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Drehofen zum Vorwärmen und Reduzieren von Erzen ohne Schmelzung der
Beschickung Vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand Verfahren und Vorrichtung zum
Vorwärmen und Reduzieren von Erzen ohne Schmelzung der Beschickung in einem Drehofen
mit elektrischer Innenbeheizung und mit einem im Ofen zentral angeordneten, mit
dem Ofen rotierenden Ofenraum zur teilweisen oder vollständigen Verbrennung der
bei der Reduktion entwickelten Gase.
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Nach vorliegender Erfindung geht die zentrale Kammer nicht durch die
elektrisch beheizte Endreduktionszone hindurch, sondern streckt sich nur durch einen
Teil des Ofens, vom Beschickungsende des Ofens gerechnet. Es ist allerdings bekannt,
Erze im Rollofen mit einem durch den ganzen Ofenraum sich hindurchstreckenden, zentral
angeordneten und mit dem Ofen rotierenden Verbrennungsraum zu reduzieren. Die vorliegende
Erfindung unterscheidet sich jedoch prinzipiell wesentlich von dem genannten, vorherbekannten
Verfahren und Vorrichtung.
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Nach unserer Erfindung wird nur eine Vorwärmung und evtl. partielle
Reduktion mit Hilfe der zentralen Röhre bewirkt, wonach die Reduktion selbst bzw.
die vollständige Reduktion ohne diese zentrale Erhitzung aber in demselben Ofen
ausgeführt wird. Dies bedeutet eine wesentliche Neuheit in dem Verfahren und Bau
des Ofens gegenüber der zitierten Patentschrift, weil dadurch der Prozeß vereinfacht
wird, so daß ein wertvoller technischer Effekt durch die vorliegende Erfindung gegenüber
der zitierten Patentschrift erzielt wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es mit
großen Nachteilen verbunden ist, das letzte Stadium der Reduktion des Erzes durch
indirekte Erhitzung durchzuführen, da die für diesen Zweck erforderliche hohe Temperatur
zur Folge hat, daß das halb reduzierte oder unvollständig reduzierte Erz an der
Wärmeübertragungsfläche festsintert und dadurch die Ausführung des Prozesses erschwert.
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Die Wärmevorrichtung kann natürlich als ein vom Endreduktionsofen
ganz getrennter Vorwärmungsofen ausgeführt werden, doch dürfte es im allgemeinen,
um die Ausstrahlungsverluste zu vermindern und obendrein die Anlage zu vereinfachen,
am zweckmäßigsten sein, die Vorwärmungsvorrichtung in denselben Ofen, wo die Endreduktion
erfolgt, einzubauen.
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Damit die Wärmevermittlung zwischen dem inneren und dem äußeren Ofenraum
hinreichend schnell erfolgt, muß die Zwischenwand von einem möglichst gut wärmeleitenden
Material sein. Zweckmäßig ist dieselbe aus einer wärmebeständigen Metallegierung
herzustellen. Die Wärmeübertragung kann
weiter dadurch verbessert
werden, daß die Wand wellenförmig ausgeführt oder ihr in anderer Weise eine solche
Form gegeben wird, daß eine große Übertragungsfläche erzielt wird, z. B. durch Anbringung
äußerer und oder innerer Flanschen.
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Die Vorwärmung hat im allgemeinen mehrere Aufgaben zu erfüllen. Zunächst
soll die Beschickung getrocknet werden, und der entstehende Wasserdampf muß aus
dem Ofen entfernt werden, ohne daß er mit dem Kohlenmaterial in Berührung kommt,
nachdem dieses höher erhitzt worden ist, weil sonst eine Umsetzung mit der Kohle
stattfindet, wodurch der Kohlenverbrauch gesteigert wird. Alsdann soll die trockne
Beschickung auf die beim Eintritt in die Fertigreduktionszone gewünschte Temperatur
erhitzt werden. In gewöhnlichen Fällen, wie bei der Reduktion von-Eisenerz, muß
man auch danach trachten, eine Vorreduktion des Erzes zuwege zu bringen, und die
beste Ökonomi=e wird erzielt, wenn die Vorreduktion erfolgt, bevor das Erz mit der
Reduktionskohle gemischt wird. Außerdem kann es wünschenswert sein, das Erz zu rösten,
bevor es reduziert wird.
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Um unter diesen Gesichtspunkten günstige Verhältnisse zu erzielen,
kann die Vorwärmung so angeordnet werden, daß im äußeren Beschickungsraum an geeigneter
Stelle eine Schleuse angebracht wird, welche so konstruiert ist, daß sie das Beschickungsmaterial
durchläßt, die Reaktionsgase aber nicht. Der beim Trocknen entstehende Wasserdampf
-,wird dadurch zurückgezwungen und verläßt den Ofen am Einspeisungsende, während
das jenseits der Schleuse bei -der Reduktion sich bildende kohlenoxydreiche Gas
gezwungen wird, durch die Verbrennungskammer zu entweichen. Röstung und/oder Vorreduktion
des Erzes, bevor es mit dem Kohlemnaterial gemischt wird, kann bei dieser Anordnung
in der Weise erfolgen, daß das Erz in der Verbrennungskammer und nur das Kohlenmaterial
in der äußeren Kammer beschickt wird. Die Verbrennung des Gases muß dann so reguliert
werden, daß ,dieses am äußeren Ende der Kammer (Beschickun=gsende) oxydierende Wirkung
erhält, wenn Röstung des Erzes gewünscht wird, und reduzierende Wirkung am inneren
Ende, wenn Vorreduktion des . Erzes daselbst gewünscht wird.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung wird in beiliegender Zeichnung als
Beispiel in Fig. i und a eine für die Ausführung des Verfahrens zweckmäßige Ofenvorrichtung
gezeigt.
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Fig. i ist ein Längsschnitt, und Fig. z ist ein O.uerschnitt nach
der Linie II-II in Fig. i. Die Linie H-H ist eine Ho- rizöntallinie, die den ungefähren
Neigungswinkel des Ofens markiert, Fig.3 bis 7 zeigen eine andere Ausführungsform
des Ofens. Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie III-III in Fig. q., die
einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig.3 zeigt.
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Fig. 5 und 6 zeigen Querschnitte nach der Linie V-V bzw. VI-VI in
Fig. 3. Fig. 7 zeigt einen Teil des rotierenden Ofens im Längsschnitt, eine andere
Ausführungsform der Vorrichtung zum Tragen der Elektroden veranschaulichend.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die in Fig. 3 gezeigte Ofenkonstruktion
in ihren Grundzügen derjenigen ähnlich, die in Fig. i gezeigt wird, wenngleich sie
in bezug auf mehrere Details von dieser abweicht, besonders hinsichtlich der Ausbildung
der Elektroden, während außerdem der Verbrennungsraum und der Trockenraum in anderer
Weise ausgebildet sind. In den einzelnen Figuren sind entsprechende Teile mit den
gleichen Hinweisbezeichnungen versehen. Die Erfindung wird zuerst im Hinweis auf
Fig. i und z beschrieben.
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i bezeichnet den eigentlichen Rollofen, der in Form einer rotierbar
angeordneten Trommel ausgeführt ist, die im Umkreis in an und für sich 'bekannter
Weise mit rundherum gehenden Laufringen 2 versehen ist, die auf den den Ofen tragenden
Rollen 3 ruhen, die paarweise an einer Achse q. angebracht und evtl. in bekannter
Weise so angeordnet sind, daß sie dazu dienen, den Ofen i in Rotation zu versetzen.
5 bezeichnet einen im Ofen zentral angeordneten Raum, der im Ofen mittels für .den
Zweck geeigneter Stützen 6 getragen wird. 7 bezeichnet im Ofen angebrachte Kontaktringe
oder Elektroden, die mit Stromleitungsvorrichtungen 8 in leitender Verbin-.dung
stehen. 9 bezeichnet die Abteilung des Ofens, die Trockenabteilung, wo die Beschickung
getrocknet wird, und io bildet die für die Endreduktion dienende Abteilung, die
Endreduktionsabteilung. i i bezeichnet eine in der Ofenfront am Einspeisungsende
des Ofens angebrachte Öffnung für die Zuführung der festen Beschickung. z? bezeichnet
die Ablauföffnung für -das behandelte Material. 13 bezeichnet eine Luftzuführungsleitung
zur Einführung von Verbrennungsluft in die Kammer 5, welche zweckmäßig mit Perforationen
versehen ist, damit die Luft sich in der Kammer ausbreitet in der Weise, wie in
der Zeichnung angedeutet ist.
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Die Beschickung, bestehend aus Erz und Reduktionsmitteln, wird durch
die Öffnung i i eingespeist und in der Trockenabteilung 9 getrocknet. Darauf passiert
sie durch die Schleusenvorrichtung 1q., die in dem Zwischenraum zwischen dem Verbrennungsraum
5 und der inneren Wand des Ofens i
angebracht ist. Nach der veranschaulichten
Ausführungsform ist diese Schleusenvorrichtung von vier in einigem Abstand voneinander
angeordneten ringförmigen Zwischenwänden 15, deren jede mit einer kleineren Öffnung
oder Ausschnitt 16 an der Peripherie versehen ist, ausgeführt. Diese Ausschnitte
sind an den einzelnen Zwischenwänden so verteilt oder im Verhältnis zueinander gelegen,
daß im Verlauf der Arbeit immer eine derselben durch die Beschickung versperrt ist.
Während der Rotation des Ofens kann indessen die Beschickung durch die eine öffnung
nach der anderen hindurchpassieren, während ein nennenswerter Gasabgang durch die
Schleusenvorrichtung nicht möglich ist, weil er durch die feste Beschickung verhindert
wird, demzufolge die Gase, die sich in der Trockenabteilung bilden, durch die Öffnung
i i aus dem Ofen entweichen, und die Gase, die sich bei der weiteren Erhitzung und
Reduktion der Beschickung entwickeln, d. h. nachdem die Beschickung durch die genannte
Schleusenvorrichtung hindurchpassiert ist, gezwungen werden, durch eine ähnliche
Schleusenvorrichtung 17 am Entspeisungsende durch die Öffnung 18 bzw. ig in die
Verbrennungskammer hineinzupassieren, von wo die Verbrennungsgase durch die Öffnung
2g am Einspeisungsende abgehen. Nachdem die Beschickung durch die Schleuse 14 hindurchpassiert
ist, wird die Beschickung weiter vorgewärmt durch Wärme, die durch die Wand 2i des
Verbrennungsraumes aus dem Verbrennungsraum überführt wird, und die Beschickung
wird dabei evtl. teilweise reduziert, bevor sie -die Endreduktionszone i o erreicht,
wo sie weiter reduziert wird unter Erhitzung mittels elektrischen Stromes, der durch
die Elektroden 7 der Beschickung zugeführt wird. Das reduzierte Produkt gelangt
alsdann in die Kühlkammer 24, beispielsweise ausgeführt als flanschenähnliche Partie,
die in einen Kühlwasser enthaltenden Behälter 22 hinuntergeht, und verläßt dann
den Ofen in kaltem Zustande nach Passierung der Schleuse 17.
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Wünscht man das Erz zu rösten, bevor es mit der Kohle gemischt wird,
so kann dieses Rösten so ausgeführt werden, daß das Erz, welches durch die Öffnung
29 in der Verbrennungskammer und aus :dieser heraus durch die Öffnungen 18 passiert
ist, mit der Kohle, die in den Raum g eingeführt ist, gemischt wird. Die Verbrennung
des Gases muß dann so geregelt werden, daß .die Atmosphäre in der Verbrennungskammer,
wenigstens in dem dem Speisungsende zunächst gelegenen Teil derselben, dem äußeren
Teil, hinreichend oxydierend wird.
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Auch die Vorreduktion des Erzes kann dadurch zuwege gebracht werden,
daß im inneren Teil der Verbrennungskammer hinreichend reduzierende Atmosphäre beibehalten
wird, und es kann dann zweckmäßig sein, den Vorreduktionsraum 27 durch eine mit
einer zentral angebrachten- Öffnung ig versehene Scheidewand 23 vom Vorwärmungs-und
Röstungsraum 28 abzuteilen. Die Wand 21 des Verbrennungsraumes wird zweckmäßig wellenförmig
ausgeführt und,!oder mit aus- und(oder inwendigen Flanschen versehen, um die Wärmeübertragungsfläche
derselben zu vergrößern.
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Die Vorteile, .die durch die Ausführung der Ofenkonstruktion nach
den hier vorstehend angeführten Prinzipien gewonnen werden können, sind u. a. folgende:
i. Die Vorwärmung (und evtl. Röstung und Vorreduktion) kann mit guter Wärmeökonomie
ausgeführt werden, da die Wärmequelle im Zentrum des Ofens placiert ist und die
Wärme beim Passieren des Materials im äußeren Raume während der Rotation des Ofens
von dem zu behandelnden Material sehr vollkommen aufgenommen werden muß.
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2. Dadurch, daß die Verbrennungsluft im Zentrum eingeführt wird, ist
es sehr leicht, die Luftzufuhr nach Belieben zu regulieren, obgleich der Ofen rotiert.
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3. Die Vorwärmung kann leicht in demselben Ofen durchgeführt werden
wie die Endreduktion, wodurch eine rationelle Konstruktion ermöglicht wird.
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,4. Es sind Möglichkeiten vorhanden, um, wenn gewünscht, das Erz zu
rösten und v orzureduzieren, bevor es mit der Reduktionskohle gemischt wird.
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Von wesentlicher Bedeutung für den Betrieb von zur Ausführung des
vorliegenden Verfahrens bestimmten Rollöfen ist die Verwendung zweckmäßig gebauter
Elektroden. Wenn die Elektroden, wie üblich, in Form von in gewissem Abstand voneinander
angeordneten Ringen ausgeführt werden, die gegen die Ofenwand aufliegen oder in
diese eingelassen sind, so kann zwischen den Ringen leicht Kurzschluß entstehen.
Bei einer zufällig erhöhten Temperatur kann es nämlich vorkommen, daß der sich bildende
Eisenschwamm an irgendeiner Stelle zwischen den Elektroden an der Wand festsintert.
Hierdurch wird der elektrische Widerstand an diesem Punkte vermindert, was eine
Stromkonzentration an dieser Stelle v eranlaßt, wodurch die Temperatur des weiteren
gesteigert wird und ein vermehrtes Festsintern des Eisens veranlaßt. Auf solche
Art kann sich rasch eine Brücke von Eisen zwischen den Elektroden bilden, wodurch
Kurzschluß und infolgedessen Unterbrechung des Betriebes entsteht. Nach der in Fig.
3 bis 7 gezeigten
Ausführungsform des Ofens sind die Elektroden
so ausgeführt, daß die Kontaktfläche zwischen der Elektrode und dem Mauerwerk relativ
klein wird im Verhältnis zur effektiven Oberfläche der Elektroden. Anstatt ringförmiger
Elektroden werden nach diesem Prinzip zweckmäßig radial angeordnete Stäbe angewendet,
die mit Vorteil für jede Phase wie die Speichen eines Rades placiert werden können.
Die Kontaktflächen zwischen den Elektroden und der Ofenwand können dann sehr klein
bemessen werden und dennoch eine stabile Konstruktion erhalten. Dieses ist natürlich
auch durch andere Ausführungsformen zu erreichen als die, welche in der Zeichnung
Fig. a und q. gezeigt werden. Die Elektroden können beispielsweise auch in Form
von Ringen (s. Fig.7) oder kreisförmigen Scheiben ausgeführt werden mit kleinerem
Durchmesser als der Ofenraum und an der Ofenwand nur mittels einer oder mehrerer
Stützen festgehalten werden, die gleichzeitig .dazu dienen können, den Strom bis
an den Ring oder die Scheibe heranzuleiten.
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Man kann ein gutes Resultat auch in anderer Weise erreichen. Das Hauptgewicht
liegt darauf, daß die Kontaktfläche mit dem Mauerwerk möglichst klein ist oder auch
ganz eliminiert wird in der heißesten Zone des Ofens. Aber in den kälteren Teilen
des Ofens kann ein solcher Kontakt keine Ungelegenheiten verursachen. So können
die Elektroden im Ofen mit Vorteil auf Stützen ruhen, die, ein Stück von der stromleitenden
Zone entfernt, an der Ofenwand befestigt sind.
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Ein anderer Vorteil, der durch Ausführung der Elektroden in der Weise
gewonnen wird, daß der Hauptteil ihrer effektiven Flächen in einigem Abstand von
der Ofenwand zu liegen kommt, besteht auch darin, daß die wesentliche Wärmeerzeugung
in einem gewissen Abstand von der Ofenwand stattfindet, demzufolge diese kälter
gehalten werden kann und somit die Ausstrahlungsverluste geringer werden.
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In Fig.3 und d. wird eine Ausführungsform der Elektroden bei radialer
Anordnung derselben innerhalb einer jeden Phase gezeigt, wobei angestrebt wird,
eine relativ große effektive Fläche in Verbindung mit einer kleinen Berührungsfläche
mit der Ofenwand zu erhalten.
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Fig.7 zeigt eine Ausführungsform mit ringförmigen Elektroden von kleinerem
Durchmesser als der Ofenraum, wobei die Stützen in kälteren Zonen des Ofens in die
Ofenwand hineingehen.
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Als Material in den Elektroden kann Kohle, Graphit, Eisen, eine wärmebeständige
Legierung oder ein anderes elektrisches leitendes Material von passender Beschaffenheit
angewendet werden.
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Der -Ofen kann für sowohl Einphasen- als Mehrphasenstrom ausgeführt
werden. Eine Elektrodenanordnung für Zweiphasenstrom nach Scotts Kupplung ist besonders
einfach und passend für den in Rede stehenden Zweck. Hierbei werden drei Elektrodensysteme
in einer Reihe (in der Längsrichtung des Ofens gerechnet) placiert, die beiden äußeren
Elektrodensysteme für je eine Phase und die mittlere für die gemeinsame rückführende
Phase.
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Bei dem in Rede stehenden Reduktionsprozeß ist es für die ökonomische
Durchführung des Prozesses auch von großer Wichtigkeit, daß der Wert des in der
Endreduktionszone sich bildenden kohlenoxydreichen Gases als Reduktionsmittel und
Wärmequelle nach Möglichkeit für den Prozeß nutzbar gemacht wird. Dies ist in höherem
Grade nur möglich, wenn das Erz durch das Gas vorreduziert werden kann, bevor Erz
und Kohle gemischt wird. Es kann dann ein höherer Kohlensäuregehalt in dem abgehenden
Gase erzielt werden, als wenn Kohle gleichzeitig anwesend ist.
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Dieses Erfordernis wird nach der in Fig. 3 bis 7 gezeigten Ausführungsform
in der Weise erfüllt, daß der Ofen am Einspeisungsende mit einem zentralen Rohr,
zweckmäßig aus wärmebeständiger Legierung, versehen wird, das ein Stück in den Ofen
hineinreicht. Durch dieses Rohr wird das Erz eingespeist, am besten in Schlichform,
und das im Ofen durch den Prozeß erzeugte Gas passiert in entgegengesetzter Richtung
unter _ Vorreduktion des Erzes hinaus. Das Kohlenmaterial wird seitlich des Rohres
(außerhalb desselben) eingespeist durch eine passende Schleusenvorrichtung, um das
Gas zu hindern, auf diesem Wege zu entweichen. Damit die Vorreduktion des Schliches
in befriedigender Weise vor sich geht, muß dieser erst erwärmt werden, was einfach
durc4 Verbrennen der noch vorhandenen brennbaren Bestandteile des Gases am äußeren
Ende des Rohres durch Einleiten von Luft von außen durch ein Rohr von kleinerem
Durchmesser geschehen kann. Hierdurch kann auch Röstung und Reinigung des Erzes
von Schwefel gewonnen werden. Wenn das Kohlenmaterial feucht ist und man nicht wünscht,
daß alle diese Feuchtigkeit in die Ofenkammer hineinkommen soll, kann der Teil des
Rohres, wo das Erz vorgewärmt wird, zweckmäßig außen von einer mit dem Ofen vereinigten
Trommel oder einem Mantel umgeben sein, in die die Kohle vor dem Einspeisen in den
Ofen eingefüllt wird. Die Wärme, die durch die Wände des zentralen Rohres hindurchgeht,
bewirkt dann Erwärmung und Trocknung des Kohlenmaterials.
In Fig.
3 und 6 sind entsprechende Teile mit demselben Hinweiszeichen versehen wie in Fig.
I und 2.
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Fig.3 und 4 veranschaulichen eine Ausführungsform der Elektroden,
nach welcher diese die Form von radial angeordneten Stäben 30 haben, zweckmäßig
aus einem Stück hergestellt in der Weise, daß der zentrale Teil 31 derselben gemeinsam
ist. Ihre in die Ofenwand eingelassenen Endpartien 31 sind, wie aus der Zeichnung
hervorgeht, in der Richtung des Umkreises verjüngt, so daß die Länge, in der Richtung
des Umkreises gerechnet, längs welchem sie mit der Ofenwand in Berührung stehen,
relativ klein ist, d.li. die Berührungsfläche der Elektroden mit der Ofenwand wird
im Vergleich zu den effektiven Kontaktflächen der Elektroden mit der Masse, durch
welche der Strom geleitet wird, relativ klein. Durch den Teil 34 stehen die Elektroden
in leitender Verbindung mit den Stromzuleitungen 35, 36, die in an und für sich
bekannter Weise an eine Stromquelle angeschlossen sein können, beispielsweise durch
Vermittlung von Kontaktbürsten, die gegen Kontaktringe oder ähnliche Vorrichtungen
an der Peripherie des Ofens, die mit den betreffenden Leitungen 35, 36 elektrisch
verbunden sind, anliegen.
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Laut Fig. 7 sind die Elektroden 37 in Form von kreisrunden Scheiben
oder Ringen ausgeführt und so im Ofen angebracht, daß sie sich in einigem Abstand
von der inneren Ofenwand befinden, was bewirkt, daß die wesentliche Wärmeerzeugung
in einem gewissen Abstand vön der Ofenwand stattfindet, demzufolge diese kühler
gehalten werden kann und die Ausstrahlungsverluste geringer werden. Die Elektroden
37 werden von Stützen oder Supportteilen 371 getragen, welche durch diejenigen Teile
des Ofenraumes gehen, in denen die Temperatur nicht so hoch ist wie in der eigentlichen
Erhitzungszone des Ofens, d.li. die Zone, die sich zwischen den Elektroden 37 oder
in unmittelbarer Nähe derselben sich befindet.
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Der Verbrennungsraum 51 ist nach der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform
in Form einer Trommel ausgeführt, die mit dem zentral angeordneten Rohr 5= kommuniziert
oder von einem Teil desselben gebildet wird. Das Rohr 5= ragt in den eigentlichen
Ofenraum hinein und ist inwendig zweckmäßig mit längslaufenden Flanschen 40 versehen,
um (las Heben und Herabfallen der Erzkörner in dem durch das Rohr 52 strömenden
Reduktionsgase zuwege zu bringen. Die Kohle wird in die die am Einspeisungsende
angebrachte Vorwärmungskammer umgebende Trommel 41 eingespeist, wo sie vorgewärmt
und getrocknet wird, worauf sie durch die Schleuse 14, die der Schleuse 14 laut
Fig. z entspricht, in den eigentlichen Ofenraum hineingelangt. Diese Schleuse ist
von Wänden 15 gebildet, die in der Weise, wie oben beschrieben, an der Peripherie
mit Ausschnitten 16 ausgebildet sind.
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Die Kühlkammer ist in der Hauptsache nach derselben Weise, wie in
Fig. r gezeigt, ausgeführt. Sie kann, wie in Fig.5 angedeutet, zweckmäßig mit faltigen
oder wellenförmigen Wänden 42 ausgeführt sein, um eine größere Abkühlungsfläche
zu erhalten. Die abgekühlte Masse passiert alsdann die Schleuse 17 in der
Weise, wie oben angegeben, und geht durch die Öffnung 12 aus dem Ofensystem heraus.
Eventuell kann die Kühlkammer 24 in der Weise mit quergehenden Scheidewänden mit
Schleusen 17 versehen werden, so daß die Kühlkammer gleichzeitig auch als Schleuse
anstatt der Schleuse 17 dienen kann, die dann weggelassen werden kann.
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Es ist früher vorgeschlagen worden, nicht flüchtige Metalle vorzugsweise
aus ihren Erzen bei so niedriger Temperatur herauszureduzieren, daß Schmelzung nicht
eintritt mit Anwendung von elektrischem Strom für die erforderliche Energiezufuhr,
wobei das Erz mit so viel mehr Kohle gemischt wird, als für die Durchführung der
Reduktion erforderlich ist, damit das Kohlenmaterial noch nach der Durchführung
der Reduktion als hauptsächlicher Widerstand für den elektrischen Strom dient, der
durch die Beschickung hindurchgeht und dabei die für den Prozeß erforderliche Wärmemenge
erzeugt. Als Reduktionsmittel ist besonders Holzkohlenpulver als zweckmäßig hervorgehoben
worden.
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Der Vorteil, bei der Reduktion Holzkohle als Reduktionsmittel anzuwenden,
liegt vor allem darin, daß die Holzkohle auf Grund ihrer Porosität schnell mit der
Kohlensäure und dem vergasten Wasser reagiert, die bei der Reduktion des Erzes mit
dem umgebenden kohlenoxyd- und wasserstoffhaltigen Gase unter Rückbildung von Kohlenoxyd
und Wasserstoff gebildet werden. Weiter ist die Holzkohle zum Unterschied von der
fossilen.Kohle schwefelfrei.
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Es hat sich indessen herausgestellt, daß Holzkohlenpulver einen Nachteil
als Leitungswiderstand hat, veranlaßt dadurch, daß sein Widerstand, der bei niedrigerer
Temperatur relativ groß ist, mit steigender Temperatur rasch sinkt und besonders
rasch gerade in dem Temperaturintervall, das bei der Reduktion von Eisenerz in Frage
kommt (8oo bis i 00o° C). Die Folge ist, daß eine kleine Temperaturdifferenz eine
relativ großeWiderstandsänderung verursacht. Dadurch wird es schwierig, gleichmäßige
Belastung und gleichmäßige
Temperatur im Ofen zu halten. Das niedrige
spezifische Gewicht der Holzkohle bewirkt auch, daß die Wärmekapazität der Beschickung
im Ofen relativ klein wird, was die Empfindlichkeit des Ofens gegen Energieveränderungen
erhöht.
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Versucht man, einen fossilen Brennstoff, z. B. Koks, als Reduktionsmittel
und Widerstandsmaterial anzuwenden, so erhält man bessere Stromverhältnisse und
größere Wärmekapazität, aber gleichzeitig hat man die obenerwähnten Übelstände:
langsamere Reaktionsgeschwindigkeit und Schwefelaufnahme in das Metall. Man kann
freilich durch Erhöhung der Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit steigern, aber
bei hinreichender Temperatursteigerung riskiert man ein Zusammensintern des Erzes
oder des ausreduzierten Metalls, was die technische Durchführung des Prozesses erschwert.
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Um diesen Übelstand zu vermeiden, kann man für den gedachten Zweck
eine Kombination von verschiedenem Kohlenmaterial anwenden. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß, wenn eine Mischung von Koks und in hinreichendem Überschuß Holzkohle
als Reduktionsmittel angewendet wird, man die Reduktion durchführen kann, ohne daß
der Koks in nennenswertem Grade an der Reduktion teilnimmt. Der Koks geht nahezu
unverbrannt durch den Ofen, und die Reduktion ist also in Wirklichkeit mit Holzkohle
ausgeführt worden. Wenn die Holzkohlenmenge so abgepaßt wird, daß sie zur Durchführung
der Reduktion ausreicht, aber nicht in nennenswertem Überschuß vorkommt, erhält
man ein Widerstandsmaterial, das bei Beginn der Reduktion aus Koks und Holzkohle
und am Schluß praktisch nur aus Koks besteht, wenn man von dem Erz bzw. dem gebildeten
Metall absieht. Man erhält auf solche Art vorteilhafte Stromverhältnisse im Ofen.
Aber gleichzeitig erreicht man, daß der Prozeß auf Grund der Anwesenheit der Holzkohle
bei relativ niedriger Temperatur ausgeführt werden kann und weiter ein schwefelfreies
Produkt, da kein schwefelabgebender Koks an der Reaktion beteiligt war.
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Eine weitere Verbesserung der Verhältnisse kann durch zweckmäßige
Auswahl der Korngröße bei den beiden Kohlenmaterialien erzielt werden. Je feiner
das Material ist, desto schneller muß die Reaktion erfolgen. Die Holzkohlen müssen
daher fein pulverisiert sein, während Koks zweckmäßig in großen Körnern vorkommen
kann, wodurch seine Berührungsfläche mit dem Gas relativ klein wird.
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Das Verfahren ist indessen nicht auf die beiden Materialien Holzkohle
und Koks beschränkt. Das Material, das hauptsächlich als widerstandsregulierend
dienen soll und das demnach nicht in höherem Grade verbraucht wird, kann z. B. auch
aus Anthrazit, Graphit, gequetschten Kohlenelektrodenresten und anderen Kohlensorten
bestehen. Es ist nicht einmal nötig, daß es von Kohle ist. Gewisse Metalle und Legierungen,
Karbide (wie Karborundum) und andere Stoffe, die passenden Widerstand besitzen,
aber nicht unvorteilhaft an der Reaktion teilnehmen, können denselben Zweck erfüllen.
Auch die Holzkohle kann natürlich gegen ein anderes geeignetes schwefelfreies Kohlenmaterial
ausgetauscht werden.
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Nach dem hier beschriebenen Verfahren kann man auch bei Anwendung
eines gewissen Prozentsatzes schwefelhaltiger Kohlensorten in der Beschickung ein
schwefelfreies Produkt erhalten. Es hat sich jedoch bei gewissen Beschickungen,
auch wenn die Reduktion in -der Hauptsache mit Holzkohle ausgeführt wird,
vorteilhaft erwiesen, derselben auch Kalk zuzuführen, wodurch der Schwefelgehalt
im Metall wesentlich heruntergeht. Die Wirkung des Kalkes wird stärker, wenn er
fein pulverisiert ist, er kann aber auch in Form von größeren Körnern oder Stücken
eingesetzt werden, was seine Abtrennung von der Überschußkohle erleichtern kann,
nachdem er auf Grund der Schwefelaufnahme verbraucht worden ist.