DE2629414A1

DE2629414A1 - Verfahren zur herstellung von gruenkugeln aus eisen enthaltendem, in trockenem zustand gesammeltem abgasdunst von stahlschmelzoefen

Info

Publication number: DE2629414A1
Application number: DE19762629414
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Jablonski; John Wharton Kreiger
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1975-07-01
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1977-01-27
Also published as: FR2316342A1; JPS527304A; US4003736A; JPS5614132B2; FR2316342B1; GB1498341A; CA1072742A

Description

DR. BERG D:pL.-TNG. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapfund Partner, 8 Mttnchen 86, P.O. Box 860245

Ihr Zeichen
Your ref.

Unser Zeichen O 7 J_- Q Our ref.

8 MÜNCHEN 80 Mauerkircherstraße 45

3O.Juni197f

Anwaltsakte-Nr.: 27

BETHLEHEM STEEL CORPORATION Bethlehem, Pennsylvania / USA

"Verfahren zur Herstellung von

Grünkugeln aus Eisen enthaltendem, in trockenem Zustand gesammeltem Abgasdunst von Stahlschmelzöfen"

Die vorliegende Erfindung betrifft weitgehend ein Verfahren zur Herstellung von festen, stabilen, für eine Beschickung in metallurgische Öfen geeigneten Grünkugeln aus in Thomas-Sauerstoff- Konvertern (basic oxygen steel furnaces) gebildetem, eisenhaltigen Abgasdunst, die eine vorherbestimmte Gesamtmenge an Kalk (CaO) und Magnesia (MgO) enthalten.

X/R

609384/0804

(0*9) 988272 987043 983310

Telegramme: BERGSTAPFPATENT Mttnchen TELEX: 0524560 BERGd

Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100 Hypo-Bank Manchen 3892623 Postscheck Mttnchen 65343-808

OLP 2052

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Die Verwendung von großen Sauerstoffmengen bei Stahlherstellungsverfahren hat zur Bildung von großen Mengen an Abgasdunst geführt und zu einem Bedürfnis für kostspielige Gasreinigungsanlagen zur Verhinderung einer Luftverunreinigung. Ein derartiger Abgasdunst, manchmal auch als Staub bezeichnet, besteht aus feinen Teilchen von Elementen und metallischen und nichtmetallischen Verbindungen, wie beispielsweise aus Eisenoxid, Zinkoxid, Bleioxid, Schwefelverbindungen, Kohlenstoff, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid und dergleichen. Die Teilchen haben eine Größe im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 25 Mikron im Durchmesser und sind in den Abgasen, die aus den Sauerstoff-Blasstahlöfen austreten, suspendiert. Um derartige Abgase zu reinigen und den während der Stahlherstellungsverfahren emittierten Abgasdunst zu gewinnen, werden verschiedene Einrichtungen, wie beispielsweise Naßreiniger bzw. Rieseltürme, Elektrofilteranlagen, Filter-Fangkammern (bag houses) etc. eingesetzt. In Abhängigkeit von der Weise, in welcher die Gase gesäubert werden, wird der gesammelte Abgasdunst als in feuchtem Zustand gesammelt oder in trockenem Zustand gesammelt bezeichnet. Obwohl Abgasdunste enthaltende Gase vollwirksam durch derartige Einrichtungen gereinigt werden können, hat die Beseitigung des gesammelten Abgasdunstes beträchtliche Probleme aufgeworfen. Es würde von Vorteil sein, den Abgasdunst, ob nun in nassem Zustand oder in trocke-

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·_ "Z —

nem Zustand gesammelt, in die Stahlschmelzöfen zurückzuführen und ihn für eine Beschickung in die Hochöfen (Gebläseöfen) zu sintern, anstelle ihn, wie es jetzt bei dem trocken gesammelten Abgasdunst im großen und ganzen geschieht, auf die Halde abzukippen. Es würde vorteilhaft sein, den in trockenem Zustand gesammelten Abgasdunst wegen des Wertes gewisser Materialien, wie beispielsweise von Eisen und anderen Legierungskomponenten in einem derartigen Abgasdunst, erneut zu verwenden.

Obwohl schon aus in nassem Zustand gesammelten Abgasdunst aus einem Thomas-Sauerstoff-Konverter, und ebenso aus Mischungen von im nassen Zustand gesammelten und wassergelaugtem, im trockenen Zustand gesammelten Abgasdunst grüne Kugeln für die Beschickung von Stahlschmelzöfen hergestellt worden sind, waren jedoch die Stahlhersteller bis heute nicht in der Lage, im trockenen Zustand gesammelten Abgasdunst aus den sogenannten Thomas-Sauerstoff-Konvertern zu "grünen" Kugeln zu verformen, die mit Erfolg in Stahlschmelzöfen eingesetzt werden können. Nachdem ein im trockenen Zustand gesammelter Abgasdunst zu "grünen" Kugeln verformt worden war, sind diese stets nach einer Lagerung für lediglich kurze Zeit zerfallen.

Unter Berücksichtigung des vorstehenden, wird gemäß der vor-

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liegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von festen, stabilen, für die Beschickung von metallurgischen Öfen geeigneten Grünkugeln aus im trockenen Zustand gesammelten, eisenhaltigem, in Thomas-Sauerstoff-Konvertern gebildetem Abgasdunst, der Kalk und Magnesia enthält, geschaffen, gekennzeichnet durch Agglomerieren des Abgasdunstes zu Grünkugeln in einer Vorrichtung zum Formen von Kugeln durch kontinuierliche Zugabe einer Wassermenge zu dem Abgasdunst und durch Zurückhalten des Abgasdunstes in der Vorrichtung zum Formen von Kugeln für einen Zeitraum, der ausreicht, sich stöchiometrisch mit dem Kalk und der Magnesia zu vereinigen, wobei in den Grünkugeln eine Feuchtigkeitsmenge von zwischen etwa 7 und 12 % mit Bindemittelwirkung zurückbleibt.

Der Ausdruck "grüne" Kugeln, wie er hier angewandt wird, bezieht sich auf in Kugelform gebrachtes Material, das nicht durch Erhitzen gehärtet worden ist, d.h. nach dem Verformen zu Kugeln erfolgt kein Erhitzen zur Herstellung einer gesinterten oder durch Hitzeeinwirkung abgebundenen Kugel. Offensichtlich muß eine "grüne" Kugel, die im Stahlherstellungsbetrieb zufriedenstellend eingesetzt werden soll, eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um eine Belastung auszuhalten und einer Zerkleinerung während des Transports und der Handhabung zu widerstehen. Die Ausdrücke fest und stabil

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werden nachfolgend dazu verwendet, grüne Kugeln zu beschreiben, die eine "Festigkeitsprüfung" bestehen. Es handelt sich hier um eine Prüfung, die in der Industrie, die sich mit überführen in Kugelform und Pelletisieren befaßt, verwendet wird, um festzustellen, ob eine Kugel oder ein Pellet die Handhabung im Betrieb aushält. Um die Anforderungen der "Festigkeitsprüfung" zufriedenstellend zu erfüllen, muß eine Grünkugel eine Druckfestigkeit von zumindest 15 pounds per square inch (1,05 kg/cm ) aufweisen und imstande sein, zumindest ein lOmaliges Herunterfallen aus einer Höhe von 18 inch (45,72 cm) auf eine Stahlplatte auszuhalten. Es wurde festgestellt, daß feste und stabile Grünkugeln, d.h. solche Kugeln, welche die "Festigkeitsprüfung" bestanden haben, erfolgreich einer Zerkleinerung während des Transports und der Handhabung widerstehen und für eine Beschickung von Stahlschmelzöfen geeignet sind.

Das Verfahren zum überführen in Kugelform gemäß Erfindung ist besonders wünschenswert für die Agglomeration von fein verteilten Teilchen in dem Abgasdunst, weil diese normalerweise eine solche Größe besitzen, daß sie sich ohne Schwierigkeiten zu Kugeln von relativ einheitlicher Größe formen lassen. Die Größe der in der Vorrichtung zum Formen von Kugeln hergestellten Kugeln ist der Rotationsgeschwindigkeit der Vorrichtung zur Herstellung von Kugeln, deren Neigung,

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der Menge des teilchenförmigen Materials, das während der Herstellung der Kugeln auf der Vorrichtung zur Herstellung derselben gehalten wird, der Beschickungsrate des teilchenförmigen Materials zu der Vorrichtung, und der Verweilzeit des teilchenförmigen Materials in einer derartigen Vorrichtung im direkten Sinne verwandt. Die physikalische Festigkeit der aus der Vorrichtung zur Herstellung der Kugeln ausgetragenen Kugeln ist abhängig von der Größenverteilung der Teilchen des Materials, den Packungseigenschaften des teilchenförmigen Materials, den Kohäsionskräften, die vorhanden sind, wenn das teilchenförmige Material feucht ist, der in den Kugeln vorhandenen Feuchtigkeitsmenge und der Porosität der Kugeln.

Die Kugeln, die in einer Vorrichtung zur Bildung von Kugeln unter Rotation hergestellt worden sind, wie dies nachfolgend vollständiger offenbart werden wird, können als "grüne" Kugeln verwendet werden, oder sie können bei erhöhten Temperaturen zur Herstellung von hitzegehärteten Pellets wärmebehandelt werden. Hitzegehärtete Pellets haben eine wesentlich größere Festigkeit als "grüne" Kugeln und können mit Erfolg in Stahlschmelzöfen eingetragen werden. Jedoch wird es von den Stahlherstellern wegen der Kosten der Heizstufe nicht bevorzugt, von der Hitzehärtungsbehandlung für derartige Kugeln Gebrauch zu machen.

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Aufgaben und Ziele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Offenbarung in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung, in welcher Fig. 1 und Fig. 2 eine schematische Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Kugeln ist, die zur praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, feste und stabile Grünkugeln aus im trockenen Zustand gesammelten Abgasdunst von der Sauerstoff-Stahlherstellung herzustellen, die Eisen in einer Menge von etwa 50 Gew.-# oder darüber und nicht weniger als etwa 8 Gew.-% Kalk (CaO) plus Magnesia (MgO) enthalten. In den Zeichnungen wird eine typische Maschine zur Herstellung von Kugeln 10 gezeigt, die auf einer Basis 11 ruht und einen Antrieb 12 und eine Scheibe 13 besitzt, die einen Boden 14 und Seiten 15 aufweist und im Uhrzeigersinne rotiert, wie es durch den Pfeil angedeutet ist. Anstelle einer Scheibe kann ebenso auch ein Konus oder eine Trommel als Vorrichtung zum Ausformen von Kugeln verwendet werden. Eisenhaltige Abgasdunstteilchen 16 von der Sauerstoff-Stahlherstellung werden einem Förderband 17 zugeführt und an dessen Ende auf einen niedrigeren Teil der Scheibe 13 gefördert. Ein Teil der Abgasdunstteilchen fällt direkt in die durch* den Boden lH und die Seite 15 ge-

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bildete Mulde, während der Rest der Teilchen auf kleine, aus Teilchen, die bereits früher auf eine solche Scheibe gefallen sind, gebildete kleine Kügelchen fällt und daran haftet. Wenn die Scheibe 13 rotiert, trägt sie die Abgasdunstteilchen und ebenso auch die kleinen daraus gebildeten Kügelchen mit sich, wobei diese mit Wasser aus Düsen 18 besprüht werden, die in verschiedenen Stellungen oberhalb der Scheibe 13 angebracht sind. Durch kontinuierliches Sprühen von Wasser auf den Abgasdunst und die daraus geformten Kügelchen werden aufeinanderfolgende Schichten von Abgasdunst abgelagert, bis Kugeln von agglomerierten Teilchen ve, vorherbestimmter Größe gebildet worden sind. Außerdem bewirkt das Wasser eine Hydratisierung des Kalkes (CaO) und der Magnesia* (MgO). Die Verweilzeit des Abgasdunstes auf der Scheibe hängt von mehreren Paktoren ab, die dem Fachmann wohlbekannt sind, und die den Neigungswinkel der Scheibe, ihre Rotationsgeschwindigkeit, die Beschickungsrate von Abgasdunst zur Scheibe, die Größe der gewünschten Kugeln, etc., einschließen.

Es kann irgendein geeignetes Verfahren nach dem Stande der Technik zur Überführung in die Kugelform verwendet werden, vorausgesetzt, daß zu dem Abgasdunst die stöchiometrische Wassermenge zugesetzt wird, die notwendig ist, den Kalk (CaO) und die Magnesia (MgO) zu hydratisieren, und eine

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zusätzliche Menge von Wasser, die ausreicht, einen Wassergehalt von zwischen etwa 7 % und 12 % in den grünen Kugeln zu schaffen.

Außerdem muß der Abgasdunst auf der Scheibe zur Ausformung der Kugeln für eine Mindestzeit von nicht weniger als etwa 8 Minuten zurückgehalten werden. Bei Befolgen der dem Fachmann wohlbekannten praktischen Regeln für das Ausformen von Kugeln und bei Verwendung der richtigen Wassermenge und der richtigen Verweilzeit auf der Scheibe, wie dies oben erwähnt wurde, werden feste, stabile Grünkugeln 19 ausgeformt, die von der Scheibe 13 auf das Förderband 20 ausgetragen und weiterbefördert werden.

Die Wichtigkeit der richtigen Wassermenge und der richtigen Verweilzeit des Abgasdunstes auf der Scheibe gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht genug betont werden. Wenn man zu dem Abgasdunst weniger als die stöchiometrische Menge an Feuchtigkeit zusetzt, die zur Hydratisierung des Kalks und der Magnesia notwendig ist, werden die so hergestellten grünen Kugeln nicht fest und stabil und sie zerfallen, sobald sie irgendwie gehandhabt werden. Wenn außer der zu dem Abgasdunst zugesetzten stöchiometrischen Wassermenge die Wassermenge derart ist, daß die Grünkugeln einen Feuchtigkeitsgehalt von entweder weniger als 7 %, oder mehr als 12 % aufwei-

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/bezüglich der

sen, entstehen Probleme Ausformung zu Kugeln. Ein Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 7 % liefert eine sehr trockene und nicht zufriedenstellende Kugel ₃ wohingegen ein Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 12 % zu einer "suppenartigen" Mischung von Teilchen führt, die für eine Verwendung zur Herstellung von Kugeln ungeeignet ist.

Wenn die Verweilzeit des Abgasdunstes auf der Vorrichtung zum Ausformen von Kugeln kleiner als etwa 8 Minuten ist, läuft die Reaktion zwischen Wasser und dem Kalk und der Magnesia nicht vollständig auf der Vorrichtung zur Herstellung von Kugeln ab. Die Reaktion zwischen dem Wasser und dem Kalk wird dann weitergehen, nachdem die Kugeln aus der Vorrichtung zur Herstellung von Kugeln ausgetragen worden sind. In diesem Fall wird die Feuchtigkeit, die zum Binden der Teilchen benötigt wird, nicht verfügbar sein, da sie beim Hydratisieren des Kalks und der Magnesia verbraucht worden ist. Eine ausreichende Feuchtigkeit zur Abbindung kann ferner auch infolge einer Verdampfung von zumindest eines Teils des Wassers während der exothermen Hydratisierungsreaktion nicht verfügbar sein. Demzufolge ist eine ausreichende Feuchtigkeit für Abbindezwecke nicht verfügbar, mit dem endgültigen Ergebnis, daß die erzeugten Grünkugeln nicht fest und stabil sind. Die Verweilzeit des Abgasdunstes auf der Scheibe muß ausreichend lang sein, d.h. zumindest 8 Minuten betragen,

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damit das Wasser sowohl den Kalk als auch die Magnesia des Abgasdunstes hydratisiert und als ein Bindemittel für den Abgasdunst wirkt, oder es wird sonst die Reaktionswärme aus der Reaktion des Wassers mit dem Kalk und der Magnesia die Festigkeit der aus der Scheibenvorrichtung zur Herstellung von Kugeln ausgetragenen Kugeln sehr nachteilig beeinflußt.

Die richtige Verweilzeit für den Abgasdunst auf der Scheibe kann vernünftigerweise bestimmt werden, indem man sicherstellt, daß in den Kugeln beim Austragen aus der Scheibe nur wenig oder keine Wärme gespeichert ist.

Wenn ein spürbarer Anstieg der Temperatur vorhanden ist, nachdem die Kugeln aus der Scheibe ausgetragen wurden oder wenn die Kugeln nach dem Austragen aus der Scheibe noch Wärme beibehalten haben, war die Verweilzeit nicht ausreichend.

Spezifische Beispiele des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Abgasdunstes aus einem Thomas-Sauerstoff- Konverter haben die nachfolgende Analyse:

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Tabelle

Komponente %

Pe^T* 54,0

Kieselerde 2,17

Tonerde 0,12

Zink** 3*16

Kalk 6,09***

Magnesia 2,73***

Schwefel** 0,07

Mangan ' 0,90

Kohlenstoff 1,52

Blei** 0,24

* - Gesamtes Eisen, vorhanden in dem Abgasdunst als Eisenoxide.

** - Zinkoxide, Bleioxide, Schwefeldioxid oder -sulfid, angegeben als die Elemente Zink, Blei bzw. Schwefel. *** - Die Summe von Kalk (CaO) plus Magnesia (MgO) beträgt mehr als 8,00 %.

Der Abgasdunst enthielt Teilchen der folgenden Größe:

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Tabelle II

'Mikron Maschengröße (Tyler)

149-74 -IQO₃ +200 0,3 bis 4,0

74-37 -200, +4QO 2,0 bis 10,0

37-25 -400, +500 4,0 bis 10,0

unter 25 -500 75 bis 95

2,5 tons (2,54 t) pro Stunde eines derartigen Abgasdunstes, enthaltend 8,82 % der vereinigten Menge an Kalk und Magnesia, d.h. mehr als 8 %, wurden in einer Scheibe zur Ausformung von Kugeln mit einem Durchmesser von 6 foot (1,83 m) mit einer Rate von 80 pounds (36,29 kg) pro Minute eingespeist. Die Menge an Abgasdunst auf der Scheibe,.berechnet auf Trockengewichtsbasis, betrug 820 pounds (371*95 kg). Die Scheibe war in einem Winkel von 46° relativ zur Horizontalen geneigt und rotierte mit einer Geschwindigkeit von Umdrehungen pro Minute. Es wurden zu jeweils, 1000 pounds * (453j6 kg) eines derartigen Abgasdunstes eine Gesamtmenge von 31s77 pounds (l4,4l kg) Wasser zur Hydratisierung des Kalks und der Magnesia zugegeben, d.h. 19»58 pounds (9>O6 kg) Wasser zur Hydratisierung des Kalks und 12,19 pounds (5*53 kg) Wasser zur Hydratisierung der Magnesia. Zu den

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OWGINAt

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1031,77 pounds (468,01 kg) Abgasdunst und Wasser wurden eine zusätzliche Menge von 77,66 pounds (35,23 kg) Wasser für die Zwecke der Ausformung der Kugeln zugesetzt, was zu einer Produktion von Kugeln führte, die etwa 7 % Feuchtigkeitsgehalt aufwiesen. Bei Verwendung des gleichen Abgasdunstes zur Herstellung von Grünkugeln mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 12 % wurden zu den 1031,77 pounds (468,01 kg) Abgasdunst und Wasser eine zusätzliche Wassermenge von l40 pounds (63,50 kg) zugesetzt. Bezüglich der obigen Beispiele betrug die berechnete Verweilzeit des Abgasdunstes auf der Scheibe zum Ausformen der Kugeln für sowohl Kugeln mit 7 % Wassergehalt und Kugeln mit 12 % Wassergehalt annähernd 10 Minuten. Die hergestellten Grünkugeln hatten einen Durchmesser zwischen 0,625 bis 0,75 inch (1,59 bis 1,91 cm). Alle so hergestellten Grünkugeln waren fest und stabil, d.h. sie waren noch in einem Stück vorhanden, nachdem sie zehnmal auf eine Stahlplatte aus einer Höhe von 18 inch (45,72 cm) fallen gelassen worden waren, und sie hatten eine Druckfestigkeit von etwa 18 pounds per square inch (1,27 kg/cm ). Nachdem sie 4 Tage lang gelagert und visuell überprüft worden waren, zeigten die Grünkugeln kein Zeichen dafür, daß während der Lagerperiode irgendeine Zerkleinerung stattgefunden hatte.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen Prozentgehalte erwähnt wurden, sind dies Prozentgehalte auf Ge-

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ORIGINAL INSPECTED

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wichtsbasis, es sei denn, daß ausdrücklich etwas anderes gesagt worden ist. Die Größe der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Grünkugeln hängt von dem Typ des Stahlschmelzofens ab, in den derartige Kugeln eingespeist werden, d.h. ein Thomas^Sauerstoff-Konverter oder ein Siemens-Martin-Ofen, und kann von Fachleuten auf dem Gebiet der Herstellung von Kugeln gesteuert werden.

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Claims

Patentansprüche

\ly' Verfahren zur Herstellung von festen, stabilen Grünkugeln, geeignet für eine Beschickung in metallurgische öfen, aus in trockenem Zustand gesammelten, eisenhaltigem Abgasdunst, gebildet in Thomas-Sauerstoff-Konvertern (basic oxygen steel furnaces) und enthaltend Kalk und Magnesia, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abgasdunst zu Grünkugeln in einer Vorrichtung zum Herstellen von Kugeln agglomeriert, indem man kontinuierlich eine Wassermenge zu dem Abgasdunst zusetzt und den Abgasdunst in der Vorrichtung zum Pormieren von Kugeln eine ausreichende Zeitlang zurückhält, damit das Wasser sich stöchiometrisch mit dem Kalk und der Magnesia vereinigen kann, wobei in den Grünkugeln eine Feuchtigkeitsmenge zwischen etwa 7 und 12 % zurückbleibt, um als Bindemittel zu wirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zu dem Abgasdunst zugesetzte Wasser sich stöchiometrisch mit nicht weniger als 8 % Kalk und Magnesia vereinigt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit von dem im trockenen Zustand gesammelten Abgasdunst auf

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der Vorrichtung zum Herstellen von Kugeln nicht weniger als etwa 8 Minuten beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Verweilzeit von dem im trockenen Zustand gesammelten Abgasdunst auf der Vorrichtung zur Herstellung von Kugeln ausreichend ist, die Reaktion des Wassers mit dem Kalk und der Magnesia zu vervollständigen und für das Wasser ausreicht, um als Bindemittel in den Grünkugeln zu wirken.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünkugeln aus der Vorrichtung zur Herstellung der Kugeln ausgetragen werden, wenn sie eine Druckfestigkeit von zumindest 15 pounds per square inch (1,05 kg/cm ) erreicht haben.

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