DE22993C - Darstellung von schmiedbarem Eisen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT,

PATENTSCHRIFT

KLASSE 18: Eisenerzeugung. 4w'

Darstellung von schmiedbarem Eisen.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 31. Mai 1882 ab.

Das neue Verfahren gründet sich auf die beiden Thatsachen, dafs:

1. durch Kohlenoxyd in Verbindung mit Wasserstoff Eisenoxyd in metallisches, kohlenstoffhaltiges Eisen verwandelt werden kann, und

2. diese beiden Gase sich nicht mit dem in der Kieselsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Manganoxyd enthaltenen Sauerstoff verbinden.

Damit sich nämlich die Bestandtheile der letztgenannten, in den Erzen enthaltenen Stoffe, nämlich. Silicium, Schwefel, Phosphor oder Mangan, mit dem metallischen Eisen verbinden können, müssen dieselben von ihrem Sauerstoff befreit sein, und dies kann nur durch die Mischung mit Kohlenstoff in fester Form oder Kohle geschehen.

Da nun aber bei dem neuen Verfahren keine feste Kohle zum Reduciren des Eisenoxyds verwendet wird, sondern nur Kohlenoxyd und Wasserstoff, welche den Sauerstoff der genannten, in den Erzen enthaltenen Sauerstoffverbindungen nicht in sich aufnehmen können, so wird auch das durch die Anwendung dieser Gase als Reductionsmittel erzeugte Eisen frei von Silicium, Schwefel, Phosphor oder Mangan sein.

Indem man anstatt des festen Brennmaterials, wie Steinkohle, Koks oder Holzkohle, stark erhitztes Kohlenoxydgas zum Schmelzen des Eisens anwendet, vermindert man die bedeutende Temperaturerniedrigung, welche in dem gewöhnlichen Hochofen durch die Umwandlung der Kohlensäure in Kohlenoxyd durch Aufnahme von Kohlenstoff hervorgebracht wird, oder erzielt eine bedeutend höhere Temperatur der Verbrennungszone.

Indem man Gas und Luft in stark erhitztem Zustande anstatt der Kohle verwendet, beschränkt man gleichzeitig die Luftmenge, welche in den Hochofen gedrückt werden mufs, um. die nöthige Hitze hervorzubringen, indem durch die Abwesenheit der festen Kohle die Menge des vorhandenen Stickstoffes auf ein Minimum reducirt wird.

Das neue, auf den erwähnten chemischen Processen beruhende Verfahren ist nun folgendes :

Der Hochofen wird wie ein gewöhnlicher Hochofen mit Steinkohle, Koks oder Holzkohle in Betrieb genommen, indem heifse Luft in den Verbrennungsraum oder das Gestell eingeblasen wird. Ist der Ofen in normalem Gang, so wird stark erhitztes Gas in das Gestell geblasen und allmählich keine Kohle oder Koks mehr aufgegeben, bis das im Eisenkasten sich sammelnde flüssige Eisen von der richtigen Beschaffenheit und dem gewünschten Gehalt an Kohlenstoff ist. Will man Eisen mit nur ge-, ringem Kohlenstoffgehalt, wie z. B. für Kesselbleche, fabriciren, so ist, nachdem der Ofen in Gang gesetzt ist, keine Kohle oder Koks mehr aufzugeben und die Höhe der Beschickung in dem Schacht des Ofens verhältnifsmäfsig so zu vermindern, bis das Eisen den bestimmten Gehalt an Metall und Kohle hat.

Da das flüssige Eisen durch das Kohlenoxyd des aus dem Gestell aufsteigenden und die Erze durchdringenden Gases mit Kohlenstoff imprägnirt wird, so hat man, um den Gehalt an Kohlenstoff in dem darzustellenden Eisen zu verändern und Gufseisen, Stahl oder Schmiedeisen zu fabriciren, nur nöthig, die Höhe der.

Beschickung im Schacht des Ofens entsprechend gröfser oder kleiner zu machen.

Will man kohlenstoffreiches Eisen erzeugen, so hat man die Beschickung des Ofens höher zu machen, und für die Fabrikation von kohlenstoffarmem Eisen ist die Höhe der in den Ofen eingetragenen Erze kleiner zu machen.

Die Apparate, in welchen das neue Verfahren ausgeführt wird, sind auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, und zwar ist:
' Fig. ι ein verticaler Querschnitt durch den Hochofen und die mit demselben verbundenen Apparate;

Fig. 2 ein Verticalschnitt durch die Ventile und Leitungen der Regeneratoren;

Fig. 3 ein Verticalschnitt durch einen Regenerator;

Fig. 4 die Vorderansicht der Gaserzeuger in Verbindung mit dem Hochofen;

Fig. 5 der Grundrifs des Hochofens mit den Gaserzeugern und Regeneratoren, sowie dem Horizontalschnitt x-x, Fig. ι;

Fig. 6 die obere Ansicht der Apparate, welche in Fig. ι und 5 dargestellt sind.

A ist der Schacht des Hochofens, welcher sich nicht von dem eines gewöhnlichen Hochofens unterscheidet, und dessen Mauerwerk von dem Mantel A¹ umgeben ist. Dieses Mauerwerk wird durch die ringförmige Platte A² getragen und letztere ruht durch die Säulen B, Fig. 4, auf dem Fundament des Ofens.

Das Gestell C wird hierdurch von dem Gewicht des Schachtes entlastet. Die innere Bekleidung des Gestelles wird dadurch hergestellt, dafs zwischen dem Mantel C¹ und einer inneren, den lichten Räum des Gestelles begrenzenden Form von Metall ein Gemenge von frisch gebranntem Kalk mit 10 pCt. kieselsaurem Sand eingerammt wird. Es ist dieses Gemenge vorher noch mit OeI, Theer oder einem anderen, durch Oeffnungen des Mantels C¹ sich verflüchtigenden Material gemischt.

Dieses Material mufs sich verflüchtigen können, ohne dafs die Bekleidung C rissig wird oder sich zusammenzieht. Nachdem die Masse eingerammt ist, wird dieselbe einer solchen Hitze ausgesetzt, dafs die innere Metallform schmilzt. Hierdurch erhält man eine feuerfeste innere Bekleidung von grofser Widerstandskraft, ehe der Ofen in Betrieb gesetzt ist.

Ό ist die Form für die heifse Gebläseluft, EE sind auf den beiden Seiten des Gestelles angebrachte, sich gegenüberstehende Formen für die Düsen, aus welchen stark erhitztes Gas ausströmt, und F ist die Abstichöffnung. Durch die beschriebene Gestellconstruction oder die Herstellungsweise der Bekleidung derselben in Verbindung mit der Entlastung durch die Platte A¹ ist man im Stande, Wärmegrade im Gestell anzuwenden, bei welchen selbst ein an Kohle armes Eisen in flüssigem Zustande aus der Oeffnung F abgelassen werden kann, und bei welchen auch die Schlacke vollkommen flüssig nach dem Abstechen des Eisens ausfliefst.

Um gewöhnliche Hochöfen für das neue Verfahren einzurichten, braucht man nur den Ofenschacht auf die beschriebene Weise zu unterstützen und die innere Wand des Gestelles wie oben herzustellen.

Der Gichtboden ist erhöht angebracht, so dafs die aufgegebenen Erze mit Zuschlägen in einen über dem Ofen angebrachten Röstofen G fallen, in welchem sie ausgetrocknet werden und stark vorgewärmt durch den Glockenverschlufs H in den Ofen gelangen. Durch diesen Verschlufs läfst man auch Gichtgase in den Röstofen treten, gleichzeitig mit kalter Luft durch die Oeffnungen g, so dafs die Verbrennung der Gase gerade über der Glocke stattfindet.

Man erhält auf diese Weise ohne Mehrkosten an Brennmaterial ein vollkommen ausgetrocknetes Erz im Ofen, und infolge dessen sind auch die zur Heizung der Regeneratoren dienenden Gichtgase, welche in den Kanälen L sich sammeln, frei von Wasserdämpfen und im Stande, eine bedeutende Hitze in den Regeneratoren oder Luftheizungsöfen hervorzubringen.

Indem man auf diese Weise die Vorwärmezone ganz von dem Ofen trennt, bringt man den Anfang der Reductionszone viel höher im Ofen und vergröfsert folglich die in einer gewissen Zeit producirte Menge Eisen.

Die Regeneratoren sind mit J bezeichnet, und besteht jeder derselben aus einer oberen Verbrennungskammer K, in welche durch das vermittelst Schraubenrades und Schraube ohne Ende V zu handhabende Ventil N Luft eingelassen wird, wie Fig. 3 zeigt. Das Innere des aus feuerfesten Steinen gebauten Regenerators wird durch einen Metallrost U getragen, und vier dieser Luftheizungsöfen sind in der Art und Weise in Betrieb, dafs drei derselben von den Gichtgasen geheizt werden, während einer die in ihm aufgespeicherte Hitze an die durchströmende, zum Speisen des Ofens dienende Luft abgiebt.

Die aus dem Hochofen entweichenden Gase gelangen durch Kanal L und Ventile Z² in die Leitung M und aus derselben durch Ventile M¹ in die Verbrennungskammer K.

Hier tritt durch Ventile N Luft zu, die Verbrennung befördernd; die Verbrennungsgase, nach abwärts durch den Regenerator entweichend, gelangen durch die Ventile M², den Kanal M^% und einen Schornstein ins Freie.

Befindet sich das Innere des Ofens J in Weifsglühhitze, so wird die Verbrennungskammer durch Schliefsen der Ventile M¹ M⁷¹ und N nach aufsen, nach dem Ofen A und dem Kamin hin abgesperrt und nun das Ventil O, welches

durch das Rohr O¹ den Zutritt von kalter Luft regulirt, geöffnet. Die kalte Luft strömt durch das Ventilgehäuse des Ventils M² von unten in den Ofen J, durchstreicht, sich erhitzend, denselben und gelangt durch Oeffnung des Ventils O² in die Leitung C?³ und aus dieser in die Form D und das Gestell C.

Das zur Reduction der Erze nöthige Kohlenoxydgas wird in Gasofen dargestellt, von welchen acht neben einander angeordnet sind und jeder einzelne aus einem Raum P für die Kohlen und einem Regenerator P¹ mit dariibergelegener Verbrennungskammer -P² besteht, weiche durch den Kanal P^s mit einander verbünden sind. Der Raum P für das Brennmaterial communicirt durch Ventil O⁶, Rohr O⁵ und O* mit der Leitung O³ für erhitzte Luft, gleichzeitig aber auch durch Ventil P⁴ und Rohr P¹ mit den Formen E des Gestelles, während der Regenerator P^! durch Ventil P⁵ und Rohr P^e mit einem Schornstein in Verbindung steht.

Das in den Räumen P enthaltene Brennmaterial wird angezündet und durch Oeffnen der Ventile O^e heifse Luft eingeblasen, wodurch das Brennmaterial, welches aus Steinkohle, Koks oder Holzkohle besteht, auf einen sehr hohen Hitzegrad gebracht wird. Durch Ventile Q wird Koks nachgefüllt und durch den Verschlufsdeckel H kann die sich am Boden von P sammelnde Schlacke abfliefsen.

T ist ein Ventil zum Einlassen von Luft in die Verbrennungskammer/¹² des Regenerators P¹. Durch das Rohr 5 und die Ventile S¹ wird Dampf in den unteren Theil des Regenerators P¹ unter Druck geführt.

Der Betrieb ist wie folgt:

Nachdem der Inhalt des Ofens P angezündet und heifse Luft durch denselben streicht, wird derselbe Weifsglühhitze annehmen, und die dann durch den Kanal P^s entweichenden Gase, indem sie sich mit der durch Ventil T einströmenden Luft mischen, verbrennen in der Kammer P² des Regenerators P¹.

Die Verbrennungsgase entweichen durch Ventile P⁵, die Leitung P^e und einen Schornstein ins Freie. Das Innere des Regenerators P¹ nimmt eine grofse Wärmemenge auf, und sobald die Temperatur desselben einen gewissen hohen Hitzegrad erreicht hat, wird die Speisung mit heifser Luft durch Schliefsen des Ventils O⁶ aufgehoben, ebenso wie durch, Schlufs von P* das Entweichen der Verbrennungsgase abgestellt wird. Ebenso wird auch Ventil T geschlossen, und nun durch Ventil S¹ Dampf unter Druck in den Raum P¹ von unten eingetrieben. Derselbe wird durch Berührung mit dem stark erhitzten Regenerator überhitzt und kommt in dem Raum P mit dem glühenden, kohlenstoffhaltigen Brennmaterial desselben in Berührung. Es entsteht ein hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlensäure zusammengesetztes Gas, welches, indem es die glühende Brennstoffmasse von oben nach unten durchstreicht, noch Kohlenstoff aufnimmt, indem sich die Kohlensäure in Kohlenoxyd verwandelt.

Dieses Gas gelangt durch den Druck des Dampfes und das geöffnete Ventil P¹ in das Hauptgasrohr P⁷ und aus diesem durch die Düsen E E in das Gestell des Hochofens A. Da der Dampf beim Passiren von P¹ stark überhitzt wurde, und durch das nachherige Passiren von mit stark erhitzter Luft verbrennenden weifsglühenden Kohlen einen ungemein hohen Hitzegrad besitzt, so gelangt auch ein ununterbrochener Strom von sehr stark erhitztem Gas durch die Düsen EE und vermischt sich mit der aus der Düse D strömenden heifsen Luft, indem er die Verbrennung befördert. Dieser ununterbrochene Gas- und Luftstrom wird ohne die Einwirkung von Gebläsemaschmen in das Gestell C des Ofens A eingetrieben.

Von den Gasgeneratoren, welche in beliebiger Anzahl mit dem Hochofen verbunden sind, werden immer einige während des Betriebes für die Ansammlung von Hitze reservirt, während die in den übrigen bereits aufgespeicherte Hitze zur Ueberhitzung des Dampfes und Speisung des Hochofens mit stark erhitztem Gas nutzbar gemacht wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Darstellung von schmiedbarem Eisen durch Reduction von Erzen vermittelst stark erhitzten Kohlenoxydgases, sammt überhitztem Dampf und erhitzter Luft, aber ohne feste Kohle, in einem Hochofen, welcher vorher in gewöhnlicher Weise mit eingeschichtetem festen Brennmaterial betrieben war.

   Hierzu 4 Blatt Zeichnungen.