DE212869C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE iBa. GRUPPE

Verfahren zum Reduzieren und Schmelzen von Erzen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Juni 1907 ab.

Bei· der Reduktion und Schmelzung von Eisenerz auf elektrischem Wege ist nur etwa ein Drittel der bei dem gewöhnlichen Hochofenprozeß, verbrauchten Kohlenmenge für.

die rein chemischen Umsetzungsprozesse bei der Reduktion des Erzes erforderlich, während fast zwei Drittel durch elektrische Wärme ersetzt werden können, wenn man annehmen darf, daß in dem elektrischen Prozeß die

ίο Kohle bei der Reduktion des Erzes in Kohlenoxyd verwandelt und daß die Verbrennungswärme dieses letzteren gar nicht oder nur in geringem Maße für den Reduktionsprozeß verwertet wird. Eine solche Annahme entspricht auch im wesentlichen den tatsächlichen Verhältnissen bei den bis jetzt vorgeschlagenen Verfahren zur Reduktion von Eisenerz auf elektrischem Wege, welche eine technische Bedeutung erlangt haben. Die Folge hiervon ist auch, daß der Verbrauch an elektrischer Energie verhältnismäßig sehr hoch ausfällt.

Berücksichtigt .man dagegen die Verbrennungswärme des Kohlenoxyds, das aus der für die Reduktion theoretisch erforderlichen Kohlenmenge gebildet wird, so zeigt sich, daß diese der ganzen im übrigen erforderlichen Wärmemenge völlig entspricht. Ein weiterer Energiezuschlag durch vergrößerten Kohlenverbrauch oder durch elektrischen Strom ist daher theoretisch . überflüssig. Wenn demungeachtet ein weiterer Energiezuschlag durch elektrischen Strom dennoch erforderlich ist, so beruht das auf der Schwierigkeit, die Verbrennungswärme der während des Reduktionsprozesses gebildeten Gase für den Prozeß wirtschaftlich zu verwerten.

Zwecks Herabsetzung des erforderlichen elektrischen Energiezuschlages ist es in Vorschlag gebracht worden, die Reduktion mittels reduzierender strömender Gase durchzuführen, wobei der Gasüberschuß in Regeneratoren verbrannt wird, von denen die Wärme dann in das Reduktionssystem mittels der strömenden Gase selbst zurückgebracht werden soll. Der Reduktionsofen wurde hierbei als ein Hochofen mit elektrisch beheiztem Schmelzbad ausgeführt. Die Durchführung dieses Prozesses unterliegt aber großen Schwierigkeiten einerseits wegen der Wärmeübertragung von den Gasverbrermungsöfen nach dem Reduktionsofen, indem die Zirkulationsrichtung nicht mit Vorteil verändert werden kann, andererseits . weil die elektrisch beheizten Teile der Beschickung nur in geringem Grade von den Re-■duktiönsgasen durchströmt werden und daher eine direkte Übertragung von elektrischer Wärme nach diesen Gasen praktisch ausgeschlossen ist, weshalb eine Regelung der Temperatur der Gase sich nur mit Schwierigkeit ausführen läßt.

Diese Schwierigkeiten sind im wesentlichen bei einem älteren Verfahren des Erfinders beseitigt, bei welchem das Erz und die Kohle nebeneinanderliegende Schichten bilden und die reduzierenden Gase diese Schichten in der Querrichtung durchströmten. Der Gasüberschuß wurde hierbei in der Erzbeschickung zwecks Vorwärmung derselben verbrannt. Zu-

folge der geringen' Wärmekapazität der Erzsäule konnte aber nur ein Teil der Verbrennungswärme der Gase für den Prozeß verwertet werden. Es war daher im allgemeinen eine elektrische Beheizung sowohl der Kohlenals auch der Erzbeschickung erforderlich.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, die Vorteile der beiden· obigen Prozesse zu vereinigen, und zwar derart, daß die elekirische Beheizung auf die Erzbeschickung beschränkt werden kann, jedoch eine genügende Erhitzung der Reduktionsgase durch die elektrische Wärme bei umkehrbarer Strömungsrichtung· der Gase gesichert wird.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das Erz und die Kohle in mehrere dicht nebeaeinanderfiegende Kammern eingefüllt werden, durch welche reduzierende, durch Verbrennung des Gasüberschusses vorgewärmte Gase in der Querrichtung hindurchgeleitet werden, wobei die Gase abwechselnd reduzierend wirken oder selbst durch Kohlenstoffaufnahme reduziert werden, während der Gasüberschuß stetig in Regeneratoren geleitet und dort verbrannt wird, welche jeweils von den Gasen des Reduktionskreises nicht durchströmt werden.

Durch dieses kombinierte Verfahren wird es möglich, alle Vorteile der elektrischen Schmelzung hinsichtlich der leichten Erreichung der Schmelztemperatur des reduzierten Metalles und der Durchführung des Prozesses.in verhältnismäßig kleinen Öfen zu erreichen, während gleichzeitig der A^erbrauch von elektrischer Energie durch die vollständigere Verwertung der Verbrennungswärme der für den Prozeß verbrauchten Kohle wesentlich herabgesetzt wird. Die elektrische Energiezufuhr dient hierbei einerseits für die Schmelzung·, andererseits zur Regelung der Temperatur während des Verlaufes des Prozesses. Eine weitere Regelung kann dadurch erzielt werden, daß .der Gasüberschuß an verschiedenen Punkten des Zirkulationssystems abgeschieden wird, so daß das' zu verbrennende Gas einen wechselnden Gehalt von Kohlenoxyd besitzt.

Die Erfindung ist beispielsweise in der beiliegenden Zeichnung in einer Ausführungsform der Ofenanlage veranschaulicht worden, und zwar zeigt:

Fig. ι eine Oberansicht des Ofens, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt des Ofens nach Linie U-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt desselben nach Linie IH-III in Fig. 1, Fig. 4 einen Regenerator in senkrechtem Schnitt.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform des Ofens besitzt drei Kohlenschächte I, 3 und 5 und zwei Erzschächte 2, 4,

6.0 welche miteinander abwechselnd angeordnet und mittels durchlöcherter Zwischenwände 6 voneinander getrennt sind. Die Schächte sind oben durch entsprechende Beschickungsvorrichtungen 7 geschlossen. Die Zwischenwände 6 sind dann vorteilhaft, wenn die Reduktion mit unreinem Brennstoff durchgeführt wird, um zu verhindern, daß Verunreinigungen ' in das Metall übergehen; sie können indessen unter anderen Verhälthissen, wenigstens unten, fortgelassen werden. Um eine gleichmäßige Durchströmung der zirkulierenden Gase durch den Ofen zu erzielen, können besondere Verteilungskammern 8, 9 an den Enden des Ofens vorgesehen sein. Diese Kammern sind durch Rohre 10,11 mit je einem Regenerator 12 bzw. 13 verbunden. Die Regeneratoren 12, 13 sind ferner an ein Gebläse 14 oder eine entsprechende Zirkulationsvorrichtung durch Rohre 15, 16 angeschlossen. Das Gebläse ist durch ein Rohr 17 und Abzweigungen 18, 19, 20 und 21 mit den oberen Teilen der Schächte 1,2,4 und 5 verbunden. Die Rohre 15, 16 sind mit Ventilen oder entsprechenden Verschlußorganen 22, 23 versehen, und in den Abzweigungen 18, 19, 20, 21 sind gleichfalls Ventile o. dgl. 24,25,26,27 vorhanden. Die Regeneratoren sind ferner mit verschließbaren Lufteinlässen 28 (Fig. 4) zwecks Zuführung von Verbrennungsluft und mit nach der Außenluft führenden Ablaßleitungen 29, 30 ausgestattet, in denen Ventile o. dgl. 31, 32 vorgesehen sind. Von dem Rohr 17 zu den Rohren 10, 11 führen Verbindungsleitungen 33, 34, welche Ventile 35, 36 eii1> halten. · ,95

Die oben beschriebenen Einrichtungen bilden zwei Zirkulationssysteme. Eines derselben besteht aus den Schächten 5, 4, 3, 2, 1, Zweigleitung 18 bzw. 19, Rohr 17, Gebläse 14, Rohr 16, Regeneratoren 13, Rohr 11 und Kammer 9. Dieses Sj^stem ist wirksam, wenn das Ventil 24 oder 25 sowie die Ventile 23, 31 und 35 offen, die übrigen Ventile dagegen geschlossen sind. Das Zirkulationssystem ist dabei nach der Außenluft über das Rohr 33, 10, Regenerator 12 und das Rohr 29 geöffnet, so daß der im System während des Betriebes entwickelte Gasüberschuß entweichen kann. Das zweite Zirkulationssystem wird von den Schächten 1, 2, 3, 4, 5, Zweigleitung 20 bzw. .21, Rohr 17, Gebläse 14, Rohr 15, Regenerator 12, Rohr IQ und Kammer 8 gebildet. Dieses letztere System ist wirksam, wenn das Ventil 26 bzw. 27 sowie die Ventile 22, 32, 36 offen und die übrigen Ventile geschlossen sind, und hat dabei eine offene Verbindung mit der Außenluft durch die Rohre 34 und 11, Regenerator 13 und Rohr 30. .

Zwecks Zuführung der elektrischen Energie sind die beiden Erzschächte unten mit Rinnen 37,38 ausgestattet, die zur Aufnahme des geschmolzenen Metalles dienen und mit den.un-

teren Teilen der Erzschächte einen geschlossenen Kreis bilden, welcher durch einen mit Primärwicklung 39 versehenen Eisenkern durchsetzt ist. Um zu verhindern, daß das geschmolzene Metall einen kurzgeschlossenen ■ Leiter bildet, kann man zweckmäßig" an der Sohle der Erzschächte in bekannter Weise Erhöhungen oder Brücken 41 aus isolierendem, feuerfestem Material anordnen, wodurch erzielt wird, daß der Induktionsstromkreis zwischen den beiden Rinnen durch das Material in den Erzschächten geschlossen wird und daß sich die elektrische Wärme zum wesentlichsten Teil in dem reduzierten, aber noch nicht geschmolzenen Metall entwickelt.

Statt der beschriebenen Induktionsvorrichtung können selbstverständlich auch Elektroden für die Zuführung der elektrischen Energie verwendet werden, und ferner . kann man erforderlichenfalls auch durch eine Zufuhr von elektrischer Wärme zu den Kohlenschächten des Ofens die direkte Wärmezufuhr zu den Erzschächten verstärken.

Unter der Annahme, daß der Betrieb ang'elassen ist und die Gaszirkulation in der durch den Pfeil 42 in Fig. 1 angegebenen Richtung stattfindet, ist die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage folgende. Der Regenerator 13 ist stark erhitzt, so daß das von dem Gebläse 14 durch ihn gepreßte Gas (ein Ge-" misch von Kohlenoxyd und Kohlensäure) vorgewärmt und in stark erhitztem Zustand durch das Rohr 11 und die Kammer 9 in den Kohlenschacht 5 gelangt. In diesem letzteren, weleher schon vorher auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur erhitzt ist, wird das Gas reduziert, so daß dessen Gehalt an Kohlensäure in Kohlenoxyd übergeführt wird. ' Bei dem Durchströmen des Gases durch den Erzschacht 4 wirkt es daher stark reduzierend auf das Erz ein, so daß dieses allmählich zu Eisenschwamm reduziert wird. Derselbe Prozeß wird darauf in' den Schächten 3 und 2 wiederholt. Strömt das Gas weiter durch die Kohlen-Schicht I und das Rohr 18, so besteht es nach dem Durchgang durch den Ofen zum wesentlichen Teil aus Kohlenoxyd. Der durch die Reduktion des Erzes und die Verzehrung der Kohlenbeschickung gebildete Gasüberschuß, welcher durch die Rohre 33, 10 und den Regenerator 12 abzieht, kann daher bei seiner unter entsprechender Frischluftzuführung durch Rohr 28 erfolgenden Verbrennung in diesem letzteren eine bedeutende Wärmemenge entwickeln, die im Regenerator 12 aufgespeichert wird. Die Verbrennungsgase werden durch das Rohr 29 ins Freie abgeleitet.

Sobald der Regenerator 13 genügend abgekühlt und der Regenerator 12 genügend erhitzt ist, werden die Ventile umgestellt, so daß das andere Zirkulationssystem . eingeschaltet wird und die Gaszirkulation durch den Ofen in dem Pfeil 42 entgegengesetzter Richtung erfolgt. Umschaltungen können dann so oft stattfinden, als es mit Rücksicht auf eine wirtschaftliche Durchführung des Prozesses als zweckmäßig oder wünschenswert erachtet wird. .

Die Schmelzung des durch die zirkulierenden Gase reduzierten Metalles wird durch die im unteren Teil des Erzschachtes zugeführt* elektrische Wärme erleichtert. Zeigt der Fortgang des Prozesses, daß die zur Verfügung stehende elektrische Energie eine zu hohe Temperatur herbeiführt, so kann eine Regelung leicht erreicht werden, indem die Zirkulation der abziehenden Gase durch den Kohlenschacht 1 bzw. 5 unterbrochen wird und statt dessen die Gase aus dem Ofen durch · das Rohr 19 bzw. 20 abgeleitet werden. Der Gasüberschuß, welcher hierbei aus dem Zirkulationssystem nach dem Regenerator 12 bzw. 13 abzieht, besitzt dann einen größeren Gehalt an Kohlensäure und daher einen geringeren Heizwert. Der Kohlenverbrauch und die Erhitzung der zirkulierenden Gase durch die Regeneratoren wird hierdurch vermindert, und statt dessen wird ein entsprechend größerer Teil der elektrischen Wärme für die Durchführung des Prozesses in Anspruch genommen.

Die bauliche Ausbildung der Ofenanlage ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellte beschränkt. Besonders soll erwähnt werden, daß die Leitungen des Zirkulationssystems, welche der Übersichtlichkeit wegen als Rohrleitungen gezeichnet sind, zweckmäßig als in den Ofenwänden gemauerte Kanäle ausgeführt werden. Die beiden Zirkulationssysteme, welche mit gemeinsamem Gebläse und zum Teil gemeinsamen Leitungen dargestellt sind, können selbstverständlich derart getrennt werden, daß sie lediglich den eigentlichen Ofen als gemeinsamen Teil haben. Die Anzahl der Regeneratoren kann beliebig sein und wird der Ausführung der Ofenanlage unter Berücksichtigung der für eine wirtschaftliche Heizung erforderlichen Zeit und eine bequeme Ein- und Ausschaltung derselben angepaßt. Wenn die Gase während des Prozesses durch den Ofen hin und zurück streichen sollen, so werden zweckmäßig wenigstens vier Regeneratoren verwendet, von denen zwei an je einem Ende des Ofens eingeschaltet sind, während die beiden anderen durch Verbrennung des Gasüber-Schusses g'eheizt werden.

Bei Zuführung der elektrischen Energie an den Erzschächten mittels Elektroden können zwei oder mehrere Erzschichten in Reihe geschaltet werden, um die Verwendung einer verhältnismäßig hohen Spannung zu ermöglichen.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:
   ι. Verfahren zum Reduzieren und Schmelzen von Erzen bei elektrischer Erhitzung des Erzes unter Verwendung kreisender oder hin und her strömender reduzierender Gase, welche durch Verbrennung des Gasüberschusses in Regeneratoren vorgewärmt und mittels Hindurchleiten durch Kohlensäulen regeneriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz und die Kohle in wechselnder Folge in mehrere, dicht nebeneinanderliegende und miteinander verbundene Kammern eingefüllt werden, durch welche die Gase in der Querrichtung hindurchgeleitet werden, wobei sie abwechselnd· auf die Erze, die allein elektrisch erhitzt werden, reduzierend wirken oder selbst durch Kohlenaufnahme reduziert (regeneriert) werden, während der Gasüberschuß stetig in solche Regeneratoren geleitet und dort verbrannt wird, welche jeweils von den Gasen des Reduktionskreises nicht durchströmt werden.
2. 2. Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Regelung der Temperatur in den Erzschächten die Zusammensetzung und damit die Verbrennungswärme des abziehenden Gasüberschusses dadurch verändert wird, daß die Gasablaßöfrnung an eine Erzschicht oder eine Kohlenschicht verlegt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.