DE1294022B

DE1294022B - Herdofen fuer das kontinuierliche gleichzeitige Schmelzen und Raffinieren von Erzen und Verfahren zum Betrieb des Herdofens

Info

Publication number: DE1294022B
Application number: DE1964F0042480
Authority: DE
Inventors: Worner Howard Knox
Original assignee: Farnsfield Ltd
Current assignee: Farnsfield Ltd
Priority date: 1963-02-21
Filing date: 1964-04-01
Publication date: 1969-04-30

Description

Die Erfindung betrifft einen Herdafen für das kontinuierliche gleichzeitige Schmelzen und Raffinieren von Erzen und/oder Konzentraten, der Anordnungen für das Einführen der zu verhüttenden Materialien, Zuschlagstoffen und des Sauerstoff enthaltenden Gases und gegebenenfalls Brennstoff sowie entsprechende Anordnungen für das Abziehen der Schlacke und des Metalls aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren für das kontinuierliche Schmelzen von Erzen und/oder Konzentraten in einem Herdofen unter Anwenden eines Sauerstoff enthaltenden Gases und gegebenenfalls unter Zusatz eines Brennstoffs, wobei das Metall und die Schlacke und gegebenenfalls der Stein durch getrennte Öffnungen abgezogen und die Schmelze aus der Verhüttungszone in eine Raffinationszone übergeführt wird, in der das Raffinieren vermittels eines Sauerstoff enthaltendes Gases ausgeführt und das Metall abgezogen wird, wie es für ein Arbeiten in der obigen Vorrichtung geeignet ist.
Die bisher bekanntgewordenen Verfahrensweisen für das Verhütten von Erzen und zugeordneten entsprechenden Vorrichtungen arbeiten absatzweise (z. B. französische Patentschrift 321392). Hierbei geht man z. B. bei dem absatzweisen Verhütten von Kupfer- und Nickelerzen bzw. Steinen und den Frischen von Roheisen in Stahl so vor, daß man gleichzeitig in das geschmolzene Bad oxydierende Gase, Wasserdampf und Kieselerde oder andere schlackenbildende Materialien einführt. Durch diese Arbeitsweise soll erreicht werden, daß eine gute Trennung in die entsprechenden Phasen zwischen dem gebildeten Metall und der Schlacke erzielt und eine Erosion der feuerfesten Steinauskleidung des Ofens weitestgehend hintangehalten wird. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugeordnete Vorrichtung zu schaffen, vermittels derer es ermöglicht wird, das Verhütten kontinuierlich zu gestalten.
Der hierbei in Anwendung kommende Herdofen ist nun .gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Vorliegen einer Schmelzzone, einer Raffinationszone und einer Schlackenabsetzzone, deren Schmelzspiegel gleiche Niveau aufweisen und miteinander in Verbindung stehen, jedoch . die Zonen jeweils als getrennte Einheiten vorliegen, wobei a) die Schmelzzone eine derartige Form aufweist, daß ein Umlaufen der darin vorliegenden Schmelzen bedingt durch mittels Lanzen eingedrücktes freien Sauerstoff enthaltendes Gas und durch mittels Lanzen eingedrückte zu verhüttende Feststoffe erleichtert wird, wie einer Kreis-oder Ringform; b) der Boden des Ofens in der Schlackenabsetzzone von der Schmelzzone ab gegen das Schlackenabziehende des Ofens ansteigt und vorzugsweise stufenförmig nach oben abgesetzt ist, in der Verhüttungszone praktisch keine Neigung des Bodens vorgesehen ist und der Boden der Raffmationszone keine oder eine Neigung dergestalt besitzt, daß geschmolzener Stein oder erschmolzenes Metall von der Schmelzzone abfließen kann; c) eine Anordnung gegebenenfalls in Form eines Syphons, Wehrs, usw. für das halbkontinuierliche oder kontinuierliche Abziehen von Metall bzw. Schlacke vorliegt; d) die Lanzen für das Einführen von freien Sauerstoff enthaltendem Gas, Erz, Zuschlagstoffen und Flußmitteln so geneigt sind, daß sie den Fluß der Schlacke in der Raffinationszone im Gegenstrom des Metalls unterstützen.
Das in Anwendung kommende Verfahren zum Betrieb des beanspruchten Herdofens ist gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte: 1. Einführen des Erzes oder Konzentrats und des freien Sauerstoff enthaltenden Gases in die Schmelze dergestalt, daß in der Schmelzzone eine turbulente, kreisförmige Bewegung aufrechterhalten wird; 2. nicht raffiniertes Metall kontinuierlich aus der Schmelzzone in die Raffinationszone geführt; 3. in der Raffinationszone durch kräftiges Aufblasen des freien Sauerstoff enthaltenden Gases eine Turbulenz erzeugt; 4. das raffinierte Metall kontinuierlich aus der Raffinationszone abgezogen; 5. die gebildete Schlacke im Gegenstrom zu dem Metall in der Raffinationszone geführt und in eine getrennte, in ruhigem Zustand gehaltene Schlackenabsetzzone abgelenkt; 6. der Metallfluß in die Absetzzone praktisch unterbunden; 7. gelöstes oder mitgerissenes Metall, das sich von den Schlacken in der Schlackenabsetzzone abtrennt, in die Schmelzzone zurückgeführt und B. die Schlacke kontinuierlich aus der Schlackenabsetzzone abgezogen wird.
Erfindungsgemäß ist das Verhütten von Erzen und Konzentraten, (z. B. Sulfiderzen oder Konzentraten) von Metallen, wie Kupfer, Nickel und Blei, und das Herstellen von Eisen und Stahl aus Oxyderzen oder Eisenkonzentraten sowie die Herstellung von Zinn aus Zinnoxid-Konzentraten möglich. Weiterhin kann man Zink enthaltende Erze und Konzentrate verarbeiten.
Obgleich der Erfindungsgegenstand insbesondere auf das direkte Verhütten von feinen teilchenförmigen oder pulverförmigen Erzen und Konzentraten geeignet ist, kann derselbe unter Berücksichtigung der im folgenden beschriebenen, geeigneten Abwandlungen für das Verhütten von Erzen und Konzentraten Anwendung finden, von denen ein Teil in Klumpenform vorliegt oder die Gesamtmenge oder ein Anteil derselben-in Form von stückchenförmigen oder in anderer Weise agglomerierten feinen Anteilen vorliegen. Der hier in Anwendung kommende Ausdruck »teilchenförmig« bezieht sich auf und schließt ein feste Materialien der oben angegebenen Arten, deren Teilchen ausreichend fein sind, um in Rohren pneumatisch oder vermittels eines durch Schwerkrafteinwirkung bedingten Flusses gehandhabt zu werden. In den meisten Fällen sind die Teilchen kleiner als 1 cm im Durchmesser.
Erfindungsgemäß werden die schnellen Umsetzungen zwischen Sauerstoff enthaltendem Gas, wie Luft, Sauerstoff oder an Sauerstoff angereicherter Luft und heißen, teilchenförmigen, oxydierbaren festen Materialien, wie den Sulfiden oder festen Kohlenstoff haltigen Brennstoffen, ausgenutzt. Die durch diese schnellen Umsetzungen erzeugte Wärme ergibt die Energie, die für das Inganghalten der Schmelz- und Verhüttungsvorgänge erforderlich ist. Die Erfindung kann somit als autogenes Schmelz-und/oder Verhüttungsverfahren beschrieben werden. Dasselbe unterscheidet sich von anderen autogenen Verhüttungsverfahren teilweise darin, daß hier Umsetzungen unter oder benachbart zu der Oberfläche eines fließenden Stroms aus geschmolzenem Material zur Durchführung kommen, die durch das Eindrücken und Zuführen teilchenförmiger Umsetzungsteilnehmer und eines Sauerstoff enthaltenden Gases auf oder unter die Oberfläche des angegebenen fließenden Stroms zur Durchführung gebracht werden.
Die Bewegung des fließenden Stroms des geschmolzenen Materials kann durch den Aufbau des Ofens, den Auftreffwinkel der teilchenförmigen Rohmaterialien und/oder der eingebrachten Gase auf das geschmolzene Material durch das Einführen eines initiierenden Stroms geschmolzenen Materials aus einem Hilfsofen oder Schmelzvorrichtung in den Ofen oder durch eine Kombination zweier oder mehrerer dieser Faktoren inganggesetzt werden. Der Fluß des geschmolzenen Materials von hier aus kann verringert oder unterbrochen werden, sobald sich der Verhüttungsvorgang in dem erfindungsgemäßen Ofen stabilisiert hat.
Der hier in Anwendung kommende Ausdruck »Metall« schließt Metall, Legierungen und andere an Metall reiche Produkte des Verhüttungsvorganges ein.
Der weiterhin angewandte Ausdruck »Lanze« bedeutet ein Rohr, das eine oder mehrere Auslaßöffnungen aufweist, durch die teilchenförmiges Material und/oder freien Sauerstoff enthaltendes Gas, wie Luft, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, und/oder gasförmige, flüssige oder teilchenförmige feste Brennstoffe und/oder Flußmittel oder andere Zusatzmittel in den Ofen eingedrückt oder eingeführt wird oder werden.
Die für die Auskleidung des Ofens in Anwendung kommenden feuerfesten Materialien sind in übereinstimmung mit den in Anwendung kommenden Umsetzungsteilnehmern und ausgebildeten Produkten im Ofen und der Temperatur und weiterer in dem Ofen vorherrschender Bedingungen ausgewählt. Wahlweise können in bestimmten Ofenzonen mit Strömungsmitteln gekühlte Mäntel zum Ausbilden der Wände und/ oder des Dachs des Ofens angewandt werden.
In der Draufsicht kann der erfindungsgemäße Ofen linear, ringförmig, rechtwinklig, D-förmig, U-förmig sein oder jede geeignete andere Form einschließlich der in den Zeichnungen wiedergegebenen Formen aufweisen.
Der hier angewandte Ausdruck »ringförmiger Ofen« bezieht sich auf einen Ofen, der kreisförmige oder ansonsten eine oder mehrere kontinuierliche Kreisbahnen für den Fluß des geschmolzenen Materials aufweist und in den ein Teil des geschmolzenen Materials aus der Raffinationszone in die Beschikkungs- und primäre Verhüttungszone zurückgeführt wird. Der Erfindungsgegenstand schließt ebenfalls die Anwendung eines ringförmigen Ofens ein, ist jedoch hierauf nicht beschränkt.
Die Schlackenabsetzzone und die Raffinationszone des Ofens können Verzweigungen oder Verlängerungen zu dem Ofen sein, die mit der Schmelzzone in Verbindung stehen, und nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Schlackenabsetzzone so angeordnet, daß eine Verbindung mit dem Strom des geschmolzenen Materials vorliegt, bevor das letztere die Raffinationszone erreicht. Der Gasabzug ist zweckmäßigerweise über der Schlackenabsetzzone angeordnet.
Die teilchenförmigen Rohmaterialien (die vorzugsweise vorerhitzt werden) werden in oder auf das geschmolzene Material in dem Ofen an der Beschikkungs- und primären Verhüttungszone eingeführt. Diese Materialien können vermittels Schneckenförderern einem pneumatischen Eindrücken oder in anderer Weise eingeführt werden. Das Sauerstoff enthaltende Gas wird vorzugsweise zusammen mit den teilchenförmigen Materialien eingeführt und kann ebenfalls in den Ofen an anderen Stellen so eingeführt werden, daß ein Auftreffen auf den fließenden Strom des geschmolzenen Materials erfolgt oder direkt in die Schmelze geblasen wird.
Es hat sich ebenfalls als zweckmäßig erwiesen, eine kräftige Bewegung, Rühren oder Turbulenz des geschmolzenen Materials an der Einführungsstelle der teilchenförmigen Materialien aufrechtzuerhalten, d. h. in der Beschickungs- und primären Schmelzzone, und das Eindrücken oder Zuführen der teilchenförmigen Materialien und/oder des Sauerstoff enthaltenden Gases wird vorzugsweise so ausgeführt, daß dieser Zustand erreicht wird.
Die im Inneren des Bades aus dem geschmolzenen Material durch die exothermen Umsetzungen entwikkelte Wärme kann durch Verbrennen teilchenförmiger Materialien bei dem Durchtritt zu dem Bad und/oder Verbrennen verbrennbarer Gase, die durch Umsetzungen innerhalb des Bades erzeugt werden und/oder durch Verbrennen von Kohlenstoff enthaltendem Brennstoff ergänzt werden, der den teilchenförmigen Rohmaterialien zugesetzt wird.
Die Erfindung nutzt die modernen Arbeitsweisen für die Aufgabe und das Eindrücken von Pulvern zusammen mit Luft oder mit Sauerstoff oder anderem Gas angereicherter Luft. In einigen Fällen kann ein Teil der teilchenförmigen und stückförmigen Materialien in das Bad unter Schwerkrafteinwirkung oder vermittels Schneckenförderern eingeführt werden.
Die Erfindung nutzt die Umsetzungsgeschwindigkeit zwischen heißen, feinen, teilchenförmigen Sulfiden einerseits oder feinverteilter Kohle od. dgl. andererseits und der heißen, Sauerstoff enthaltenden Gase. Sobald die teilchenförmigen Materialien in den heißen Ofen eintreten und bestimmt dann, sobald dieselben auf das geschmolzene Bad auftreffen oder darin eintreten, setzen sich dieselben heftig um. In dem Fall der Sulfide treten exotherme Umsetzungen der Art MS + 02--m M + S02 ein, und in dem Fall von Kohle, die zusammen mit feinverteiltem Erz eingeblasen oder eingeführt wird, verbrennt der Kohlenstoff der Kohle zu CO und ein wenig zu CO", jedoch neigt ein derartiges C02 dazu, sich in der Beschickungs- und primären Verhüttungszone sofort mit weiteren heißen Koks- oder Holzkohleteilchen unter Ausbilden von CO nach der Gleichung C + c02--*2C0 umzusetzen.
Das Kohlenmonoxyd liegt sodann sowohl für die Reduktion der Metalloxyd als auch für die Verbrennung vor und gibt somit weitere Wärme ab, während die Gase weiter durch den Ofen ziehen. Man könnte meinen, daß auf Grund des Eindrückens der teilchenförmigen Materialien in den Ofen ernsthafte Staubverluste eintreten würden. Dies ist jedoch tatsächlich nicht der Fall, da sich die schnell erhitzenden und in einigen Fällen teilweise schmelzenden Teilchen schnell vom Bad aufgenommen werden (das gewöhnlich in einem schäumenden oder blasenausbildenden Zustand vorliegt), in das dieselben eingeführt oder eingedrückt werden. Tatsächlich wird eine Art Waschwirkung erzielt.
Es kann eine Anordnung wie eine Gasschleuse in dem Ofen über dem Strom des geschmolzenen Materials vorgesehen sein, um so praktisch einen entgegengesetzt gerichteten Fluß der Gase zu verhindern.
Die Schlackenabsetzzone oder Verzweigung ist vorzugsweise mit einem Wehr oder Schlackenüberlauf versehen, und der Boden dieser Zone oder Verzweigung verläuft geneigt nach unten von dem Ofen zu dem Wehr oder Schlackenüberlauf. Das Ende des Bodens oder der Schlackenzone oder Verzweigung benachbart zu der Schmelzzone des Ofens ist vorzugsweise an oder benachbart zu der vorgesehenen Spiegelhöhe des Steins oder des Metalls im Ofen angeordnet, und die Spiegelhöhe des Wehrs oder des Schlackenüberlaufs ist vorzugsweise über der vorgesehenen Spiegelhöhe für den Stein oder das Metall angeordnet.
Die Arbeitsbedingungen in der Schlackenabsetzzone in dem unteren Gebiet des Auslaßendes der Raffinationszone, von wo aus das Metall abgezogen wird, werden vorzugsweise ruhig gehalten. Es können Gase in oder auf die Oberfläche des Materials in der Raffinationszone oder einen Teil derselben dergestalt auftreffen, daß ein Gegenstromfiuß der Schlacke in der Raffinationszone auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls oder Steins weg von dem Metallauslaß erzeugt wird.
Erfindungsgemäß stellt sich ein erheblicher Unterschied der Zusammensetzung zwischen der Beschikkungszone und der Stelle ein, an der das Metall abgezogen wird.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert: F i g. 1 ist eine Draufsicht im Schnitt auf eine Ausführungsform des Ofens; F i g. 2 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig.l; F i g. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig.1; F i g. 4 ist eine Draufsicht im Schnitt einer weiteren Ausführungsform des Ofens; F i g. 5 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 5-5 der F i g. 4; F i g. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 der F i g. 4; F i g. 7 ist eine Draufsicht im Schnitt einer weiteren Ausführungsform des Ofens; F i g. 8 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 8-8 der F i g. 7; F i g. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Ofens; F i g. 10 ist eine Draufsicht im -Schnitt des in der F i g. 9 gezeigten Ofens; F i g.11 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 11-11 der F i g. 10; F i g. 12 ist eine Draufsicht im Schnitt einer weiteren Form des Ofens; F i g. 13 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 13-13 der F i g. 12; F i g. 14 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Form des Ofens; F i g.15 ist eine Draufsicht im Schnitt des in der F i g. 14 gezeigten Ofens; F i g. 16 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 16-16 der F i g. 15; F i g. 17 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 17-17 der F i g. 15; F i g. 18 ist eine Draufsicht im Schnitt einer weiteren Form des Ofens; F i g. 19 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 19-19 der F i g. 18; F i g. 20 ist ein Aufriß im Schnitt längs der Linie 20-20 der F i g. 18.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder korrespondierende Bauelemente wiedergegeben und unter Bezugnahme insbesondere auf die F i g. 1 bis 3 handelt es sich bei dem dort gezeigten Ofen um einen sogenannten »ringförmigen« Ofen, der eine äußere kreisförmige Wand 30, eine innere kreisförmige Wand 31, einen Boden 32, einen ringförmigen Raum 33 und ein domartiges, ringförmiges Dach 34 aufweist. Es sind eine Schlakkenabsetzverzweigung 35 und eine Raffinationsverzweigung 36 mit dem ringförmigen Raum 33 verbunden. Ein Gasablaß 37 ist über der Schlackenabsetzverzweigung 35 vorgesehen.
Es werden teilchenförmige Erze oder Konzentrate, die vorzugsweise vorerhitzt sind und, wo erforderlich, mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen vorher vermischt worden sind, pneumatisch oder in anderer Weise in den ringförmigen Raum durch Lanzen oder Pulverzuführvorrichtungen 38, 39 eingeführt, die durch das Dach 34 oder durch die Außenwand 30 vorspringen.
Es wird ein Bad geschmolzenen Materials 40 in dem Boden oder Trog des Raumes 33 ausgebildet, das man allgemein entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung, wie in der F i g. 1 gezeigt, fließen l'äßt. In dieser Figur ist die Fließrichtung des Metalls oder des Steins vermittels Pfeilen voll ausgezogen gezeigt, und die Fließrichtung der Schlacke wird durch die Pfeile in gestrichelten Linien gezeigt. Die teilchenförmigen Erze oder Konzentrate werden in oder auf das geschmolzene Material 40 in der Beschickungs- und primären Schmelzzone A gegeben.
Es wird Sauerstoff enthaltendes Gas in oder auf das geschmolzene Material 40 durch die Lanzen 41, 42 eingedrückt, die in die sekundäre Verhüttungszone B vorspringen. Dies erfolgt ebenfalls durch die Lanzen 43, 44, 45, die in die Raffinationszone D im Inneren der Raffrnätionsverzweigung 36 vorspringen. Gegebenenfalls kann Sauerstoff enthaltendes Gas ebenfalls zusammen mit dem teilchenförmigen Material 38, 39 eingedrückt werden.
Die Lanzen 38, 39, 41, 42, 43, 44 und 45 sind in den Zeichnungen so gezeigt, daß dieselben eine kurze Entfernung über der Oberfläche des geschmolzenen Materials 40 so enden, daß die teilchenförmigen Materialien und/oder Gase, die durch dieselben eingedrückt werden, auf die Oberfläche des geschmolzenen Materials gelangen. Nach einer wahlweisen erfindungsgemäßen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann jedoch jede der Lanzen so vorgesehen und angeordnet werden, daß dieselben unter die Oberfläche des geschmolzenen Materials vorspringen. Alle oder einige der Lanzen 38, 39, 41 und 42 können schräg oder geneigt mit einem Winkel gegenüber der Senkrechten angeordnet sein, um so dem geschmolzenen Material 40 in der erforderlichen Richtung im Raum 33 (in der Zeichnung entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung) die nach vorn gerichtete Bewegung zu vermitteln oder dieselbe zu unterstützen. Die Lanzen 43, 44, 45 sind in der entgegengesetzten Richtung gegenüber derjenigen des Metall-oder Steinflusses in der Raffinationsverzweigung 36 geneigt, so daß bezüglich der Schlacke ein Gegenstromfluß in der Raffinationsverzweigung 36 weg von der Abzugsöffnung 46 und in Richtung auf den ringförmigen Raum 33 erzeugt wird. Das Metall oder der Stein fließt nach außen und innen in der Raffinationsverzweigung 36 und wird durch die Abzugsöffnung 46 entfernt.
Die Schlackenverzweigung 35 ist mit einem nach außen und oben geneigten Boden 47, einem Wehr oder Schlackenüberlauf 48, einem Schlacken- oder Vorratsbehälter 49 und einer Sclilackenabsetzzone C versehen.
In dem ringförmigen Raum 33 kann eine Gasschleuse 51 vorgesehen sein, die sich von dem Dach 34 aus praktisch bis zu der Oberfläche des geschmolzenen Materials 40 erstreckt.
In dem Fall des Verhüttens von Sulfidkonzentrat wird durch das erfindungsgemäße Verfahren das Fortsetzen der Oxydation des Schwefels, Eisens und einiger anderer leicht oxydierbarer Elemente erreicht, das in der Beschickungszone A begonnen hat. Der Schwefel verläßt das Bad als SO" während das Eisen und die anderen oxydierbaren Elemente in die Schlacke auf Grund einer Umsetzung der folgenden Art eintreten: MO -f- Si02 --> MS'OI .
In dem Fall der Verhüttung von Eisen oder Zinnerz dient das an Stellen bei 41 und 42 eingeblasene, heiße Sauerstoff enthaltende Gas dazu, den gesamten nicht verbrannten Kohlenstoff oder das Kohlenmonoxyd zu verbrennen, die die Beschickungszone A verlassen haben und in die sekundäre Schmelzzone B gelangt sind. Das an den Stellen 43, 44, 45 eingeblasene Sauerstoff enthaltende Gas dient dem Herausoxydieren des Kohlenstoffs aus dem Halbstahlbad, um so dasselbe auf den C-Gehalt zu bringen, den der Stahl am Abstich 46 haben soll. Es ist gewöhnlich nicht erforderlich und zweckmäßig, bei 43, 44, 45 weiteres freien Sauerstoff enthaltendes Gas beim Verhütten von Zinn einzuführen.
Die in der Beschickungs- und primären Schmelzzone A sowie der sekundären Schmelzzone B ausgebildete Schlacke fließt langsam und ruhig durch die Schlackenverzweigung 35 heraus und über das Wehr oder den überlauf 48 und wird sodann durch das Abstichloch 50 entfernt. Die Schlacke in der Schlakkenverzweigung 35 wird durch den Wärmeaustausch (von den sich zu dem Gasabzug 37 bewegenden heißen Gasen) im flüssigen Zustand gehalten.
Das Metall oder der Stein fließt weiter um den Ring herum, und ein Anteil derselben tritt in die Raffinationsverzweigung 36 ein, wo derselbe kontinuierlich oder halbkontinuierlich durch das Abstichloch abgezogen wird. Jegliche sich in der Raffinationsverzweigung 36 ausbildende Schlacke wird im Gegenstrom zurück in die ringförmige Kammer 33 geführt, und ein Teil derselben kann zurückgeführt werden. Ein weiterer Anteil kann im Gegenstrom zu dein Stein oder dem Metall geführt werden und verläßt den Ofen bei 47.
Die vermittels des Arbeitens mit den Lanzen an den Stellen, wie 38, 39, 41, 42, ausgebildeten Gase neigen dazu, sich im gleichen Strom mit dem geschmolzenen Material zu bewegen, während die an den Stellen, wie 43, 44, 45, über die Lanzen erzeugten Gase dazu neigen, sich im Gegenstrom zu den geschmolzenen Materialien zu bewegen, und zwar wenigstens in einem Teil des Ringes.
Der Anteil des geschmolzenen Materials, der in die Beschickungs- und primäre Verhüttungszone A zurückgeführt wird, ist nicht kritisch und wird hauptsächlich durch die relative Beschickungsgeschwindigkeit der Feststoffe gegenüber der Abstichgeschwindigkeit der Schlacke durch das Abstichloch 50 und das Abstichloch 46 für das Metall bestimmt. Beim Ingangsetzen des Ofens werden nur Brennstoff und Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in die Ringkammer über Brenner an Stellen, wie 38, 42 und 45, eingedrückt. Die Anfangsmenge des geschmolzenen Materials kann entweder aus Konzentration und Flußmittel und/oder aus den Produkten eines vorherigen Durchsatzes aufgebaut werden.
Zusätzlich zu den Flußmitteln, die ebenfalls dem teilchenförmigen Erz oder Konzentraten zugesetzt werden, kann weiteres feinverteiltes Flußmittel in entsprechender Weise durch eine oder mehrere der Raffinationsverzweigungen 36 z. B. durch die Lanze 45 zugesetzt werden. Wahlweise kann ein Zusatz an einer Stelle benachbart zu der Lanze 45 durch öffnungen oder Seitentüren (nicht gezeigt) erfolgen. Die durch die Umsetzung des zugesetzten Flußmittels ausgebildete Schlacke neigt dazu, sich im Gegenstrom zu dem Stein oder dem Metall zu bewegen. Bei dem Verhütten von Sulfiden wird hierdurch das Entfernen der letzten Spuren nicht erwünschter Elemente, wie z. B. Eisen, in dem Fall von Kupfer und Nickel unterstützt, und bei der Herstellung von Stahl unterstützt der im Gegenstrom erfolgende Fluß der Schlacke die Raffination bezüglich des Schwefels und Phosphors und anderer Verunreinigungen.
Das Abstichloch 46, aus dem das Metall und die Legierung kontinuierlich abgezogen werden können, kann jede geeignete Form aufweisen. So kann es sich z. B. um ein unter dem Schmelzspiegel befindliches Abstichloch oder einen Siphon oder eine offene Lippe handeln. In dem letzteren Fall ist jedoch ein Schlakkenablenkblech (nicht gezeigt) entweder innerhalb oder außerhalb der Stirnwand der Raffinationsverzweigung 36 erforderlich, um so ein Herausfließen der Schlacke zusammen mit dem Metallprodukt zu verhindern.
Der Boden der Raffinationsverzweigung 36 kann mehr oder minder waagerecht in dem Fall der Herstellung von Stahl sein. Beim Verhütten von Sulfiden ist es jedoch oftmals vorteilhaft, daß dieser Boden geringfügig nach unten in Richtung auf das Abstichloch 46 neigt. In dem Fall sowohl der Kupfer- als auch der Bleiherstellung ist es vorteilhaft, an dem Ende der Raffinationsverzweigung 36 einen Sumpf (wie in der F i g. 13 gezeigt) vorzusehen, der vorzugsweise mehrere Zentimeter tiefer als der restliche Teil des Bades der Raffinationsverzweigung 36 ist. Das untergetauchte Abstichloch 36 oder der Siphon kann in geeigneter Weise mit dem. Boden dieses Sumpfes verbunden sein. Es ist vorteilhaft, wenn das Metall auf dem Boden des Sumpfes auf etwa 80 bis 150° C über dessen Schmelzpunkt abgekühlt wird, bevor es durch das unter dem Schmelzspiegel befindliche Abstichloch oder den Siphon hindurchtritt. Dies dient dazu, möglichst viel des darin enthaltenen Schwefels aus der Lösung in dem Blei oder Kupfer zu entfernen, bevor das Metall den Ofen verläßt. Das Abkühlen kann durch Anwenden eines tiefen Sumpfes oder vermittels Kühlflüssigkeit erreicht werden, die durch Metallkühler hindurchgeführt wird, oder indem kalte Luft durch eine oder mehrere Lanzen hindurchgeblasen wird, die in dem Sumpf untergetaucht sind, oder indem man entsprechende andere Maßnahmen ergreift.
Wenn nun klumpenförmige Materialien angewandt werden sollen, wie z. B. Zementkupfer bei dem Verhütten von Kupfer, können diese Materialien durch Öffnungen oder Türen (nicht gezeigt) in den Wänden oder im Dach entweder des ringförmigen Teils oder der Raffinationsverzweigung zugegeben werden.
Es treten natürlich sehr stark unterschiedliche chemische Umsetzungen und Bedingungen bei jedem der verschiedenen Anwendungsgebiete des Erfindungsgegenstandes bei verschiedenen Erzen oder Konzentraten auf. So herrschen bei dem Verhütten von Sulfiden oxydierende Bedingungen in dem gezeigten Ring vor, während bei dem Verhütten von Eisenoxyden die Atmosphäre wenigstens in der Beschikkungszone A reduzierend ist.
In dem letzteren Fall ist es vorteilhaft, das Bad mit festem kohlenstoffhaltigem Material in der Beschikkungszone und eine Strecke längs des Laufweges des Schmelzflusses im Anschluß hieran zu bedecken. Der erforderliche Kohlenstoff in Form von pulverisierter Kohle und Holzkohle wird zusammen mit dem feinen Erz hinzugesetzt oder kann in das Bad vermittels Hilfslanzen benachbart zu der Beschickungszone A in dem Fall der Herstellung von Stahl eingeführt werden. Der Kohlenstoffgehalt des Badmetalls in dem Ringteil des Ofens wird in dem Gebiet der Halbstähle gehalten, so daß ausreichender »innerer« Brennstoff in dem Metall für die Wärmeerzeugung während der abschließenden Einführung Sauerstoff enthaltenden Gases in die Raffinationsabzweigung 36 vorliegt.
Die fühlbare Wärme in den Austrittsgasen kann bei jeder erfindungsgemäßen Ausführungsform für verschiedene Zwecke, wie einem Trocknen und Vorerhitzen der teilchenförmigen Beschickungsmaterialien, Vorerhitzen der freien Sauerstoff enthaltenden Gase, für die Wasserdampferzeugung oder andere Zwecke, angewandt werden. Bei dem Verhütten von Eisen kann ebenfalls ein Teil des Gases, das zusammen mit feinverteilter Kohle oder Holzkohle angewandt wird, für die teilweise Vorreduktion der teilchenförmige Erze vor dem Einführen derselben in den Ofen angewandt werden.
Um den Ofen nach Abschluß einer Arbeitsperiodezu entleeren, kann an einer geeigneten Stelle ein Entleerungsverschluß vorgesehen sein. Wahlweise kann der gesamte Ofen so aufgebaut sein, daß ein geringfügiges Kippen in Richtung auf -das Abstichloch 46 möglich ist.
In den F i g. 4, 5 und 6 ist ein Ofen in Rechteckform gezeigt. Die Bezugszeichen weisen hier die gleichen Bedeutungen wie in den F i g. 1, 2 und 3 auf.
Der Ofen besitzt eine Außenwand 30 und eine getrennt aufgebaute Innenwand 35. Die Lanzen 41 und 42 treten in den Ofen durch die Seitenwand 56 ein und sind schräg, wie in der F i g. 4 gezeigt, auf das Schmelzbad gerichtet, um so dem geschmolzenen Material, das von der Beschickungs- und primären Schmelzzone A in Richtung auf die sekundäre Schmelzzone B fließt und sodann seine Bewegung entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung in Inneren des Ofens fortsetzt, eine nach vorn gerichtete Bewegung vermittelt.
Man sieht, daß der Gasraum 57 über dem geschmolzenem Material links von der Wand 55 (s. F i g. 4 und 5) wesentlich größer als der Gasraum 58 an der Seite der Beschickungszone der Wand 55 ist. Dies bedingt den Vorteil, daß die Gasgeschwindigkeit in dem größeren Raum 57 verringert wird, so daß mitgerissene teilchenförmige Materialien in kleinen Tropfen in das Bad zurückfallen können, bevor die Gase durch die Schlackenverzweigung 35 und den Gasauslaß 37 aus dem Ofen austreten.
Bei dem Verhütten von Eisen- oder Zinnerz erleichtert die Verlangsamung der Gasgeschwindigkeit in dem Raum 57 ebenfalls das Verbrennen des aus der Beschickungszone A austretenden Kohlenmonoxydes. Bei verschiedenen Anwendungsgebieten ist es vorteilhaft, das Sauerstoff enthaltende Gas durch Turbulenzdüsen an Stellen, wie 41 und 42, einzublasen. Hierdurch wird die vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxyds und der mitgerissenen feinen Holzkohle oder der Koksteilchen unterstützt.
In den F i g. 7 und 8 ist ein Ofen gezeigt, der zwei getrennte Wände 55 und 55', zwei Beschickungs- und primäre Verhüttungszonen A und A' und zwei Sätze Lanzen 38, 39 und 38', 39' aufweist, durch die teilchenförmige Materialien entweder gleichzeitig oder abwechselnd in die Beschickungszonen A bzw. A' eingeführt werden können. Die Lanzen 41 und 41' sind in der entgegengesetzten Richtung geneigt und für das Eindrücken von freiem Sauerstoff enthaltendem Gas vorgesehen. In diesem Ofen liegt die Verzweigung 35 diametral gegenüber der Raffinationsverzweigung 36.
Bei diesem Ofen ist es möglich, eine der Beschikkungszonen A oder A' außer Funktion zu setzen und Reparaturen durchzuführen, während die andere noch arbeitet. Wenn es zwecks Ausfüttern des Ofens oder aus einem anderen Grund wünschenswert erscheint, eine der Beschickungszonen außer Funktion zu setzen und zu isolieren, wird eine feuerfeste Barriere (nicht gezeigt) durch Entfernbare Teile des Dachs 34 des Ofens an den Enden der Wände 55 und 55' nach unten geführt.
In den F i g. 9, 10 und 11 ist ein Linearofen gezeigt, der eine mittlere Beschickungs- und primäre Verhüttungszone A aufweist, in die teilchenförmige Rohmaterialien und (gegebenenfalls) Sauerstoff angereichertes Gas durch geeignete Lanzen 38, 39 eingedrückt wird. Diese Lanzen sind angenähert tangential zu der Beschickungszone A so angeordnet, daß die geschmolzenen Materialien in der Zone eine kreisbogenförmige oder Drehbewegung vermittelt erhalten. Der Schmelzraum ist an jeder Seite der Zone A, wie in der F i g. 10 durch das Bezugszeichen 62 gezeigt, verjüngt ausgeführt. Hierdurch ergibt sich eine angenähert kreisförmige Beschickungszone, in der die kreisförmige Bewegung des geschmolzenen Materials erleichtert wird.
Die Schlackenverzweigung 35 und die Raffinationsverzweigung 36 sind an diametral gegenüberliegenden Seiten zu der mittleren Beschickungszone A, wie in der F i g. 10 gezeigt, angeordnet und hiermit verbunden. Der Ofen kann über einen kleinen Winkel auf Rollen 59 gekippt werden, um so das Ausfüttern mit feuerfesten Materialien und/oder das Abziehen der Schmelzen nach Abschluß eines Arbeitsvorgangs zu erleichtern. über der Gasablaßöffnung 37 an dem Ende des Ofens ist ein stationärer Kamin vorgesehen.
In den F i g. 12 und 13 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Ofens gezeigt, der eine kreisförmige Beschickungs-Schmelzzone A aufweist, in die teilchenförmige Materialien und (gegebenenfalls) Sauerstoff enthaltendes Gas durch die Leitungen 38, 39 eingedrückt werden, die geneigt angeordnet sind, um so dem geschmolzenen Material in der Zone A eine kreisende Bewegung zu vermitteln. Die Schlackenverzweigung 35 erstreckt sich seitlich bezüglich der Raffinationsverzweigung 36.
Bei einer abgewandelten erfindungsgemäßen Ausführungsform (nicht gezeigt) erstreckt sich die zu der sekundären Schmelzzone B, der Schlackenabsetzzone C und der Raffinationszone D, die in einer geraden Linie dieser Verzweigung angeordnet sind, gehörende Verzweigung tangential zu der Beschikkungs- und primären Schmelzzone A und ist hiermit verbunden. Das Umlaufen wird dem geschmolzenen Material in der Beschickungszone A vorzugsweise in einer derartigen Richtung vermittelt, die ein derartiges Material längs der tangential verlaufenden Verzweigung zu der sekundären Schmelzzone B und von hier aus zu den Zonen C und D führt. Die Verzweigung kann zwischen den Zonen C und D verengt sein. Bei einer wahlweisen Ausführungsform (nicht gezeigt) können zwei kreisförmige Beschickungszonen vorgesehen werden, in denen ein umlaufendes geschmolzenes Material in entgegengesetzten Richtungen durchgeführt wird. Hierbei ist die zu den Zonen B, C und D führende Verzweigung mittig mit der Kammer verbunden, die die kreisförmigen Beschickungszonen enthält.
Bei der in den F i g. 14 bis 17 wiedergegebenen Ausführungsform ist ein U-förmiger Ofen gezeigt, bei dem die Schlackenverzweigung 35 und die Raffinationsverzweigung 36 parallel und Seite an Seite vorliegen. Das teilchenförmige Beschickungsmaterial wird durch eine oder beide Lanzen 38, 39 eingeführt. Sauerstoff enthaltendes Gas wird durch die Lanzen 41, 42 und die Lanzen 43, 44 und 45 eingedrückt. Es können teilchenförmige Materialien und/oder Sauerstoff enthaltendes Gas zusammen oder getrennt durch die Lanzen 38, 39 in der erforderlichen Weise eingegeführt werden. Durch geeignete Auswahl der Winkel der Lanzen 38, 39, 41, 42 und der Anwendung kommenden Gasdrücke ist es möglich, relativ lange Verweilzeit der zur Umsetzung kommenden teilchenförmiL,en Materialien in dem Gasraum über der kreisförmigen Beschickungszone A zu erreichen, bevor derartige Materialien auf das geschmolzene Material in dieser Zone auftreffen. Es kann ein kegelförmiges oder domförmiges Dach (nicht gezeigt) über der kreisförmigen Beschickungszone A vorgesehen sein, und dieses Dach kann aus hochwertigem feuerfestem Material gefertigt sein oder aus einem mit Flüssigkeit gekühltem Metall bestehen. An dem Ende der Schlackenverzweigung 35 ist ein Kamin 37 für die Gasentfernung vorgesehen.
In den F i g. 18 bis 20 ist ein ringförmiger Ofen gezeigt, der mit einem mittleren Kern 60 aus stückförmigen Erzen oder Konzentraten oder agglomerierten oder zu Stückchen verformten Feinanteilen versehen ist. Das zu Stückchen verformte Erz od. dgl. wird durch die Schütte 75 in einen Drehofen 76 eingeführt, wobei ein Wärmeaustausch mit dem eintretenden, stückförmigen Erz durch die austretenden Gase erfolgt, die längs des Kamins 70 nach oben verlaufen. Die Verweilzeit in dem Ofen 76 ist ausreichend, um eine gewisse Voroxydation oder Vorreduktion (in Abhängigkeit von dem betreffenden Fall) des stückförmigen Erzes oder Konzentrats zu erreichen, bevor das Material in den senkrechten Schacht 61 und von hier aus in die Mitte des Ofens abgegeben wird. Weiteres teilchenförmiges Erz oder Konzentrat kann in die Beschickungs-Schmelzzone A des Ofens vermittels Schneckenförderern 78, 79 eingeführt werden. Es wird ein Sauerstoff enthaltendes Gas durch die Lanzen 41, 42, 43, 44 und 45 eingeführt. Die weiteren Merkmale des Ofens sind ähnlich denjenigen, wie sie bezüglich des Ofens nach den F i g. 1 bis 3 erläutert worden sind.
Es ist nicht zweckmäßig, eine zu hohe Geschwindigkeit der durch den Drehofen 76 hindurchtretenden Gase aufrechtzuerhalten, da ansonsten die Staubverluste erheblich sein können. Dies stellt jedoch gewöhnlich nur ein Problem dar, wenn sehr viel feines und nicht agglomeriertes Material über die Schütte 75 eingeführt wird.
Bei einigen Anwendungsgebieten, und zwar insbesondere der Eisen- und Stahlherstellung, ist es vorteilhaft, etwas feine Holzkohle oder stückförmige Kohle oder Holzkohle der Beschickung des Ofens 76 zuzusetzen. Diese kohlenstoffhaltigen Stücke helfen nicht nur, stark reduzierende Bedingungen in dem Ofen aufrechtzuerhalten, sondern verhindern ebenfalls ein Verschweißen des Eisens in den Stückchen oder Agglomeraten miteinander oder an den Innenwänden des Ofens.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, mit feinverteiltem Eisenerz oder Konzentraten vor dem Verformen in Stückchen einen Anteil feinvermahlene Koksgrude oder Holzkohle oder nicht verkokende Kohle zu vermischen. Der Anteil beläuft sich normalerweise auf 10 bis 200/0. Derartiges kohlenstoffhaltiges Material in den Stückchen erleichtert die schnelle Reduktionsumsetzung in dem Ofen 76 und unterstützt ebenfalls ein Verhindern des angegebenen Verschweißens der Stückchen miteinander und mit den Ofenwänden. Ein Teil des Kohlenstoffs verbleibt gewöhnlich in den heißen Stückchen, sobald dieselben in die Verhüttungszone des eigentlichen Ofens abgegeben werden, wo derselbe in dem Bad des heißen Metalls aufgelöst wird. Dieser Kohlenstoff wird sodann ein Teil des Brennstoffs in dem Bad, während dasselbe in die Raffinationszone D unter der Einwirkung der Luft und/oder Sauerstoffstrahlen bewegt wird.
Die Stückchen können gegebenenfalls mit Bindemitteln und gegebenenfalls unter Einarbeiten von Flußmitteln verformt werden.
Falls man feststellt, daß die an Kohlenmonoxyd reichen Gase, die längs des Schachtes 61 nach oben zu dem Ofen ziehen, zu heiß sind, können dieselben in entsprechender Weise vermittels Einblasen von Wasserdampf durch eine Lanze oder Öffnung (nicht gezeigt) abgekühlt werden. Ein derartiger Wasserdampf bedingt zusätzlich zu dessen Kühleffekt eine »Wassergasumsetzung« mit dem sehr heißen Kohlenmonoxyd entsprechend der folgenden Gleichung: H20 -1- CO--* H2 -1-C02 . Der so ausgebildete heiße Wasserstoff wirkt als ein sehr wirksames Reduktionsmittel in dem Ofen 76.
Die in den austretenden Gasen aller erfindungsgemäßen Ausführungsformen vorliegende Wärme kann für Zwecke, wie das Vorerhitzen der Beschikkungsmaterialien und/oder der eintretenden Luft oder, falls dieselben Kohlenmonoxyd enthalten, für die Vorreduktion und auch für das Vorerhitzen angewandt werden.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Vorerhitzen und entweder die Vorreduktion oder Voroxydation in heißen Zyklonen (nicht gezeigt) zusammen mit Mischkammern durchgeführt, die zu einer Turbulenz des Gases mit den Feststoffen führen. Das vorerhitzte, entweder vorreduzierte oder voroxydierte teilchenförmige Material wird sodann in den heißen Gasen direkt zu den Öffnungen oder Düsen der Verhüttungszone geführt.
Das Vorerhitzen der Rohmaterialien kann unter Anwenden eines herkömmlichen und nach unten konvergierenden Zyklons ausgeführt werden. Die heißen Gase werden durch das übliche tangentiale Rohr zu dem oberen Ende des Zyklons geführt. Eine kurze Entfernung von der Eintrittsöffnung des Zyklons werden die entsprechenden Erze in das Rohr von einem Hilfsrohr aus in Form eines feinen Produktes eingeführt. Um den Eintritt des feinen Produkts zu erreichen, kann das Hauptrohr in Form einer Venturi-Düse benachbart zu dem Hilfsrohr ausgebildet sein.
In dem Zyklon werden die Feststoffe von den Gasen in üblicher Weise abgetrennt, wobei die Feststoffe nach unten fallen und die Gase nach oben austreten.
Beim Verhütten von Nickel-Eisen-Sulfiden können sich Schwierigkeiten dann ergeben, wenn die Arbeitsbedingungen in der Raffinationszone oder Verzweigung zu ruhig werden und oxydierende Bedingungen in Richtung auf das Auslaßende für das Metall vorliegen. Es wurde gefunden, daß bei der ansatzweisen Umwandlung von Nickelsulfid in Metall das Aufbringen von Sauerstoff auf ein sich nicht im turbulenten Zustand befindendes Bad zu übermäßigem lokalisiertem Aufbau von Nickeloxyd führen kann, das undurchdringliche Schichten ausbildet, wodurch die Raffinationsumsetzung praktisch unterbrochen wird. Erfindungsgemäß können diese Schwierigkeiten dadurch vermieden werden, daß (a) eine kräftige Turbulenz in der Raffinationszone z. B. vermittels Einblasen von Gas aufrechterhalten wird und (b) eine geringe Menge feinverteilter Kohle oder Öl oder ein anderer Kohlenwasserstoff in das in die Raffinationszone eingeblasene, Sauerstoff enthaltende Gas eingedüst wird. Hierdurch ist es möglich, eine kräftige Bewegung ohne übermäßige Oxydation des heißen Bades zu erzielen, das dazu neigt, Gebiete hohen Gehalts an Nickeloxyden auszubilden. Da Nickel einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, muß dasselbe bei Temperaturen von 300 bis 400° C höher als bei den Umsetzungen - hergestellt werden, die zur Verarbeitung von Kupferfeinstein erforderlich sind: Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können für das Verhütten von Blei-Zink-Erzen, und zwar vorzugsweise oxydierten Produkten oder Gemischen aus gerösteten Blei-Zink-Konzentraten, oder selbst Blei und Zink enthaltenden Schlacken angewandt werden. Bei derartigen Materialien erfolgt das Einführen in die Beschickungs- und primäre Verhüttungszone in der gleichen Weise wie bei den anderen Konzentraten oder feinzerkleinerten Materialien, wobei das bevorzugte Brennstoff-Reduktionsmittel pulverisierte Koksgrude oder eine Holzkohle oder Kohle niedrigen Wasserstoffgehalts ist. Es können natürlich auch andere Kohlenstoff enthaltende Brennstoffe angewandt werden. Wahlweise können die Feinanteile lediglich durch die Düsen oder Lanzen eingeführt werden, während das klumpenförmige Erz oder Schlacke dem Ofen über einen Wärmeaustauscherschacht oder Drehofen zugeführt wird.
Bei dem Verhütten von Zink enthaltenden Materialien wird das Zink nicht zusammen mit dem reduzierten Blei oder anderem weniger flüchtigem Metall abgestochen, sondern verläßt den Ofen in der Dampfphase in den heißes Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasen. Derartiges gasförmiges Zink kann sodann in einer entsprechenden getrennten Vorrichtung kondensiert oder absorbiert werden, wobei z. B. ein mit Blei beschickter Kühler Anwendung findet. Nach der Abtrennung des Zinks können die verbrennbaren Gase für das Vorerhitzen von Luft oder der in Stückform vorliegenden Beschickungsmaterialien angewandt werden, oder dieselben können zum Mitreißen weiterer Feinanteile angewandt werden, die dem Ofen zugeführt werden sollen. Beim Verhütten von Zinn wird das Sauerstoff enthaltende Gas vorzugsweise nicht über Lanzen in die Raffinationszone D eingeführt.
Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen der weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes. Beispiel 1 Es erfolgt ein Verhütten von Blei in einem Ringofen der in den F i g. 4 bis 6 gezeigten Art, der mit Chrom-Magnesit-Steinen ausgekleidet ist. Die Bleikonzentrate enthalten 77,2% Blei, 15,1% Schwefel, 3,5% Zink, 1,9% Fe0 0,90/0 SiO." 0,2% CaÖ, 1,2% weiteres und werden in einem schneckenartigen Vorerhitzer auf etwa 300° C vorerhitzt und sodann mit einem heißen 50: 50 Gemisch aus Luft und Sauerstoff in die Beschickungszone A des Ofens an der Stelle 38 mit einer Geschwindigkeit von 454 kg/h eingeführt. Der Ofen ist zuvor mit reinem Blei beschickt und auf eine Temperatur von 1050° C vorerhitzt worden, so daß derselbe ein vollständiges flüssiges Bleibad enthält, das mit einer viel Blei enthaltenden Schlacke bedeckt ist.
Es wird Caleiumcarbonatsand, der etwa 40% Si0z und 501/o CaCO3 enthält, in die Bleikonzentrate in einem Verhältnis von 50 Teilen Konzentraten zu 1 Teil Calciumcarbonatsand eingearbeitet. Es wird weiterhin ein Luft-Sauerstoff-Gemisch durch die Lanzen an den Stellen 41, 42, 43 (F i g. 4) eingeblasen. Nachdem der Ofen etwa 4 Stunden lang betrieben worden ist, wird der Anteil des Sauerstoffs in dem eingeblasenen Gas etwas verringert, so daß dei Gasgemisch etwa 35% Sauerstoff enthält. Bei die' Arbeitsstufe stellt das aus dem Abstichloch 46 abgestochene Blei relativ reines Blei dar, das etwa 98,90/0 Blei, 0,42% Schwefel und als restliche Bestandteile Antimon, Arsen, Zink, Kupfer, Cadmium, Gold und Silber enthält.
Die aus dem Abstichloch 50 abgestochene Schlacke enthält 15 % Blei, 12 % ZnO, 10,5 % Fe0, 1,5 % Schwefel. Beispiel 2 Es wird Kupferstein in einem ringförmigen Ofen der allgemeinen Form, wie sie in der F i g. 1 gezeigt ist, verhüttet, der mit Chrom-Magnesit-Steinen ausgekleidet ist.
Der Ofen wird zunächst vermittels ölbeheizung auf 1250° C erhitzt und sodann mit dem Stein aus einem vorhergehenden Verhüttungsvorgang beschickt. Dieser Stein enthält etwa 40 % Kupfer, 32% Eisen, 29 % Schwefel.
Nachdem das Bad vollständig verflüssigt worden ist, wird mit dem Einführen der Konzentrate durch die Lanzen an den Stellen 38 und 39 begonnen. Die Kontrate enthalten 24,2% Kupfer, 30,5% Eisen, 32,1% Schwefel, 7,0% Unlösliches.
Durch die Lanzen wird an den Stellen 41, 42, 43 und 44 ein 50:50-Luft-Sauerstoff-Gemisch eingeblasen. Nach etwa halbstündigem Betrieb wird bei 46 ein etwa 80% Kupfer enthaltendes Feinstein abgestochen. Der Kupfergehalt nimmt progressiv zu, während die Mengen der Sauerstoff enthaltenden Gase relativ zu der Beschickungsgeschwindigkeit erhöht werden, die bei 635 kg/h gehalten wird.
Nach dreistündigem Betrieb enthält das bei 46 abgestochene Metall mehr als 99 % Kupfer, und die Hauptverunreinigung stellt Schwefel in einer Menge von 75% dar. Dieser Schwefel ist jedoch in der oberen Schicht des Metalles nach der Erstarrung konzentriert.
Es wird ein kieselsäureartiges Flußmittel in Form von feinem Dünensand der folgenden Zusammensetzung: 97,2% Si02, 1,7 %A120g, 0,5 % Ve0 an den Stellen 44 und 45 zugesetzt. Die bei 50 abgestochene Schlacke enthält.
41,7 % Fe0, 33,40/0 Si02, 0,7 % Cu. Beispiel 3 Es werden weitere Versuche mit Kupferkonzentraten in einem mit Graphit ausgekleidetem Ofen der linearen Bauart, wie in den F i g. 9 bis 11 gezeigt, durchgeführt. Der Ofen wird vorerhitzt, und die anderen Bedingungen sind ähnlich denjenigen, wie sie im Beispiel 2 wiedergegeben sind. Nach etwa zweistündigem Betrieb wird kontinuierlich in einem kleinen Strom aus einem bei 46 am Boden angeordneten Abstichloch ein 99,1%iges Kupfer abgestochen. Die kontinuierlich bei 50 abgestochene Schlacke enthält etwa 1,5% Kupfer.
Beispiel 4 Es werden verschiedene Versuche zum Verhütten von Kupfer in einem Ofen mit zwei Verzweigungen der allgemeinen Bauart durchgeführt, wie sie in den F ig . 14 bis 17 gezeigt ist. Dieser Ofen weist eine Auskleidung aus Graphitsteinen für die Raffinationszone und aus Chrom-Magnesit-Steinen für die Beschickungs- und primäre Verhüttungszone auf. Diese Versuche führen zu verbesserter Leistung bezüglich der allgemeinen Wärmeökonomie und Verringerung des Kupfergehalts der bei 46 abgestochenen Schlacke. Unter Anwenden der gleichen Beschickungsmaterialien wie in den Beispielen 2 und 3 enthält die bei 50 abgestochene Schlacke 0,5 % Kupfer, während das bei 45 abgestochene Kupfer den gleichen Reinheitsgrad wie im Beispiel 3 aufweist und leicht in Anoden für die elektrolytische Raffination gegossen werden kann.
Beispiel 5 Es erfolgt eine Eisenverhüttung mit einer Menge von 0,5 t/h. In einen mit Chrom-Magnesit ausgekleideten Ofen der Bauart nach den F i g. 18 bis 20, der durch Ölbrenner auf eine Temperatur von 1300° C vorerhitzt worden ist, und der zunächst mit Gußeisen beschickt worden ist, das 4,1% Kohlenstoff und 1,3 % Silizium enthält, das in Form eines geschmolzenen Bades vorliegt, wird ein 50:50-Gemisch aus Erz und Braunkohlenkoks in heißer Luft an den Stellen 78 und 79 eingeführt, nachdem ein Vorerhitzen vermittels Wärmeaustausch durch die austretenden verbrannten Gase auf eine Temperatur von 350° C durchgeführt worden ist. Das feinverteilte Erz enthält 66,2% Eisen, 2,7% Si02, 1,1%A120g, 1,0% Glühverlust.
Braunkohlenkoks enthält 91,1% gebundenen Kohlenstoff, 2,711/o flüchtige Anteile, 6,2 % Asche.
Zusätzlich zu der Beschickung der teilchenförmigen Materialien, die bei 78 und 79 eingeführt werden, wird etwa die gleiche Menge des Eisens enthaltenden Materials über einen senkrechten feuerfesten Schacht 61 aus einem dem Vorerhitzen und der Vorreduktion dienenden Ofen 76 in den mittleren Ofenraum in Form von metallhaltigen Stückchen eingeführt, die sich in dem Ofen 76 durch Erhitzen auf 1200° C durch teilweises Verbrennen der heißen und an CO-reichen Gase gebildet haben.
Die Stückchen werden aus einem 80: 20-Gemisch aus feinvermahlenem Erz und Braunkohlenkoks der obigen Zusammensetzungen hergestellt. Beim Austrag aus dem heißen Ende des Ofens 76 in den Schacht 61 wird festgestellt, daß diese Stückchen 90,1% metallisches Eisen und 4,2% Kohlenstoff enthalten.
Nach etwa Zweistündigem Betrieb wird gefunden, daß das um den Ring herum fließende Metall 3,1% Kohlenstoff enthält. Durch weiteres Einführen von Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von 99,5% vermittels der Lanzen an den Stellen 43 und 44 in der Raffinationsverzweigung 36 ist es möglich, den Kohlenstoff so herauszuoxydieren, daß hier jede gewünschte Stahlsorte an dem Abstichloch 46 abgezogen werden kann. Als Flußmittel wird durch eine Öffnung benachbart zu der Lanze 45 gebranntes Kalk mit 95,2% Ca0 eingeführt.
Bei den meisten der durchzuführenden Untersuchungen bezüglich der Eisenverhüttung ist der Kohlenstoffgehalt in dem bei 46 abgestochenen Stahl nicht unter 0,6 % verringert worden, so daß ein relativ niedriger Schmelzpunkt aufrechterhalten werden kann und sich gute Fließfähigkeit bei dem flüssigen Stahl ergibt. Es ist jedoch möglich, in das in dem Ofen vorliegende Metall über die Lanzen Sauerstoff so einzuführen, daß ein Stahl jedes gewünschten Kohlenstoffgehalts bis herunter zu dem Flußstahlbereich ausgebildet werden kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Herdofen für das kontinuierliche gleichzeitige Schmelzen und Raffinieren von Erzen und/oder Konzentraten, der Anordnungen für das Einführen der zu verhüttenden Materialien, Zuschlagstoffe und des Sauerstoff enthaltenden Gases und gegebenenfalls Brennstoff sowie entsprechende Anordnungen. für das getrennte Abziehen der Schlacke und des Metalls aufweist, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine (1) Schmelzzone, ein-. (2) Raffinationszone und eine (3) Schlackenabsetzzone, deren Schmelzspiegel gleiches Niveau aufweisen und miteinander n Verbindung stehen, jedoch die Zonen jeweils als getrennte Einheiten vorliegen, wobei a) die Schmelzzone eine derartige Form aufweist, daß ein Umlaufen der darin vorliegenden Schmelzen, bedingt durch mittels Lanzen (41, 42) eingedrücktes heißes Sauerstoff enthaltendes Gas und durch mittels Lanzen (38, 39) eingedrückte zu verhüttende Feststoffe, erleichtert wird, wie einer Kreis- oder Ringform; b) der Boden des Ofens in der Schlackenabsetzzone von der Schmelzzone ab gegen das Schlackenabziehende des Ofens ansteigt und vorzugsweise stufenförmig nach oben abgesetzt ist, in der Schmelzzone praktisch keine Neigung des Bodens vorgesehen ist, und der Boden der Raffinationszone keine oder eine Neigung dergestalt besitzt, daß geschmolzener Stein oder erschmolzenes Metall von der Schmelzzone abfließen kann; c) eine Anordnung (46 bzw. 50) gegebenenfalls in Form eines Syphons, Wehrs usw. für das halbkontinuierliche Abziehen von Metall bzw. Schlacke vorliegt; d) die Lanzen (41 bis 45, 38, 39) für das Einführen von freien Sauerstoff enthaltendem Gas, Erz, Zuschlagstoffen und Flußmitteln so geneigt sind, daß sie den Fluß der Schlacke in der Raffinationszone im Gegenstrom zum Fluß des Metalls unterstützen.
2. Verfahren zum Betrieb eines Herdofens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1. Erze oder Konzentrate und freien Sauerstoff enthaltende Gase dergestalt in die Schmelze eingeführt werden, daß in der Schmelzzone eine turbulente, kreisförmige Bewegung aufrechterhalten wird, 2. nicht raffiniertes Metall kontinuierlich aus der Schmelzzone in die Raffinationszone geführt, 3. in der Raffinationszone durch kräftiges Aufblasen des freien Sauerstoff enthaltenden Gase eine Turbulenz erzeugt, 4. das raffinierte Metall kontinuierlich aus der Raffinationszone abgezogen, 5. die gebildete Schlacke im Gegenstrom zu dem Metall in der Raffinationszone geführt und in eine getrennte, in ruhigem Zustand gehaltene Schlackenabsetzzone abgelenkt, 6. der Metallfluß in die Absetzzone praktisch unterbunden, 7. gelöstes oder mitgerissenes Metall, das sich von den Schlacken in der Schlackenabsetzzone abtrennt, in die Schmelzzone zurückgeführt und B. die Schlacke kontinuierlich aus der Schlakkenabsetzzone abgezogen wird.