DE277282C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 277282 KLASSE 18 a. GRUPPE

FRIEDRICH C.W.TIMM in HAMBURG.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Mai 1912 ab.

Bei der Reduktion von Eisenerzen und anderen eisenhaltigen Stoffen mittels hindurchgeleiteter, heißer Reduktionsgase vollzieht sich die Reaktion um so schneller und um so gleichmäßiger von außen nach innen, je kleiner die einzelnen Stücke sind; die Reaktionszone nimmt dann in Schachtöfen eine verhältnismäßig geringe Höhe an. Ein solches Verhalten ist besonders dann anzustreben,

ίο wenn das reduzierte Gut nachher durch eine magnetische oder sonstige Aufbereitung von Gangart getrennt werden soll. Dann wird die Temperatur der Reaktion zweckmäßig außerdem so bemessen, daß während des Reduktionsprozesses weder ein Verschweißen des gebildeten Eisenschwammes noch ein Versintern des Erzes mit der Gangart stattfindet. Feinkörniges Gut bereitet aber in kontinuierlich betriebenen Schachtöfen unter anderem aus dem Grunde gewisse Schwierigkeiten, weil sich beim Nachrutschen Spaltrisse bilden, durch welche das Reduktionsgas schneller als durch die dichter liegenden Teile entweicht und deshalb nur ungenügend ausgenutzt wird.

Die erwähnten Ubelstände treten dagegen dann nicht auf, wenn der Schachtofen diskontinuierlich betrieben wird; eine sehr feinkörnige Beschickung läßt sich außerdem darin noch besonders vorteilhaft behandeln, wenn die Gase von oben nach unten hindurchgehen, weil dann das Feine viel weniger ausgeblasen wird als bei umgekehrter Gasrichtung.

Wählt man für die letzterwähnte Arbeitsweise entsprechend früheren Vorschlägen den Querschnitt des Reduktionsofens verhältnismäßig gering, etwa in den Abmessungen einer Retorte, so genügt schon die in den Wandungen von einer früheren Arbeitsperiode her aufgespeicherte Wärmemenge, um eine neue Beschickung vom Rande aus nach innen durch Leitung der Wärme auf eine verhältnismäßig beträchtliche Temperatur vorzuwärmen, so daß die dann hindurchgehenden Gase bald eine Reduktionswirkung ausüben können. Eine solche Erhitzung der Beschickung findet aber in praktisch ausreichendem Maße nicht mehr statt, sobald der Querschnitt eine einigermaßen beträchtliche Größe annimmt, wie sie bei Einrichtungen des Großbetriebes für eine billige Erzeugung von Eisenschwamm unerläßlich ist, und wie sie z. B. die heute gebräuchlichen Konverter zum Behandeln von Erz durch sinterndes Verblasen aufweisen. Unter solchen Umständen muß die kalte Beschickung zunächst durch die Reduktionsgase auf die Reaktionstemperatur bis auf eine gewisse Tiefe an der Eintrittsseite der Gase erhitzt werden, ehe die Reduktion einsetzt. Deshalb erfüllen die Reduktionsgase bei einer solchen Arbeitsweise während einer gewissen Zeit nicht ihren eigentlichen Zweck, nämlich den der chemischen Wechselwirkung mit dem Sauerstoff der Beschickung, sondern sie wirken zuerst mehr oder weniger ausschließlich als Wärmeüberträger.

Man hat nun weiter für die Arbeitsweise

mit aufsteigendem Gasstrom bereits vorgeschlagen, die Beschickung zunächst mit Gasen der vollständigen Verbrennung zu erhitzen, wobei diese Verbrennungsgase mit erheblicher Temperatur unten seitlich in den diskontinuierlich betriebenen Schachtofen eintreten und durch die Beschickung von unten nach oben gehen sollten. Nachdem die Beschickung auf diese Weise erhitzt war, sollten in gleieher Richtung die reduzierenden Gase hindurchgehen, zu welchem Zwecke man dann die Luftzufuhr für die sekundäre Verbrennung abstellte. Die vorgeschlagenen Einrichtungen gestatten aber nur eine Verwendung für verhältnismäßig grobstückige Erze, denn bei einer nur einigermaßen feinkörnigen Beschickung würde die Gasverteilung vollkommen unregelmäßig sein, wegen des seitlichen Eintritts der Gase, und vor allem würde die Verbrennungstemperatur so hoch ausfallen, vielleicht 1400⁰, daß dabei ein beträchtlicher Teil der Beschickung versintert wird und sich deshalb nachher nur ganz unvollkommen reduziert.
Aber selbst dann, wenn zur Vorerhitzung nur mäßig heiße Gase der vollständigen Verbrennung benutzt werden, und wenn diese außerdem ganz gleichmäßig über den Querschnitt verteilt durch einen Rost eintreten und die Beschickung in der Richtung von unten nach oben durchstreichen, so treten noch erhebliche Nachteile auf. Wird nämlich der Rost aus wassergekühlten Röhren gebildet, so entziehen diese sowohl den zuerst eintretenden Heizgasen wie den später eintretenden Reduktionsgasen eine nicht unbeträchtliche Wärmemenge und Temperatur, so daß die Gase unter entsprechendem Mehraufwand an Wärme erheblich höher vorgewärmt werden müssen, als es für die eigentliche Reaktion nötig ist. Aber auch dann, wenn der Rost aus genügend hitzebeständigen Stoffen, die nicht gekühlt zu werden brauchen, gebildet wird, findet eine erhebliche Wärmentziehung durch die notwendige Eigen erhitzung statt, denn infolge der Ausstrahlung zwischen zwei Arbeitsperioden und außerdem durch die Berührung mit der kalten Beschickung erfolgt eine wesentliche Abkühlung. Die wärmeaufnehmende Oberfläche des Rostes ist ferner deshalb besonders groß, weil die Zwischenräume für den Durchtritt der Gase mit Rücksicht auf die feinkörnige Beschickung eng sein müssen. An diesen Verhältnissen wird nichts dadurch geändert, daß z. B. auf einem Rost aus feuerfesten Platten mit größeren Durchgangsöffnungen zunächst eine Unterlage von gröberen und darauf eine solche von feineren Brocken indifferenter Körper angeordnet wird, die ihrerseits die Beschickung

6b trägt; dann sind diese Unterlagen nämlich ein Bestandteil des Rostes und müssen genau so wie dieser selbst erhitzt werden. Außerdem hat aber ein von eintretenden Heizgasen durchströmtet- Rost ohne Wasser- oder Luftkühlung immer den Nachteil geringer Haltbarkeit, denn durch die häufig und schroff wechselnde Abkühlung und Erhitzung entstehen Sprünge.

Die vorliegende Erfindung bezweckt dagegen die bei der zuletzt beschriebenen Arbeitsweise, die zwar nicht als solche bekannt wurde, die sich aber immerhin auf Grund des Bekannten als im Bereich der technischen Erwägungen eines Fachmannes liegend hinstellen läßt, notwendigerweise eintretenden Mangel zu vermeiden.

Das Verfahren besteht darin, daß eine Beschickung aus feinkörnigen Eisenerzen oder anderen eisenhaltigen Stoffen, zweckmäßig nach vorheriger Anfeuchtung mit Wasser, in einem geeigneten Schachtofen auf einer gasdurchlässigen Unterlage aufgeschichtet und im diskontinuierlichen Betriebe zunächst. mittels von oben nach unten hindurchgehender Gase von oxydierendem Charakter (Gase der vollständigen Verbrennung) auf die Reaktionstemperatur erhitzt und dann mittels ebenfalls von oben nach unten hindurchgehender, heißer Reduktionsgase reduziert wird, wobei sowohl Heizgase wie Reduktionsgase unterhalb derjenigen Temperatur, die eine Versinterung des Erzes herbeiführen würde, gehalten werden.

Beim Arbeiten nach dem vorliegenden Verfahren geben sowohl die Heizgase, wie die Reduktionsgase ihre Temperatur unvermindert an die Beschickung ab, denn der Rost wird erst von denjenigen Gasen erhitzt, die ihren Zweck bereits im Ofen erfüllt haben. Allerdings findet eine Ausstrahlung durch den den Ofen abschließenden Deckel hindurch statt, aber diese erfolgt in nicht größerem Maße als beim Hindurchleiten von unten nach oben durch eine dann dabei ebenfalls vorhandene, ähnlich große Ausstrahlungsfläche unterhalb des Rostes.

Das Hindurchleiten der Heizgase von oben nach unten hat aber noch den weiteren Vorteil, daß die mit der Austreibung von Wasser und Kohlensäure verbundene Schwindung einen viel geringeren Einfluß auf die gleichmäßige Lagerung ausübt als der umgekehrte Gasdurchgang, wobei das ganze Gewicht auf den zuerst in ihrer Raumanordnung veränderten, unteren Schichten liegt, und wodurch diese zu einem stärkeren Setzen der Beschickung mit Bildung von Spalten Veranlassung geben.

Durch die beschriebene Arbeitsweise vermag man wärme verbrauchende Verbindungen, z. B. Karbonate und Hydrate zu zerlegen, Wasser auszutreiben, Schwefel und Arsen zu oxydieren und gleichzeitig die Beschickung auf

eine solche Temperatur zu bringen, daß die reduzierenden Gase nachher hauptsächlich nur als Reagens in der dafür erforderlichen Menge und nicht etwa als Wärmeüberträger zur Anwendung gelangen können.

Bei manchen Erzen sind die die Vorerhitzung veranlassenden Ursachen nur in geringerem Maße vorhanden. Es genügt dann, wenn man die Vorerhitzung nur auf einen Teil der

to Schichthöhe ausdehnt. Der übrige Teil wird darauf von den Reduktionsgasen erhitzt, die die vorerhitzte Zone verlassen und ihre fühlbare Wärme nur auf einen Teil der Erzmenge zu übertragen brauchen. Hierdurch erreicht man eine Verbilligung der Kosten für die Vorerhitzung bei trotzdem chemisch guter Ausnutzung der Reduktionsgase.

Das Verfahren wird z. B. in der Art ausgeübt, daß man auf dem durchbrochenen, zweckmäßig mit Wasserkühlung versehenen Roste eines Schachtofens Eisenerz vielleicht 0,80 m hoch aufschichtet. Das Eisenerz wird zweckmäßig weitgehend zerkleinert, wenn es nicht bereits in dieser Form vorliegt. Der Grad der Zerkleinerung hängt von der Reduzierbarkeit ab, so daß je nach dem Erze die Korngröße gewählt wird. Leicht reduzierbare Erze werden vielleicht in 3 mm Korngröße, dichte Magnetite dagegen bis herunter auf ¹Z₄ mm und weniger zerkleinert eingesetzt. Zweckmäßig ist auch ein vorheriger, mäßiger Wasserzusatz in einer Anfeuchtschnecke 0. dgl., wodurch sich die feineren Teilchen zu Krümeln zusammenballen. Ebenfalls kann ein Zusatz von feinem Koks o. dgl. vorteihaft sein.

Durch eine solche Beschickung leitet man Verbrennungsgase von genügend niedriger Temperatur während einer von der Beschaffenheit des Erzes abhängigen Zeit hindurch, und zwar in der Richtung von oben nach unten. Diese Gase erhitzen dann die Beschickung von oben nach unten fortschreitend auf die zum Reduzieren erforderliche Reaktionstemperatur, wobei gleichzeitig Wasser und Kohlensäure entweichen.

Ist die Erhitzung auf eine genügende Tiefe vorgedrungen, so stellt man die Zufuhr der Heizgase ab und leitet, ebenfalls von oben nach unten, heiße reduzierende Gase, z. B. Generatorgas von 900 °, durch den Ofeninhalt hindurch.

Der durch das Verfahren erhaltene Eisenschwamm läßt sich in geeigneter Weise weiterverarbeiten, z. B. in Martinöfen. Dabei kann vorher sowohl eine Anreicherung, etwa durch magnetische Scheidung, wie eine Verdichtung mittels Zusammenschweißens vorgenommen werden.

Nach dem Verfahren lassen sich die verschiedensten eisenhaltigen Stoffe verarbeiten, z. B. arme Eisenerze, Kiesabbrände, Flugstaub u. dgl.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Reduzieren von Eisenerzen und anderen eisenhaltigen Stoffen im diskontinuierlich betriebenen Schachtofen mittels hindurchgeleiteter heißer reduzierender Gase, wobei vor dem Reduzieren die Beschickung mittels hindurchgeleiteter Gase von vorwiegend oxydierendem Charakter erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizgase und darauf die reduzierenden Gase mit einer die Ver-Sinterung noch nicht herbeiführenden Temperatur durch die Beschickung in der Richtung von oben nach unten hindurchgeleitet werden.

2. Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reduzieren voraufgehende Erhitzung nur auf einen Teil der Schichthöhe ausgedehnt wird.