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Verfahren zur Darstellung reduzierender Gase für die Durchführung
von metallurgischen Reduktionsvorgängen. Auf Grund der besonderen Vorteile, die
mit der Anwendung von gasförmigen Reduktionsmitteln bei der Durchführung von Reduktionen
von Erzen oder anderen Materialien verbunden sind, hat man sich schon lange bestrebt,
die reine Gasreduktion praktisch anwendbar zu machen. Die bisher bekannten Reduktionsverfahren
dieser Art «-aren indessen mit erheblichen Nachteilen und Schwierigkeiten sowohl
technischer als wirtschaftlicher Art verbunden.
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Wenn die reine Gasreduktion trotz ihrer Vorteile nicht allgemeine
Verwendung gefunden hat, beruht dies in erster Linie auf den init der Herstellung
des Reduktionsgases verknüpften großen Kosten sowie darauf, daß
mit
verhältnismäßig großen Gasmengen iiil Vergleich niit dem erhaltenen Erzeugnis gearbeitet
werden muß. Hierzu kommt noch, claß die Ausnutzung des Reduktionsmittels unvollständig
gewesen ist, und rlaß die erforclerliche Temperatur im Reduktionsraum nur schwer
aufrechterhalten werden konnte.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung des
Reduktionsgases, wodurch diese Schwierigkeiten vermieden und gleichzeitig die finit
der Anwendung gasföriniger Reduktionsmittel verbundenen Vorteile erreicht werden.
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Das Verfahren, bei welchem ein kohlenstoffhaltiges Brennmaterial bei
Gegenwart von Kohlensäure oder Wasserdampf zersetzt wird, zeichnet sich gegenüber
bekannten Gaslierstellungsverfahren dadurch aus, daß der Brennstoff der Zersetzung
unter direkter Ein-Wirkung einer elektrischen Hochspannung-;-faninie unterworfen
wird, indem kohlensäurehaltiges bzw. wasserdampfhaltiges Gas, «-elches bei Durchführung
des in Frage kommenden nietallurgischcn Reduktionsvorganges, erhalten worden ist,
zusammen mit dein Brennstoff durch oder um die ganze Flamme oder iv e"entliclie
Teile derselben auf ähnliche Weise wie bei der bekannten Stickstoffverbrennung getrieben
wird.
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Das so erzeugte Reduktionsgas wird zweckmäßig in heißem Zustande unmittelbar
für clie Durchführung des Reduktionsvorganges verwendet.
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Das Verfahren wird vorteilhaft in Verbindung mit einer Zirkulation
des Gases durchgeführt, so daß Gas von der Reduktionszone zusammen mit dein Brennstoff
in den Wirkungsbereich der elektrischen Flainnie eingeführt wird.
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Man kann für die vorliegenden Zwecke flüssige, feste oder gasförmige
Brennstoffe verschiedener Art verwenden, wie z. B. Rohpetroleum, Holzteer, Spiritus,
staubförmigen Kohlenstoff (z.B.Holzlcohlen), kohlenwasserstoffhaltige Gase (wie
Leuchtgas, Methan, -Azetylen usw.), die gegebenenfalls karburiert sein können.
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Der zu verwendende Brennstoff wird als Gas bzw. in zerstäubtem oder
gepulverteiii Zustande durch oder rings um die elektrische Flamme eingeführt, deren
Stabilisierung und Wirkungsweise beim Verlauf der Reaktion von ähnlicher Art ist
wie nach dein wohlbekannten Luftverbrennungsverfahren. Die Verbrennung des Brennstoffs
zu Kohlenoxyd erfolgt liier nicht wie bei einer gewöhnlichen Verbrennung unter Wärmeentwicklung,
sondern unier einem großen Energieverbrauch, welcher hier sozusagen molekular ersetzt
wird durch die in der Flamme umgesetzte freie elektrische Energie. Die stattfindenden
Reaktionen können durch die nachstehenden Gleichungen veranchatilicbt werden: i
CmHn+mCOz+m-4I7oocal.=am
bzw. Cm Hn -f- m H, 0 -E- m 3i 00o cal.
Das Verfahren eignet sich sowohl für die Reduktion von oxydischen Eisenerzen als
für die Reduktion anderer Erze oder Verbindungen. Wenn man in Betracht zieht, daß
z. B. ein normales Rohöl nur etwa 13 v. H. Wasserstoff (H,) und als Rest Kohlenstoff
(C) enthält, wird es einleuchten, daß das erhaltene Gas hauptsächlich aus Kohlenoxyd
besteht: Bei der Anwendung von Rohöl wird ein für die Reduktion von Eisenerzen besonders
geeignetes Gas erhalten, indem die kleine Wasserstoffmenge fördernd auf die schließliche
Reduktion von Fe 0 wirkt. Will inan reinen staubförmigen Kohlenstoff verwenden,
so kann man auf die angegebene Weise ein praktisch chemisch reines Kohlenoxydgas
darstellen. Sollte in gewissen Fällen ein au Wasserstoff reicheres Gas erwünscht
sein, so kann dies dadurch erreicht werden, daß die Kohlensäure ganz oder teilweise
durch Wasserdampf ersetzt wird. Es wird dann eine ähnliche Reaktion erfolgen zwischen
Wasserdampf und Brennstoff, wie oben für Kohlensäure angegeben, nur daß ein erheblich
wasserstoffreicheres Gasgemisch entsteht. Die Reaktion kann in diesem Falle veranschaulicht
werden durch die .Gleichung:
derart hoher Wasserstoffgehalt würde unter gewöhnlichen Bedingungen, wenn die 1?rzreiluktion
bei Temperaturen unter iooo o ler i ioo' C stattfindet, nicht erforderlich sein.
Bei der Behandlung gewisser Erze kann es indessen zuweilen von Bedeutung sein, mit
Reduktionstemperaturen von i2oo bis 130o° und noch höher arbeiten zu können. In
solchen Fällen wird es vorteilhaft sein, mit einem an Wasserstoff möglichst reichen
Gas zu arbeiten.
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Zur gleichen Zeit, als die oben beschriebene Reaktion in der elektrischen
Hochspannungsflamme glatt und ganz quantitativ verläuft, erreicht man auch, daß
das Gas den Reaktionsraum mit einer Temperatur von bis auf 1300 oder höher verläßt,
und es kann, da es praktisch frei von Verunreinigungen ist,
ohne
weiteres in den Reduktionsraum eingeführt werden. Die ini Gas aufgespeicherte «'ärine
kann zum Aufrechterhalten der erforderlichen Temperatur im Reaktionsrauiii nutzbar
gemacht werden.
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Zum Erreichen einer möglichst wirtschaftlichen Gasreduktion wird,
wie schon erwähnt, das beschriebene Gasherstellungsverfahren zweckmäßig in Verbindung
mit einer auf besondere Weise durchgeführten Zirkulation des Gases benutzt. Diese
Zirkulation ermöglicht beispielsweise bei Reduktion von oxydischein Eisenerz eine
vollständig quantitative Ausnutzung des Reduktionsmaterials, so daß die Gewinnung
des Eisens finit einem praktischen Brennstoffverbrauch von nur etwa i4o 1 Rohöl
bzw. etwa i5o kg Kohlenstaub pro Ton Fe möglich wird. Eine Ausführungsform der Gaszirkulation'
ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch veranschaulicht.
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In dem dargestellten Beispiel wird der Brennstoff in zerstäubtem oder
vergastem Zustande bei .x in den Flammofen I eingeführt. Kohlensäurehaltiges Gag
in regelbarer Menge wird bei j dem Ofen zugeführt.
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Im Ofen I findet nun die oben beschriebene Reaktion statt, wodurch
ein Gas, das hauptsächlich aus CO und H, besteht, erhalten wird. Das Gas, welches
beim Austritt aus dein Flammofen eine Temperatur von-ungefähr iooo bis iioo° C haben
wird, tritt über d unmittelbar in die Reduktionskamtner a ein, deren Beschickung
auf die jeweils geeignete Temperatur gehalten wird. In der Reduktionskammer wird
ein Teil des Kohlenoxvds und des Wasserstoffes zu Kohlensäure und Wasser verbrannt.
Das Wasser wird zusammen .mit dem mitgerissenen Staub im Gaswascher h ausgeschieden,
welcher von bekannter Konstruktion sein kann, wonach das Gas nach der Verteilungsstelle
e weitergeführt wird. An dieser Stelle wird das nach dem Flammofen I durch das Gebläse
c zu führende Gas abgezweigt, während ein anderer Teil des vorn Gaswascher kommenden
Gases nach einer besonderen Druckwasserabsorptionsanlage- f, g geführt werden kann,
wo Kohlensäure ausgeschieden wird, und von welcher das übrigbleibende Gasgemisch
(wesentlich bestehend aus CO und H.)
in den Flammofen II eingeführt, wo es
auf iooo bis iioo° erhitzt wird und dann weiter über d in die Reduktionskammer
a. hinein.
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Ein Teil oder die ganze Menge des von f-- kommenden Gases kann auch
anstatt in (len Flammofen 1I eingeführt zu werden, in den Flammofen I über 1-i eingelassen
werden. Der Flammofen II.wird auf diese Weise überflüssig werden können. In gewissen
Fällen, wenn der Brennstoff besonders billig zu halsen ist, wird es sich als wirtschaftlich
herausstellen können, die Kohlensäureabsorptionsanlage gänz fortzulassen und den
während des Betriebes gebildeten Gasüberschuß aus dein System auszulassen.
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Ein gewisser Teil des vom Gaswascher kommenden Gases wird dann über
k entfernt. Hierdurch entsteht ganz gewiß ein Gasverlust, und eine quantitative
Ausnut7tuig des Brennstoffs wird nicht mehr erreicht, aber die Kosten des verlorenen
Gases werden häufig geringer als die Kosten des Entfernens von Kohlensäure in der
Absorptionsanlage. Der Heizwert des abgehenden Gases kann vorteilhaft verwertet
werden, z. B. zum Vorwärmen des zu reduzierenden Materials.
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Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich von den bisher bekannten
Verfahren, bei welchen in elektrischen Widerstandsöfen oder Flaminenbogenöfen vorgewärmte
Reduktionsgase zur Verwendung kommen insofern, als in dem elektrischen Flammenbogen
nicht nur eine Vorwärmung des Gases, sondern auch eine chemische Umwandlung der
in den Ofen eingeführten Körper stattfindet, derart, daß nian durch Reduktion mit
einem Brennstoff von hohem Heizwert ein kohleno:wdreiches oder wasserstoffreiches
Reduktionsgas erhält, das für die Reduktion unmittelbar verwendbar ist.