DE1508052A1

DE1508052A1 - Herdofen

Info

Publication number: DE1508052A1
Application number: DE19661508052
Authority: DE
Inventors: Donald Beggs
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1965-07-19
Filing date: 1966-07-08
Publication date: 1969-04-03
Also published as: JPS5227084B1; GB1144070A; BE684180A; NL6609484A

Description

Dipl. P^ys. Büse

Pai-?!'Mnwa ι te
Wuppertal- Barmen

ü 114

Kennwort; Fall 4508

Patentanmeldung

Anmelder: MIDLAND-ROSS CORPORATION Cleveland, OMo, V.St.A₀

Herdofen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Herdofen, insbesondere auf einen Drehherdofen, und befaßt sich mit * der Schaffung eines Herdes (oder der Oberflächenschicht eines Herdes), welcher in einem Ofen arbeiten kann, dessen

Perrooxyd

Atmosphäre im Gleichgewicht mit dem XMHHHpI (FeO) steht* Genauer ausgedrückt, soll durch die Erfindung eine Oberflächenschicht für den Drehherd eines solchen Ofens ge-

ο schaffen werden, in welchem ein eisenhaltiges Material

oo verarbeitet wird und in welchemsoiohe Bedingungen herrschen, ^ daß zumindest ein Teil des Eisengehaltes des auf den Herd

^₃ gelangenden Materiales sich in den FeO-Zustand, auch als

ο Wüstit-Zustand bekannt, umwandelt oder in diesem Zustand

reagiert·

BAD ORlGINAi-

— d <-

In dem amerikanisclien Patent 2 793 109 von Huebler und Beggs ist ein Verfahren zur Reduzierung von Eisenoxyd in metallisches Eisen beschrieben, bei dem das sogenannte "Schnellerhitzungs"-Verfahren angewendet wirde Bei diesem Verfahren werden Kugeln (Pellets) (oder äquivalente, verhältnismäßig kleine, kompakte Teilchen) aus einer homogenen« Mischung aus feinverteiltem Eisenerzkonzentrat (oder einem äquivalenten, stark Eisenoxyd enthaltendem Material) und pulverisierter Kohle oder einem anderen kohlenstoffhaltigen Material in einer Atmosphäre erhitzt, welche für metallisches Eisen oxydierend, aber im wesentlichen frei von ungebundenem Sauerstoff ist. Aufgrund der schnellen Erhitzung bewirken die Gase, die aus den Pellets während des Reduktionsvorganges entweichen, daß das in den Pellets gebildete metallische Eisen gegen die oxydierenden Einflüsse der Ofenraumgase geschützt wird. Infolgedessen kann, wie in diesem amerikanischen Patent beschrieben, eine unmittelbare Reduktion von Eisenoxyd zu metallischem Eisen in einer Atmosphäre erreicht werden, die für metallisches Eisen oxydierend ist» Um dieses "Schnellerhitzungs"-Verfahren mit größtem Vorteil anwenden zu können, ist es erforderlich, eine sehr starke Wärmeübertragung vom Ofenraum zu den behandelten Pellets herzustellen. Dies bedeutet, daß eine verhältnismäßig hohe Ofentemperatur, z.B. eine Temperatur von mindestens 1200° C und von vorzugsweise

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etwa 1370 bis 1430° O, vorgesehen werden muß.. Die Pellets selbst erreichen bei ihrer Umwandlung in Metall unter
"Schnellerhitzung" eine Endtemperatur von etwa 1200° bis 1260° 0.

Wenn auch einige Arten von Eisenxycfcen, z.B. Hammerschlag oder Flugstäube von Stahlöfen mit Sauerstoffeinblasung, verhältnismäßig frei von Siliziumdioxyden sind, stellen % die meisten Eisenerzmaterialien und Eisenerzkonzentrate eine Mischung von Eisenoxyd und Siliziumdioxyd,zusammen mit kleinen Anteilen anderer Oxyde oder Karbonate,dar.

Das Eisenoxyd liegt in solchen Materialien im allgemeinen als Hämatit (FepQ») oder Magnetit (Fe*O^) oder als eine Mischung der beiden vor. Bei der Reduktion dieser Oxyde zu metallischem Eisen geht jedes durch die Wüstit-Stufe (IeO),

Wüstit und Siliziumdioxyd bilden zusammen ein flüssiges Eutektikum bei einer Temperatur von etwa 1180° O₁ wobei der Prozentsatz an Schmelzflüssigkeit vom jeweiligen
Anteil des Siliziumdioxyds abhängt· Bei Mischungen, die reich an Eisenoxyd sind, nimmt der Flüssigkeitsanteil zu, wenn die Temperatur über 1180° 0 steigt. Ein Eisenoxyd
verhältnismäßig hoher Reinheit, z.B. weitgehend siliziumdioxydfreier Hammerschlag, wird nach seiner Reduktion

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zu Wüstit bei einer Temperatur von etwa 1570° 0 flüssig. Wenn Wüstit der letztgenannten Eisenoxydart Siliziumdioxyd vorfindet, mit dem es reagieren kann, wird der Schmelzpunkt unter 1570° 0 erniedrigt, und es bildet sich etwas Flüssigkeit bei der eutektischen Schmelztemperatur von etwa 1180° 0.

Bei der hohen Temperatur des "Schnellerhitzungs"-Verfahrens neigt das Wüstit dazu, mit allen6ekannten feuerfesten Ofenfuttern zu reagieren und deren Struktur schließlich zu zerstören.. Wüstit solcher Temperaturen wird von Keramik— Ingenieuren häufig als beinahe "Univereallösungsmittel" für feuerfeste Materialien bezeichnet. Wüstit und Siliziumdioxyd sind gemeinsam noch reaktionsfähiger und zerstörender. Jedoch bei Temperaturen, die unter denen liegen, bei welchen Wüstit unter Bildung einer Flüssigkeitsphase reagiert, vermag das Wüstit kaum mit solchen feuerfesten Ofenfuttern zu reagieren, da die flüssige Phase fehlt.

Wenn die "Schnellerhitzung" in einem direkt beheizten Ofen erfolgt, sind die Ofengase für das metallische Eisen oxydierend. Wenn die Pellets bei ihrer Umwandlung in Metall als verhältnismäßig dünne Schicht auf einem ^erd vorliegen, welcher der hohen Strahlungswärme des Ofengehäuses ausgesetzt ist — was bei der Durchführung dieses Verfahrens be-

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vorzugt wird -, ist die Herdoberflache gegenüber den Einflüssen der Ofenraumgase und der, bei der Reduktion aus den Pellets entweichenden Gase empfindlich. Insgesamt ergibt sich, daß die Gase an der Herdoberfläohe im wesentlichen im Gleichgewicht mit dem Eisenoxyd im Wüstit-Zustand stehen. Infolgedessen oxydieren alle auf die Oberfläche des Herdes gelangenden Eisenoxydpartikelchen, wie 25.B. "Feinabrieb" oder Absplitterungen der Pellets, zu Wüstit. Da die Ofentemperatur für eine gute Ausnutzung des Schnellerhitzungs-TTerfahrens in dem Bereich von 1370° bis 14JO⁰ 0 liegen muß und da die Pellets auf eine Temperatur von 1200° bis 1260° 0 erhitzt werden, erreicht die Herdoberfläche eine Temperatur von gut über 1180° C, bei welcher Temperatur Wüstit mit Siliziumdioxyd reagiert und die Bildung einer Flüssigkeitsphase einleitet,, Wenn das Verfahren auf einem Herd mit üblichem feuerfesten Futter versucht wird, dringt die flüssige Phase in den Herd ein und zerstört sehr schnell Λ das Futter, welches schichtweise abgeschert wird. Es wurde experimentell gefunden, daß sogar ein stark Magnesiumoxyd enthaltendes Grundmaterial, was eines der widerstandsfähigsten feuerfesten Ofenmaterialien ist, unter der Einwirkung des Wüstits schnell zerstört wird» Es ergibt sich hierbei eine progressiv dünner und unregelmäßiger werdende Herdoberfläche, was die Durchführung des Verfahrens mit einer dünnen Schicht von Pellets völlig unmöglich machtο Bei einem

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s;g)eziellen, llabormäßigen Drehherdofen wurde im Dauerbetrieb alle drei bis vier Stunden eine Schient von etwa 6,4- mm des Herdfutters zerstört, welches in starkem Umfang Magnesiumoxyd enthielt und von Keramikingenieuren als eines der besten bekannten feuerfesten Materialien für diese Arbeitsaufgabe betrachtet wird«, Der ^erd wurde in sehr kurzer Zeit vollständig unbrauchbar und es erwies sich als notwendig, nahezu bei jedem Reduktionsablauf ein neues feuerfestes Herdfutter einzulegen, was in der Praxis dazu führen würde, daß nach einer Betriebszeit von etwa einem Tag die nächsten zehn Tage für die Wiederherstellung des Herdes benötigt wurden.

Durch die Zerstörung einer Vielzahl solcher Herde, welche jeweils aus einem etwas andersartigen Grundmaterial, z.B. Magnesit und Magnesit-Chrom, aufgebaut waren, ergab sich eine günstige Gelegenheit, Ablauf und Ursache der ^erstörung zu beobachten« Wenn & frische Pellets auf den Herd des Ofens aufgegeben werden, gelangt ein bestimmter Anteil von Feinabrieb oder Bruchteilchen auf den Herd. Dies ist immer dann der Fall, wenn verhältnismäßig brüchige Grünpellets oder Preßlinge aus feinverteilten Eisenoxydpartikelchen aufgegeben werden« Während des Redikbionszyklusses der Pellets reagieren die Feinteilchen zu Wüstit, da lose Feinteilchen sich nicht selbst gegen die Verbrennungsgase im

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Ofen schützen. Da etwas Siliziumdioxyd entweder im feuerfesten Herdmaterial oder im Wüstit vorliegt und da die Feinteilchen eine Temperatur von über 1180° G zum Ende des Eeduktionszyklusses erreichen, bildet sich etwas Flüssigkeit während der letzten Stufe der "Metallisierung" der Pellets«. Diese Flüssigkeit sickert in die feuerfeste Oberfläche des Herdes ein und reagiert mit dieser· Wenn der Herd 3ich über die Abnahmestelle der metallisierten Pellets hinaus bis zu der Stelle dreht, an der verhältnismäßig kalte frische Pellets auf ihn aufgegeben werden, wird die Herdoberfläche durch diese rasch auf eine Temperatur abgeschreckt, die deutlich unter der Erstarrungstemperatur der Flüssigkeit liegt· Beim Behandlungszyklus der frischen Pellets wird die Oberfläche des Herdes erneut verflüssigt. Folglich wechselt die flüssige Phase bei jeder Herdumdrehung, für die nominell jeweils acht bis zehn Minuten vorgesehen waren, zwischen Verflüssigung und Erstarrung.

Wenn ein Material, welches Wüstit oder Wüstit und Siliziumdioxyd enthält, flüssig oder halbflüssig wird und dann erstarrt, ergibt sich das Strukturgefüge eines sehr dichten, verglasten Materiales mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der nicht mit dem der üblichen feuerfesten Materialien von Herdofen übereinstimmt. Da das verglaste Material sich in das feuerfeste Herdmaterial einarbeitet, sprengljes die verglaste Schicht ab, wenn diese etwa 3,2 bis

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6,4· mm stark geworden ist. Durch die Absprengung dieser Schicht wird die Herdoberfläche sehr unregelmäßige Das Wüstit reagiert erneut mit der freigelegten Herdoberfläche und greift diese an, bis nach kurzer Zeit eine weitere Schicht abgesprengt wird· Der Zerstörungsvorgang kann beschrieben werden als zunächst eine chemische Reaktion, verbunden mit einer Flüssigkeitseindringung, der eine physikalische Abtrennung von zwei verschiedenartigen Materialien folgt, wenn der Oberflächenbereich des Herdes fortlaufend erhitzt und abgeschreckt wird»

Bei der Untersuchung der Probleme, die durch die Bildung von Flüssigkeit an der Oberfläche des Herdes beim Schnellerhit zungs-¥erfahren hervorgerufen werden, wurde eine thermische Analyse mit folgenden Ergebnissen gemachte Die Oberfläche des Herdes befindet sich am Ende des Metailisierungszyklusses auf einer Temperatur von etwa 1200° bis 1260° O₀ Wenn nach der Entfernung der metallisierten Pellets kalte, frische Pellets auf den Herd aufgegeben werden, wird die Oberfläche durch die frischen Pellets auf eine Temperatur von etwa 650 bis 870° 0 innerhalb einer kurzen Zeitspanne abgeschreckt. Beim weiteren Verfahrensablauf wird die Herdoberfläche schnell erneut erhitzt. Bei einer Integration des angenommenen Zeit—Temperatur-Zyklusses der Herdoberfläche zeigte die Auswertung , daß die Temperaturschwankung 2,54 cm unter der Herdoberfläche

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wahrscheinlich zwischen 1100° und 1150° C liegt und daß die Temperatur 5»08 cm unter der Oberfläche wahrscheinlich völlig stabil etwa 1125° 0 beträgt. Diese Auswertung beruhte auf einem Zeitzyklus von zehn Minuten je Herdum— drehung, was die erwähnte verhältnismäßig stabile Temperatur 5,08 cm unter der Herdoberfläche erklärt©

Die thermische Untersuchung zeigt, daß der Hauptteil der oberen 5*08 cm-Schicht des Herdes unter der Flüssigkeitstemperatur des Wüstit—und Siliziumdioxyd-Eutektikums von 1130° bleiben müßte, und da ja Wüstit bei Fehlen einer flüssigen Phase nicht in irgendeinem nennenswerten Umfang mit dem Ofenfutter reagiert, wurde angenommem, daß es möglich sein müßte, einen Herd zu konstruieren, dessen untere Grundschicht aus üblichen feuerfesten Materialien besteht, welche mit einer Schicht von etwa 2,5 bis 5 cm Dicke aus verglastem Wüstit-oder Wüstit-und Siliziumdioxydmaterial überdeckt ist. Eine solche verglaste Platte dürfte, wie überlegt wurde, nicht zur Entstehung von Abscher-roder Absprengflächen bei einer Ansammlung von zusätzlichen, Wüstit enthaltenden Feinteilchen auf der Herdoberfläche führen, da ja der thermische Ausdehnungskoeffizient der verglasten Feinteilchenansammlung sich mit dem der verglasten Platte vertragen würde. DiesesKonzept wurde in der folgenden Weise verfolgt.

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Es: wurde ein Herdunterbau hergestellt, der eine 15 cm-Schicht aus isolierendem, vergießbarem Schamottematerial, eine anschließendes 10 cm-Schicht aus hartem, gußfähigem Schamottematerial und darüber eine 5 cm-Schicht aus gußfähigem feuerfestem Material mit 95% Magnesiumoxyd besaß« Die Oberfläche der letztgenannten Schicht lag 5 cm unterhalb der Höhe der gewünschten Arbeitsfläche des Herdes₀ Hierdurch wurde ein Raum zur Ausbildung einer 5 cm dicken Platte aus verglastem Wüstit-oder aus Wüstit-und Siliziumdioxydmaterial belassen»

Zur Herstellung dieser 5 cm dicken Platte wurde ein Magnetitkonzentrat, welches atwa 4% Siliziumdioxyd enthielt, als Rohstoff verwendet. Zu diesem Magnetitkonzentrat wurden etwa fünf Gewichtsprozente pulverisierte Pocahontaskohle augegeben und mit diesem durchmischt«. Diese Kohlenmenge wurde al® Reduktionsmittel zugeschlagen, welches bei hoher Temperatur unter rascher Reduzierung des Magnetits zu Wüstit reagiert« Selbstverständlich könnten auch, die Gase der Ofenatmo-phäre anstelle der zugegebenen Kohle für die Reduktion zu Wüstit verwendet werden.

Der labormäßige Drehherdofen wurde angeheizt, und die Temperatur in der Reduktions-oder Metallisierungszone auf etwa 1370° 0 eingestellt. Die Brenner wurden derart eingestellt, daß die Verbrennungsgase etwa 10% Brennstoff

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(GO und Wasserstoff) enthielten, bei welcher Zusammensetzung die Ofengase im Gleichgewicht mit Wüstit stehen. Die Drehgeschwindigkeit des Ofens wurde auf etwa eine Umdrehung je Stunde eingestellt| und dann wurde auf den Herd eine 5 cm dicke Schicht aus der oben erwähnten Konzentrat-Kohle-Mischung aufgegeben, welche an der Aufgabestelle mittels einer Schnecke nivelliert+wurde, die jegliche überschüssige Menge entfernte« Als sich der Herd ™ langsam durch die Hochtemperaturzonen drehte, wurde die 5 cm-Schicht aus der Konzentrat-Kohle-Mischung bis auf eine Temperatur deutlich oberhalb des eutektischen Flüssigkeitspunktes von Wüstit und Siliziumdioxyd erhitzt· Da das Konzentrat nur so viel Kohle enthielt, um das Magnetit zu Wüstit zu reduzieren, und da sich die Verbrennungsgase des Ofens ebenfalls im Gleichgewicht mit Wüstit befanden, wurde das Magnetit in Wüstit umgewandelt, während die Mischung 1180° erreichte· Mit Entstehen einer Schmelz- g flüssigkeit schrumpfte die ursprünglich 5 cm dicke Pulverschicht langsam und wurde schließlich ander Oberseite des feuerfesten MgO-Materiales zu einem schimmernden Flüssigkeitssee von etwa 1,13 cm Tiefe. Wenn auch dieses Konzentrat nur etwa 4-% Siliziumdioxyd enthielt, was nur zur Ausbildung einer verhältnismäßig geringen ersten Flüssigkeitsmenge bei 1180 G ausreicht, so wird Wüstit, das eine solche Menge Siliziumdioxyd enthält, bei etwa 1370° G vollständig flüssig. Aus diesem Grund wurde bei 1370° G gearbeitet, um eben das Konzentrat vollständig zu verglasen und damit zu verdichten.

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In diesem Zusammenhang hätte auch eine siliziumoxydfreie Form von Eisenoxyd, z.B₀ Hammerschlag, anstelle des Magnetit-Konzentrates verwendet werden können, wobei man dann die Ofentemperatur von etwa 1400° 0 erhöhen würde, um Wüstit bei Abwesenheit von Siliziumoxyd zu verflüssigen· Dies wurde versucht, und es wurde hierbei die Ausbildung einer dichten₉ verglasten Platte aus Wüstit mit einem Verllüssigungspunkt bei etwa 1370 0 erreichte

Wenn sich der H_erd langsam aus den 1370° G heißen Zonen heraus und wieder zurück zur Aufgabestelle der kalten pulverisierten Koneantrat-Kohle-Mischung drehte, erstarrte natürlich die flüssige Phase. Es wurde dann eine weitere Schicht der Konzentrat-Kohle-Mischung aufgegeben und mit der Nivellierungsschnecke auf die gewünschte Höhe gebracht· Diese Schicht wurde ebenfalls verflüssigt und schrumpfte ein, wobei nunmehr insgesamt eine etwa 2,5 cm dicke, verglaste Schicht erreicht wurde, Nach etwa sechs weiteren Umdrehungen des Herdes war eine Schicht aus verglastem Material von etwa 5 cm Dicke gebildet«

Auf diese Art wurde eine 5cm dicke monolithische Platte aus verglastem Wüstitmaterial auf dem G-rundaufbau des Herdes ausgebildet. Der Herd war drehbar. Es entstanden keine Schrumpfungsrisse in der Platte, wenn der Herd in die verhältnismäßig kühle Zone bewegt wurde, in der die frischen Pellets normalerwd.se auf den Herd aufgegeben warden.

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Es wurde dann ein vierstündiger Reduktionsprozeß durchgeführt. Am Ende dieses Prozesses war der Herd um etwa 0,3 cm dicker, was durch eine geringe Menge von Feinteilchen verursacht wurde, die nach und nach auf den Herd gelangten und mit der 5 cm dicken Platte verglasten» Dieses Aufwachsen machte etwa nur V/o der gesamten Menge der zugeführten Pellets aus„ Der Reduktionsprozeß war sehr erfolgreich« Es lag keine merkliche Tendenz der Pellets vor, in die Oberfläche der Platte einzusinken, was bewies, daß die vorerwähnte thermische Überlegung insofern richtig war, daß der Körper der 5 cm dicken Platte im wesentlichen während des Prozesses in festem Zustand bleibt. Als nächstes Problem wurde untersucht, wie dieses Anhäufen oder Aufwachsen auf der Platte während der Durchführung des Verfahrens behoben werden kann·

Hierzu wurde die Schnecke, die zum Nivellierend der Kon— zentrat-KohlevMischung bei ihrer Aufgabe auf den Herd verwendet worden war, langsam in Berührung mit der Herdoberfläche gebrachte Es wurde hierbei gefunden, daß bei einer Temperatur der Herdoberfläche von unter etwa 1095° die Schnecke einfach auf die Herdoberfläohe aufstieß und damit anzeigte, daß die Herdoberfläche überaus hart war. Sie konnte nicht bearbeitet werden. Wenn aber die Oberflächentemperatur des Herdes im Bereich der Schnecke auf etwa 1095° bis 1150° Gehalten wurde, so ergab sich, daß,

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die Oberfläche wie kalte Butter bearbeitet werden konnte» Die 0,3 cm starke Anhäufung wurde dann abgearbeitet, und es ergab^bich eine völlig flache Herdoberfläche.

Danach wurde ein weiterer vierstündiger Reduktionsprozeß durchgeführt, und es wurde gefunden, daß jegliche Anhäufung kontinuierlich abgearbeitet werden konnte, was anzeigte, daß sich die Herdoberfläche bei Erreichen der Schnecke auf einer Temperatur von zumindest etwa 1095° 0 befand. Um sicherzustellen, daß die Herdoberfläche im Bereich der Bearbeitungsschnecke während eines normalen Eeduktionsprozesses für eine Bearbeitung heiß genug ist, wurde ein mit Öffnungen versehenes Brennersrohr zwischen der Abnahmestelle der metallisierten Pellets und der Bearbeitungsschnecke installiert. Wenn das Brennerrohr eingeschaltet war und die Herdoberfläche mit heißen Gasen beaufschlug, war die Bearbeitung leichter durchzuführen. Ob ein solches Heizrohr oder eine äquivalente Heizeinrichtung für die Herdoberfläche erforderlich ist oder nicht, hängt von dem jeweiligen Wärmespeichervermögen des ein-

und

zelnen Drehherdofens/von der A₁.t des verarbeiteten Eisenoxydmaterial es ab.

Nach Durchführung einer Anzahl weiterer Reduktionsprozesse wurde der Ofen heruntergeschaltet und abgekühlt, um die

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verglaste Herdplatte prüfen zu können. Nachdem der Ofen kalt war, zeigte die Platte in 30 bis 4-5 cm Abständen kleine entstandene Risse, was aehr viel wäre, wenn dies nach dem Abkühlen eines üblichen gußfähigen feuerfesten Materiales beobachtet würde» Die 5cm dicke Platte war lose von der Unterlageschicht aus dem MgO-Feuerfestmaterial getrennt, wobei die Abtrennung während der Abkühlung erfolgte, da der thermische Ausdehnungskoeffizient der Platte aus verglastem Wüstitmaterial sich nicht mit dem des Magnesiumoxyd-Jfeuerfestmaterials vertrüge Die 5 cm dicken, gerissenen Plattenstücke waren leicht abzunehmen und wurden dann einer Reihe von Untersuchungen über die Beschaffenheit des verglasten Materiales unterzogen«

Das verglaste Material war sehr hart aber spröde. Es erforderte eine Diamant-Schneidscheibe zum Zersägen. Seine Dichte betrug etwa 5g/cm , was etwa 2/3 der Dichte von Stahl ist β S in thermischer Ausdehnungskoeffizient erwies sich als etwas größer als der der meisten feuerfesten Materialien, Labormäßige Untersuchungen bekräftigten die Vermutung, daß die Platte im wesentlichen aus verglastem Wüstit mit etwas Siliziumdioxyd besteht. Die thermische Leitfähigkeit lag in der gleichen Größenordnung wie die von dichtem Schamottestein«

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Ferner wurde die Tragfähigkeit oder Druckfestigkeit des verglasten Materiales im heißen Zustand untersucht und festgestellt, daß das Material bis zu etwa 1095° 0 druckfest ist und dann in etwa plastisch wird bis zu 1180-1200° C, bei welcher Temperatur sich etwas Flüssigkeit bildet und das Material weich wird· Oberhalb 1190° gleicht dieses Material unter diesem Gesichtspunkt einem Lack. Wenn sich das Wüstit-und Siliziumoxydmaterial verflüssigt, wird es zum Bindemittel, wobei der verfestigte Anteil einem Pigment entsprichtβ Mit zunehmendem Flüssigkeitsanteil wird also die Konsistenz progressiv/ dünner. Es erscheint so, als ob es sogar bis 1200° 0 ein recht festes Material ist, so daß die Pellets bei ihrer Verwandlung in Metall nicht in den Herd einsinken.

Bei der Verglasung verschiedener Eisenerzkonzentrate wurde gefunden, daß sich die Liquidität oäer Zähigkeit mit der Siliziumoxydkonzentration ändert. Bestimmte Konzentrate enthalten bis zu 8% Siliziumoxyd, und wenn ein solches Konzentrat verglast wird, so ist dieses bei einer gegebenen Temperatur wesentlich flüssiger als ein Konzentrat mit ¹Wo Siliziumoxyd₀ Um die Liquidität bei einer gegebenen Temperatur herabzusetzen, kann man kristallinischen Dolomit oder Magnesiumoxyd oder ähnliche Grundstoffe vor der Verflüssigung und Verglasfcung der Mischung zusetzen.

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Bei der Herstellung einer Herdplatte kann es zweckmäßig sein, bestimmte geringe Mengen von Siliziumoxyd zuzusetzen, wenn man ein Konzentrat verwendet, welches äußerst arm an Siliziumoxyd ist, um hierdurch die Liquidität im Hinblick auf eine Vereinfachung der Verglasung zu erhöhenj andrerseits kann es erforderlich sein, im gewissen Umfange ein Versteifungsagenz, z.B. Dolomit

oder Magnesiumoxyd, einem Konzentrat mit hohem Silizium- ^ oxydanteil zuzusetzen, um hierdurch die Liquidität zu verringern.. Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß andere Metalloxyde, z.B. Kalk, wasserfreie Soda oder dgl., mit hinzugenommen werden können, um eine gewünschte Liquidität zu erreichen«

Bezüglich des Reduktions-oder Metallisierungsprozesses selbst ist eine verhältnismäßig hohe Dichte des verglasten Wüstitmateriales ein eindeutiger Vorteil gegenüber den A üblichen, für die Arbeitsoberfläche des Herdes verwendeten feuerfesten Materialien« Je mehr Hitze während des Metallisierungsprozesses im Herd gespeichert werden kann, deefco mehr Wärme kann an die Unterseite der Pellets geleitet werden, wenn kalte frische Pellets auf den H_er<i aufgegeben werden_e Die Verwendung einer solchen Heiäschicht hoher Dichte führt zu einer zeitlichen Verkürzung dee Verfahrenszyklusses, wodurch Je Flächeneinheit des Herdes eine größere Produktivität bei der Reduktion der Pellets erreichbar ist.

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Nachdem die verglaste Herdplatte zur Durchführung der vorerwähnten Untermichungen aus dem Drehherdofen herausgenommen worden war, wurde eine neue 5 cm dicke Herdplatte in gleicher Weise wie die erste Platte hergestellte Eine umfangreiche Serie von Metallisierungsprozessen wurde dann über Monate hinweg durchgeführt, wobei nicht nur das Verhalten der Herdplatte im Dauerbetrieb sondern auch der Einfluß programmäßiger Wochenend-Abschaltungen beobachtet wurden, bei denen der Ofen bis auf eine Temperatur von 200 bis 260° 0 abgekühlt und nachfolgend wieder auf Betriebstemperatur erhitzt wurde. Beim Abkühlen wurde festgestellt, daß in der Herdplatte Schrumpfungsrisae entstehen ähnlich jenen, die bei üblichen gegossenen monolithischen feuerfesten Materialien auftreten. Nach Wiedererhitzung auf Betriebstemperatur schlossen sich die Schrumpfungsrisse in üblicher Weise. Zusätzlich zu diesem räumlichen Schließen der Schrumpfungsrisse beim erneuten Aufheizen des Ofens wurde gefunden, daß durch einen etwa einstündigen Leeriaufbetrieb des Ofens bei 1370° und bei sich langsam drehendem Herd die 5 cm dicke Herdplatte teilweise verflüssigt und tatsächlich wieder vollkommen monolithisch wurde.

Ein derart aufgebauter Herd scheint in idealer Weise für das "Schnellerhitzungs"-Reduktionsverfahren geeignet zu sein, bei dem Ofentemperaturen in der Größenordnung von

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1370 bis 1430° O verwendet werden und bei dem sich die stark reaktionsfähige Form von Eisenoxyd, nämlich Wüstit (FeO), auf dem Herd bildet. Darüberhinaus ermöglicht tatsächlich die hohe Dichte in Verbindung mit der hohen thermischen Kapazität der 5 chl dicken, verglasten Platte einen eindeutigen Anstieg der Produktionskapazität des Ofens im Vergleich mit solchen Öfen, bei denen übliches feuer- , festes Material geringerer Dichte verwendet worden war_e

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in der zeigen:

Fig. 1 einen vereinfachten Vertikalschnitt durch einen Drehherdofen vom Ringtyp;

Fig. 2 eine Aufsicht gemäß der Linie A-A in Fig. 1 und

Fig. 3 eine detailliertere Darstellung des schematisch in Fig. 1 gezeigten Herdaufbaus.

Der dargestellte Ofen u£faßt einen ringförmigen Drehherd 1O₁ welcher eine Metallschale 11 besitzt, die durch Haltestützen 12 aus einer wärmebeständigen Legierung verstärkt ist. Die Schale 11 enthält in der genannten Reihenfolge eine Grundschicht 13 aus einem isolierenden, feuerfesten Material, eine Zwischenschicht 14 aus einem schwer schmelzbaren

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feuerfesten Materiali eine Schicht 15 aus Magnesiumoxyd hoher Reinheit (z.B. 95%» entweder in gußfähiger oder vorgebrannter Form), und eine Oberflächenschicht 16, welche die Herdoberflächenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.

Der ringförmige Herd ist in üblicher Weise auf Schienen gelagert, die wiederum auf Rädern abgestützt sind, welche durch irgendeine übliche Antriebseinrichtung, z.B· durch den gezeigten Elektromotor 20, angetrieben werden· Der Herd ist in einem insgesamt mit 22 bezeichneten Ringgehäuse: angeoxlnet und in üblicher Weise in diesem abgedichtet, wie durch die hydraulische Dichtung 23 angedeutet ist. Geeignete übliche Brenner 24 führen durch die senkrechte Wand

25 des Ofens , welcher in geeigneter Weise durch den Abzug

26 entlüftet wird.

Wie insbesondere aus Fig, 2 zu ersehen ist, sind eine Vielzahl von Brennern 24 in Abstand voneinander in geeigneten öffnungen der Gehäusewand 25 angeordnet, durch welche vorbestimmte Temperaturen und vorbestimmte Gaszusammensetzungen, geliefert von den Brennern, hergestellt und in den Räumen oder Zonen über der Ringfläche aufrechterhalten werden können.

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Bei 30 ist ferner eine übliche Einrichtung, z.B. eine elektrische Vibrations-Einspeisevorrichtung, zur Aufgabe frischer Pellets auf den Herd dargestellt. Die Einspeisevorrichtung ragt durch die Wand 25 und liegt in einem geeigneten Abstand (und so nahe als praktisch möglich) über der Oberfläche des Herdes.

Bei 33 ist ferner schematisch eine Schnecke dargestellt, Q die quer zum Herd und in einem Abstand oberhalb desselben angeordnet ist und welche zur Abführung der fertigen Pellets vom Herd dient. Ein mit öffnungen versehenes Brennerrohr 34, das quer und oberhalb des Herdes angeordnet ist, richtet die Flammen auf den Herd und erhitzt von neuem die kurz zuvor entleerte Herdfläche, und eine zweite Schnecke 35 ist derart über der Oberfläche des Herdes angeordnet, daß sie jede Anhäufung oder jegliches Aufwachsen von Peinteilchen auf der derart erneut erhitzten Herdoberflache » abarbeiten kann.

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Claims

Pat ent ansprüche

1» Herdofen für die Wärmebehandlung von eisenoxydhaltigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Oberflächenschicht (16) des Herdes Wüstit (FeO) enthält.

2« Herdofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Herd bewegbar ist·

3· Herdofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Herd drehbar ist.

4ο Herdofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht des Herdes im wesentlichen aus Wüstit besteht.

5· Herdofen nach den Ansprüchen 1 bis 3$ dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht des Herdes im wesentlichen aus einer Mischung von Wüstit und Siliziumoxyd besteht»

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J 3

6. Herdofen nach Irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (35)» welche von der Herdoberfläche jegliches Material entfernt, das an dieser anhaftet oder auf dieser einstückig aufwächst·

7· Herdofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einer drehbaren Oberflächenbear— ^ beitungsschnecke (35) besteht·

8. Herdofen nach Anspruch 7 t dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine Einrichtung (33) zur Entfernung jeglichen lose auf der Herdoberfläche liegenden Materia— les und eine Einrichtung (34·) zur erneuten Aufheizung der zuvor gesäuberten Eerdoberflache besitzt, wobei die Oberflächenbearbeitungsschnecke (35) in Bewegungsrichtung des Herdes kurz hinter dieser Aufheizein— richtung angeordnet ist·

9· Herdofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizeinrichtung aus einem mit Öffnungen versehenen Brenner (3^) besteht, der heiße Gasstrahlen auf die gesäuberte Herdoberfläche richtet·

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-*- Lt

10· Herdofen nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche« dadurch gekennzeichnet, daß das die Oberflächenschicht (16) bildende Material auf einer Schicht (15) aus feuerfestem Material liegt, wel-~ ehes zumindest als Hauptbestandteil Magnesiumoxyd enthält·

11. Verfahren zur Herstellung der Herdoberflächenschicht bei einem Herdofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere, hauptsächlich Wüstit enthaltende Materialteile vorgefertigt und zum "Sifbau der Oberflächenschicht verwendet werden·

12« Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem oder den Materialteilen ein Oxydanteil zur Festlegung der Schmelztemperatur zugesetzt wird·

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem oder den Materialteilen Siliziumdioxyd zugesetzt ist·

14· Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der Materialteile twiechen 1180° G und 1370° 0 festgelegt wird·

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15· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Materialteilen als Oxyd Magnesiumoxyd zugesetzt wird·

16· Verfahren zur Herstellung der Herdoberflächenschicht bei einem Ofen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche

einer feuerfesten Materialschicht eine körnige oder ^j pulvrige Masse, die ein Eisenoxyd enthaltendes Material umfaßt, aufgegeben wird, daß die Masse unter solchen Bedingungen erhitzt wird, daß sich ein beträchtlicher Anteil von Wüstit bildet, von dem zumindest ein Teil in flüssiger Phase vorliegt, und daß die Oberflächenschicht hiernach abgekühlt wird unter Bildung einer verglasten Schicht aus einem feuerfesten Material, welches Wüstit enthält oder aus diesem besteht.

1?. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die verglaste Schicht zumindest mit einer Dicke von 2,5 om hergestellt wird·

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