DE241351C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

M 241351 KLASSE 40«. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. April 1910 ab.

Für diese Anmeldung ist bei der Prüfung gemäß dem Unionsvertrage vom ° .00 o.

die Priorität

^—— ——

₄_ Dezember 1900

auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom I.Oktober 190g anerkannt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Bessemern, von Kupferstein in einem Konverter mit unangreifbarem (basischem o'der neutralem) Futter.
Die ersten Versuche zur Verarbeitung von Kupfererzen im basischen Konverter datieren schon etwa dreißig Jahre zurück und sind angesichts der großen Vorteile, die das basische Verfahren verspricht, trotz aller Fehlschläge immer wieder von neuem aufgenommen worden. Die größte Scrnvierigkeit, die sich einer erfolgreichen Durchführung des basischen Verfahrens entgegenstellte, lag in der Zerstörung des Futters um die Winddüsen herum, wodurch häufige kostspielige Betriebsunterbrechungen und Reparaturen erforderlich wurden. .

Von den Versuchen zur Durchführung des basischen Verfahrens sind insbesondere diejenigen von Bag'galey bekannt geworden; eine zusammenfassende Beschreibung dieser Versuche hat H e y w ο ο d in »The Engineering and Mining Journal (1906)« gegeben. Die dort bezüglich der Erfolge des Verfah-1 ens von B a g g a 1 e y gemachten Angaben haben sich hinterher als unrichtig erwiesen. Der Umstand, daß B a g g a 1 e y durchgehende bei einer Schmelztemperatur von mehr als 1300⁰ C. arbeitete, läßt dies auch begreiflich erscheinen; denn eine so hohe Durchschnittstemperatur hat die Zerstörung des basischen Futters unter allen Umständen zur Folge. Hieraus erklärt sich auch die Notwendigkeit von vier Reparaturen des Futters bei der geringen Ausbeute von nicht einmal 500 Tonnen Kupfer, die vollkommen genügt, um die Unwirtschaftlichkeit des Baggaley sehen Verfahrens zu erweisen. So ist denn auch S c h r e y e r bei seinen vergleichenden Versuchen über die Aussichten des basischen Ver- fahrens (»Metallurgie« 1909) unter Berücksichtigung der Versuche von B a g g a 1 e y sch wohl wie derjenigen von Brandt, Sticht und Voigt zu dem Schluß gekommen, daß das basische Verblasen von sulfidischen Kupfererzen und Kupferstein unter normalen Verhältnissen, d. h. mit gewöhnlicher Luft, praktisch nicht mit Erfolg anwendbar sei. Bei Verwendung normaler Luft reiche die Temperatur der basischen Eisenoxyde nicht aus, die

zugeschlagene Kieselsäure zu verschlacken, so daß bald das unverschlackte Eisen in magnetisches Eisenoxyd Fe^s O⁴ übergehe, wodurch die Schlacke noch schwerer schmelzbar werde. Weiter erhöht werde der Schmelzpunkt durch losgelöste Magnesitteilchen. Eine Verwendung des basischen Prozesses sei daher allenfalls nur bei einigen wenigen Erzen möglich, und unter allen Umständen sei eine Anreicherung der Luft mit Sauerstoff erforderlich, um dadurch die Arbeitsdauer zu verkürzen und infolgedessen die Gelegenheit zur Zerstörung des basischen Futters zu vermindern.

Der Erfinder hat nun im Gegensatz hierzu gefunden, daß eine erfolgreiche Durchführung des basischen Verblasens von Kupferstein beliebiger Zusammensetzung mittels gewöhnlicher Luft sehr wohl mit voller Sicherheit zu erreichen ist, sofern man nur dafür sorgt, daß die Temperatur im Konverter stets innerhalb bestimmter Grenzen bleibt, die allenfalls nur auf ganz kurze Zeit ein wenig überschritten werden dürfen. Er fand, daß, wenn man, um

;. - eine Zerstörung des Futters zu verhindern, bei niedriger Temperatur arbeitet, die Beschickung so dickflüssig wird, daß die Winddüsen sich verstopfen und die zur richtigen Durchführung der Reaktion erforderliche Regelung der Windzuführung nicht mehr durchgeführt werden kann. Versuchte er die Düsen wieder aufzustoßen, so wurden diese sowohl \vie das sie umgebende Futter beschädigt. Ein Arbeiten bei zu hoher Temperatur hatte wie-· derum, wie es schon der Bericht über das Verfahren von B a g g a 1 e y zeigt, eine schnelle Zerstörung des Futters nächst den Düsen zur Folge. '

Der Erfinder stellte nun auf Grund mehrjähriger Versuche fest, daß die Temperatur im Konverter sich zwischen 1100⁰ und 1260⁰ C. bewegen müsse und daß die Grenzen nur gelegentlich und kurze Zeit (nach oben bis auf höchstens 1330⁰ C.) überschritten werden dürfen, -wenn man sowohl eine Verstopfung der Winddüsen, wie auch eine Zerstörung des basischen Futters mit Sicherheit vermeiden will.

Die Mittel zur Regelung der Temperatur innerhalb dieser Grenzen sind die bekannten:

Genügende Abkühlung der Schmelze durch entsprechende Bemessung der Zuschläge; Zusatz von kaltem Stein oder Schlacke der gleichen oder anderer Zusammensetzung; Regelung der zugeführten Windmenge. Das Mittel zur Erkennung, der jeweils im Ofen herrschenden Temperatur bietet die Färbung" der Schlacke.

Bei der Ausführung des neuen Verfahrens wird zwecks Erzielung der Höchstausbeute im Konverter zuerst eine Kupfersteinschmelze von solcher Menge erzeugt, als durch Einblasen von Luft flüssig erhalten werden kann. Diese Schmelze wird während der ganzen Dauer des Verfahrens ihrem Volumen nach dauernd konstant erhalten, d. h. die durch Eisen- und Schwefelverluste während des Blasens auftretende Schrumpfung wird durch saure Zuschläge und durch von Zeit zu Zeit zugegebene frische Kupfersteinschmelze ausgeglichen, deren Gehalt an Eisen und Schwefei bei ihrer Verbrennung die abkühlende Wirkung der kieselsäurehaltigen Zusätze wieder aufhebt.

Es empfiehlt sich hierbei, als kieselsäurehaltigen Zuschlag in an sich bekannter Weise ein kieselsäurehaltiges Kupfererz mit einem Gehalt an anderen Metallen wie Gold und Silber zu verwenden, die, dem Stein zugesetzt, seinen Wert erhöhen und nebenbei gewonnen werden, ohne daß eine besondere Schmelz-Operation notwendig ist. Um große Mengen dieser kieselsäurehaltigen Zuschläge verwenden zu können, ohne eine zu starke Abkühlung des Kupfersteins hervorzurufen, wird die Schmelzung im Konverter in mehrere Luftzuführungsoperationen unterteilt- Zuerst wird so lange Luft eingeblasen, bis ein Teil des im Stein enthaltenen Eisens verflüssigt ist, wobei die Menge des kieselsäurehaltigen Zuschlags so gewählt ist, daß bei Beendigung der ersten Luftzuführungsperiode das eingebrachte kieselsäurehaltige Zuschlagerz den gewünschten verflüssigenden Einfluß auf das ausgeschiedene Eisen ausgeübt und eine dünnflüssige Schlacke erzeugt hat, während gleichzeitig alle steinbildenden Verbindungen, die in ihm enthalten sind, sich mit der Hauptmenge der Steinbeschickung im Konverter · verbunden haben.

Gegen Ende der Schmelzoperation wird die Menge des zugeführten kieselsäurehaltigen Zuschlags gewöhnlich etwas verringert, wie weiter unten ausführlicher dargelegt werden wird. Schließlich wird auch noch, unmittelbar vor dem Erblasen des Weißsteins zu BIasenkupfer und nachdem die Schlacke von der letzten Zugabe an kieselsäurehaltigem Zuschlag abgezogen worden ist, darauf gesehen, daß in dem Kupferstein eine Eisenmenge verbleibt, die mehr als genügend ist, um in den Teilen der Schlacke,, die nicht mit abgezogen wurden, die darin enthaltene Kieselsäure auszugleichen. Diese Vorsichtsmaßregel wird zu dem Zweck angewendet, ein Schäumen im Konverter zu verhindern, das gewöhnlich auftritt, wenn nach dem letzten Abziehen noch ein Überschuß an Kieselsäure in dem Weißstein zurückbleibt. Die im Stein verbleibende Menge Eisen soll sogar etwas größer sein, als zur Sättigung der Kieselsäure in dem

Schlackerückstand erforderlich ist. Es erscheint in der Schlacke in Form dicker teigiger Klumpen oder Kugeln, die hauptsächlich aus magnetischem Eisenoxyd bestehen.
Bei Innehaltung der obenerwähnten Temperaturgrenzen bleibt die Temperatur der dünnflüssigen Schlacke stets niedrig genug, daß das Futter nicht angegriffen wird; das Futter besteht zweckmäßig aus den bekannten Magnesitziegeln, Chromerzziegeln o. dgl. Die geschmolzene Schlacke hat, wenn sie die richtige Temperatur besitzt, ein gelbliches Aussehen ; bei höheren Temperaturen nimmt sie eine gelblichweiße Färbung an, die bei noch höherer Temperatur in Weiß übergeht. Diese gelblichweißen und weißen Färbungen zeigen an, daß die Temperatur insofern zu hoch ist, als unter diesen Bedingungen die Schlacke das Futter ernstlich angreift, es schließlich zerstört und seine Lebensdauer so weit herabmindert, daß eine gute Ausbeute nicht mehr erzielt werden kann.

Die erste Beschickung von z. B. 40 Tonnen eines etwa /(.oprozentigen Kupfersteins steht etwa 6 Zoll unter den Düsen.

Der kieselsäurehaltige Zuschlag kann z. B. aus einem Erz bestehen, das 60 Prozent Kieselsäure, 10 Prozent Kupfer und 8 Prozent Eisen oder z. B. 40 Prozent Kieselsäure und 20 Prozent Kupfer enthält, oder es können andere ähnliche Erze verwendet werden, die aber zweckmäßig immer . solche wertvollen Metalle enthalten sollen, die in den Stein übergehen, wie z. B. Kupfer oder Edelmetalle, wie Silber und Gold, entweder zusammen mit Kupfer oder auch ohne dieses. Die Menge des kieselsäurehaltigen Zuschlags, der für die erste Windzuführungsteilperiode zugegeben wird, beträgt bei einer Beschickung von etwa 40 Tonnen gewöhnlich etwa 2700 kg, je nach der Temperatur der Beschickung. Nachdem der kieselsäurehaltige Zuschlag zugegeben worden ist, wird der Wind durch die Düsen eingelassen und der Konverter um seine wagerechte Achse gedreht, bis die Düsen 12 bis 18 Zoll unter den Spiegel des Steins eingetaucht sind. Dann wird etwa 45 Minuten hindurch geblasen und hierbei etwa 170 bis 200 cbm Luft pro Minute eingeblasen. Der den Konverter bedienende Arbeiter kann den Zeitpunkt zum Abstellen der Luft durch Beobachtung des Zustandes der Schlacke bestimmen, die dünnflüssig sein und eine gelbliche Farbe, etwa die Farbe geschmolzener Butter, aufweisen soll. Um die Farbe der Schlacke beobachten zu können, ist es notwendig, daß der Arbeiter den Ofen so weit dreht, daß die Düsen über den Spiegel der Beschickung treten und gleichzeitig die Luftzufuhr absperrt, worauf die Beschickung sich setzen und die bis dahin in ständiger Bewegung befindliche Schlacke sich auf der Oberfläche des Steins lagern wird. Hat die Schlacke die richtige Farbe erreicht und ist sie entsprechend dünnflüssig, so kann man sie abziehen; ist dieser Zustand aber noch nicht erreicht, so dreht der Arbeiter die Luft wieder an und beginnt, indem er den Ofen wieder in seine Anfangsstellung zurückdreht, die Lufteinblasoperation von neuem.

Gegen Ende der ersten Windzuführungsteilperiode ist der Prozentgehalt an Eisen im Stein vofa etwa 30 Prozent auf etwa 22 Prozent heruntergegangen, und das Eisenoxyd hat sich mit der vorhandenen Kieselsäure verbunden. Die Unterbrechung der Luftzuführung zu diesem Zeitpunkt ist aus dem Grunde notwendig, weil, wenn man weiter Luft zuführen würde, eine weitere Eisenmenge in die Schlacke übergehen und diese noch dünnflüssiger machen würde; außerdem würde die Oxydation der neuen Eisenmenge die Temperatur der Schlacke im Ofen auf eine solche Höhe steigern, daß sie das Magnesitfutter längs der Düsen zerstören würde. 85

Außer der Beobachtung der Farbe der Schlacke mit Bezug auf den Zeitpunkt, an dem die erste AVindeinführungsteilperiode ' zu beendigen ist, kann der Arbeiter diesen Zeitpunkt auch noch (allerdings mit weniger go großer Sicherheit) aus der Farbe der Verbrennungsprodukte erkennen, die aus der Konverterkrone austreten. Zu diesem Zeitpunkt haben die Verbrennungsprodukte eine bläuliche Färbung und zeigen das Auftreten sehr geringer Mengen von glühenden Teilchen geschmolzener Schlacke. Ein weiteres Hilfsmittel für den Arbeiter zur Erkennung des Zeitpunktes, an dem er die Windzuführung unterbrechen muß, bietet die Einführung eines offenen Eisenrohres von etwa ι Zoll lichter ι Weite von oben her durch die zum Abziehen der Schlacke" benutzte Öffnung in den Konverter. Diese Öffnung wird, nachdem die Beschickung eingeführt worden ist, mit Ton verschlossen, und das Eisenrohr wird durch eine kleine Öffnung, die man in dem Tonverschluß herstellt, eingeführt. Das äußere Ende des Rohres wird zweckmäßig" umgebogen, um das Hantieren zu erleichtern; durch Herabsenken des freien Endes des Rohres auf die Schlacke kann der Arbeiter an dem Widerstand, der der weiteren Hinabbewegung 'des Rohres geleistet wird, erkennen, ob die Schlacke fertig zum Abziehen ist. Ist die Schlacke noch nicht genügend dünnflüssig, so kann das Rohr nicht ohne weiteres eindringen. Sobald aber dieser Zustand erreicht ist, ist diese Tatsache leicht dadurch zu erkennen, daß der Abwärtsbewegung des Rohres kein

wesentlicher Widerstand entgegengesetzt wird, da nun die Schlacke den erforderlichen Dünnflüssigkeitsgrad erreicht hat. Im übrigen gibt die Feststellung der richtigen Zeitdauer zur Beendigung einer Windzuführungsteilperiode dem Arbeiter schon eine ziemlich genaue Anweisung, wann die nächste AVindzuführungsteilperiode beendigt werden muß, indem er sich schon bei der vorhergehenden

ίο Periode über das allgemeine A^erhalten der jeweils in den Ofen eingebrachten Beschickung von Kupferstein und Zuschlag unter den jeweiligen im Ofen herrschenden Bedingungen versichern kann.

Nach Beendigung der ersten Windzuführungsteilperiode wird die dünnflüssige Schlacke von der Oberfläche des Kupfersteinbades abgezogen. Die abgezogene Schlacke enthält gewöhnlich etwa 47 bis 48 Prozent Eisen und 27 Prozent Kieselsäure. Der Gehalt an letzterer hängt jedoch von der Zusammensetzung des Zuschlags ab und wird entsprechend geringer sein, wenn der Zuschlag Tonerde enthält. Wünschenswert ist es, während der ganzen Schmelzdauer gleichmäßige Schlacken zu erhalten; infolgedessen steht die Menge des Zuschlags und die Länge jeder Windzüführungsteilperiode in einem solchen A^/Terhältnis zueinander, daß stets am Ende jeder Periode eine solche normal zusammengesetzte Schlacke innerhalb der Grenzen von einigen Prozenten mehr oder weniger erzeugt wird.

Nachdem die Schlacke gegen Ende der

ersten Windzüführungsteilperiode abgezogen worden ist, gibt man eine weitere Menge geschmolzenen Kupfersteins zusammen mit kieselsäurehaltigem Erz zu, um das Volumen der ursprünglichen Beschickung wieder herzustellen, da es wünschenswert ist, so genau als möglich ein konstantes Volumen im Konverter bis zur letzten Luftzuführung aufrechtzuerhalten, in der der Weißstein in Blasenkupfer verwandelt wird. Die Menge des frisch hinzuzufügenden Kupfersteins richtet sich nach seinem Gehalt; bei den oben angegebenen Verhältnissen beträgt sie etwa 8 Tonnen nach jeder Windzuführungsperiode, so daß in dem Konverter außer der ersten Be-Schickung von 40 Tonnen zu Beginn der letzten Windzuführungsperiode, in der der Weißstein in Blasenkupfer verwandelt wird, im ganzen etwa 100 bis 110 Tonnen Kupferstein von etwa 40 Prozent Kupfergehalt eingebracht worden sind. Ist der Kupferstein reicher, so ist natürlich eine geringere Menge davon erforderlich, um das gleiche Volumen Weißstein zu erzeugen. Das spezifische Gewicht des Kupfersteins wächst natürlich mit der Anreicherung des Bades durch Aussonderung des Eisens und durch die Hinzufügung von neuem Kupferstein in den Konverter, und der schließlich erhaltene Weißstein enthält 78 bis 80 Prozent Kupfer.

Beim Abziehen der letzten Schlacke vor der sogenannten einfachen Umwandlung oder dem Erblasen des Blasenkupfers ist es unzweckmäßig, die gesamte Schlacke abzuziehen. Ist daher vor Beendigung der letzten Windzuführungsperiode der Schmelzumwandlung ein Überschuß an kieselsäurehaltigem Zuschlag zugesetzt worden, so schwimmt auf dem Weißstein eine Schlacke von wechselnder Menge, die ungesättigte Kieselsäure enthält. Damit letztere nicht neue Belästigungen verursacht, muß man die letzte Windzuführungsperiode so leiten, daß in dem Weißstein noch genügend Eisen zurückbleibt, um diesen Kieselsäureüberschuß in der zurückbleibenden Schlacke zu sättigen. Tatsächlich muß zum Zvreck der vollen Sättigung dieser Kieselsäuremenge der Eisengehalt in dem Weißstein höher sein als die theoretische Menge. Infolgedessen wird während der Umwandlung in Blasenkupfer die Kieselsäure im Schlackerückstand reichlich durch das Eisen gesättigt, und der Eisenüberschuß geht in die Schlacke im wesentlichen in Form von magnetischem Eisenoxyd über, indem er darin die sogenannte Kugelschlacke bildet. Das Vorhandensein dieser Kugelschlacke, das auf die vollständige Sättigung der Kieselsäure deutet, gibt eine absolute Sicherheit gegen das Schäumen im Konverter während der Umwandlung in Blasenkupfer.

Die im Konverter bei der Beendigung der Umwandlung in Blasenkupfer . vorhandene Schlacke ist sehr reich an Kupfer und ist so geartet, daß es sehr langwierig und schwierig sein würde, sie zu entfernen. Man läßt die Schlacke daher im Konverter und zieht das Blasenkupfer unter ihr ab. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, daß die folgende Steinbeschickung rasch in den Konverter eingebracht wird, damit ein Anbacken dieser kupferreichen Schlacke an den Boden des Konverters verhindert wird.. Indem die kupferreiche. Schlacke im Konverter verbleibt, wird ihr Kupfer während der nächstfolgenden Schmelze mitgewonnen.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zum Bessemern von Kupferstein in einem Konverter mit nicht angreifbarem (basischem oder neutralem) Futter unter Verwendung eines sauren Zuschlags, gegebenenfalls in Gestalt eines kieselsäurehaltigen Kupfererzes, dadurch gekennzeichnet, daß im Konverter eine Temperatur von 1100 bis 1260⁰ C. auf-

   rechterhalten wird, die nach oben oder nach unten nur auf ganz kurze Zeit überschritten werden darf.
2. 2. Verfahren.nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Vermeidung des Schäumens im Konverter nach Beendigung der Windzuführung und nach dem Abziehen der Schlacke, aber vor dem Erblasen des Blasenkupfers, in der Schmelze noch ein größerer Eisenüberschuß belassen wird, als erforderlich wäre, um die Kieselsäure zu binden, die in der im Konverter zurückbleibenden Schlacke enthalten ist.