DE201178C

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KAISERLICHES

PATENTAMT

KLASSE 18«. GRUPPE 18//

OTTO THIEL in LANDSTUHL;Rheinpf.

Patentiert Im Deutschen Reiche vom 3. Mal 1905 ab.

Die Friedrich Siemens in Dresden in den Jahren 1884 und 1890 erteilten Patente 32309 und 62904 betreffen Verfahren zur Herstellung von Eisen unmittelbar aus Erzen, also mit Umgehung des Hochofens. Bei dem ersten Verfahren soll ein pulverförmiges Gemenge von Eisenerzen, Zuschlagen und kohlenstoffhaltigen Stoffen in einem Flammofen bei stärkster Hitze eingeschmolzen werden, so daß sich das gebildete Metall in flüssigem Zustande auf dem Ofenherd, von einer flüssigen Schlacke überdeckt, ansammelt, oder es soll die Mischung in Pulverform oder mittels Bindemitteln zu Ballen geformt auf einem vorher gebildeten Eisenbad eingeschmolzen

. werden. ■ Dabei entsteht nach der Beschreibung ein neues metallisches Erzeugnis von größerem oder geringerem Kohlenstoffgehalt, dessen Kohlenstoffgehalt durch Erzzusatz noch vermindert werden kann. Bei dem in der zweiten Patentschrift beschriebenen Verfahren werden Erze und Zuschläge in Pulverform im Flammofen niedergeschmolzen und dann mit einer Schicht von Kohlenstoff in Pulverform oder in kleineren oder größeren Stücken überdeckt. Diese Kohlendecke soll das gebildete metallische Eisen vor dem Verbrennen schützen. Auch hier wird ein Eisen von wechselndem Kohlenstoffgehalt erzeugt,

das unter Umständen durch Erz wieder entkohlt werden muß. Es ist naheliegend, daß diese beiden Verfahren nicht geeignet waren, einen wirtschaftlichen Erfolg zu erringen, indem einerseits ein stets gleichartiges Erzeugnis nicht erzielt werden konnte," da je nach dem Verlaufe des Verfahrens von dem erhaltenen Eisen eine größere oder geringere Menge von Kohlenstoff aufgenommen wurde und andererseits der Verbrauch an Kohlenstoff sehr groß war, weil ein großer Teil des Kohlenstoffs bei der starken Hitze, die sich bei der Gasfeuerung mir durch einen Überschuß an Sauerstoff erreichen läßt, verbrennen muß, ohne zur Reduktion verwendet werden zu können. Wie aus der Beschrei-,45 bung zu erkennen ist, bleibt auch auf der Schlackenoberfläche schwimmender Kohlenstoff zurück. Einen weiteren Verlust für das eigentliche Verfahren bildet die Aufnahme des Kohlenstoffs durch das entstandene Eisen.

Auch ' das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren bezweckt die Darstellung von Eisen unmittelbar aus Erzen. Es besteht darin, aus eisenoxydhaltiger Schlacke, die über einem stets vorhandenen flüssigen Eisenbade aus Eisenerzen, Eisenschlacken, Kiesabbränden o. dgl. hergestellt wurde, in einer Vorrichtung, die imstande ist, Schlacke und Eisen stets flüssig zu erhalten, durch Einführung von Kohlenstoff oder solchen Stoffen, welche Kohlenstoff in großen Mengen enthalten (wie Koks, Anthracit ö. dgl.), in die eisenoxydhaltige Schlacke unmittelbar das Eisen auszufällen, welches dann sofort von dem darunter befindlichen flüssigen Eisenbade aufgenommen wird. ; ;■;.,,::

Eine vollständige oder doch nahezu vollständige Reduktion von Eisen aus einer flüssigen, eisenoxydhaltigen Schlacke "in regelmäßigem und wirtschaftlichem Betriebe kann ntar dann erzielt werden, wenn man imstande , ist, Eisen und Schlacke vor, während und nach der Reduktion in flüssigem Zustande zu erhalten. Bei dem neuen Verfahren geschieht dies, indem flüssige, eisenhaltige Schlacke

ίο über einem flüssigen Eisenbade hergestellt Wird. Die Reduktion der eisenhaltigen Schlacke findet dann über dem heißflüssigen Eisenbade statt, wodurch das ausgeschiedene Eisen frei von jeder Schlackenbeimengung unmittelbar von dem Eisenbade aufgenommen und ν so jede Oxydation vermieden wird. Dieses Eisenbad hat aber ferner noch den Zweck, durch die ihm innewohnende überschüssige Wärme die Schlacke stets flüssig zu erhalten,

ao so daß die eigentliche Feuerung nur in beschränktem Maße zu Hilfe genommen zu werden braucht. Durch die stetige Flüssigerhaltung der ganzen Schlackenmasse wird auch die Einwirkung des Kohlenstoffs und demnach die Reduktion vollkommen.

Ob man dabei Eisenerz und Kalk auf dem Eisenbade unmittelbar zu einer Schlacke schmilzt oder in einem gesonderten Ofen und die geschmolzene Schlacke dann auf das

30. Eisenbad gießt, ist einerlei. Der Wärmeaufwand, den die Reduktion der flüssigen, eisenoxydhaltigen Schlacke erfordert, wird gedeckt durch die in dem Eisenbade aufgespeicherte überschüssige Wärme. Auch durch die Feuerung des Ofens, in welchem sich das Eisen'befindet, kann jederzeit Wärme zugeführt werden. Das ausgeschiedene Eigen wird unmittelbar vom Eisenbade aufgenommen, wodurch jeder Verlust durch Oxydation usw. vermieden wird.

Das Verfahren selbst kann in jedem Ofen" durchgeführt werden, welcher so eingerichtet ist, daß er die zur Flüssigerhaltung von Eisen und Schlacke nötigen Temperaturen hervorbringt. Die Reduktion der Schlacke geschieht am besten durch Anthracit, Koks u. dgl. Das Reduktionsmittel wird in die Schlacke in der für die gegebenen Verhältnisse zweckmäßigsten Weise eingeführt: von oben, von der Seite usw.

Das neue.Verfahren ist von den früher beschriebenen Siemens sehen Verfahren durchaus verschieden. Es wird ein größeres Eisenbad hergestellt, das nach Menge und Zusammensetzung immer gleich ist, da die Quelle seiner Erneuerung nur dem aus den Erzen gewonnenen Eisen entspringt. Da der zur Reduktion verwendete Kohlenstoff entsprechend der Eigenart des Verfahrens nur mit der Schlacke, nie mit dem Eisenbad in Berührung kommen kann, so kann das gewonnene Eisen nur ein reines Eisen sein, das frei von Kohlenstoff ist. Daher kann auch das aus dem Ofen ausgegossene Eisen nur reines Eisen sein. Der Teil des Eisens, der stets im Ofen zurückbleiben muß, kann natürlich auch nur aus reinem Eisen bestehen. Bei dem Siemensschen Verfahren wird bei jedem Einsatz ein neues Bad frisch eingeschmolzen, wie aus der Beschreibung hervorgeht. Jeder Einsatz besteht aus einem neuen , Einsatz von Gußeisen, Gußstahl usw., zu dem, > wie am Schlüsse der Beschreibung erwähnt, ist, die für den Einsatz bestimmte Erzmischung kommt. '75

Über diesem stets vorhandenen großen Eisenbade, das zugleich als Wärmeregler ; dient, wird ein großes heißflüssiges Schlackenbad hergestellt. In dieses größere Schlackenbad wird Kokspulver oder Koksgries hinein- gebracht, nach und nach in gewissen Ab-, : ständen, so daß immer die große Masse der eisenreichen Schlacke auf eine verhältnismäßig sehr kleine Menge von Kohlenstoff wirkt. Man führt so lange Koks ein, bis nur noch geringe Mengen von Eisen in der Schlacke sind. Man läßt sogar absichtlich etwas Eisen in der Schlacke, da nach dem bekannten hüttenmännischen Erfahfungssatze andere Verbindungen wie 'SiO₂, P₂ 0_& usw. so lange nicht reduziert werden, als noch Eisenoxyde zur Reduktion vorhanden sind. Also auch , ; der Zusatz von Kohlenstoff ist gegenüber den Siemensschen Verfahren äußerst gering, was einen großen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet.

Es ist demnach die Art der Zuführung des Reduktionsmittels von den Siemensschen Verfahren wesentlich verschieden. Im nachstehenden soll beispielsweise unter Bezug,-nähme auf die ,schematischen Zeichnungen ;· beschrieben werden, wie sich das Verfahren gegebenenfalls im großen ausführen ließe. ·

Beispiel I (Fig. 1 und 2).

Es wird angenommen, daß man mit dem neuen Verfahren in einem Kippofen arbeiten will. Um dies zu ermöglichen, versieht man ^! die Türöffnungen der Vorderseite mit dicht ■ abschließenden Einsätzen, die mit Löchern no versehen sind, durch welche die reduzierenden Stoffe eingeführt oder eingepreßt werden. Beim Kippen des Ofens nach vorn legt sich die flüssige Schlacke vor diese Öffnungen, das Kokspulver wird nunmehr eingestoßen, ng der Ofen kippt zurück und es erfolgt eine heftige Reaktion und Reduktion. Der Ofen wird wieder vorgekippt, es wird wieder Kokspulver eingestoßen, der Ofen kippt abermals zurück usw. Diese Behandlung wird iao so lange fortgesetzt, bis die Schlacke nur noch geringe Mengen von Eisen enthält.

Beispiel II (Fig. 3 bis 7).

Zu beiden Seiten der Mitteltür eines Kippofens ist ein Kasten angeordnet, der mit Dolomit oder Magnesit ausgestampft ist. Der Kasten ist so angebracht, daß er ähnlich wie ein Bessemerbirnenboden leicht ausgewechselt werden kann und zur Einführung des Reduktionsmittels, zur Mischung dieses mit dem Schlackenbade und zur Abführung des größten Teiles des gebildeten Kohlenoxydes dient. Auf dem Kasten sitzt ein Rohr zur Einführung des Kokses und ein Rohr zur Ableitung des Kohlenoxydes (Fig. 7).

Wenn der Einsatz, Erz und Kalk, eingeschmolzen oder wenn Schlacke oder Eisen abgegossen wird, steht der Kasten außer Betrieb (Fig. 3). Der Betrieb selbst wäre folgender: In dem genannten Kippofen mit ungefähr 80 t Inhalt befinden sich ständig 30 t flüssigen Eisens.. Darüber werden 25 t Eisenerz · und Kalk zu einer heißflüssigen Schlacke (spezifisches Gewicht ungefähr 3,8) zusammengeschmolzen. Der Kasten oder Mischraum ist durch die Ofengase oder durch eine besondere Feuerung auf die Temperatur des Ofens gebracht. Nun wird der Kippofen in die in Fig. 4 gezeichnete Lage vorgekippt, die Schlacke fließt in den Mischraum und schließt diesen gegen den Ofen vollständig ab. Nun läßt man durch das Rohr R (Fig. 7) feingepulverten oder feinkörnigen Koks in den Mischraüm fallen. Es entsteht eine heftige Gasentwicklung und die Gase werden durch das Rohr r abgeleitet.. Nachdem die Gasentwicklung nachgelassen hat, werden beide Rohre geschlossen. Der Koks erhitzt sich sofort sehr stark in dem Kasten. ■

Der Ofen wird etwas weitergekippt, so daß die Schlacke den heißen Koks umschließt und die Reduktion kräftig einsetzt. Durch das erzeugte Kohlenoxyd entsteht im Mischraume ein starker Gasdruck, der durch ein an dem Gasableitungsrohr angebrachtes Manometer beobachtet werden kann. . Das ' Gas wird abgeleitet. Durch den Gasdruck entsteht eine Bewegung im Schlackenbad, die nötigenfalls noch durch Umrühren verstärkt werden kann.

Der Koks wird infolge der rasch fortschreitenden Reduktion aufgezehrt, so daß der Ofen weiter bis in die in Fig. 5 gezeichnete Lage gekippt werden muß. . Nun kippt.

man den Ofen bis in die Lage Fig. 6 zurück, läßt neuen Koks ein und der vorstehend geschilderte Vorgang wiederholt sich.

Diese Behandlung wird so lange fortgesetzt, bis der gewünschte Grad der Reduktion erreicht ist, d. h. bis die Schlacke nur noch wenig Eisen enthält.

Das gebildete Kohlenoxyd wird zum größten Teil nach dem Mischraum entweichen, da es im Ofen vielfach einen etwas größeren Druck zu überwinden hat. Dieses reine Kohlenoxyd, ein sehr wertvolles Nebenerzeugnis, ·. wird natürlich in entsprechender· Weise nutzbar gemacht.

Das bei der Reduktion ausgeschiedene Eisen wird sofort von dem Eisenbade aufgenommen, und durch den Abgang des Sauer-Stoffs der Erze oder Schlacke entsteht eine Volumenverminderung, die durch einen neuen Zusatz von Erzen wieder ausgeglichen wird, so daß die Höhe des Schlackenbades immer annähernd dieselbe bleibt. Der Zusatz von ' frischen Erzen kann auch während der Reduktion geschehen, da ja infolge der beständigen Einwirkung der Feuerung mehr Wärme vorhanden ist, als durch die Reduktion beansprucht wird. Dadurch ist man imstande, einen ununterbrochenen Betrieb herzustellen, in dem der Eisengehalt der Schlacke nahezu auf gleicher Höhe gehalten wird, Eisen und Schlacke in bekannter Weise abgezogen werden, wobei 30 t Eisen ständig im Ofen bleiben.

Will man nicht ununterbrochen arbeiten, sondern das gewonnene Eisen im Ofen selbst, fertig machen, so gießt man in eine Pfanne go 30 t Eisen samt der Schlacke ab, macht den im Ofen zurückbleibenden Rest von Eisen in der bekannten Weise fertig und gießt ihn ab. Die zuerst abgegossenen, noch in der Pfanne stehenden 30 t werden nun in den Ofen zürückgegossen und bilden die Grundlage für den neuen Einsatz. Zum Zwecke einer sicheren Mischung könnte man auch die Einführung des Reduktionsmittels außerhalb des Ofens vornehmen. Allerdings müßte diese Mischung sehr rasch vor sich gehen und das Ganze sofort auf das Eisenbad gebracht werden.

Die Art der Zuführung von Kohlenstoff kann naturgemäß verschieden sein. So z. B. könnte man auch kohlenstoffhaltige Stoffe mit heißem Teer zu einer teigigflüssigen Masse vermengen, die dann durch Pumpen in die flüssige Schlacke gepreßt würde. Es wäre dies ein ähnlicher Vorgang wie beim Bessemerbirnenbetrieb.

Auch durch zweckmäßige seitliche Erweiterungen des Ofenherdes kann eine leichte Einführung des Reduktionsmittels und eine gute Mischung erzielt werden.

Das Reduktionsmittel wird zweckmäßig, wenn möglich, in vorgewärmtem Zustande in Anwendung gebracht.

Das bei der Reaktion entstehende Kohlenoxyd kann im Ofen selbst oder durch Ab- läo leitung für andere Zwecke nutzbar gemacht werden. ' .·■■■■■-. ■'' .' -\ '■'. .·■"■.^;- ■ ■■ .;v:Cv-

Claims

Patent-A νspruch:

■ . Verfahren zur Gewinnung von Eisen im Herdofen durch Reduktion, von flüssigen, auf einem gleichfalls flüssigen Eisenbade schwimmenden Erzen mittels festen Kohlenstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel für sich und zweckmäßig nach und nach unter möglichster Vermeidung einer Kohlung des reduzierten Eisens in die bereits geschmolzenen Erze hineingeführt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.