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Verfähren zum Erzeugen von metallischem Eisen, z. S. Roheisen, Gußeisen,
aus titanhaltigem Igaterial. Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein
Verfahren, um insbesondere titanhaltige Eisenerze in metallisches Ei-,en überzuführen.
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Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß der Reduktionsprozeß
in zwei Teile zerlegt wird.
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In dem einen Teil werden die zu reduzierenden titanhaltigen Eisenerze
gec,chmolzen, zum Zwecke, unverdünnte brennbare Gase herzustellen, und gemäß dem
zweiten Teil des Prozesses werden die so erzeugten unverdünnten brennbaren Gase
nach einem Flamm-oder Schachtofen übergeführt, um dort die titaneisenhaltige Charge
zum ..Schmelzen zu bringen.
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Die technische Aufgabe, welche gemäß der vorliegenden Erfindung erstrebt
wird, besteht im folgenden Mit den bisherigen Mitteln ist es nicht möglich, im Flamin-
oder Schachtofen so hohe Temperaturen zu erzeugen, bei welchen und vermittels welcher
ein Niederschmelzen speziell von titaneisenhaltigen Erzen möglich würde.
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Die Erfinderin hat nun gefunden, daß, wenn sie in einem besonderen
Prozeß bzw. in einem besonderen-Ofen unverdünnte brennbare Gase erzeugt und diese
nach einem Flamin- oder Schachtofen überleitet, wobei diese unverdünnten brennbaren
Gase vorerwärmt sein können oder nicht, man im Flamin- oder Schachtofen so hohe
Temperaturen erzeugen kann, vermittels welcher die bisher nicht durchführbare technische
Aufgabe der Schmelzung von titanhaltigen Eisenei zen im Flamm-oder Schachtofen gelöst
wird.
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Zum Zwecke der Erzeugung dieser unverdünnten brennbaren Gase wird
zweckdienlich ein elektrischer Ofen, z. B. Flammofen, Widerstandsofen oder Induktionsofen
verwendet, und zum Zwecke der Herstellung der unverdünnten brennbaren Gase wird
in diesem elektrischen Ofen titanhaltiges EL.enerz, z. B. Titaneisensand, in Anwesenheit
der erforderlichen Redukt_onsmittel und Zuschläge niedergeschmolzen, wobei natürlich
auch metallisches Eisen sich gleichzeitig bildet.
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Die so gebildeten unverdünnten brennbaren Gase, welche aus Kohlenmorioxyden
bestehen, werden dann in den Flamin- oder Schachtofen übergeleitet und zum Schmelzen
der dort befindlichen Charge verwendet.
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Diese Gase können, wie schon erwähnt, bei ihrer Rückleitung nach dem
Flamin- oder Schachtofen erhitzt oder in dem Zustande verwendet werden, in welchem
sie aus dem elektrischen Ofen gewonnen werden.
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Der gemäß der vorliegenden Erfindung zum Niederschmelzen der aus titanhaltigen
Eisenerzen bestehenden Charge dienende Ofen -kann
ein Flamm- oder
Schachtofen gewöhnlicher Konstruktion sein.
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Kennzeichnend für das vorliegende Verfahren ist also, daß bei der
beschriebenen Zerlegung des gesamten Reduktionsprozesse in zwei Teile die zum Niederschmelzen
der Charge im Flamm- oder Schachtofen erforderlichen Gase während des Betriebes
und durch diesen selbst, d. h. während des Schmelzens der Charge im elektrischen
Ofen, erzeugt werden.
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Als Reduktionsmittel kann u. a. Kohle und als Zuschlag z. B. Kalkstein
verwendet werden. Im elektrischen Ofen kann die Charge in brikettierter oder in
nichtbrikettierter Form verwendet werden, während im Flamm- oder Schachtofen das
zu reduzierende titanhaltige Ehenerz, das Reduktionsmittel und der Zuschlag, sämtlich
in fein verteiltem Zustande, miteinander in brikettierter Form verwendet werden.
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Es ist selbstver,,tändlich, daß im Ofen, in welchem die unverdünnten
brennbaren Gase hergestellt werden, nicht nur titanhaltige Eisenerze, sondern jedes
andere Eisenerz verwendet werden kann.
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Im Anschluß hieran sei Folgendes bemerkt Die Erfinde -in hat gefunden,
daß, wenn man das zu reduzierende titansaure Eisen bzw. den Titaneisen@and, ferner
das Reduktionsmittel C und den Zuschlag (Kalkstein) in fein zerkleinertem Zw.tande
miteinander innig mischt und zu einer homogenen, diese Körper in gleichmäßig verteilter
Form enthaltenden Masse verarbe.tet und sodann brikettiert, man durch die dadurch
erzielte homogene Miscl-ung eine gleichmäßigere und schnellere Einwirkung des Reduktionsmittels
und des Zuschlags auf die Komponenten des titansauren Eisens bzw. auf jedes einzelne
Partikelchen desselben erzielt.
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Werden nun diese Briketts zwecks Eisengewinnung dem Reduktionsvorgang
im elektrischen Flammofen oder im Schachtofen unterworfen, so erhält man infolge
dieser innigen Einwirkung des Reduktionsmittels und des Zuschlages auf die einzelnen
Teilchen- bzw. auf die Komponenten des titansauren Eisenerzes (bestehend aus Titaneisenoxyd
und Eisenoxydverbindungen) eine fast vollkommene und vollständige Ausbeute an reinem
Eisen.
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Werden diese spezifisch Verschieden schweren Körper, wie Titaneisenerz,
Reduktionsmittel C und Zuschlag (Kalkstein) in nicht agglomerierter, d. h. in nicht
brikettierter Form z. B. im Flamm- oder Schachtofenbetrieb angewendet, so entsteht
der betriebstechnische Nachteil, daß das Titaneisenerz nur zum Teil reduziert wird,
während ein anderer Teil des im Titaneisenerz anwesenden Eisens in der Schlacke
zurückbleibt. Dieser Übelstand tritt desh alb auf, weil die Kohle auf der Oberfläche
der geschmolzenen Masse getrieben wird und deshalb nur langsam und in unvollständiger
Weise ihre reduzierende Wirkung ausüben kann.
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Im Schachtofenbetrieb würde der Nachteil sich unter Umständen noch
dadurch ste-gern, daß das feinkörnige Eisenmaterial, also der Titaneisensand oder
das auf etwa Sandfeinheit zerkleinerte andere Titaneisenerz durch die Gicht aus
dem Schachtofen hinausgetrieben wird.
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Diese Übelstände werden vermieden, wenn das Eisenerz, Reduktionsmittel
und Zuschlag durch Brikettierung in dauernde stückige Verbindung m-"teinander gebracht
werden.
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Die Reduktion des Titaneisenerzes kann nur bei gewissen hohen Temperaturen
stattfinden. Zu diesem Zwecke- verwendet die Erfinderin mit Gas geheizte Schachtöfen
oder Regenerativfiammöfen.
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Ein weiteres Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht nun darin,
daß die zur Erzeugung der hohen Reduktionstemperaturen im Schacht- oder Flammofen
erfozderliclzen Heizgase während des Verfahrens dadurch erzeugt werden, daß man
einen Teil der zu reduzierenden Titaneisenerze . im elektrischen Ofen niederschmilzt
und die dabei entwickelten $eizgase zum Niederschmelzen eines anderen Teiles des
zu reduzierenden Titaneisenerzes, jedoch in mit Gasen geheizten Schachtöfen oder
im Flammofen verwendet.
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Da das bei diesem elektrischen Reduktionsprozeß entwickelte Kohlenoxydgas
unverdünnt, d. h. in seiner Gesamtheit brennbar ist, wird durch die Überführung
und Verwendung desselben im Schachtofen, eine Steigerung der Heizwirkung des Brennmaterials,
&ne Ersparnis desselben erzielt und der Schachtofenbetrieb zugleich wirtschaftlicher
gestaltet.
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Stellt man eine Anzahl elektrischer Flammöfen in Betrieb zwecks Darstellung
von Eisen aus der vorhin beschriebenen fein zerteilten Mischung bzw. aus den vorhin
beschriebenen Briketts, und schließt man diese mit dem Schachtofen leitend derart
an, daß die im elektrischen Ofen entwickelten, beinahe ausschließlich aus Kohlenoxydgasen
bestehenden Abgase nach dem Schachtofen übergeleitet werden, so erzielt man eine
erhebliche Unterstützung der Heizwirkung der Kohle bzw. eine wesentliche Steigerung
der Temperaturverhältnisse im Schachtofen und gelangt dadurch zu einer außerordentlich
wirtschaftlichen Gestaltung des Schachtofenbetriebs.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der wirtscbaftlichenGestaltung
des Prozesses dadurch, daß man die Gaserzeugung auf das zum Heizbetrieb in dem mit
Gas geheizten Schachtofen oder im Flammofen auf
das erforderliche
Maß beschränkt, d. h. man erzeugt nur so viel Gas im elektrischen Flammofen, als
zur Erzeugung der rationellen Heizwirkung erforderlich ist, während die im Schachtofen
weiter benötigte 1^Iitze durch Kokszusatz,-welchen man direkt dem Schachtofen zuführt,
entwickelt wird.
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Bei der Erzeugung der Briketts empfiehlt es sich, das Folgende zu
beachten: Die Mischung des zu reduzierenden Eisenerzes, des Reduktionsmittels (Kohle)
und des Zuschlags (Kalkstein) im Brikett findet in einem solchen Verhältnis dieser
Körper zueinander statt, in welchem entsprechend der chemischen Zusammensetzung
des Titaneisenerzes der Reduktions- bzw. Schmelzvorgang am wirksamsten durchgeführt
wird. Dieses Mischungsverhältnis wird auf Grund der vorangegangenen Analyse -des
Eisenerze3 von Fall zu Fall oder empirisch festgestellt.
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Die nach dem Schacht- oder Regeneratorofen eingeleiteten und aus dem
elektrischen Flammofen kommenden Gase können zweckdienl'ch auch noch vorerwärmt
werden, zum Zwecke, ihre Heiz- bzw. Schmelzwirkung zu steigern.
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Geht man von der Tatsache aus, daß, wenn fein zerteiltes Titaneisenerz
der Einwirkung hoher Temperaturen, also z. B. der Einwirkung des elektrischen Lichtbogens
ausgesetzt wird, eine Dissoziation der das Titaneisenoxyd (Titaneisensand) bildenden
Körper stattfindet, und daß dabei entsteht i. Titanoxyd. TiO2 und 2. entweder Eisenoxyd
Fe2O3, 3. oder Eisenoxyduloxyd Fee 0", und sofern die Erhitzung dieser Körper im
elektrischen Flammofen fortgesetzt wird, noch eine weitere Spaltung der Eisenoxydverbindung
auftritt, wobei sich Eisenoxydul bildet, während Sauerstoff an sich frei wird, so
ergibt sich folgender Reaktionsverlauf i. Ca Co, = Ca 0 + C02, 2. CO, +C=2C0,
3. Fe, O3+3CO=2Fe+3C0v 4. Fei 04 -f- 4 CO = 3 Fe -l- 4 C02, 5. Fee O3 -I- 3 C =
2 Fe + 3C0, 6. Fe304+4C =3Fe+4C0.
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Bei dem Erzeugen von Reineisen muß bekanntlich die Aufnahme von Titan
im Eisen oder die Bildung von Titanlegierungen überhaupt verhindert werden.
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Zu dem Zweck wird das Titanoxyd (Ti 0z) durch die anwesende Base (Kalk)
verschlackt. Durch Zuschläge verschiedener Art kann man unmittelbar während des
Schmelzverfahrens Roheisen oder Gußeisen verschiedener Zusammensetzung erzielen.
- Wünscht man die Herstellung eines solchen Roh- oder Gußeisens, welches einen gewissen
Gehalt an Titan aufweist, so kann dies durch Zugabe von Kalziumfluorid bewirkt werden.
Z. B. würde ein Zusatz von % bis 2 Prozent Kalziumfluorid zur Charge ein Roheisen
ergeben, welches einen Titangehalt von etwa l;flo Prozent bis 7/1o Prozent Titan
aufweist.
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Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel für die Durchführung
des Verfahrens angegeben, wobei die hierzu erforderlichen Mengen des Reduktionsmittels
(Kohle) und des Zuschlags (Kalkstein) auf je iooo g titaneisensaures Erz berechnet
sind.
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Angenommen, die Analyse des Erzes, also des Titaneisensandes, ergebe
die folgende Zusammensetzung
| 6g Prozent Fee 0, und der reg U4, |
| i2,@ - Ti 0.,, |
| 9,3 - Si 02, |
| 1,2 - Ca 0, |
| 3,6 - Mg fl, |
| 3,5 - Al, 03, |
| 0,7 - Mn 0. |
A. Berechnung der zur Reduktion erforderlichen Kohlenmenge: iooo g Erz enthalten
Ego g Fe203 oder Fei 04.
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Zur Bindung des Sauerstoffes sind nötig in dem einen Falle: 4,3 X
3 X 12 = 155 g C, in dem anderen Falle: - 3 X 4 X 12 = 144 g C, also im Durchschnitt
149,5 g C.
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B. Berechnung der erforderlichen Menge des Zuschlages.
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Die Menge des Zuschlags, welche erforderlich ist, um die aus Titaneisenerz
bzw. Titaneisensand durch die mechanische Aufbereitung, Zerkleine:-ung, Sieben usw.,
nicht . entfernte Kieselsäure (SiO@ zu binden, kann auf die gleiche Weise berechnet
werden.
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iooo g Titaneisenerz enthalten nach der obigen Analyse, von welcher
bei der Berechnung ausgegangen wird, 93 g Si0,. g3: 6o = x,55 M01. Si02.
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Zur Bindung hiervon sind erforderlich 1.55 X 2 = 3,1 Mol. Basen.
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Nun enthalten iooo g Erz: r2 g Ca0, 36 g Mg0, 35 9 A120a,
7 9 Mn 0.
Insgesamt enthalten demnach iooo g Erz 1,55 Mol. Basen, und man muß demnach, um
das Si 02 zu binden, noch 3,1-1,55 Mol. Basen zufügen, .
In gleicher
Weise kann man berechnen, daß iooo g zugefügter Kalk 0,985 Mol. Basen enthalten
und- daß man demnach zur Bindung der Kieselräure Der . . .,
zusetzen muß.
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In gleicher Weise ist schließlich noch die Menge der Base (Ca
CO,) zu berechnen, welche erforderlich ist, um die frei werdenden Mengen
Titanoxyd (TiO2) zu binden.