DE318329C

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Description

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AUSGEGEBEN AM 24. JANUAR 1920

ICHSPATENTAMT

/Patentschrift

- M 318329 KLASSE 18 a

JACOBUS GERARDUS AARTS in DONGEN, Holland.

Verfahren zur Reduktion von Eisenoxyden (Eisenerzen, Abbränden o. dgl.).

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. August 1913 ab.

FQr diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in Belgien vom 1. August 1912 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur. Reduktion von Eisenoxyden (Eisenerzen, Abbränden o. dgl.). Die Eirenoxyde werden in fein verteiltem Zustande mit fein verteilter Kohle gemischt und in einer von außen beheizten Kammer behandelt. Nach der Er findung wird die Mischung stetig durch eine ganz oder annähernd senkrechte Kammer hindurchgeführt und dabei einer von oben nach unten stetig zunehmenden Beheizung unterworfen, unterhalb der Zone der .höchsten Temperatur aber in einen unbeheizten Teil der Kammer geführt. Hier wird sie abgekühlt und Wasserdampf in sie eingeleitet, so daß die Reduktion der Eisenoxyde \mter gleichzeitiger Destillation der Kohle und Bildung von Wassergas erfolgt.

Es sind bereits Verfahren zur stetigen Reduktion von mit KoIiIe gemischten Eisenerzen

ao in aufrechtstehenden, von außen beheizten Retorten oder Kammern bekannt. Von diesen Verfahren unterscheidet sich da? Verfahren nach der Erfindung durch de- stetige Hindurchführüng der Mischung und die stetige Abführung des· fertigen Erzeugnisses bei einer von oben nach unten stetig zunehmenden Beheizung. Hierdurch wird erreicht, daß die bei der gleichzeitig stattfindenden Destillation der Kohle gebildeten Gase, der Kohlenotoff und das im unteren Teil der Kammer gebildete Wassergas in stetig stärkcrem Maße bis zur vollkommenen Reduktion auf das Eisenoxyd einwirken.

Es ist auch bekannt, zur Raffinierung des erhaltenen Eisens Wasserdampf in die Beschickung einzuleiten. Nach der Erfindung wird aber der Wasserdampf im unbeheizten Teil der Kammer unmittelbar unter der heißesten Zone zugeführt. Die Folge der Wasserdampfzufuhr gerade an dieser Stelle ist die ständige Bildung von Wassergas, welches, wie oben erwähnt, eines der Reduktionsmittel für das Erz ist.

Das ganze Verfahren findet demnach bei

j gleichbleibender Menge, Geschwindigkeit und

^: Temperatur sowohl der Mischung wie der Reduktionsgase statt.

Das Verfahren wird in der Weise ausgeführt, daß die zu reduzierenden zerkleinerten Eisen-

: oxydc (Eisenerze, Abbrände o. dgl.) mit Feinkohle innig gemischt und in im wesentlichen

\ senkrechte Retorten oder Kammern, deren ! Querschnitt oben und unten im wesentlichen gleich ist, ununterbrochen eingeführt werden, wobei die Retorten oder Kammern von außeii

j beheizt weiden. Die Erhitzung erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß der obere Teil der

! Retorte am geringsten erhitzt wird, während de Temperatur räch unten bis zu einem Temperaturmaximum steigt. An den beheizten Teil der Ofenkammer schließt sich dann nach unten zu ein unbeheizter Teil an.

Wärme verschiedener Stoffe, wie z. B. Kohlenstoff, Eisen usw., mit Erhöhung der Tempe-atur stark zunimmt. Die spezifische Wärme von Kohlenstoff steigt mit der Temperatur noch viel schneller als die des Eisens. Also ist die von den Beheizungswänden auf die Beschickung zu übertragende Wärmemenge um to größer, je höher die Temperatur ist, bei der die Wärme übertragen wird. Aus diesem Grunde empfiehlt ίο es sich, die Kammer aus feuerfesten Einzelteilen zusammenzusetzen, die eine der in jeder einzelnen Zone im Laufe des Verfahrens herrschenden Wärme entsprechende "Wärmeleitfähigkeit haben, um die abgestuften Ternperaturen nach Wunsch sowohl durch die Beheizung selbst als auch durch den Baustoff der Retorte an den gewünschten Stellen zu beschränken.

Die beiliegenden Zeichnungen erläutern die Ausführung des Verfahrens in schematischer Weise.

Fig. ι zeigt den oberen Teil einer Retorte oder Kammer von zylindrischer Form mit einer Druckschraube im Längsschnitt.
Fig. 2 zeigt einen Aufsatz auf der eigentlichen Retorte oder Kammer mit einer anderen Beschickungs- und Druckvorrichtung im Längsschnitt.

Fig. 3 ist ein Grundriß der Fig. 2.
3a Fig. 4 zeigt den Aufsatz zu einer Retorte oder Kammer mit einer abgeänderten Art der Beschickungsvorrichtung.

Fig. 5 ist ein Grundriß dazu.
Fig. 6 und 7 zeigen in Längschnitt bzw. . Längsansicht eine abgeänderte Ausführungsform der Beschickungsvorrichtung.

Fig. 8 zeigt einen Teil des Aufsatzes der Retorte oder Ofenkammer mit einer Vorrichtung zur Entlastung der Mitte der Kammer vom Gewicht der Reservebeschickung.

Fig. 9 zeigt im Längsschnitt einen Aufsatz zur Retorte oder Ofenkammer mit einer noch anderen Art der Beschickungsvorrichtung.

Fig. 10 und 11 zti^en Vorrichtungen, um selbständig die Wirkung der Druck- oder Preßvorrichtung zu unterbrechen.

Fig. 12 ist ein senkrechter Längsschnitt durch den Fuß einer Kammer von rechteckigem . Querschnitt.

Fig. 13 zeigt im Schnitt, teilweise in Ansicht, eine andere Ansiührungsform.

Fig. 14 zeigt eine Ofenkammer mit Aufsatz, unbeheiztem Fuß vind Abführungr.vorrichtung. Fig. 15 ist eine sei:ematisehe Darstellung des Ofehganges.

In Fig. ι bedeuten 1 die Retorte oder Ofenkammer von zylindrischer Form. 2 eine archimedische Schraube, deren Achse 3 als Grisabführungskanal dient. Die Beschickung bildet einen dichten Abschluß rund um den Abführungskanal 3 herum.

In Fig. 2 und 3 ist 4 die eigentliche Retorte oder Ofenkammer, 5 ein Aufsatz, der sich nach oben zu erweitert und der den Vcrratsbe. 1 älter 6 für die Beschickung trägt. L>as Abführungsrohr 7 liegt in der Mitte und besitzt einen Teil von umgekehrter Kegelform, dessen Wandungen annähernd parallel den Wandungen des Aufsatzes 5 sind. 8 sind Druckwalzen mit spiralförmigem Daumen, die auf Wellen 9 sitzen, die in Lagern sich drehen, welche von dem Behälter 6 getragen werden können und ; in geeigneter Weise angetrieben werden. Die Beschickung, welche in die Retorte oder Ofen-' kammer durch den ringförmigen Raum, der I zwischen dem Abführungsrohr 7 und dem Auff satz 5 geschaffen ist, eintritt, folgt also einer j Bahn, die von außen nach der Achse der Retorte zu geneigt ist; dabei hat der innere Teil der ringförmigen Schicht einen größeren Weg ^! zu machen als der äußere Teil, um auf der- : selben wagerechten Ebene am oberen Ende ' der eigentlichen Retorte anzukommen. Es : folgt daraus, daß in der Mitte der Retorte ; eine geringere Dichte vorhanden ist als am j Umfang. Außerdem ist aber auch die Mitte der Beschickung von dem Gewicht der Reservebeschickung durch das Rohr 7 entlastet. Durch die Drehung der Druckwalze 8 kann man gleichzeitig das Zusammendrücken der ; Beschickung unter diesen Walzen und das Herabsinken der Reservebeschickuug auf diese Walzen herbeiführen.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Ofenkammer 10 von rechteckigem Querschnitt, welche einen Auf- ] satz 11 besitzt, der auf den beiden Längsseiten ^; erweitert ist. Der Abführungsschacht 13 teilt ι die Kammer in zwei Teile und wird zweck- ; mäßig in gleichem Abstand von ihren er- ! weiterten Längswandungen angeordnet. Der

Abführungsschacht 13 besitzt den. Querschnitt : eines abgestumpften Kegels, dessen Grund- : i fläche nach oben steht. Die Beschickung geht j durch die beiden Zwischenräume zwischen dem I Schacht 13 und den Wandungen 11 nach unten ! und verteilt sich so mit einer geringeren Pichte ' in der Mitte, wo die Beschickung vom Ge-¹ wicht der Reservekohle entlastet ist. Bei ! dieser Anordnung der Ofenkammer werden ^: meist nur die beiden Längswandungen beheizt. j In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist auf ; der linken Seite der Zeichnung eine Druck- ': walze 15 in dem Behälter 12 angeordnet. Diese Druckwalze arbeitet ähnlich wie die zuvor beschriebenen Walzen. In dem rechten Teil der i Fig. 4 ist keine Druckwalze vorgesehen, um 1 zu zeigen, daß auch unter Umständen ohne i Druckvorrichtung nur durch das Gewicht der darüber stehenden Belastung der erwünschte ; Unterschied in der Dichte der Beschickung iao herbeigeführt werden könnte.

F'g. 6 und 7 zeigen einen verstellbaren Gas-

wenn diese Wärmemengen in Kilogrammkalorien für ein Kilogrammmolekül ausgedrückt sind. Die dabei stattfindende Bindung des Sauerstoffs z. B. mit Kohlenstoff ist aber exothermisch, wie folgende Gleichung zeigt:

C + O₂ = CO₈ + 97.644 W. E.

Also ist die Gesamtheit dieser Reaktionen nur ziemlich wenig endothermisch, z. B.:

Fe₃O₄ + 2C = 3Fe + 2 CO₂ —75.512W.E. Fe₂O₃ + 1V2C= 2 Fe + 1% CO₂ — 46.634W. E.

Somit braucht man für die eigentliche Reduktionsreaktion eine nicht außerordentlich große Wärmemenge, welche an den Seiten der Ofenkammer gänzlich von der Außenbeheizung geliefert wird, nach der Mitte hin aber, insofenudie Außenbeheizung nicht genügt, durch die Beheizung mittels der entstandenen, nach

ao der Mitte hin aufsteigenden heißen Destillationsgase und des im unteren Teil der Ofenkämmer erzeugten .Wassergases vervollständigt wird, wobei sich, diese Gase abkühlen.

Die Mengenverhältnisse der ursprünglichen Mischung (Erz und kohlenstoffhaltige Masse) sind vorzugsweise derart, daß die erzeugte Masse, welche aus dem unteren Teil der Retorte stetig entnommen wird, den für' die spätere Schmelzung im Kupolofen oder anderen

öfen nötigen Kohlenstoff enthält.

Die gebildete zusammenhängende Masse kühlt sich langsam in der nicht beheizten Verlängerung der Retorte ab, immer unter Abschluß von Luft, die also keine Wiederoxydation hervorrufen kann.

Bei phosphorhaltigen und siliziumhaltigen Erzen fügt man dem Gemisch von Erz und kohlenstoffhaltigem Stoff, die die Beschickung der Retorte bilden, einen gepulverten basischen Zuschlag bei, beispielsweise Kalk, der gleichmäßig mit dem Erz und dem kohlenstoffhaltigen Stoff und in einer dem Gehalt des Erzes an Phosphor bzw. Silizium entsprechenden Menge beigemischt wird. In diesem Falle erhäJt man durch die spätere Schmelzung der zusammenhängenden Masse im Kupolofen ein gereinigtes Metall und phosphathaltige Schlacken, ohne daß nach dem Thomasverfahren oder ähnlichen Verfahren gearbeitet wird.

Wenn man die Herstellung eines Erzeugnisses beabsichtigt, das zur Verarbeitung auf Qualitätsstahl geeignet ist, kann man der ursprünglichen Mischung (kohlenstoff haltiger Stoff, Erz und gegebenenfalls Kalk) solche Zuschläge zugeben, die für notwendig erachtet werden,

z. B, Mangan, Nickel, Titan, Kobalt usw., zum Zweck«;, in einem einzigen Verfahren durch die 'spätere Schmelzung dieses besonderen Ferrokarbonits Spezr'alstahlsorten zu erhalten, welche

ίο den jeweils gestellten Bedingungen genügen. Man kann dem Verfahren zur Erzeugung zusammenhängender Massen aus reduziertem Metall und Kohle weiteren Wasserdampf zweckmäßig mit großer Geschwindigkeit und im wesentlichen in wagerechter Richtung in dem unteren nicht beheizten Teil der Kammer unterhalb der Zone der stärksten Erhitzung zuführen', wo aber die Masse noch glühend ist (z. B. über 600 bis 700°). Diese Zuführung von Wasserdampf gestattet, Phosphor, Schwefel und gegebenenfalls Arsen auszutreiben, indem Phosphorwasserstoff (oder Schwefelwasserstoff oder Arsenwasseretoff) erhalten werden, die (und zwar besonders Phosphorwasserstoff) selbst als Reduktionsmittel für das Erz dienen, iridem sie Sauerstoff aus dem Erz in Freiheit setzen, welcher Sauerstoff sich dann mit dem Phosphor verbindet, der, da er gewöhnlichem Gegenwart von Kalk in dem Erz vorhanden ist, dann phosphorsauren Kalk bildet, der aus den Schlacken gewonnen werden kann. Zwar ■ findet dabei eine teilweise Reoxydation des erhaltenen Eisens statt, aber diese Reoxydation kann nur an der Oberfläche der Stückchen Eisen geschehen, also sich nur auf einen kleinen Teil der ganzen Eisenmenge erstrecken. Hier ist zu bemerken, daß das erhaltene Eisen ' nicht etwa in Form von Metallschwamm auftritt. Die Eisenerze werden zwar zerkleinert, aber nicht bis zur Pulverform. Sie bilden kleine Stücke, die aber bei weitem nicht als Metallschwamm zu betrachten sind.

Die Anwesenheit des wieder erzeugten Eisenoxyds in nicht zu großer Menge bildet keinen Nachteil, sondern im Gegenteil einen Vorteil für die nachherige Schmelzung der erhaltenen Mischung von Eisen und Koks zwecks Erhaltung direkt brauchbaren Eisens. Bei dieser Schmelzung wird das Eisenoxyd durch den im Überschuß vorhandenen Kohlenstoff reduziert, und man hat dabei den Vorteil, 'daß man zwecks teilweiser Entfernung des Kohlenstoffs und damit zwecks Erhaltung direkt verwendbaren Eisens weniger Luft zur Oxydation einzuleiten braucht.

Man kann ebenso unter denselben Bedindungen zu gleicher Zeit mit der Einführung des Wa^r erdampfes auch beschränkte Mengen von Luft einführen, und in diesem Falle dient der hiermit eingeführte Sauerstoff bei der Be-H₀ handlung von stark verunreinigten Erzen dazu, eine innere Beheizung durch Verbrennung eines Teils des Kohlenstoffs herbeizuführen, wobei in bezug auf die dabei stattfindende, ebenfalls oberflächliche und also geringe Oxydation des Eisens dieselben Bemerkungen gelten wie oben.

Die Beheizung der Kammer erfolgt, wie erwähnt, von unten nach oben, to daß am unteren Ende des beheizten Teils der Kammer die höchste Temperatur herrscht. Nun ist es eine bekannte Tatsache, daß die spezifische

Die Beschickung erfolgt zweckmäßig derart, daß die Masse eine Dichte erhält, die am geringsten an den Stellen ist, die am weitesten von den Punkten der Außenbeheizung in allen dieser Beheizung unterworfenen wagerechten Ebenen entfernt ist, während die Dichte allmählich zunimmt bis zu den Punkten, die dieser Beheizung in jeder Ebene am nächsten liegen.

ίο Der ununterbrochene Abwärtsgang erfolgt unter der Einwirkung der Schwere der Beschickung sowie unter Zuhilfenahme möglichst dauernd arbeitender Druckvorrichtungen. Unten ruht die Beschickung auf Stütz- und Brechwalzen 0. dgl., die ein stückweises Abführen des Erzeugnisses mit der gewünschten Ge- j schwindigkeit vornehmen. ί

Die Beschickung wird infolge der allmählich wachsenden Außenbeheizung während ihres

ao Abwärtsganges einer Reduktion bzw. einer allmählichen Destillation unterworfen, indem zunächst die Kohlenwasserstoffe von tiefen Siedepunkten und dann allmählich die bei höherer Temperatur siedenden Kohlenwasser-Stoffe entstehen und abgeführt werden, was man eine »fraktionierte Destillation« der Kohle nennen kann. Dann setzt die so behandelte Masse ihren Weg nach unten bis in den nicht beheizten Teil der Ofenkammer fort. Die Masse wird beim Verlassen der Kammer zwecks Bildung von Wasserdampf in Wasser eingetaucht. Der Wasserdampf steigt in der Beschickung empor und zersetzt sich dabei in Berührung mit dem rotglühenden Kohlenstoff zu den ..reduzierenden Gasen, Wasserstoff und Kohlenoxyd, die bei ihrem Durchgang durch die darüber lagernden Zonen zur Reduktion des Erzes in der zusammengebackenen Masse dienen. Außer dem in der genannten Weise

.40 erzeugten Wasserdampf kann weiterer Wasserdampf unterhalb der Zone der stärksten Außenbeheizung Jn die heiße Masse von der Seite her eingeblasen werden.

Das Verfahren bezweckt also eine Reduktion des oxydischen Eisenerzes, und zwar in erster Linie mit Hilfe der reduzierenden Gase, Wasserstoff und Kohlenoxyd, welche gelegentlich der unter Wasserdampfeinleitung vor sich gehenden Destillation eines Teiles der Mischkohle gebildet werden. Außerdem wirkt der entstehende glühende Koks bei der Reduktion der Eisenoxyde mit.

Das Erzeugnis des Verfahrens besteht aus einer koksartigen Masse, in welche fein verteilt metallisches Eisen eingesprengt ist, das geringe Mengen Eisenkarbid enthält. Die Geschwindigkeit des Ofenganges wird zweckmäßig so geregelt, daß der Kohlenstoffgehalt dos en gesprengten Eisens geringer als der KohU-nstoffgehalt des Roheisens, wie es im Hochofen erhalten wird, ist. Man kiinn beispielsweise die Zeitdauer des Verbleibens der Beschickung in den Temperaturgrenzen 600 — 1200--- 600 ° auf etwa 6 Stunden bemessen, wobei die Aufnahme von Kohlenstoff nur etwa die Hälfte des beim Hochofenprozeß erhaltenen Eisens ist, wodurch die untere Temperatur des Halbschmelzgebiets erhöht wird.

Die Beschickung wird vorzugsweise mit Hilfe von mechanischen Druckvorrichtungen (Stempein, Druckwalzen ο. dgl.) eingebracht, wobei die Druckvorrichtungen zweckmäßig so wirken, daß sie gleichzeitig einen Druck nach den beheizten bzw. zu beheizenden Wandflächen der Ofenkamrner und nach unten ausüben. Neben diesen besonderen Druckvoirichtungen'könrien noch Druckentlastungsvorrichtungen vorgesehen sein, welche den inneren, weniger dicht zu haltenden Teil der Beschickung vom Druck der darüber lagernden Beschickungsmasse'entlasten, während die nach dem beheizten oder zu beheizenden Teil zu gelegenen Teile dem Gewicht dieser Reservemasse ausgesetzt sind.

Diese Art der Verteilung der Beschickung, wobei der Teil, der nach den beheizten Wandüngen zu liegt, ein gewisses Maximum der Dichte besitzt, welche allmählich nach innen' zu abnimmt, bis ein möglichst gleichmäßiges Minimum der Dichte erreicht ist, gewährt eine Reihe von Vorteilen in bezug auf die Gasentwicklung und Abführung.

Nach vorliegendem Verfahren kann eine zusammenhängende Masse von reduziertem Metail und Kohlenstoff (Ferrokarbonit) erhalten werden, die in solcher Form ist, daß sie direkt auf Metall verhüttet werden kann, ohne, wenn es sich um die Verarbeitung von Eisenerz handelt, die Reinigungsverfahren nach Bessemer, Thomas oder andere zu durchlaufen.

Das Verfahren wird wie folgt ausgeführt: Das Erz und ehe fein zerkleinerte kohlenstoffhaltige Masse werden gleichmäßig gemischt in die Kammer eingebracht und gleichzeitig einer Reduktion, einer gegebenenfalls fraktionierten Destillation und einer Verkokung., bei einer Temperatur unterworfen, die bis zu'einem Maximum von etwa 1200 ° C steigt. Die Masse wird verkokt, und das Erz wird unter Ausschluß der Luft unter dem Einfluß der gasförmigen Reduktionsmittel (Wasserstoff, Kohlen- no oxyd) und des Kohlenstoffs selbst reduziert; die Beschickung backt koksartig zusammen in Form von reduziertem Erz und Kohlenstoff und wird beim Herausnehmen aus der Retorte in Wasser eingebracht.

Die Zersetzung des Eisenoxyds zu Eisen und Sauerstoff an und für sich ist zwar eine stark endothermische Reaktion, wie z. B. aus ii'lgrndir Gleichung hervorgeht:

l^?t-'a O₄ - 3 Fe + 4 O — 270 · 000 W. E.
Fo,, O_a ..: 2 Fo + 30 - -193. xoo W. E.,

ableitungs- und Druckentlastungsschacht i6, '■ dessen Längswandungen bei 17 gelenkig angeordnet sind und die sich dem Druck der Beschickung entgegen unter Einwirkung der Daumenwellen 18 auseinanderspreizen können, ■ die auf den Wellen 19 angeordnet sind, welche an dec Außense^;te des Aufsatzes gelagert sind und mit Zahnrädern 20, die auf sie aufgekeilt ; sind, gekuppelt sind. Das Auseinanderbreiten der Flächen geschieht, wenn eines der Zahnräder mittels der Kurbel 21 gedreht wird. Man kann also jedes gewünschte Verhältnis zwischen dem Querschnitt jedes auf beiden Seiten der Ableitung 16 zugeführten Halbteils der Beschickung und dem Querschnitt der Kammer herstellen.

Fig. 8 zeigt in teilweise senkrechtem Schnitt den Behälter für die Reservebeschickung, wie er aus Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, mit einer Vorrichtung, um das Ableitungsrohr von dem Gewicht der Reservebeschickung zu entlasten. 22 ist der Behälter, 23 die Druckwalze. Eine Welle 24 ist an den schmalen Sei ten wandungen des Behälters 22 angeordnet und dient als Drehachse für zwei schräge Bleche 25, die auf den Walzen 23 aufliegen. Die Walzen 23 drehen sich in der Pfeilrichtung und erteilen den Blechen 25 eine abwechselnd langsam aufsteigende und schnell absteigende Bewegung, wodurch das Hinuntergleiten der Reservebeschickung zu den Längswandungen des Behälters 22 geregelt wird. Außerdem entlasten diese Bleche 25 teilweise die Walzen 23 vom Gewicht der über ihnen aufgespeicherten Reservebeschickung, so daß diese Beschickung die Drehung der Walzen nicht behindert.

In Fig. 9 ist 26 ein Preßkolben, der mittels eines ,Exzenters o. dgl. eine auf und nieder gehende Bewegung erhält. Diese Preßkolben werden bei Kammern mit rechteckigem Querschnitt zu beiden Seiten des Abführungsschachtes, bei runden Kammern um den mittleren Abfuhrungsschacht herum angeordnet. Im letzteren Falle kann auch ein einziger ringförmiger Preßkolben benutzt werden. Der Preßkolben 26 zeigt eine nach innen zu geneigte Schrägfiäche, so daß er beim Abwärts gang, wie es nach vorliegendem Verfahren am zweckmäßigsten ist, gleichzeitig einen Druck nach unten und nach der zu beheizenden Wandung der Retorte zu ausübt. Der Preßkolben 27 zeigt eine gerade untere Fläche. Man kann durch die Neigung der unteren Fläche der Preßkolben jede gewünschte Druckverteilung hervorrufen.

Es ist zweckmäßig, den Gang der Druckvorrichtungen selbsttätig in bezug auf den Gi ιά der Pressung im Innern der Retorte so zii regeln, daß, wenn die Pressung ein gewisses Maß tiberschreitet, die Druckvorrichtung ausgeschaltet wird, während, wenn die Pressung sich verringert, die Druckvorrichtung wieder in Tätigkeit tritt. Derartige Vorrichtungen bestehen beispielsweise aus selbsttätig lösbaren Kupplungen, die zwischen der Antriebswelle und den Druckorganen eingeschaltet sind.

Im Beispiel der Fig. 10 ist die Welle 28 in beständiger Drehung und nimmt durch die ! Scheibenreibungskupplungen 29 die Welle 30 mit, die al·. Schraube ohne Ende ausgebildet ist und im Eingriff mit Schraubenrädern 31 : steht. Die Reibungskraft der Kupplung 29 wird für eine gegebene Dichte der Beschickung durch das Gewicht 32 geregelt. Es ist leicht ersichtlich, daß, wenn die Druckorgane einen Widerstand antreffen, der stärker ist, als der durch das Gewicht 32 bestimmten Reibungskraft entspricht, die Kupplung sich selbsttätig ausrückt, und sich andererseits wieder einrückt, sobald dieser Widerstand sich verringert.

In dem Beispiel der Fig. 11 dient das Exzenter 33 dazu, der hohlen Stange 34 eine in der Vührung 35 auf und ab gehende Bewegung zu erteilen. Im Verlauf dieser auf und ab gehenden Bewegung wirkt die Sperrklinke 36, die an der Stange 34 verschiebbar angeordnet ist und mit einer entgegenwirkenden Feder 37 versehen ist, auf das Sperrad 38, das auf die Achse des den Druck ausübenden Organs ?aifgekeilt ist, um die Drehung dieser Achse und infolgedessen den auf die Beschickung ausgeübten Druck zu begienzen. Das Maximum des Druckes auf die Beschickung in der Retorte wird durch die Spannung der Feder 37 bestimmt, und sobald dieses Maximum erreicht wird, wirkt die Sperrklinke 36 nur gegen die Feder 37, ohne das Sperrad 38 zu drehen. Sobald das den Druck ausübende Organ von der Beschickung nur noch einen geringeren Widerstand erfährt, nimmt es seine Tätigkeit wieder auf.

Die Stetigkeit der Abführung des Retorteninhalts wird zweckmäßig durch spiralförmig ■ auf einer Welle angeordnete Brechnasen oder Zähne 50 geregelt, welche (Fig. 12 und 13) in der Richtung der Längswandungen bei rechteckigen Kämmern angeordnet sind und zweckmäßig an den inneren Längsspalt der Be-. Schiebung angreifen, so daß ein regelmäßiges Abbreqhen der Ofenbeschickung erfolgt. Die verkokte, schon teilweise abgekühlte, aus dem unteren unbeheizfen Teil der Retorte 39 austretende Beschickung tritt in die zweckmäßig erweiterte Kammer 40 und kann vermittels einer Säge 41, die in Führungen 42 gelagert ist und eine hin und her gehende Bewegung durch die Stange 43 erhält, in zwei gleiche Längsteile geteilt werden. Die Stange 43 ist durch die Stopfbuchse 44 hindurchgeführt und steht mit dem Exzenter 45, das auf der Welle 46 sitzt, in Verbindung. Die Säge kann in vielen Fällen fortbleiben. Die Welle 46 trägt eine

Schraube ohne Ende 47, die in Eingriff mit dem Schraubenrad 48 steht, das auf den Schaft 49 aufgekeilt ist, der die spiralförmigen Daumen 50 aufgekeilt trägt, welche in geeigneter Weise durch die Naben 51 voneinander entfernt gehalten werden. Die Daumen 50 besitzen eine hervorragende Kante 52, die als hackenartiger Körper zum Abbrechen der Beschickung dient. Parallel mit der Welle 49 und in derselben wagerechten Ebene ist eine zweite Welle 53 angeordnet, welche Daumen 50 trägt, die zwischen die andere Reihe der Daumen 50 ur..¹ die Welle 49 greifen. Ein Zahnrad ist aui diese Welle 53 aufgekeilt und kommt in Eingriff mit dem Zahnrad 54, das auf die Welle 49 derart aufgekeilt, ist, daß die Drehung der Welle 46 gleichzeitig die hin und her gehende Bewegung der Säge 41 und die dauernd im umgekehrten Sinne erfolgende (vgl. Fig. 13)

ao Drehung der Wellen 49 und 53 bestimm t, welche die Daumen 50 tragen.

Die Wellen 49 und 53 sind parallel mit der Säge 41 gelagert und nehmen unter dieser eine symmetrische Stellung ein, so daß die Hackenkörper 52 bei jeder Umdrehung der Daumen 50 in den Spalt der Masse eintreten, um ein Stück dieser Masse nach außen zu abwechselnd nach jeder Seite abzubrechen, wobei die Masse stets auf den Daumen ruht und so fortgesetzt nach unten sinkt.

In manchen Fällen werden zwei mit Daumen 52 versehene Abbrechkörper 50 genügen, die auf den Wellen 49 und 53 sich drehen.

Die schematische Darstellung in Fig. 14 zeigt eine vollständige Ofenkammer. 56 ist die Beschickungsvorrichtung, 57 die Druckvorrichtungen, 58 die Reibungskupplung. 55 ist die beheizte Kammer, deren Wandungen 62 die Heizzüge 63 enthalten, die aber natürlich auch in anderer Weise angeordnet sein können. 64 ist der unbeheizte untere Teil oder Fortsatz der Ofenkammer, 65 das Rohr zur Einführung von überhitztem Wasserdampf, der durch Düsen 66 in die langsam vorbeiwandernde, glühende, verkokte und reduzierte Masse einströmt. 59 ist die Entnahmevorrichtung, 60 die Abbrechdaumen, 61 eine Wand, die den Wasserverschluß herstellt.

In Fig. 15 sind in rein schematischer Weise die während des Ofenganges sich abspielenden Vorgänge dargestellt. Natürlich ist die Grenzlinie der einzelnen Zonen, in denen sich die angegebenen Vorgänge abspielen, in der Praxis nicht so scharf, wie dies auf der Figur zur besseren Kenntlichmachung angegeben ist. Die Grenzen gehen teilweise ineinander über oder durchschneiden sich. Die Figur läßt aber erkennen, wie aus der Beschickung von Eisenerz und Kohle einerseits die Reduktion des Erzes durch Wasserstoff, Kohlenoxyd und schließlich festen Kohlenstoff (Koks) vor sich geht, wie vor und neben dieser Reduktion eine Abdestillation d r Gase aus der Kohle und die Bildung von Ammoniak erfolgt, und wir ferner die Verunreinigungen, Phosphor, Schwefel und Arsen, aus dem Eisenerz ausget ieben werden. Aus der Zeichnung ist ferner zu ersehen, wie die Wassergasbildung in doppelter Weise einmal durch Eintauchen der heißen Beschickung in Wasser, dann aber durch ! Zuführung von überhitztem Dampf am unbeheizten unteren Teil der Retorte in der Zone von etwas über 600 bis 700⁰ vor sich geht.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von Eisenoxyden (Eisenerzen, Abbränden o. dgl.), die in fein verteiltem Zustande mit fein verteilter Kohle gemischt und in einer von außen beheizten Kammer behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung stetig durch eine ganz oder annähernd senkrechte Kammer hindurch geführt und dabei einer von oben nach unten- stetig zunehmenden Beheizung unterworfen, unterhalb der Zone der höchsten Temperatur aber in einem ungeheizten Teil der Kammer geführt wird, wo die Mischung abgekühlt und Wasserdampf in sie eingeleitet wird, so daß die Reduktion der Eisenoxyde unter go gleichzeitiger Destillation der Kohle und Bildung von Wassergas erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung bei oder vor der Einführung in den oberen Tei! der Kammern derart verteilt wird, daß die Dichte der Beschickung in jeder wagerechten Ebene am größten an den zu beheizenden Kammerwandungen ..ist und gleichmäßig in waclisender Entfernung von diesen abnimmt.

3. Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der zu beheizenden Wandung aus nach innen abnehmende Dichte dey dBeschickung durch eine mechanische Druckvorrichtung erzeugt wird, die gleichzeitig nach den betreffenden Wandungen der Kammer zu und nach unten wirkt.

4. Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Beschickung, der die geringere Dichte besitzt, von dem Gewicht der Reservebeschickung so lange entlastet ist, als der physikalische Zustand der Beschickung noch eine leichte Beweglichkeit zuläßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das festgestellte Verhältnis der Dichte der einzelnen Teile iao

. der Beschickung durch selbsttätige In- und Auße.gpngsetzung von Druckvorrichtungen

je nach dem Widerstand, der ilinen durch die Beschickung entgegengesetzt wird, erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stetig in der Kammer nach unten gehende Beschickung von außen derart erhitzt wird, daß der unterste Teil der. beheizten Strecke der Ofenkammer die stärkste Erhitzung, der oberste Teil die geringste Erhitzung erfährt, wobei die Temperatur von unten nach oben stufenweise abnimmt, während die Beschickung von einer zweckmäßig aus umlaufenden, mit Zähnen o. dgl. versehenen Walzen bestehenden Vorrichtung gestützt wird, die zur Regelung des Ofenganges und zur Abführung der gewünschten Menge des -fertiggestellten Erzeugnisses dient.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die noch heiße Eisenkoksmasse in Wasser eingetaucht wird, so daß eine Entwicklung von Wasserdampf stattfindet, der in der Masse nacli oben steigt und sich zu Wassergas zersetzt, dessen Bestandteile Wasserstoff und Kohlenoxyd im wesentlichen die Reduktion der Eifenoxyde im oberen Teil der Beschickung ausführen und gleichzeitig aus den einzelnen Zonen die entstehenden gas- und dampfförmigen Destillations- und Reduktionserzeugnisse der weniger heißen Zonen nach oben abführen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende Eisenkoksmasse bei mit großer Geschwindigkeit in im wesentlichen wagerechter Richtung austretenden Wasserdampfstrahlen vorbeigeführt wird, die vom Umfang bzw. den Längsseiten der Ofenkammer herkommen, wobei die Dampfzuleitung an einer geeigneten Stelle unterhalb der Zone des Temperaturmaximums erfolgt, wo aber die Masse noch rotglühend ist, zum Zwecke, durch den entstehenden naszierenden Wasserstoff die Verunreinigungen des Eisens (Phosphor, Schwefel, Arsen) zu entfernen und den Ammoniakgehalt des Gases zu erhöhen, j

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung in eine Kammer e^:ngebracht wird, deren oberer Teil allmählich ansteigend bis zum Punkte des Temperaturmaximums beheizt wird, wobei der Fuß der Kammer nicht beheizt ist, in welcher Kammer das Gemisch von Erz und Kohle o. dgl. gleichzeitig einer Reduktion und gegebenenfalls einer fraktionierten Destillation bei einer Temperatur unterworfen wird, die bis zu einem Höchstpunkt von etwa 1200⁰ C ansteigt, so daß das Gemisch, verkokt und das Erz unter Luftabschluß unter dem Einfluß der reduzierenden Gase (Wasserstoff und Kohlenoxyd) und des festen Kohlenstoffs selbst reduziert wird, worauf die Gase an dem oberen Teil der Retorte gleichzeitig mit den Gasen oder den Destillaten der Kohle gesammelt werden.

10. Aiisführungsart des Verfahrens nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß beschränkte Mengen von Luft gleichzeitig mit dem Wasserdampf eingeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine bessere Wärmeübertragung auf die Beschickung in der Weise erfolgt, daß die Kammerwandung von oben nach unten aus Ringen oder Zonen von ^Stoffen zunehmender Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungea