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Verfahren zur Reduktion von Erzen, besonders Eisenerzen, in einem
Kanalofen Bei den Verfahren zum Rösten und Reduzieren von Erzen, besonders Eisenerzen,
in einem Kanalofen ist es bekannt, die Erze auf Wagen geladen nacheinander durch
eine Vorwärm-, Röst; Vorreduktions- und Endreduktionszone zu führen und in letzterer
durch umlaufende reduzierende Gase zu reduzieren, die außerhalb des Ofens in abwechselnd
in Tätigkeit tretenden Regeneratoren regeneriert werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Gasüberschuß aus dem Kreislaufsystem
abgeleitet und in dem nicht arbeitenden Regenerator zusammen mit einem Teil der
Brennstoffbeschickung unter geregelter Luftzufuhr einer teilweisen Verbrennung zwecks
Erhitzung des Brennstoffes unterzogen wird, und daß die aus diesem Regenerator abziehenden,
sehr heißen, noch kohlenoxydhaltigen Gase durch die Vorreduktionszone des Kanalofens
abgeleitet und schließlich unter Zugabe eines Luftüberschusses in der Röst- und
Vorwärmzone verbrannt werden.
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In den beiliegenden Zeichnungen geigt Abb. i einen senkrechten Längsschnitt
eines Kanal- oder Tunnelofens, der zur Herstellung von Eisenschwamm gemäß der Erfindung
geeignet ist.
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Abb. z ist ein waagerechter Längsschnitt des Ofens.
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Abb. 3 und q. zeigen senkrechte Längsschnitte von zwei anderen Ausführungsformen
des Ofens.
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Auf den Zeichnungen ist A die Einführungsöffnung des. Kanalofens und
B die Austragsöfnung. Am nächsten an_ der Einführungsöffnung ist die Vorwärmzone
C, dann folgt die Röstzone D, die Vorreduktionszone E und die Endreduktionszone
O. Durch die Einführungsöffnung werden mit dem zu behandelnden Erz in Form gepreßter
Kuchen oder Blöcke beladene Wagen b nach und nach in den Ofen eingeführt. Die (Vorreduktionszone
E ist von der Endreduktionszone O durch einen Schieberx getrennt, welcher nuraugenblickweise
geöffnet wird, wenn die Wagen vorwärts bewegt werden.
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Pl und P2 sind zwei mit festem Brennstoff beschickte Regeneratoren,
welche äbwechselnd in Tätigkeit treten. Durch eine Wechselklappe Q kann Luft jedem
der Regeneratoren zugeführt werden, und mit Hilfe einer zweiten Wechselklappe 12
kann das entweichende Gas in die End'reduktionszone bei C' z oder in die Vorreduktionszone
bei! T nach Belieben eingeführt werden. Nachdem das bei 0 eingeführte Gas die Endreduktionszone
passiert hat, entweicht es bei H. Die Mengen dieses Gases, die jeweils dem Regenerator
P1 oder P2 zugeführt werden, werden durch eine dritte Wechselklappe L geregelt.
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Wenn die Klappen Q,12 die in Abb. i gezeigte Stellung haben, strömt
das im Regenerator P2 regenerierte, hauptsächlich aus Kohlenoxyd bestehende, reduzierende
Gas durch die Klappe R und wird. von einer den Kreislauf bewirkenden Vorrichtung
M bei Gr in die Endredüktionszone 0 geschickt. Das Gas hat beim Eintritt eine Temperatur
von beispielsweise goo bis i ioo° C und strömt in entgegengesetzter Richtung zur
Wagenbewegung durch diese Zone. Das schon vorreduzierte
und vorgewärmte
Erz wird durch das reduzierende Gas vollständig reduziert. Es kann aber auch dann
eine ausreichende reduzierende Wirkung erhalten werden, wenn das Gas in umgekehrter
Richtung umläuft, d. h. bei H eingeführt wird und bei G entweicht.
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Das bei H entweichende, noch sehr kohlenoxydreiche Gas geht teilweise
nach dem Regenerator P2, wo es unter Erniedrigung der Temperatur der Brennstoffbeschickung
dieses Regenerators regeneriert wird und dadurch einen Kreislauf ausführt, teilweise
nach dem Regenerator P1. Da die im Regenorator P2 stattfindende Reaktion C02C=2oo
eine erhebliche Volumenzunahme zur Folge hat, entsteht ein erheblicher überschuß.
Dieses überschußgas wird in den Regenerator Dl geschickt und dort zusammen mit einem
Teil der Brennstoffbeschickung desselben unter geregelter Luftzufuhr (durch Q) teilweise
verbrannt, wodurch die Brennstoffbeschickung auf höhere Temperatur gebracht wird.
Das aus diesem Regenerator entweichende, sehr heiße, noch kohlenoxydhaltige Gas
wird bei T in die Vorreduktionszone E eingeleitet und bewirkt dort die Vorreduktion
des Erzes, wobei das eintretende Gas eine Temperatur von `iioo° C haben kann. Das
Gas wird dann in den Röst- und Vorwärmzonen, D, C unter Zugabe eines Luftüberschusses
(vorzugsweise vorgewärmten) durch das Rohr F verbrannt und bewirkt dort die Röstung,
Entschwefelung und Vorwärmung des Erzes. Die Verbrennungsgase entweichen durch den
Schornstein I. Die Temperatur in der Zone D soll so hoch als möglich gehalten werden,
ohne daß aber das Erz schmilzt oder sintert. Wenn Erze behandelt werden, die nicht
leicht schmelzbar sind, kann die Temperatur in der RöstzoneD bis zu i3oo° bis i5oo°
C getrieben werden.
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Beim oben beschriebenen, der in Abb. i gezeigten Stellung der Klappen
Q, l2 entsprechenden Vorgang steigt also die Temperatur der Brennstoffbeschickung
im nicht arbeitenden Regenerator P1, während aber die entsprechende Temperatur im
arbeitenden Regenerator P2 sinkt. Durch Umstellung dieser Klappen Q,12 wird die
Tätigkeit der Regeneratoren von Zeit zu Zeit gewechselt, damit die nötige Regenerierungstemperatur
immer innegehalten wird. Gegebenenfalls können mehrere Regeneratoren verwendet werden,
wobei einer immer mit dem Kreislaufsystem verbunden ist. Die Regeneratoren können
auch elektrisch oder auf andere Weise geheizt werden, wobei die elektrische Energie
zweckmäßig den Regeneratoren nur in den Perioden zugeführt wird, in denen sie auf
Temperatur gebracht werden. Sj, S2 und S3 sind drei Erhitzungsapparate, durch welche
das umlaufende Gas und. das Vorreduktionsgas gewünschtenfalls vorerhitzt werden
kann.
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Die Ausführung des Prozesses hängt von der Temperatur, die in der
Endreduktionszone herrscht, und von dem Gehalt an Kohlendioxyd und Kohlenoxyd in
dem Gase dieser Zone ab. Da die Temperatur der Erzbriketts, wenn sie die Röstzone
B verlassen, im allgemeinen zwischen etwa i3oo und 135o° C liegt, das reduzierende
Gas dagegen, wenn es in die Reduktionszone eintritt, eine niedrigewe Temperatur
besitzt, wird auch die Temperatur der Briketts erniedrigt, wenn sie durch die Reduktionszone
hindurchwandern, während anderseits die Temperatur der Gase, die entgegengesetzt
wandern, steigt. Der Wärmeüberschuß- des Erzes hilft auf die Weise in der Reduktionszone
die nötige Temperatur zu halten. Wenn dieser üb.erschuß, von Hitze nicht genügend
sein sollte, um einen zu großen Abfall der Temperatur in der Endreduktionszone zu
verhindern, dann könnte es eintreten, daß das Kohlenoxyd zum Teil in-_freien Kohlenstoff
und Kohlensäure umgewandelt würde. Diese Umwandlung, die beispielsweise eintreten
kann, wennlexcht schmelzende Erze behandelt werden, die nicht bei einer genügend
hohen Temperatur vorerhitzt werden können, kann verhindert werden, wenn Hitze von
außen zugeführt wird, und zwar entweder für die ganze Reduktionszone oder einen
Teil derselben. Für diesen Zweck sind elektrische Heizwiderstäxide K an den Wänden
der genannten Zone vorgesehen, wie in Abb. 2 gezeichnet, aber @es -können, auch
andere Erhitzungsweiseh angewandt werden, z. B. läßt man Verbrennungsgase durch
in den Wänden vorgesehene Kanäle streichen.
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Die Kühlung der reduzierten Brikette findet gemäß Abb. x in nachfolgender
Weise statt: Von der Endreduktionszone Q gelangen die Wagen in die Kühlräume N,
welche von der Zone O und untereinander durch die Schieber y1, y2, Y3 getrennt sind.
In der ersten dieser Kammern findet die Kühlung zweckmäßig unmittelbar mit Hilfe
von Luft statt, die durch Röhrena oder ähnliche Vorrichtungen hindurchstreicht und
dann der Röstzone D zugeführt wird und für die Verbrennung des bei dieser Zone zugeführten
Gases Vierwendung findet, falls gewünscht, auch in die Regeneratoren eingeführt
wird.
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Die weitere Kühlung wird auch mittelbar, aber mit Wasser vorgenommen,
das durch angeordnete Röhren fließt, so daß der Eisenschwamm, welcher aus der letzten
Kühlkammer herausgenommen wird, genügend abgekühlt ist. Dadurch wird eine Wideroxyda.-tion
mit Sicherheit vermieden. Dies Kühlen
geschieht zweckmäßig in einer
Atmosphäre, die frei -von Luft oder oxydierenden Gasen ist. Für diesen Zweck werden
indifferente Gase oder Gasgemische in die Kühlkammern eingeführt.
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Die in Abb.3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Anordnung
der Abb. i lediglich in einigen Einzelheiten. Der Gaskreislauf in der Zone C wird
hier in derselben Richtung wie die Bewegung der Wagen geführt. Das Kühlen des reduzierten
Erzes geschieht in solcher Weise, daß die Wagen aus dem Kanalofen mit Hilfe eines
Kühlwagens U herausgenommen werden, der -dadurch kühl gehalten wird, daß er mit
Wasser besprengt wird, wie es bei V gezeigt ist. Durch die Berührung mit den heißen
Briketten wird das Wasser verdampft, und der Dampf folgt der Bewegung des Gases
und verläßt den Ofen durch die Öffnung G. Der Teil des umlaufenden Gases, der dem
gerade in Tätigkeit befindlichen Regenerator zugeführt wird, wird zu Wasserstoff
und Kohlenoxyd reduziert im Sinne der Gleichung C -f- H20 - H2 -f- CO. Das der Reduktionszone
bei H zugeführte Kreislaufgas enthält deshalb einen größeren oder geringeren Anteil
an Wasserstoff, welcher ebenfalls reduzierend wirkt.
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Die Erhitzung der Brennstoffbeschickung im Regenerator, die von Zeit
zu Zeit vorgenommen werden muß, kann auch durch einen tlberschuß von Luft erfolgen,
so daß der Brennstoff vollständig zu C02 verbrennt, welches in die Atmosphäre entweicht.
Eine Ausführungsform dieser Art ist in Abb.4 gezeigt. Bei der in der Zeichnung dargestellten
Klappenstellung ist der Regenerator P1 aus dem Kreissystem ausgeschaltet und einer
Erhitzung unterworfen, und die Verbrennungsgase daraus, die vollständig aus C02
und N2 bestehen, entweichen durch den SchornsteinZl. Der ganze Strom des umlaufenden
Gases wird dem Regenerator P2 zugeführt, in welchem es regeneriert und darauf sowohl
der Vorreduktionszone als auch der Endreduktionszone durch die Klappe b zugeführt
wird.
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Der größere Teil des umlaufenden Gases wird dem Kanalofen bei H zugeführt,
während der Rest bei. T eingebracht und dann in der Vorwärmzone,. wie oben bei Erklärung
der Abb. i beschrieben, verbrannt wird.
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Das oben beschriebene Verfahren zeichnet sich durch große Wirtschaftlichkeit
aus, weil die Reduktion unmittelbar nach der R.östung vorgenommen wird, so daß .die
Brikette noch die hohe Temperatur besitzen, die sie während des Röstvorgangs erhalten
haben. Ferner wird das erzeugte brennbare Gas vollständig für den Vorgang selbst
verbraucht, also nicht aus dem System abgeleitet.
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Das Verfahren kann in verschiedener Weise geregelt werden. Der Gehalt
des umlaufenden Gases an Kohlenoxyd kann durch Regelung der Geschwindigkeit des
Kreislaufes und der Menge des umlaufenden Gases mit Hilfe der Klappe L eingestellt
-werden. Die Reduktionszeit kann durch die Geschwindigkeit der Wagen geregelt werden.