DE2754988C2 - Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen - Google Patents

Description

7 FeO+10 C-Fe₇C)+7 CO

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erforderlich ist, und der Höchstwert dieses Mengenanteils das l,2fache der Menge beträgt, die für die Reduktion von Eisenoxid und Chromoxid im Chromerz nach den Formeln

CO

7 FeO + lOC-Fe7C₃ + 7CO

nötig ist, und daß die theoretische Verbrennungstemperatur an den Windformenden auf einen Wert im Bereich von 2000-2600° C eingestellt wird, so daß mindestens 90% des Chromoxids reduziert und im metallischen Ferrochrom gewonnen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als einzublasendes Gas Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von unter 41 VoI.-% und einem Feuchtigkeitsgehalt von 3 — 50 g/m³ auf 200-1200⁰C erwärmt und in den Hochofen eingeblasert wird

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in einer Menge von 10—30 mVmin pro m² der Querschnittsfläche des Hochofens in Höhe der Windformenden eingeblasen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Absoiutgasdruck an der Oberseite des Hochofens auf 1 —3 kg/cm² eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromerzpulver aus Teilchen eii.er Größe von 035 mm oder weniger gebildet wird, daß das Pulver des kohlenstoffhaltigen Materials aus Teilchen einer Größe von 0,35 mm oder weniger gebildet wird, daß die Teilchengröße der Agglomerate im Bereich von 10-50 mm liegt, daß die Größe der Koksstücke im Bereich von 10—100 mm liegt und daß der Stückkoks in einer Menge von 150-500 kg pro Tonne der Agglomerate eingegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Schlacke so eingestellt wird, daß das Verhältnis [CaOy[SiO₂]. wobei [CaO] dan CaO-Gehalt (in Gew.-%) der Schlacke und SiO₂ den SiO₂-Gehalt (in Gew.-%) der Schlacke bedeuten, im Bereich von 0.4 - 13 liegt und daß das Verhältnis

([Al₂O,] + [MgOD/aCaO] + [SiO₂] + [MgO] + [Al₂O,])

worin [CaO] und [SiO₂] die obige Bedeutung besitzen und [MgO] und [AI₂Oi] den Gehalt der Schlacke an MgO bzw. Al₂O) (in Gew.-%) angeben, im Bereich von 0.4 - 0.8 liegt.

9. Verfahren viach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Zusammensetzung der Schlacke ein schlackebildendes Material in den Hochofen in Form eines in die Agglomerate eingearbeiteten Zuschlagpulvers und/oder getrennt von den stückigen Agglomeraten eingegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß als schlackebildendes Material Siliziumoxid. Ätz- bzw. Löschkalk und/oder Kalkstein verwendet werden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des pulverförmiger) Chromerzes im wesentlichen der für die Gewinnung von Ferrochrom mit mehr als 40%, vorzugsweise 50% Chrom benötigten Chromerzmenge entspricht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ferrochrom wird im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß ein Chromerz, ein Reduktionsmittel, wie Koks, und ein schiackebildendes Mittel, wie Kalk, in einen Elektro- oder Lichtbogenofen eingegeben und darin geschmolzen werden. Dieses Vorgehen erfordert große Investitionskosten für Ausrüstungen, wie Transformatoren und Elektrodenvorrichtungen, sowie einen hohen Grad an Geschicklichkeit und Erfahrung fur das Schmelzen. Der größte Nachieil dieses Verfahrens besteht darin, daß kostspielige elektrische Fnergie verbraucht wird.

Mit zunehmender Notwendigkeit für Eneigieeinsparungen sind in jüngster Zeit verschiedene Verbesserungen dieses Elektroofenverfahrens vorgeschlagen und zum Teil bereits (in Japan) industriell angewandt worden. Beispielsweise wird gemäß einem dieser Vorschläge ein Chromerz in einem Dreh(rohr)ofen od. dgl. behandelt, um die im Chromer/ enthaltenen Kiscn- und Chromoxide in festem Zustand teilweise /u

reduzieren, bevor das Chromerz dann in einem Elektroofen verschmolzen wird. In letzterem wird dann die Reaktion an dem teilweise reduzierten Chromerz zur Gewinnung von Ferrochrom abgeschlossen. Dieses Drehofenverfahren ist insofern vorteilhaft, als ein Teil der elektrischen Energie durch billigere Energie aus Schweröl od. dgl. ersetzt werden kann. Für die Durchführung dieser Teilreduktion auf industrieller Basis muß jedoch e.n Dreh- oder Schachtofen mit einer durch Schweröl od. dgl. gespeisten Verbrennungsflamme benutzt werden, wobei die Entstehung einer gewissen oxidierenden Atmosphäre in einem solchen Ofen nicht zu vermeiden ist- Hieraus ergibt sich das Problem der Wiederoxydation des bereits reduzierten Eisens oder Chroms. Bei Verwendung eines Dreh(rohr)-ofens od. dgl. ist es schwierig, die Reduktionsrate des Chromoxids in fester Phase unter atmosphärischem Druck zu erhöhen. Infolge dieser Schwierigkeit beträgt das Reduktionsgradverhältnis des Chromerzes im Drehofen od. dgl. bestenfalls etwa 70%. Daher werden die teilreduzierten Peilets oder Briketts in einen Elektroofen eingegeben, in welchem der Schmeizvorgang durchgeführt wird. Weiterhin ist dieses Verfahren auch mit zahlreichen Schwierigkeiten bezüglich der Ausrüstung verbunden, da nämlich ein Drehofen mit einer Zusatzausrüstung zusätzlich zu dem Elektroofen vorgesehen sein muß, in welchem der Schmelzvorgang ausschließlich erfolgt. Zur wirksamen Wärmeausnützung werden die reduzierten Peilets noch mit hoher Temperatur in den Elektroofen überführt, wobei es zur Verhinderung einer Reoxydation bei diesen hohen Temperaturen sowie der anschließenden Verschmelzung und Zusammenballung nötig ist, die Speicher- und Überführvorrichtungen abzudichten und andere umständliche Vorkehrungen zu treffen.

Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen sind bereits in einigen Patentschriften offenbart, doch erwiesen sich diese Verfahren als auf industrieller Basis nicht durchführbar.

Beispielsweise ist es bei dem Verfahren gemäß der US-PS 22.18 078 durch Erwärmung des in einen Hochofen eingeblasener. Winds auf eine Temperatur von mehr als etwa 98O⁰C. um die Erzteilchen im Bereich der Windformen teilweise zu verflüssigen, beabsichtigt, die Reaktion zwischen dem verflüs.'->gten Erz und Kohlenstoff wesentlich zu begünstigen und CnOj zu Cr zu reduzieren.

Da die gemäß der genannten US-PS vorgeschlagene Windtemperatur bei den b^;sherigen Hochofenanlagen schwierig zu erzielen ist. schlägt die US-PS 22 86 577 ein Verfahren vor. bei dem in einer ersten Stufe ein Chromerz in einem Hochofen verflüssigt, d. h. aufge schmolzen, die Schmelze sodann zum Erstarren gebracht und das Schmelzen in einer zweiten Stufe abgeschlossen wird.

Da bei diesen beiden Verfahren ein Hochofen eingesetzt wird, wird selbstverständlich ein stückiges Erz verwendet. Der Grund dafür, daß diese beiden Verfahren in der Praxis nicht industriell angewandt wurden, besteht darin, daß dabei keine ausreichenden Maßnahmen zur Berücksichtigung der speziellen Probleme aufgrund des Unterschieds in den Reduktionsmechanismen zwischen Chromerz und Eisenerz getroffen wurden, so daß auch keine ausreichende Reduktion des Chromoxids erzielt werden konnte. Beim zweitgenannten Verfahren wird die vollständige Durchführung des Schmclzvorgangs durch Behandlung im Hochofen als unmöglich angesehen.

Bei der Reduktion eines Eisenerzes schreibt die Reduktion mit CO und Hi in dem Bereich, irt welchem sich das Eisenerz in fester Phase befindet, zu einem außerordentlich hohen Grad fort. Diese indirekte Reduktion findet dabei im Oberteil des Hochofens statt. Infolgedessen wird das beträchtlich reduzierte Eisenerz in einen Hochtemperaturbereich des Hochofens eingeleitet, in welchem die Reduktion des restlichen Eisenoxids und das Schmelzen stattfinden. Im Fall von

ίο Eisenerz geht die Hauptreduktion im Oberteil des Hochofens nämlich in einem mit dem in seinem Unterteil stattfindenden Schmelzen gut ausgewogenen Zustand vor sich. Aus diesem Grund sinkt das Möllermaterial im Hochofen gleichmäßig nach unten.

Außerdem liegen die Schmelzpunkte von Eisenerz und Roheisen vergleichsweise niedrig, so daß Eisenerz im Hochofen zufriedenstellend aufgeschmolzen werden kann.

Im Fall vod Chromerz kann ein solches zufriedenstel-Iendes Aufschmelzen im Hochofen -icht erwartet werden. Die Hauptkomponenie eines Ciir^rnerzes ist Cr₂O₃, wobei das Cr/Fe-Gewichtsverhältnis des Erzes üblicherweise im Bereich von 1,5 — 3,5 liegt und der Chromgehalt wesentlich höher ist als der Eisengehalt.

Außerdem st Cr₂O₃ schwer zu reduzieren, und es findet nahezu gar keine indirekte Reduktion mit CO-Gas od. dgl. im Hochofen statt. Wenn daher ein Chromerz und Koksstücke eingegeben werden, findet selbst dann, wenn ein Teil des Eisenoxids im Erz indirekt reduziert wird, nahezu überhaupt keine indirekte Reduktion des Chromerzes als Ganzes statt.

Bei einem Hochofen ist der Oberteil ein Festphasen/ Gasphasen-Bereich, während der Mittelteil einen Bereich darstellt, in welchem die feste, die flüssige und die gasförmige Phase gleichzeitig vorliegen, und der Unterteil ein Festphasen-(Koks- od. dgl.)/Flüssigphasen-Bereich ist. Wie erwähnt, wird das Chromerz im Festphasen/Gasphasenbereich nicht ausreichend reduziert und (daher) in einem praktisch unreduzierten Zustand in den die feste, die flüssige und die gasförmige Phase enthaltenden Bereich und sodann in den Festphasen/Flüssigphasen-Bereich eingeführt. In diesen Bereichen ist der Kontakt zwischen dem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel und dem Erz ungenügend, so daß ein erheblicher Teil des Erzes nicht umgesetzt wird und in Form von Schlacke zurückbleibt. Weiterhin bildet sich beim Erschmelzen von Ferrochrom aus einem Chromerz eine wesentlich größere Schlackenmenge als beim Erschmelzen von Roheisen aus einem Eisenerz.

Infolgedessen wird kein zufriedenstellender Kontakt zwischen dem nicht umgesetzten Chromerz und dem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel erreicht, so daß es sehr sch /terig ist, die reduzierende Reaktion in der Flüssigphase mit hohem Wirkungsgrad durchzuführen.

Da außerdem der Schmelzpunkt von Cr₂Oj sehr hoch liegt, erhöht sich der Schmelzpunkt der Schlacke ganz beträchtlich, wenn nicht umgesetztes Cr>Oj in der Schlacke enthalten ist. Hierdurch werden die Abtrennung des metallischen Ferrochroms von der Schlacke

eo und die Rückgewinnung des metallischen Ferrochroms aus der Schlacke sehr erschwert.

Wenn ein Hochofen daher nur mit einem Chromerz und mit Koks in Stückform beschickt wird, geht aus den genannten Gründen de^r Ausgleich bzw. das Gleichgewicht zwischen der reduzierender. Reaktion und dem Schmelzvorgang verloren, wobei ein übermäßig großer Anteil an nicht umgesetzter Schmelze anfällt und der Schmelzvorgani: daher nicht gleichmäßig durchgeführt

werden kann.

Audi wenn die Windtemperatur auf einen wesentlich höheren Wen als den erhöht wird, der beim Beschicken gemäß der genannten US-PS 22 38 078 er/ielt werden kann, lassen sich die vorstellend geschilderten, mit dem Schmelzen von Ferrochrom in einem Hochofen zusammenhängenden Probleme nicht lösen.

Die gleichen i'roblemc bestehen auch bei dem durch die USPS 33 3b 132 bekannten Verfahren, bei dem Chrom enthaltende Schlacke, gesintertes Eisenerz. Roheisenerz, hochchromhaltiges fir/. Schotter und Koks in einem Hochofen eingegeben werden, um ein Alisgangsmaterial für rostfreien Stahl herzustellen. Dieses wird dann in einen Konverter eingeblasen. Da entsprechende Angaben in der genannten Patentschrift fehlen, ist auch bei diesem Verfahren davon auszugehen, daß die einzelnen Bestandteile in der üblichen Stiirkioi'!" iriiieri Hochofen esn^eführ* w^rd^n

einzelnen erläutert.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden /unächst Agglomerate aus einem Pulver aus Chromerz und einem Pulver aus kohlenstoffhaltigem Material hergestellt. Chromerze werden gewöhnlich in einem stückigen oder pulverförmigen Zustand gewonnen. Im ersten Fall werden die F.rzstücke zunächst pulverisiert, und das so erhaltene Er/pu!ver wird für die Herstellung der genannten Agglomerate benutzt. Erfindungsgemäß werden Chromerze mit einem Cr/Fe-Verhältnis von 1.5 — 3.5 verwendet, wie sie bisher üblicherweise für das Schmelzen in einem F.lekiro- bzw. l.ichtbogenofer od. dgl. eingesetzt wurden, doch ist das Cr/Fe-Verhältnis beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf den angegebenen Bereich beschränkt. Ein typisches Beispiel für die Zusammensetzung (in Gew.-'Mi) des Chromer/es ist folgendes:

Der F.rfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen zu schaffen, bei dem das Erschmelzen des Ferrochroins aus einem Chromerz gleichmäßig und mit hohem Grad der Reduktion der Ferrochromerze staufindet.

Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Ferrochrom. das einen Chromgehalt von 40% oder mehr, vorzugsweise von 50% oder mehr besitzt. Dieses Ferrochrom soll dabei mit hohem Ausbringen von 90% oder mehr, vorzugsweise 95% oder mehr, bezogen auf den Chronigchalt in den Chromerzen, gewinnbar sein.

Bei diesem Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen soll der Herstellungsvorgang ohne Schwierigkeiten, nämlich ohne Hängen oder mangelhafte Gasdurchlässigkeit, durchführbar sein.

Frfindungsgemäß wird also die Gewährleistung sowohl einer beträchtlichen Senkung des Energiebedarfs durch Übergang von elektrischer Energie auf Koks als Energiequelle als auch einer Vereinfachung der Verfahrensschritte angestrebt. Da das Erschmelzen von FeriYK-hrnm aus einem Chromerz in einem Hochofen im Hinblick aul <'.:;■■> genannte Ziel anzustreben ist. wurden erfindungsgemüß verschiedene Untersuchungen und Forschungen bezüglich dieses Schmelzverfahrens durchgeführt, auf deren Grundlage die Erfindung entwickelt wurde.

Di·.· Lösung der genannten Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Die sogenannten Pellets und Briketts werden in der folgenden Beschr?ibung gemeinsam als »Agglomerat« bezeichnet.

Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung wird eine zweckmäßige Beziehung zwischen der Eingabe der Ausgangsstoffe und der Temperaturregelung hergestellt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Mengenanteil an kohlenstoffhaltigem Material in den Agglomerateri und die durch das vorgewärmte. sauerstoffTialtige Gas bestimmte theoretische Verbrennungstemperatur an den Windformenrlen so eingestellt werden, daß (a) die Agglomerate im Hochofen nicht nennenswert pulverisiert werden und (b) das im Chromerz enthaltene Chromoxid in einem oberen Bereich des Hochofens, in welchem sich die Agglomerate in fester Phase befinden. teilweise reduziert wird, und dieses Chromoxid in einem unteren Bereich des Hochofens, in welchem die Agglomerate in flüssiger Phase vorliegen, im wesentlichen vollständig reduziert wird.

im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren im

Cr.'O,	44,6
FeO	18.8
AIjO,	13.0
MgO	9.7
SiO;	7.3
CaO	Spuren

Vorzugsweise beträgt die Teilchengröße des Chrome'"inulvers etwa 0,35 mm (46 U.S. mesh) oder weniger, insbesondere etwa 0,09 mm (150 mesh) oder weniger.

Das als Reduktionsmittel verwendete kohlenstoffhaltige Pulver nimmt an der Feitphasenreduktion im Oberteil des Hochofens teil. Im Fall eines Eisenerzes schreitet die Gasphasenreduktion, wie erwähnt, sehr schnell fort, wobei die Eingabe des pulverförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials in dem in die Agglomerate eingearbeiteten Zustand, wie erwähnt, demgegenüber bedeutungslos ist. Als kohlenstoffhaltiges Material werden erfindungsgemäß an sich bekannte Produkte verwendet, etwa Kohle. Koks. Petrolkoks und kalzinierte Anthrazitkohle. Vorzugsweise beträgt die Teilchengröße des kohlenstoffhaltigen Materials in Pulverform etwa 0.35 mm (45 mesh) oder weniger und vorteilhaft etwa 0.09 mm (150 mesh) oder weniger.

Das Chromerzpulver und das pulverförmige, kohlenstoffhaltige Material werden gründlich miteinander vermischt. Selbstverständlich kann ein Verfahren angewandt werden, bei dem das stückige Chromerz und ein kohlenstoffhaltiges Material zunächst gründlich vermischt werden und das Gemisch sodann pulverisiert wird.

Das Verhältnis von Kohlenstoffmaterial zu Chromerz besitzt einen Einfluß nicht nur auf die Festigkeit des Agglomerats, sondern auch auf die Reduktion der Agglomerate im Hochofen.

Zur Bestimmung des Anteils an Kohlenstoffmaterial vom Reduktionsstandpunkt muß die Reaktionsformel für ein Chromerz und Kohlenstoff betrachtet werden. Diese Reaktion umfaßt verschiedene Einzelreaktionen. Erfindungsgemäß kann vorausgesetzt werden, daß die nachstehenden Formeln die Hauptreaktionen darstellen, und die theoretisch notwendige Kohlenstoffmenge wird anhand dieser Formeln berechnet.

O (1)

7 FeO+10 C-Fe₇C₃ + ? CO (2)

Bei der Reaktion gemäß Formel (1) sind 27 Mole

Kohlenstoff für 14 Mole Cr nötig, d.h.. es sind 27/14 Mole Kohlenstoff pro Mol Cr erforderlich. Ausgedrückt auf Gewichtsbasis bedeutet dies, daß etwa 0.45 kg Kohlenstoff pro kg Cr erforderlich sind. Ebenso erfordert die Umsetzung nach Formel (2) 10/7 Mole Kohlenstoff pro Mol Fe bzw., ausgedrückt auf Gewichtsbasis, etwa 0.31 kg Kohlenstoff pro kg Eisen.

Die Rcü/..üion nach Formel (2) läuft /war gegenüber derjenigen nach Formel (1) bevorzugt ab, doch trifft es nicht zu. daß die Reduktion nach Formel (1) erst nach Beendigung der Reduktion gemäß F i g. 2 einsetzt. Vielmehr besteht eine gewisse Gleichgewichtsbeziehung zwischen den Reduktionen nach diesen beiden Formeln. Selbst wenn daher die Kohlenstoffmenge der theoretischen Menge nach Formel (2) entspricht oder kleiner als diese Menge ist, wird die Reaktion nach Formel (I) zu einem gewissen Grad begünstigt. Die im Agglomerat enthaltene Mindestmenge an Kohlenstoff soiite daher die theoretische Menge nach Forme! (2) übersteigen. Da ein Teil des Kohlenstoffs im Hochofen verbrannt wird, kann die maximale Kohlenstoffmenge größer sein als die Summe der theoretischen Mengen nach Formeln (I) und (2). Da jedoch die kohlenstoffhaltigen Agglomerate beim erfindungsgemäßen Verfahren ohne begünstigende Erwärmung in den Hochofen eingebracht werden, muß die maximale Kohlenstoffmenge eingestellt werden. Im allgemeinen beträgt die maximale Kohlenstoffmenge im Agglomerat das 1.2fache der Summe der theoretischen Mengen nach obigen Formeln (1) und (2); vorzugsweise entspricht diese Men^e dieser theoretischen Menge, obgleich die maximale Kohlenstoffmenge je nach der Größe des Hochofens variiert. Wenn der Kohlenstoffgehalt im Agglomerat diese maximale Menge übersteigt, verringert sich die Festigkeit des Agglomerats, und es treten Probleme im Hochofen auf. Mit anderen Worten: wenn der Kohlsnstoff^shsii suf einen Wert unter dieser Höchstmenge eingestellt wird, kann der Hochofenbetrieb ohne Schwierigkeit durchgeführt werden. Bei Verwendung von Kohle, Koks od. dgl. als pulveriges Kohlenstoffmaterial ist der Kohlenstoff(anteil) nach den Formeln (1) und (2) selbstverständlich fester Kohlenstoff.

Die Mindestmenge an Kohlenstoff liegt in Übereinstimmung mit der theoretischen Menge nach Formel (1) -»5 vor. so daß mindestens 80% Cr₂Oi reduziert werden, bevor das Chromerz, wie noch näher erläutert werden wird, zum Oberteil der Erweichungszone herabsinkt.

Zur Herstellung des Agglomerats aus einem Gemisch aus den vorgenannten Pulvers wird dem Gemisch mindestens ein anorganisches Bindemittel, nämlich Bentonit, Wasserglas und/oder Zement, und/oder auch ein organisches Bindemittel zugesetzt, nämlich Stärke. CMC (Carboxymethylcellulose) und/oder PVA (Polyvinylalkohol). Das so erhaltene Gemisch wird mittels einer Pelletisiermaschine od. dgl. zu einem Granulat oder mittels einer Brikettiermaschine, eines Extruders od. dgl. zu Stücken bzw. Klumpen oder Pellets geformt bzw. stückig gemacht. Die Form des Agglomerats ist nicht speziell auf eine kugelige Gestalt beschränkt.

Vorzugsweise liegt die Größe der Agglomeratteilchen im Bereich von 10—15 mm, um dadurch sicherzustellen, daß die Agglomerate schmelzflüssig werden und dann absinken. Zur Gewährleistung einer guten Durchlässigkeit zwischen den gepackten Teilchen der es Agglomerate sollte deren Teilchengröße vorteilhaft innerhalb des genannten Bereichs gleichmäßig sein, so daß eine übermäßige Packungsdichte vermieden wird.

Durch Granulieren od. dgl. gebildete, »grüne« Agglomerate bzw. Pellets werden anschließend getrocknet oder ausgehärtet (bei Verwendung von Zement als Bindemittel). Dieses Trocknen kann in der Möller-Vorwärmzone im Oberteil des Hochofens erfolgen. Falls jedoch speziell Agglomerate mit hoher Festigkeit angestrebt werden oder ein spezielles Bindemittel verwendet wird, wird vorteilhaft eine getrennte Trocknungszone vorgesehen, in welcher die Agglomerate im voraus getrocknet werden. Das Trocknen erfolgt hierbei bei einer Temperatur, bei welcher das Kohlenstoffmaterial nicht nennenswert verbrannt wird, nämlich unter 500⁰C. Als Trocknungsvorrichtung kann ein an sich bekannter Trockenofen mit einem Rest zur Aufnahme der Agglomerate od. dgl. Verwendung finden.

Wie beim Erschmelzen von Roheisen aus einem Eisenerz ist es vorteilhaft, daß die zusammen mit dem Stückigen Cfz und dem gesinterten Erz in den Hochofen einzubringenden Koksstücke eine hohe Festigkeit besitzen. Da jedoch die indirekte Reduktion, die beim Erschmelzen von Roheisen aus einem Eisenerz im Spiel ist. beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht auftritt und somit die Höhe des Hochofens nicht vergrößert werden kann, ist der Festigkeitszustand der Koksstücke nicht so kritisch wie beim Erschmelzen von Roheisen aus einem Eisenerz. Die Größe der Koksstücke oder -pellets selbst ist nicht besonders kritisch; diese Größe ändert sich je nach der Größe des Hochofens, doch liegt die Stückgröße des Kokses vorzugsweise im Bereich von 10- 100 mm, wobei diese Größe innerhalb dieses Bereichs möglichst gleichmäßig sein sollte. Die Menge an Stückkoks beträgt vorzugsweise etwa 150 —500 kg pro Tonne der Agglomerate, obgleich die bevorzugte Menge an stückigem Koks bzw. Kokspellets zu einem gewissen Grad in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt der Agglomerate variiert.

Als schlackebildendes Material wird in erster Linie Kalk (Ätz- bzw. Löschkalk oder Kalkstein) verwendet, doch kann in einigen Fällen für denselben Zweck auch Siliziumoxid zugegeben werden. Das schlackebildende Material kann die Additive bzw. Zuschläge enthalten, die üblicherweise beim Erschmelzen von Ferrochrom aus einem Chromerz in einem Elektroofen zur Erhöhung der Fließfähigkeit der Schlacke oder zur Begünstigung der Festphasenreduktion bei der Vorreduktion in einem Drehofen eingesetzt werden, etwa Fluoride und Carbonate von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen. Weiterhin können die genannten Agglomerate auch Kalk. Siliziumoxid und die vorstehend genannten Zuschlagsstoffe enthalten. Der oder die Schlackebildner wird (werden) getrennt vom Agglomerat oder nach Einverleibung in das Agglomerat in den Hochofen eingegeben; wahlweise können beide Beschickungsverfahren gemeinsam angewandt werden. Beim Schmelzen im Elektroofen ist die Zusammensetzung des schlackebildenden Materials engen Einschränkungen unterworfen, weil diese Zusammensetzung den elektrischen Widerstand beeinflußt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zusammensetzung des schlackebildenden Materials dagegen unter Erwägung der Viskosität und des Schmelzpunkts der entstehenden Schlacke bestimmt. Vorzugsweise wird die Zusammensetzung des schlackebildenden Materials so festgelegt, daß das CaO/SiO₂-Verhältnis (im folgenden »C/S-Verhältnis« genannt) der entstehenden Schlacke im Bereich von 0.4-13 und das (AI₂Oj+ MgO)/ (CaO+ SiO₂+ MgO+ AI₂O₃)-Verhältnis (im folgenden

,ils »AMF-Wert« bezeichnet) der entstehenden Schlakke im Bereich von 0.4-0.8 liegt. Wenn der AMF-Wert kleiner ist als 0.4. vergrößert sich das Schliickevolumen, und die von der Schlacke entnommene fühlbare bzw. Eigenwärme nimmt zu. während der Kontakt zwischen den effektiven Komponenten (Kohlenstoff. Chromoxid und Kisenoxk'i ungünstig beeinflußt wird, so daß bezüglich dei Begünstigung der Reaktion keine vorteilhaften Wirkungen zu erwarten sind. Wenn der AM F-Wert über 0.8 liegt, erreicht der Schmelzpunkt der Schlacke einen hohen Wert, und die Fließfähigkeit der Schmelze verschlechtert sich, so daß sich eine Schwierigkeit bezüglich der Abtrennung des Metalls von der Schmelze ergibt. Das C/S-Verhältnis wird so gewählt, daß eine Schlacke mit niedrigem Schmelzpunkt und niedriger Viskosität gebildet wird. Im allgemeinen sollte das CVS-Verhältnis bevorzugt im Bereich von 0.4- 1.3 liegen.

Hrfindungsgemäß kann ein zufriedenstellender Hochofenbetrieb err.icht werden, wenn eine Schlacke verwendet wird, die im wesentlichen aus CaO. SiO;. AbO], MgO und weniger als 5% Cr₂O₃ besteht.

Im folgenden ist die Temperaturregelung im Hoch-5 ofen beschrieben. Diese Temperaturregelung stellt eine der wichtigsten Bedingungen der Erfindung dar. Diese Regelung erfolgt im allgemeinen auf der Grundlage der theoretischen Temperatur am Windformende, und sie wird im folgenden als »Temperatur in der Verbrennungszone« bezeichnet. Diese Temperatur bestimmt sich durch die Windtemperatur und den Feuchtigkeitsgehalt der Luft bei Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft, und sie bestimmt sich weiterhin neben der Windtemperatur und dem Luftfeuchtigkeitsgehalt durch das Sauerstoff-Anreicherungsverhältriis. Die Temperatur in der Verbrennungszone entspricht der höchsten Temperatur in dieser Zone: sie läßt siel; nach folgender Formel nach Ramm berechnen:

Tgas

36,7 + mast [0,3605 + 0,595 W+ 0,0225 (O₂)] - 1728 W + 2297 (O₂) 0,386 + 0,015 (O₂)+ 0,716 W

worin Tblast die Temperatur (⁰C) des Winds. W den Feuchtigkeitsgehalt (kg) in I m³ Luft und (O:) das Sauerstoff/Gasvolumen-Verhältnis im Heißwind bedeuten.

Als Heißwind odrr Blasluft wird ein .Gas. wie Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet.

Die in der Verbrennungszone herrschende Temperatur stellt eine Wärmequelle für die vollständige Durchführung der Reduktion des Chromoxids und für die endgültige Bildung einer Schmelzschlacke sowie einer Ferrochromschmelze hoher Temperatur dar. weshalb in dieser Zone selbstverständlich eine hohe Temperatur herrschen muß. Falls jedoch die Temperatur in der Verbrennungszone zu hoch ist, ergeben sich verschiedene Probleme. Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß ein bevorzugter Temperaturbereich in der Verbrennungszone zwischen etwa 2000 C und etwa 2600'C liegt. Wenn die Temperatur in der Verbrennungszone unter 2000⁰C liegt, wird nicht genügend Wärme zugeführt, so daß die Fließfähigkeit der Schmelze unzureichend ist. Falls die Temperatur in der Verbrennungszone dagegen 2600°C übersteigt, bildet sich eine übermäßige Menge an Dämpfen, die an der Oberfläche des pelletförmigen Kokses oxidieren und zur Bildung von am Koks haftendem Siliziumoxid führen, wodurch ein oberflächliches Zusammenbacken der Koksstücke hervorgerufen wird. Diese Erscheinung hat das sogenannte Hängenbleiben (der Charge) und andere Betriebsprobleme zur Folge, etwa Korrosion der feuerfesten Ausmauerung des Ofens. Die Temperatur in der Verbrennungszone bestimmt sich durch die drei vorstehend genannten Veränderlichen, nämlich Tblasi. W und (Oj). die daher zweckmäßig so gewählt werden, daß die Temperatur in der Verbrennungszone auf einem vorteilhaften Wert gehalten wird. Aus praktischen Gesichtspunkten wird Luft bzw. Heißwind mit einer Windtemperatur (Tblast) von 200— 1200³C verwendet. Bei Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft sollten der Sauerstoffgehalt weniger als 41 Vol.-% und der Feuchtigkeitsgehalt 3 — 50 g/m³ betragen.

ErfindungsgemäS wird das gesamte oder praktisch das gesamte Chromerz in Form von Briketts in den Hochofen eingegeben, ohne dabei Schwierigkeiten bezüglicn des Hochofenbetriebs aufzuwerfen. Die Windmenge wird auf 10 — 30mVtnin pro m- Querschnittsfläche des Hochofens in Höhe der Windformen eingestellt. Die Windmenge hat einen Einfluß auf die Atmosphäre innerhalb des Hochofens, und sie erhöht oder verringert die Menge des reduzierenden Gases. Da jedoch nahezu keine indirekte Reduktion der Chromer-

jo ze auftritt, ist die Erhöhung oder Verringerung der Reduktionsgasmenge für die Reduktion der Chromerze unwesentlich. Der Zweck der Zufuhr von Heiüwindluft beim erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, die Temperatur im Hochofen so einzustellen, daß die

ü Reduktion des Chromerzes in einer dem Erweichungsbereich entsprechenden Höhe oder Ebene des Hochofens ausreichend begünstigt wird. Wenn die Heißwindmenge weniger als 10m^J/min/m² beträgt, wird die gewünschte Temperaturverteilung im Hochofen nicht

jo erreicht. Wenn diese Menge andererseits 30 m³/min/m^: übersteigt, tritt eine Aufwärtsverlagerung der Agglomerate und anderer, eingegebener Ausgangsstoffe auf. mit dem Ergebnis, daß ein zufriedenstellender Hochofenbetrieb nicht mehr möglich ist.

4i Der in den Hochofen eingeblasene Heißwind hat einen großen Einfluß auf die Wärmemenge, die sowohl für das Schmelzen der Charge als auch für die Reaktion zwischen den Komponenten der Charge erforderlich ist. Zur Erhöhung der Produktionsleistung des Hochofens muß daher das Volumen des Heißwinds (die Wärmemenge) vergrößert werden. Mit zunehmender Heißwindmenge erhöht sich auch die Windgeschwindigkeit. Wenn bei der Eisenerzreduktion die Gasgeschwindigkeit in einem solchen Bereich erhöht wird, daß die bekannte, nachteilige Überflutung (flooding) nicht auftritt, erhöhen sich die Reduktionsreaktionsgeschwindigkeit und die Produktionsleistung entsprechend. Die Zunahme der Geschwindigkeit der reduzierenden Reaktion beruht auf der in beträchtlichem Ausmaß auftretenden indirekten Reduktion der Eisenerze. Da jedoch bei der Reduktion der Chromerze die direkte Reduktion weitgehend überwiegt, werden durch Erhöhung der Gasgeschwindigkeit das Schmelzen des Chromerzes und die Geschwindigkeit der reduzieren-

bi den Reaktion nicht begünstigt- Bei der Reduktion von Chromerz ist es daher nicht wirtschaftlich, das Volumen des Heißwinds auf eine Größe zu erhöhen, velche die erforderliche Wärmemenge übersteigt, um dadurch die

7 FeO+10C-Fe₇Ci

Produktion? leistung /u steigern.

Bei der direkten Reduktion der Chromerze wird at- -erdem CO-Gas erzeugt, dessen Anteil auf bis zu etwa 20% der Gesamtgasmenge ansteigt. Dieses anfallende Gas wird erhitzt und bei der Verbrennung des Kokses verbraucht. Wie erwähnt, ergeben sich während der Reduktion der Chromerze im Hochofen eine Vergrößerung des Gasvolumens und eine Zunahme der Gasmenge.

Beide Prozesse gewährleisten dieselbe Wirkung wie bei einer Vergrößerung des Windvolumens. Infolgedessen kann eine Vergrößerung des Windvolumens, wie vorstehend erwähnt, nachteilig sein.

Aus den jienannran Gründen sollte der Ofenbetrieb für die Übertragung einer größeren Wärmemenge auf die bereits in den Hochofen eingegebenen Materialien nicht bei eiiem größeren Heißwindvolumen, sondern vielmehr bei einem höheren Gasdruck im Hochofen durchgeführt werden. Dieser Druck sollte, ausgedrückt als Absolutdrucl· an der Oberseite des Hochofens, im Bereich von I -3 kg/cm² liegen.

Bei Anwendung eines hohen Drucks im Hochofenbetrieb kann das Gas leichter durch die Zwischenräume der in den Ofen eingebrachten Stoffe hindurchtreten. Infolgedessen kann hierbei die Größe der verwendeten Agglomerate verringert werden, und der Hochofen kann auch dann betrieben werden, wenn ein Teil der Agglomerate aufgebrochen ist. Da die Reduktion des Chromoxids, wie noch erläutert weiden wird, in erster Linie das Ergebnis der direkten Reduktion ist, müssen sich die Chromerze im Hochofen zum Erweichungsbereich abwärts verlagern. Daher kann bei Betrieb unter hohem Druck bzw. Überdruck eine gute Durchlässigkeit für das Gas gewährleistet werden, auch wenn die

CaO (Gew.-%) in der Schlacke^ SiO₂ (Gew.-⁰/·) in der Schlacke

im Bereich von 0,4-1,3 liegt, und weiterhin das Verhältnis

Al₂O₃ (Gew.-V.) + MgO (Gew.-%)

CaO (Gew.-%) + SiO, (Gew.-%) + MgO (Gew.-%) + Al₂O₃ (Gew.-%)

Chromerze bei dieser Abwärtsbewegung aufbrechen bzw. zerbrechen. Durch eine vergleichsweise schnelle Schmelzverflüssigung der Chromerze im Erweichungsbereich kann diese Durchlässigkeit innerhalb des Hochofens verringert werden. Durch Betriet unter hohem Druck bzw. Überdruck wird dagegen eine zufriedenstellende Arbeitsweise des Hochofens während der Chromerzreduktion gewährleistet. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Ferrochrom umfaßt die folgenden Schritte: Beschickung eines Hochofens mit (a) Agglomeraten aus einem Chromerzpulver und einem Pulver eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels sowie (b) Koks in stückiger Form, wobei der Verhältnisanteil an kohlenstoffhaltigem Material im Agglomerat so eingestellt ist, daß der Mindestestwert dieses Verhältnisses der für die Reduktion des Eisenoxids im Chromerz nach folgender Formel

CO

erforderlichen Menge entspricht und der Höchstwert dieses Verhältnisses das l,2fache der für die Reduktion von Eisenoxid und Chromoxid im Chromerz nach den Formeln

CO

7 FeO+10 C-Fe₇C, +7 CO

nötigen Menge beträgt, wobei die schlackebildende Masse in den Beschickungsmaterialien so gewählt ist, daß das Verhältnis

im Bereich von 0.4-0.8 liegt; Einstellung des Gasdrucks an der Oberseite des Hochofens auf einen Überdruck von 1— 3 kjr/crn². wobei das Chromerz durch das kohlenstoffhaltige Material in einem Bereich des Hochofens, in welchem das Chromerz erweicht, mit einem Reduktionsgrad von mehr als 80% zu einem Chromkarbid reduziert wird; Schmelzen und Absinkenlassen des reduzierten Chromkarbids aus dem Erweichungsbereich zum Gestell des Hochofens: und Gewinnung von Ferrochrom mit mehr als 40 Gew.-°/o Chrom und von Schlacke mit weniger als 5% Cr?Oj am Bodenstein bzw. Gestell.

Im folgenden ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beisefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Hochofens, wie er für erfindungsgemäß durchgeführte Schmelzversuche eingesetzt wurde, und

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Hochofens zur Veranschaulichung der Temperaturen und der Probenentnahmepositionendes Hochofens.

Der verwendete Hochofen ist eine lotrechte Reaktionssäule ähnlicher Bauart, wie sie für das Schmelzen eines Eisenerzes benutzt wird, wobei der innere Reaktionsraum durch einen Bodenstein-Gestell 1 und eine Seitenwand bzw. einen Mantel 2 festgelegt wird. Im unteren Bereich des Hochofens sind Windformen oder -düsen 3 um den Außenumfang des Mantels herum auf gleiche Abstände verteilt angeordnet. Das Gestell kann beispielsweise aus Kohlenstoff, Graphitsteinen oder Siliziumkarbidsteinen bestehen, während der Mantel aus feuerfesten Steinen aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid oder Schamotte bestehen kann. Die Länge des Mantels im Vergleich zum Innendurchmesser kann dabei kleiner sein als bei einem Hochofen für Eisenerz. Das Beschickungsgut wird nach einem bei der Herstellung von Roheisen bekannten Verfahren chargiert. Gemäß F i g. 1 werden die Ausgangsmaterialien insbesondere schichtweise eingegeben. Da nämlich die Teilchengröße des Agglomerate 5 üblichere eise von der Größe der Koksstücke 4 verschieden ist, wird bei Vermischung dieser Materialien eine hohe Packungsdichte erreicht, wodurch die Durchlässigkeit für das Gas vermindert wird. Die Agglomerate und der stückige Koks werden durch Sieben od. dgl. auf möglichst gleichmäßige Teilchengröße eingestellt, doch ist eine gewisse Größenstreuung unvermeidlich. Beim Hochofen ist die Gasdurchlässigkeit im Umfangsbereich

größer als im Mittelbereich. Infolgedessen wird der Gasstrom bevorzugt unter Ausnutzung der genannten Größenstreuung gleichmäßig geführt, indem vorteilhaft das Agglomerat oder der Koks kleinerer Teilchengröße im Umfangsbereich des Hochofens abgesetzt werden. Zu diesem Zweck kann eine an sich bekannte Gichtglocke benutzt werden.

Die Windformen oder -düsen 3 sind mit einer Windleitung 13 verbunden, so daß die von einem Winderhitzer 11 gelieferte Luft um den Ofen herum gleichmäßig erwärmt werden kann. Der Regenerativ-Winderhitzer 11 ist über ein Ventil bzw. einen Schieber 14 mit einem Gebläse 9 und einem Sauerstoffbehälter 12 verbunden. Bei entsprechender Einstellung der Temperatur in der Verbrennungszone mit Hilfe des Sauerstoffbehälters 12 und des Winderhitzers 11 werden im Betrieb praktisch alle Chrom- und Eisenkomponenten des Erzes reduziert, so daß sie in ein Schmelzgefäß 10 herabfließen. Im Chromerz enthaltenes Ganggestein und schlackebildendes Material werden aufgeschmolzen und lagern sich auf der Metallschmelze im Schmelzgefäß 10 ab. Auf diese Weise laufen die Reduktion und das Schmelzen gleichmäßig ab. wobei die Ausgangsmaterialien im Verlauf der Reaktion selbstverständlich absinken und frisches Beschickungsgut entsprechend diesem Absinken der Gutschichten nachgefüllt wird. Sobald bestimmte Menge an Schlacke urid Metallschmelze vorhanden sind, werden sie über ein Schlackenabstichloch 16 und ein Metall-Abstichloch 15 abgelassen. Das Ausbringen an Chrom beträgt dabei vorteilhaft 90% oder mehr. d. h. es werden 90% oder mehr des im Ausgangserz enthaltenen Chroms in der Schmelze gewonnen. Der Cr.Oi-Gehalt der Schlacke ist niedriger als 5%.

Ein oberster Bereich 6 gemäß F ι g. 1 stellt einen Indirektreduktionsbereich dar. in welchem die feste Phase und die gasförmige Phase gleichzeitig vorliegen. In diesem Bereich wird ein Teil des im Chromerz enthaltenen Eisenoxids durch das aus dem unteren Bereich des Hochofens hochsteigende CO-Gas reduziert. Da jedoch der Eisenoxidgehalt des Chromerzes gering ist und Fisenoxid im allgemeinen im gebundenen Zustand vorliegt, z. B. als Cr-Oi- FeO. tritt die indirekte Reduktion nicht so betont auf wie im Fall von Eisenerz, so daß vorausgesetzt werden kann, daß nur ein Teil des Eisenoxids an der Oberfläche der Agglomerate reduziert wird. In diesem Bereich wird die Temperatur auf weniger als 1200"C geschätzt. Der Bereich 7 unter dem Bereich 6 ist ein Direktreduktionsbereich für Festphase/Festphase. Dieser Bereich 7 ist insofern wichtig, als darin die Wirkung der Agglomerate am auffalligsten ist. Die Temperatur in diesem Bereich wird auf 1200- 1650° C geschätzt. In diesem Bereich besitzen die Agglomerate praktisch noch ihre ursprüngliche Form, wobei nicht nur Eisenoxid, sondern auch Chromoxid umgesetzt und durch den Kohlenstoff in den Agglomeraten reduziert wird. Das Reduktionsprodukt von Chromoxid besteht hauptsächlich aus einem Karbid. Da pulverförmiges Chromerz und pulverförmiges Kohlenstoffmaterial praktisch gleichmäßig miteinander vermischt sind und in engem Koniakt miteinander stehen, ist die Reaktionsfläche groß, so daß die Reaktion ausreichend stark abläuft. Selbstverständlich ist die Reaktion in diesem Bereich 7 noch nicht abgeschlossen. Die noch nicht umgesetzte Oxide enthaltenden Agglomerate werden sodann zu einem Bereich 8 verlagert, in welchem die feste Phase, die flüssige Phase und die gasförmige Phase gleichzeitig vorliegen. Da dieser Bereich in der Nähe der Enden der Windformen bzw. -düsen liegt, beginnt das Aufschmelzen der Agglomerate in diesem Bereich. An dieser Stelle werden bereits reduziertes Eisen und Chrom ebenfalls aufgeschmolzen.

um in das Schmelzgefäß 10 herabzusinken, während die noch nicht reduzierten Eisen- und Chromoxide durch das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel im Agglomerat bzw. den Stückkoks reduziert werden, um dann zwischen den Koksteilchen hindurch in das Schmelzgefaß 10 herabzufließen. Im oberen Abschnitt des Schmelzgefäßes 10 bzw. in der Schlackeschicht ist ebenfalls noch Koks vorhanden, wobei angenommen werden kann, daß dieser Koks mit dem noch nicht umgesetzten Cr:>Oj in Berührung gelangt und dieses reduziert.

Im Rahmen der Erfindungsversuche wurde der Betrieb der Versuchs-Hochofenanlage unterbrochen, um den Zustand des Beschickungsguts im Hochofen zu untersuchen. Die Hochofentemperatur wurde anhand von Proben geschätzt, die an den in Fig.2 mit »o« bezeichneten Steilen emnorrinjcrs wurden.

1. Stückigkeitsbereich

Der in F i g. 2 mit A bezeichnete obere Bereich des Hochofens erwies sich als Stückigkeitsbereich, in welchem die Agglomerate ihre Form, die sie vor der Beschickung besaßen, beibehielten, während FeO durch indirekte Reduktion teilweise reduziert war. Die Temperatur in diesem Stückigkeitsbereich lag bei 1650° C oder darunter.

2. Erweichungsbereich

Der in F i g. 2 mit B bezeichnete Hochofenabschnitt bildete einen Erweichungsbereich. Da dessen Temperatür im Bereich von 1700 - 1800° C variierte, erfolgte eine Erweichung der Agglomerate. Diese Temperatur ist jedoch nicht hoch genug, um eine Verflüssigung und ein Herabsinken der Agglomerate zu bewirken, wenn der CrjO !-Gehalt der Agglomerate hoch ist. Da die Temperatur im Erweichungsbereich andererseits den Schmelzpunkt des Chromkarbids übersteigt, wird das reduzierte Chrom verflüssigt und zum Herabsinken gebracht.

Im Erweichungsbereich waren nur eine kleine Menge des nicht reduzierten Teils der Agglomerate und Schlacke vorhanden, jedoch kein zu Karbid reduziertes Chrom.

Hieraus läßt sich schließen, daß bei Weiterführung des Hochofenbetriebs der genannte, nicht reduzierte Teil der Agglomerate weiter reduziert und verflüssigt worden und dann herabgesunken wäre.

3. Sinkbereich

Der mit C bezeichnete Bereich des Hochofens enthielt im wesentlichen stückigen Koks, da nämlich das gesamte metallische Material und die Schlacke in verflüssigtem Zustand aus dem Sinkbereich C zwischen den Koksstücken herabgesunken waren und das Absinken bei Unterbrechung des Hochofenbetriebs und Zerlegung des Hochofens abgeschlossen war.

4. Gestell

Der mit D bezeichnete Teil des Hochofens enthielt metallisches Ferrochrom und Schlacke, deren CnOi-Gehalt weniger als 5% betrug, sowie eine geringe Menge an Reslkoks. Es wird daher angenommen, daß der Koks im Sinkbereich das in noch nicht reduziertem Zustand aus dem Erweichiingsbcreich eingeführte

Chromoxid in der Schlacke zu einem wesentlichen Teil reduziert. Außerdem kann angenommen werden, daß der im Gestell vorhandene Restkoks die kleine Restmenge an Chromoxid weiter reduziert, so daß das in der Schlacke enthaltene Chromoxid schließlich bis auf eine sehr kleine Menge reduziert wird.

Aus dem beschriebenen Zustand des Beschickungsguts im Hochofen wird geschlossen, daß es zur Gewährleistung des kontinuierlichen Durchgangs des Möllers wesentlich ist. die Agglomerate im Oberteil des Erweichungsbereichs stark zu reduzieren und dadurch die Viskosität der das nicht reduzierte restliche Cr₂Oj enthaltenden Schlacke herabzusetzen. Der Reduktionsgrad im Erweichungsbereich sollte 60% oder mehr, vorzugsweise 80% oder mehr, bezogen auf das Gewicht der Chromoxide im Chromerz, betragen.

Gemessen an der Tatsache, daß das Ausbringen bei der Herstellung von metallischem Ferrochrom durch Eingabe eines Agglomerats aus einem Chromerz und einem kohlenstoffhaltigen Material erhöht wird, ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren offensichtlich, daß sich dabei die Reaktion erheblich von der Reaktion beim Schmelzen von stückigem Erz in einem Hochofen unterscheidet. Gemessen an der Tatsache, daß das Ferrochrom in hoher Ausbeute gewonnen wird, kann weiterhin angenommen werden, daß die Schmelz- und Reduktionsvorgänge im Hochofen in einem gut ausgewogenen Zustand ablaufen.

ίο Nachstehend ist die Erfindung anhand von speziellen Beispielen näher erläutert Die dabei angewandten Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien sind in Tabelle 1 angegeben.

Der bei den Beispielen verwendete Hochofen besaß die Konstruktion gemäß Fig. 1. Sein Herd- bzw. Gestelldurchmesser (Innendurchmesser am Ofenboden) betrug 1000 mm, seine Höhe, gemessen von den Windformen bis zur Ofenoberseile, 4000 mm und v.-in Fassungsvermögen etwa 3,2 m^}.

Tabelle 1	Analyseergebnisse (Gew.-%)	Al2O3	MgO	der Ausgangsstoffe	CaO F-C	VM	Bemerkungen	Fe2O3 Cr/Fe	1,4	30-70 mm Größe	— —	20-40 mm Größe	2,9
Ausgangsstoffe	Cr2O3 FeO	11,9	12,0	SiO2	0,4	—	3,3	1,9
	54,6 14,5	14,7	11,1	4a	0,5	-	1,57
Chromerz A	44,7 25,1	3,7	0,2	2,7	0,7 82,9	1,8
Chromerz B	— —	2,8	-	8,1	88,2	0,6
Pulverförmiger Koks	-	—	—	5,3	CaCO3 - 98	—
Stückiger Koks	— —	-	-	—	-	-
Kalkstein	-	4,9	U	97,2	65,6	Brand verlust 0,9
Siliziumoxid		12,5	1,9	20,9	1,4	Brand verlust 6,3
Schnellbin dender Portland- Zement				75,7
Bentonit Anmerkung:	»F-C« - Fester Kohlenstoff. »V-M« = Flüchtige Stoffe.				Beispiel 1

Die in Tabelle 1 aufgeführten, in den Hochofen einzugebenden Ausgangsstoffe wurden in der Reihenfolge gemäß Tabelle 2 zubereitet

Tabelle 2

Arbeitsgang

Bedingungen

Mischen des Erzes

Pulverisieren

Bindemittelzugabe

Wasserzugabe

Granulation

Trocknung

Mengenanteile der in den
Hochofen eingegebenen
Ausgangsstoffe

Anmerkung:

*) Kohlenstoffaktorvon 1.0 bedeutet die Kohlenstoffmenge im Pellet, welche der Summe aus den Kohlenstoffmengen entspricht, die für die Reaktionen nach den eingangs angegebenen Forme'n (1) und (2) erforderlich sind.

100 Gewichtsteile Et A, 24,2 Teile pulverförmiger Koks (Kohlenstoffaktor*) = 0,1)

-0,09 mm (-150 mesh), 98%

6,2 Gewichtsteile Bentonit

Wassergehalt von 13-18%

Herstellung eines Granulats von 10-25 mm mittels einer Pfannen-Pelletisiervorrichtung

getrockne ι bei tÖÖ-50Ö°C auf Feuerrost

100 Gewichtsteile Pellets, 23,0 Gewichtsteile Stückkoks, 11,5 Gewichtsteile Kalkstein und 4,8 Gewichtsteile Siliziumoxid

Bei den genannten Mengenanteilen der Ausgangsstoffe betrugen das C/S-Verhältnis 0,5 und der AM F-Wert 0,5. Der Gasmeßdruck an der Oberseite des Hochofens entsprach 0,1 kg/cm². Die Ausgangsstoffe wurden bei einer Heißwindtempemtur von 700⁰C schichtweise eingegeben. Es wurde mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von 30 VoI.-% verwendet, die in einer Menge von lOmVmin pro m² der Innenquerschnittsfläche des Hochofens in Höhe der Windformen oder -düsen eingeblasen wurde. Bei Durchführung des Betriebs unter den angegebenen Bedingungen wurden metallisches Ferrochrom und

Tabelle 3

10

Schlacke in Mengen von 38,5 Gewichtsteilen bzw. 40,2 Gewichtsteilen erhalten. Das Ausbringen bzw. die Ausbeute an Chrom lag bei 90%. Eine Analyse ergab, daß das Metallprodukt aus hochkohlenstoffhaltigem Ferrochrom mit 68,7% Cr, 8,8% C, 0.8% Si, 0,01 % S und 0,04% P, Rest Eisen, bestand. Die Produktionsleistung betrug 3 Tonnen pro Tag.

Beispiel 2

Die in Tabelle 1 angegebenen Beschickungsmaterialien für den Hochofen wurden in der Reihenfolge gemäß Tabelle 3 zubereitet

Arbeitsgang Bedingungen

Mischen von Erz und Koks

Pulverisierung

Zugabs von Bindemittel

und Wasser

Granulation

Verweilzeit
Mengenanteile der
Beschickungsstoffe
für den Hochofen

100 Gewichtsteile Erz B, 23,7 Gewichtsteik pulveriger Koks (Kohlenstoffakior = 1,0)

0,149 mm (100 mesh), 100%

12,4 Gewichtsteile Portland-Zement, zweckmäßige Menge an Wasser

Mittels Brikettiermaschine zu mandel- und brikettartiger Form von 30 mm Große granuliert

7 Tage lang zur Alterung gelagert

1Oo Gewichtsteile Pellets, 15,6 Gewichtsteile Stüc'ikoks, 9,1 Gewichtsteile Kalkstein,

3,6 Gewichtsteile Siliziumoxid

Bei den oben angegebenen Mengenanteilen der Ausgangsstoffe betrugen das C/S-Verhältnis 1,25 und der AMF-Wert 0,5. Bas Be^chickungsgut wurde schichtweise in den Hochofen eingegeben. Die Heißwindtemperatur betrug 500°C. L· s Sauerstoffanreichungsverhaltnis war so eingestellt, daß die theoretische Verbrennungstemperatur am Windformende 240O°C betrug. Der Heißwind wurde in einer Menge von 30mVmin/m² eingeblasen. Der Gasmeßdruck an der Oberseite des Hochofens lag bei 2 kg/cm². Bei Durchführung des Ofenbetriebs unter den vorgenannten Bedingungen wurden 39.6 Gewichtsteile metallisches Ferrocliiom und 41,0 Gewichtsteile Schlacke

Tabelle 4

erhalten. Eine Analyse ergab eine Zusammensetzung des Ferrochroms von 55.2% Cr. 73% C, 0,5% Si, 0,02% S und 0,02% P, Rest Eisen. Die Chromausbeute betrug 95%. Die Produktionsleistung lag bei 63 Tonnen pro Tag.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)

Bei diesem Beispiel wurden Briketts hergestellt, denen kein kohlenstoffhaltiges (Material einverleibt worden war. Die in Tabelle 1 aufgeführten Beschikkungsrnaterialien für den Hochofen wurden in der in Tabelle 4 angegebenen Reihenfolge zubereitet.

Arbeitsgang Bedingungen

Mischen des Erzes

Pulverisieren

Bindemittelzugabe

Wasserzugabe

Granulation

Trocknung

Mengenanteile der

Beschickungsstoffe

für den Hochofen

Gewichtsteile Erz A, 63,7 Gewichtsteile Erz B (Cr/Fe-Verhältnis = 2,0)
-0,09 mm (-150 mesh), 98%
5 Gewichtsteile Bentonit
Wassergehalt von 9-12%

Herstellung von Pellets von 10-25 mm Größe mittels Pfannen-Pelletisiervorrichtung bei 100-500⁰C auf Feuerrost

100 Gewichtsteile Pellets, 80,0 Gewichtsteile Stückkoks, 16,0 Gewichtsteile Kalkstein und 7,9 Gewichtsteile Siliziumoxid

Im Fall der obigen Mengenanteile der Ausgangsoder Beschickungsstoffe betrugen das C/S-Verhältnis 0.5 und der AMF-Wert 0.5. Der Hochofen wurde unter den in Beispiel I beschriebenen Bedingungen betrieben. Diese Arbeitsweise erwies sich als nicht erfolgreich, weil ein Abstechen der Schmelze überhaupt nicht möglich war. Nach Abschluß des Betriebs wurde der Hochofen zerlegt. Im Gestell bzw. Bodenstein befand sich nur eine

65 kleine Metall- und Schläckcnffienge. wobei etwas Metall in Tropfenform in der Schlacke suspendiert war.

Bei diesem Beispiel konnte die Reaktion nicht über das angegebene Ausmaß hinaus weitergeführt werden.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)

In d'esem Fall wurden stückige Chromerze mit den Zusammensetzungen gemäß Tabelle 5 veru endet.

Tabelle 5

Cr₂O₃

FcO

Al₃O₃ MgO

SiO₂

CaO

Gewichtsverhältnis Cr/Fe

ErzC
Erz D

51,8
29,3

12,7 12,6

7,6 25,6

waren folgende:

ErzC
Erz D

35,6 Gewichtsteile 64,4 Gewichtsteile

Gewichtsverhältnis Cr/Fe = 2,6

Stückkoks
Kalkstein

100,0 Gewichtsteile 23,6 Gewichtsteile 20,0
19,6

Die Mengenanteile der Beschickungsmaterialien 5,6
7,8

Siliziumoxid

Spuren 1,5

3,59 2,05

16,0Gew''chtsteiIe

AMF-Wert=0,5 und C/S-VerhäItnis=0,5

Die Betriebsbedingungen des Hochofens entsprachen

denen nach Beispiel 1. Der Betrieb wurde als erfolglos

beendet, weil es sich als unmöglich erwies, Schmelze

abzustechen. Darüber hinaus fand sich i:n Gestell des Hochofens nahezu kein Metall oder Schlacke.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen, in dem Chromerz und stückiger Koks eingegeben und vorgewärmtes, sauerstoffhalliges Gas über Winddüsen eingeblasen werden, so daß eine Schmelze aus metallischem Ferrochrom und Schlacke entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromerz in Form von Agglomeraten aus einem Gemisch von pulverförmi- to gern Chromerz und pulvrigem, kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel in den Hochofen eingegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil an kohlenstoffhaltigem Material in den Agglomeraten und die durch das vorgewärmte, sauerstoffhaltige Gas bestimmte theoretische Verbrennungstemperatur an den Windformenden so eingestellt werden, daß (a) die Agglomerp'e im Hochofen nicht nennenswert pulverisier; werden und (b) das im Chromerz enthaltene Chromoxid in einem oberen Bereich des Hochofens, in welchem sich die Agglomerate in fester Phase befinden, teilweise reduziert wird und dieses Chromoxid in einem unteren Bereich des Hochofens, in welchem die Agglomerate in flüssiger Phase vorliegen, im wesentlichen vollständig reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dad.urch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil an kohlenstoffhaltigem Material in den Agglomeraten so eingestellt wird, daß der ivlindestwert dieses Mengenanteils mit der Menge übereinstiiimt, dii für die Reduktion des Eisenoxids im Chromerr n?ch der Formel