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Verfahren und Einrichtung zum Betriebe von Schmelz- und Reduktionsöfen,
namentlich von Eisenhochöfen. Beim Betriebe von Schmelz- und Reduktionsöfen, besonders
der Hochöfen, spielt die Schliackenschicht im Herde des Ofens eine ganz bedeutende,
bisher im allgemeinen noch viel zu wenig beachtete Rolle. So kann man annehmen,
daß bei der Reduktion des Eisenoxydes im Hochofen 85 Prozent mittelbar und 15 Prozentunmittelbar
reduziert werden, und zwar erfolgt die unmittelbare Reduktion durch festen Kohlenstoff
fast ausschließlich in der Schlackenschicht, in die große Mengen Kohlernstoff, d.
h. Koksstücke und alle Stoffe, die fest sind, eintauchen. So gelangt z. B. der gesamte
Schwefel als Schwefeleisen in die Schlacke, ebenso alle Schwermet'allioxyde, soweit
sie noch vorhanden sind, und alle Silikate. Unter dem Einfluß der hohen Temperatur
wird bei Anwesenheit von Kalk durch den eingetauchten Kokskohlenstoff bezüglich
der Güte des zu, erzeugenden Eisens die Hauptarbeit geleistet. Zwischen Schwefeleisen
und Kalk findet unter Bildung von Eisenoxyd;ul- ein Austausch statt, wobei sich
das gebildete Schwefelkalzium in der Schlacke löst, während das Eisenoxydul sofort
reduziert wird; ebenso werden Eisensilikate und Oxyde reduziert, desgleichen die
anderen Verbindungen, z. B. die des Mangans. Dabei wird gleichzeitig aus Kieselsäure
Silizium frei, und es findet eine weitere Legierung des Eisens statt; dazu regnet
dauernd das Roheisen in die Sammelstelle, d. h. den unteren Teil des Hochofengestells,
herab.
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Bei der bisherigen Betriebsweise derartiger Ofen wird diese wertvolle
Einwirkung der Schlackenschicht dadurch empfindlich beeinträchtigt, daß bei dem
von Zeit zu Zeit erfolgenden Abstich großer Mengen Eisen und Schlacke au-s dem Herde
des Hochofens die Oberfläche der Schlacke jedesrn:al stark abgesenkt wird, womit
der für die erwähnten Umsetzungen erforderliche Beharrungszustand gestört wird;
dieses zeitweilige Absenken der Schlackenoberfläche bedingt damit die Erzeugung
eines geringwertigeren Roheisens. Alle in der Schlackenschicht vor sich gehenden
Reaktionen sind stark wärmebindend. Durch das Abziehen großer Mengen aus dem Gestell
sinkt die feste Beschickung plötzlich bzw. so nach, wie der Abstich erfolgt, dann
staut sich die ganze Beschickung und gerät nur langsam wieder in Gang, da die noch
.unterhalb der Windformen gesunkenen Massen durch die geschmolzenen Massen wieder
nach c,ben drängen.
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Nach der Erfindung sollen die Bedingungen für diese vorteilhafte Wirkungsweise
der Schlackenschicht dadurch aufrechterhalten und sogar noch verbessert werden,
idlaß der Schliackenspiegel dauernd in gleicher. Höhe, und zwar in möglichster Nähe
der Formen, also der höchsten Temperaturzone, gehalten wird. Es wird dies in der
Weise erreicht, daß der Abfluß ides Eisens und der Schlacke aus dem Herde des Ofens
nicht mehr absatzweise wie üblich, .sondern stetig vorgenommen wird, und zwar indem
die Schtacke durch einen Überlauf unmittelbar unter der
1#ormenebene
abfließt, während das Eisen durch eine Art Syphon abfließt, dessen Scheitel so hoch
liegt, daß unter Berücksichtigung der verschiedenen spezifischen Gewichte des flüssigen
Eisens und der Schlacke jeweilig die Einstellung des Schlackenspiegels in dauernd
gleicher Höhe ummittelbar unter den Formen gewährleistet ist.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung der gekennzeichneten Arbeitsweise
besonders gut geeignete Einrichtung in Fig. i im senkrechten, in Fig. a im wagerechten
Schnitt wiedergegeben.
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D'as Gestell des Hochofens a wird durch den Herd b abgeschlossen,
der mit einer Vorkammer c in Verbindung steht, und zwar durch einen unterhalb der
Windformen d vorgesehenen Überlaufkanal f und durch einen .nach Art eines Siphons
ausgebildeten Kanal g; das geschlossene Gefäß c besitzt einen wassergekühlten Drosselhahn
e. Nimmt man das spezifische Gewicht der Schlacke zu a, das des flüssigen Eisens
zu 7 an, so beträgt die Scheitelhöhe y des Siphons g im Verhältnis zu der Höhe a
der Schlackenschicht und der Höhe ß des Eisenbades über dem Anschluß des Siphons
g: y = ß -I- =.l7 a.
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Auf diese Weise ist ein Gleichgewichtszustand bezüglich der Flüssigkeitssäulen
hergestellt, unter dein sowohl alles weitere Eisen durch den Siphon g und alle weitere
Schlacke durch den Überlauf f frei in den Behälter c. abfließen, kann.
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Da nun in dem Raum a, ein gewisser Vberdruck herrscht, der auch zeitlichen
Schwankungen unterworfen ist, so wird in dem Behälter c der gleiche Gegendruck aufrechterhalten,
um auch in dieser Beziehung immer den erforderlichen Beharrungszustand zu sichern.
Dies wird am besten dadurch erreicht, daß man durch entsprechende Bemessung des
Kanals f jeweilig immer einen Teil der Gase aus dem Hochofen in das Gefäß c übertreten
läßt, womit gleichzeitig ein Offenhalten des Kanals f gewährleistet ist, wie dies
an sich bereits für Schl.ackenabstichgaser durch die deutsche Patentschrift a895go
des Erfinders vorgeschlagen ist. Durch entsprechende Einstellung des Drosselhahnes
e kann dabei eine ständige Strömiung heißer Gase- durch den Kanal f hindurch erzielt
werden.
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Idas Gefäß c ist tiefer gelagert als der Herd b des Hochofens, so
daß die sich darin einstellenden Flüssigkeitsspiegel keine Rückwirkung auf die Einstellung
der Schlackenschicht und des Eisenbades im Herde b ausüben. Aus dem Gefäß c wird
das Eisen und die Schlacke von Zeit zu Zeit abgestochen, so daß äußerlich die Betriebsweise
eines derartigen Hochofens eine absatzweise bleibt wie bisher - worauf sich natürlich
die Weiterverarbeitung eingestellt hat -, während aber doch im Herde des Hochofens
die zur Aufrechterhaltung des Beharrungszustandes erforderlichen Verhältnisse gewahrt
bleiben. Der Behälter c kann gewissermaßen als .Mischer au.fgefaßt und demgemäß
mit mehreren Hochöfen in Verbindung gesetzt werden, zu welchen Zweck dann auch eine
besondere Beheizung vorgesehen werden kann.
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Die gekennzeichnete Arbeitsweise gestattet noch eine weitere Vervollkommnung:
Bei der bisherigen Herstellung von Eisenmangan--legierungen wird das Manganerz in
fester Form zugesetzt, wobei große Verluste durch Fortblasen der feineren Anteile
eintreten. Im vorliegenden Falle kann man das Mangan zunächst außerhalb des Hochofens
durch Silikate binden und den so erzeugten Schmelzfluß in die Schlackenschicht des
Hochofens eingießen. Durch das ständige Hochhalten der Schlackenoberfläche in der
,Nähe der Formen wird durch die Einwirkung der hohen Temperatur und des eintauchenden
Kokskohlenstoffes das Mangan in kurzer Zeit und vollständig, d. h. ohne Verluste,
reduziert.
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Man hat bereits zur Vermeidung der 'lästigen Arbeit des absatzweisen
Abstechens ein stetiges Abziehen des Eisens: und der Schlacke aus Hochöfen vorgeschlagen,
indem man in derEbene derEisen- undder Schlackenschicht siphonartige Überläufe vorgesehen
hat. Die praktische Anwendung derartiger nach außen mündender Überläufe erscheint
aber unüunlich, einmal deshalb, weil die erforderliche Widerstandshöhe für die heutigen
hoben Windpressungen nicht gut geschaffen werden kann, zum anderen auch natürlich
eine Abhängigkeit von den Schwankungen im Winddruck erhalten bleibt. Demgegenüber
geht die Erfindung von einem ganz anderen Leitgedanken aus,- indem für die Reduktion
in der Schlackenschicht ein Beharrungszustand gewährleistet werden soll, und zwar
dadurch, daß dauernd das Eintauchen großer Mengen glühenden Kohlenstoffs in die
Schlacke vermittelt wird, wodurch sowohl eine uiunittelbare Reduktion des Eisenoxyds
wie auch eine Befreiung von Schwefel erzielt wird. Dies wird natürlich nur dadurch
möglich, daß das Abfließen des Roheisens und der Schlacke in ein besonderes Ausgleichsgefäß
erfolgt, das seinerseits .unter den im Gestell herrschenden Winddruck gesetzt wird,
um eine völlige Unabhängigkeit sowohl von der absoluten Höhe des, Winddruckes als
auch von Schwankungen desselben zu erzielen.
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Werden bei der Herstellung von Ferromangan im Hochofen die in der
Natur vorkomirnenden Manganerze, die aus M"02 bestehen,
mit der
anderen Beschickung in den Hochofen eingeführt, so ergibt sich leicht die Möglichkeit
von Oberfeuer, da die Hälfte des Sauerstoffes von Mangan M"0, sehr locker sitzt
und leicht .mit dem Kokis in Reaktion tritt. Anderseits ist damit auch ein großer
Manganverlust bedingt, wie denn auch die Gase des Hochofens bei der Herstellung
von Ferromangan immer ganz braun von Manganoxyd sind. Es ist nun schon der Vorschlag
gemacht worden, die mit Einführung von Manganerzen in den. Hochofen bedingten Schwierigkeiten
und störenden Nebenerscheinungen dadurch zu beseitigen, da:ß die sauerstoffreichen
Manganerze fein gepulvert und gegebenenfalls mit Kohle und Kalk gemischt durch die
Windformen in den Hochofen eingeblasen werden. Auf diese Weise gelangen tatsächlich
die Erze unmittelbar in die Schmelzzone des Hochofens, so daß die erwähnten Mißstände
beseitigt erscheinen.
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Nach der vorliegenden Arbeitsweise soll aber das Manganerz als Silikat,
d. h. unter vörheriger Verschlackung, zugesetzt werden, so daß es unmittelbar in
die Schlackenschicht des Ofens gelangt und dort reduziert wird. und zwar in der
Zone unterhalb der Wind düsen, so,daß eine Wiederoxydation -in der Zone oberhalb
der Winddüsen, bei der das entstandene Manganoxyd im Gichtgas bleibt und verloren
geht, ausgeschlossen ist. Das zweite wichtige Merkmal der neuen Arbeitsweise besteht
darin, daß durch Einfließenlassen dieses. Mangansilikates in die nach der Erfindung
gleichmäßig erhaltene Schlackenschicht eine vollständige Reduktion durch den eintauchenden
Kohlenstoff vor sich geht, so daß man .die Gewähr erhält, daß die zugesetzten Manganverbind'ungen
auch restlos zur Erfüllung ihrer Aufgabe herangezogen werden.