sich mit Strom der Verbrennunngsprodukte und bewegt sich gegen den Abzug. Auf diese Weise wird den Gasen eine stoßweise oder schwingende Bewegung durch feste Masse erteilt, um ihre Wärme an diese am wirksamsten abzugeben. Nach Verlassen der Brennzone kühlen daher diese Verbrennungsprodukte sehr rasch durch Wänneaustausch mit dem Erz auf niedrigere Temperaturen ab, und der Wasserdampf in dem Strom kondensiert sich. Es ist leicht ersichtlich, daß dieses Wasser sich unter der Brennzone ansammelt und mit dieser abwärts bewegt. Wenn Wasser im Überschuß in der Ausgangsmischung von Erz und Brennstoff verwendet wird, wäscht dieses angesammelte Wasser einen großen Teil des Brennstoffes abwärts zum Boden der Beschickung, und die Wärmeverteilung wird im unteren Teil der Beschickung unter übersinterung gerade am Boden ziemlich schlecht. Diese Schwierigkeit ist noch bedeutungsvoller bei Taconit oder anderem feinem Material, das in Pillenform nur eine Feuchtfestigkeit besitzt und in einem Wasserüberschuß, rasch zerfällt. Diese Wasser-ansammlungen können die Taconitpillen zum Zerfall bringen und so eine völlige Unterbrechung des beschriebenen Gasflusses hervorrufen. Wenn man Mesabi-Taconit verwendet, der mit der Mindestmenge Wasser als Bindemittel zu Pillen verformt ist, so ist eine Beschickungstiefe von etwa 1,2 bis 1,5 m das Maximum, das eine übermäßige Wasseransammlung beim Brennen nach dieser Methode vermeidet. Gewisse Pyriterze erfordern so viel Wasser beim Verformen zu Pillen, daß nur weniger als 0,3 m Beschikkungstiefe ohne Zerreißen der Pillen und Störung des Gasflusses zugelassen werden kann.
  • Es ist ersichtlich, daß die Abgastemperatur nahe 1001 C liegt, wie sich aus der Gegenwart angesammelten Wassers ergibt. Die Auslaßtemperatur bleibt ständig in diesem Bereich, bis eine Reihe von Momenten vor der Beendigung der Erhitzung auftritt. Bei einer Erzbeschickungstiefe von 1,5 ra, die 20 Minuten erhitzt wurde, geht die Endtemperatur von einem stetigen Wert von 931 C auf eine schließliche Abgastemperatur von 925' C in weniger als einer Minute über. Dies beweist die Konzentration von Wärmeaustausch- und Verbrennungszonen und die große Wärinewirtschaftlichkeit, die durch das Erhitzungsverfahren unter Verwendung eines pulsierenden Gasflusses erzielt werden kann.
  • Eine Abwandlung der vorstehend beschriebenen Methode zur Behandlung von Taconiten kann angewandt werden, um Ansammlungen von Wasser zu verhindern, die die Behandlung der Beschickung beeinträchtigen. Durch Verlegung des in der Zeichnung oben dargestellten Einlasses zum Boden und des Auslasses vom Boden zur Oberseite oder in manchen Fällen auch bei Fortlassung des Gefäßdeckels und unmittelbare Gasabführung in die Atmosphäre kann dasselbe Verfahren angewandt werden, um eine Wasseransammlung zu vermeiden. Die Pillen aus Taconit-Brennstoff-Gemisch werden mit vorerhitzter Luft gezündet. An der Oberseite der Beschickung wird die Temperatur unmittelbar beträchtlich über 100' C ansteigen und eine Ansammlung von Wasser an der Oberseite verhindern, während übermäßiges Wasser als Dampf abgeführt wird. Durch Einspeisen neuen Beschickungsmaterials mit einer Geschwindigkeit, bei der die Verbrennung im Gefäß progressiv aufsteigt, wie durch eine konstante Temperatur an der Beschickungsoberfläche ün Gefäß gemessen werden kann, läßt sich das Gefäß vollständig füllen. Während der Zeit, wo das Gefäß gefüllt wird, ist die Sinterung beinahe vollständig, und das Gefäß kann, wie angegeben, geschlossen werden und die heiße Beschickung weiterbehandelt werden. Innerhalb einer kurzen Periode wechselnder Lufteinführung durch die Beschickung werden die letzten Spuren an Kohlenstoff oder Schwefel in dem Erz entfernt, Als Bindemittel zur Herstellung der für das Sintern nach der Erfindung geeigneten Pillen sind flüssige Brennstoffe, wie Leuchtöl, verwendet worden. Der Verfahrensgang ist derselbe, abgesehen davon, daß man den Heizwert des Brennstoffes in Betracht ziehen und einen gleichwertigen Abzug in der Menge des zugesetzten festen Brennstoffes machen muß. Im Fall von Pyriten kann der ganze Kohlenstoff oder sonstige Brennstoff ersetzt werden, und die Verbrennung kann durch Verwendung von kühler Luft oder durch Verdünnung der Luft mit zusätzlichem Dampf gemäßigt werden, um eine Übersinterung zu verhindem. In Fällen, wo die Schwefeldioxydkonzentrationen es rechtfertigen, können die Abgasprodukte durch Schwefelgewinnungsgeräte geleitet werden.
  • In allen obengenannten Fällen kann ein intermediäres Ergebnis eine Oxyderzbeschickung sein, die auf jede gewünschte Temperatur in einem Druckkessel erhitzt ist. Eine zustätzliche Stufe bei der Erfindung würde die Reduktion dieses Erzes an Stelle einer weiteren Behandlung in demselben Gefäß durch wiederholte Einführung und Absaugung von Reduziergas durch dieselben Ventile sein, wobei man auf jeden gewünschten oder- möglichen Grad unter den chemischen und thermischen Bedingungen reduziert, die für eine Gasreduktion unterhalb der Schmelz- oder Erweichungstemperatur zur Verfügung stehen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Schwammeisen durch Umsetzung von Eisenerz und Brennstoff bei erhöhter Temperatur unter Überdruck in einem Druckbehälter mit Gaseinleitung und anschließende Abführung der entstandenen Gase aus dem Druckbehälter bei Verminderung des Druckes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse aus feinteiligem Eisenerz und feinteiligem Brennstoff mit einem flüssigen Bindemittel zu Agglomeraten vermischt wird, diese in den Druckbehälter eingebracht werden, ein freien Sauerstoff enthaltendes Oxydiergas in den beschickten Druckbehälter eingeführt und die Verbrennung darin bei Überdruck ausgelöst wird, die Verbrennungsprodukte teilweise aus dem Druckbehälter unter Druckverminderung abgezogen werden, der Zyklus von Einführung von Oxydiergas bei überdruck und Entziehung der entstandenen Gase unter Druckverminderung wiederholt wird, bis die Brennstoffverbrennung vollständig geworden ist, darauf durch wiederholte Einleitung von heißem Reduziergas in die erhitzte Masse mit abwechselnder Entziehung restlichen Gases aus der erhitzten Masse eine Reduzierbehandlung bewirkt wird, bis der erforderliche Reduktionsgrad erreicht ist, und Schwammeisen gewonnen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von feinteiligem Pyrit als Brennstoff und Luft als Oxydiergas. 3. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus von Einführung von Oxydiergas und Abziehung von Verbrennungsprodukten fortgesetzt wird, bis die Temperatur zur beginnenden Schmelzung oder Sintertemperatur des Erzes fortgeschritten ist. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff kohlenstoffhaltiges Material verwendet und die Menge so geregelt wird, daß das Erz zum Sintern kommt oder die ganze Masse die Temperatur der beginnenden Schmelzung durchschreitet. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffmenge derart geregelt wird, daß die Temperatur während der Erhitzung unterhalb der Sinterung oder Schmelztemperatur des Erzes bleibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 878 948.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE878948C (de) * 1940-04-30 1953-06-08 Hans Dr H C Vogt Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm oder Eisenpulver

Patent Citations (1)

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DE878948C (de) * 1940-04-30 1953-06-08 Hans Dr H C Vogt Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm oder Eisenpulver

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