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Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion- von Eisenerzen Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anlage zur Reduktion von Eisenerzen in
Gegenwart von Kohlenwasserstoffen. Der Zweck der Erfindung besteht nicht nur darin,
die Reduktion schneller als bei den be kannten Verfahren, sondern auch wirtschaftlicher,
namentlich in *ärmetechnischer Hinsicht, vorzunehmen. Auch wird eine Oxydation der
Metallschwammteilchen sofort nach ihrer Erzeugung in wirksamer Weise verhindert.
Um dieses zu erreichen, wird gemäß der Erfindung das Erz sofort nach seiner Reduktion
mit einem Ölüberzug versehen, indem es beispielsweise in flüssige Kohlenwasserstoffe
eingebracht und dadurch abgekühlt wird. Dabei wird die Temperatur des in das Ölbad
eintretenden Eisenschwammes derart geregelt, daß sich die leichteren flüchtigen
Teile des Öles abscheiden. und bei dem Durchgang durch die Reduktionskammern infolge
der Berührung mit dem heißen Reduktionsgut gespalten werden.
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Die Anlage zur Ausführung des Verfahrens besteht aus einer senkrecht
stehenden Reduktionskammer, welche, wie an sich bekannt, von waagerechten Heizrohren
durchzogen wird, während am Boden der Reduktionskammer ein Ölbad angeordnet ist,
in welches das reduzierte Gut in heißem Zustand hineinfällt. Im oberen Teil der
Reduktionskammer sind mehrere in an sich bekannter Weise mit Öffnungen in ihren
Wandungen versehene Rohre angeordnet, welche zum Abführen der aus dem Ölbad sich
abscheidenden Dämpfe dienen. Diese Dämpfe können entweder zu einem Kondensator oder
auch zu anderen Behandlungsstellen weitergeleitet werden, um zunächst die Kohlenwasserstoffgase
von den etwaigen aus dem Reduktionsmittel abgesonderten Gasen zu trennen.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage der Erfindung
dargestellt, in denen Abb. i teilweise ein; senkrechter Schnitt und eine teilweise
Seitenansicht einer solche Anlage und Abb. 2 ein Längsmittelschnitt näch 2-2 der
Abb. F ist.
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Die Anlage io umfaßt eine im wesentlichen senkrechte Reduktionskammer
12 mit den Seitenwänden 1q. und Endwänden 16. Quer durch die Kammer 12 erstrecken
sich Sätze von Röhren 18, die an ihren Enden offen sind und in Abteile 2o hineinragen.
Diese Abteile haben als innere Begrenzungswände die Seitenwände 1q, der Kammer i2
und außerdem äußere Begrenzungswände 22. Diese Kammern dienen zur Aufnahme von Heizgasen,
welche
durch die Brenner 24 am unteren Ende der ganzen Reihe von Kammern 2o entwickelt
werden. Wie in Abb. 2 angedeutet, sind die Kammern oder Abteile 2o versetzt zueinander
verlegt, und zwar derart, daß die Heizgase gezwungen werden, in einem vielfach gewundenen
Pfad von unten nach oben und quer durch den Kessel oder Ofen 12 hindurchzuziehen.
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Die Sätze von O_uerröhren 18 dienen als Heizvorrichtung für den Kessel.
An ihrem oberen Ende stehen die Abteile 2o durch Sammelröhren 26 und ein Gebläse
28 mit Zügen 3o bzw. mit anderen Umlaufzügen 32 in Verbindung, durch welche entweder
ein Teil dieser Gase noch einmal durch die ganze Reihe von Abteilen 2o und Röhren
18 geschickt werden oder aber aus der Anlage entfernt werden kann, damit' die Temperatur
im Innern der Kammer 12 genau geregelt werden kann und namentlich damit in verschiedenen
Zonen der Kammer verschiedene Temperaturen aufrechterhalten werden können. Aus den
Sammelröhren 26 können die Gase auch zu einer nicht dargestellten, nach außen führenden
Leitung geschafft werden, um aus der Anlage entfernt zu werden. Die Anordnung des
Gebläses 28 und Zuges 3o, die in Abb. i rechts gezeigt ist, kann natürlich auch
links wiederholt werden, wenn dies g& wünscht wird.
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In der Kammer 12 befinden 'sich mehrere Sätze von Röhren 34, 36, 38,
4o in Übereinanderlagerung und erstrecken sich quer zu den Röhren 8o. Die Anzahl
dieser Sätze von Röhren 34 bis 4o kann beliebig geändert werden. Es sollten jedoch
mindestens zwei solcher Sätze vorhanden sein. Der oberste Röhrensatz 34 steht nach
Abb. 2 mit einer Saugpumpe 42 in Verbindung, um Luft herauszunehmen, die zufällig
oder unvermeidlich beim Beschickungsvorgang in die Kammer eintritt. Die anderen
Gruppen von solchen waagerechten Röhren sind an eine Leitung 44 angeschlossen, die
ihrerseits zu dem bei 46 angedeuteten Kondensator führt. Alle Röhren in diesen Sätzen
haben Bohrungen 48. längs einer Mantellinie, um die Gase und Dämpfe aus der Kammer
12 eintreten zu lassen.
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Am oberen Teil der Anlage ist ein Zufuhrtrichter 50 und eine
aus zwei Schieberklappen bestehende Abschlußvorrichtung 52 angeordnet. Statt dieser
Abschlußvorrichtung kann jedoch auch eine andere Vorrichtung verwendet werden, um
den Zutritt von Luft unmöglich zu machen.
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Am Boden der Kammer befindet sich ein Behälter 54, in welchen durch
die Leitung 56 Öl eingepumpt wird und an dessen Boden mehrere Förderschnecken 58
angeordnet sind, deren Flügel so verstellt sind, daß -sie das reduzierte Gut--gegen
die Mitte hin zu einem Doppeltrog 6o schaffen, aus welchem es durch eine Förderschnecke
62 allmählich in die gleichfalls mit 01 gefüllte Grube 64 ,gebracht wird.
Der Antrieb dieser verschiedenen Förderschnecken erfolgt durch den Motor 6.6.
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Um Eisenerz zu reduzieren, muß es in an sich bekannter Weise in Gegenwart
von Kohlenstoff behandelt werden. Ehe das Erz in die Anlage eingebracht wird, wird
es nach entsprechender Zerkleinerung im Stampfwerk mit einem beliebigen festen,
kohlenstoffhaltigen Stoff gemischt. Vorzugsweise wird fein verteilte, gestampfte
Weichkohle verwendet, welche leicht oder schwer verkokbar sein kann. Letzteres wird
vorgezogen. Wird eine leicht kokbare Kohle genommen, 'so muß die Reduktion so durchgeführt
werden, daß die Verkokungseigenschaften aufgehoben werden, ehe noch die Schmelz-
oder Verkokungstemperatur erreicht ist. Der Zusatz von Kohle schwankt natürlich
je nach der Eigenschaft des Erzes. Im allgemeinen kann angenommen werden, daß man
auf jede Tonne Eisenerz eine halbe Tonne Kohle zugibt.
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Nach Zusammenmischung von Kohle und Erz wird die Beschickung dem Trichter
5o zugebracht und tritt durch ihn. nach Öffnung der Klappen 52 in die Kammer 12
über. Die aus den Brennern 24 erzeugten Gase erhitzen die Röhren 18 in solch hohem
Maße, daß das Eisenerz in der Kammer i2 in Gegenwart des Kohlenstoffes reduziert
wird. Dabei schreitet die Beschickung in der Kammer 12 langsam nach unten weiter
und wird immer heißer. Die Wanderung der Masse und die Tempera= turen müssen so
geregelt werden, daß- das Eisenoxyd vollständig zu Eisenschwamm reduziert 'ist,
wenn es an der untersten Reihe der Röhren 18 angelangt ist.
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Die heißen Schwammteilchen fallen nun unmittelbar in das Ölbad'54,
wobei das Gut sofort gekühlt wird und einen großen Teil seiner Hitze an das Öl abgibt.
Dadurch wird ein Teil des Öles verflüchtigt und gespalten. Die flüchtigen Bestandteile
ziehen nun durch die Kammer 12 nach oben und kommen dabei mit den Röhren e8 in Berührung.
Gleichzeitig kommen sie aber auch in Berührung mit dem heißen reduzierten Gut und
mit der darüberliegenden Mischung von Erz und Kohle.
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Diese Mischung und noch mehr das reduzierte Erz unter ihr hat eine
schwammige Zusammensetzung und bietet also den nach oben ziehenden Öldämpfen große
Oberflächen dar. Infolge dieser Oberflächenvergrößerung an heißen Teilen werden
die Öldämpfe gespalten, und es bilden sich Fraktionen, die zur Erzeugung von Benzin
und Fraktionen ähnlicher Zusammensetzung führen. Die gespaltenen
und
teilweise gespaltenen Dämpfe strömen durch die Röhren 36 bis 40 ab undiehen zu dem
Kondensator 46, wo sie wieder verflüssigt werden, um nachdestilliert oder sonstwie
behandelt zu werden. Der oberste Röhrensatz 34 dient, wie bereits erwähnt, hauptsächlich
zur Entfernung von Luft aus der Anlage.
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Die Beimischung von Kohlenklein zum Erz ist nicht unbedingt notwendig.
Die Gase entstehen auch beim Einfallen des Erzes in das Ölbad und werden bei ihrer
Wanderung nach oben durch Berührung mit dem heißen Rohre 18 und dem nach unten gehenden
heißen Erz gespalten. Durch den irf den Dämpfen vorhandenen Kohlenstoff findet dann
ebenfalls die Reduktion des Erzes statt.
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Wenn Eisenerz mit festen, kohlenstoffhaltigen Stoffen reduziert wird,
so sind die dabei entstandenen Gase hauptsächlich- Kohlenmonoxyd und zu einem kleineren
Betrag auch Kohlendioxyd. Diese Gase können natürlich als Brennstoff verwendet -
werden und sollen zu diesem Zweck wiedergewonnen werden. Anstatt sie nun aus dem
Ofen zu entfernen und in einem Kondensator 46 zusammen mit den gespaltenen öldämpfen
zu behandeln, kann man den größeren Teil dieser Gase abscheiden, indem man sie durch
die Rohre 36 und 38 besonders entfernt. Die Mischung dieser Gase mit den Oldäinpfen
würde die Erzeugung von wertvollen Kohlenwasserstoffprodukten aus den Oldämpfen
sehr erschweren. Die gespaltenen Oldämpfe werden fast in ihrer Gesamtheit aus der
untersten Röhrengruppe 40 entfernt, wobei wohl auch etwas von den beständigen Gasen
mitgenommen wird, und diese Mischung von Öldämpfen und Gasen geht zum Kondensator
46 zur Wiedergewinnung der Kohlenwasserstofffraktionen.
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Nach Abb. 2 gehen von der Leitung 44 die Zweige 70 und 72 aus,
die es möglich machen, einen größeren Teil der beständigen Gase, die im Oberteil
des Ofens entstehen, von den gespaltenen Öldämpfen abzusondern oder aber alle gashaltigen
Bestandteile mit den Dämpfen zum Kondensator zu fördern. Die Ventile 74 in den Zweigen
70 und 72 sowie die in der Leitung angeordneten Ventile 78 und 8o gestatten
die Regelung der Beträge von beständigere Gasen im Verhältnis zu den gespaltenen
Dämpfen, um dadurch eine Veränderung der in den Kondensator eintretenden Mischung
von Gasen und Dämpfen herbeizuführen.
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Wird Weichkohle als Reduktionsmittel mit dem Erz gemischt, so findet
die Destillation der leichter flüchtigen Bestandteile in der obersten Zone der Kammer
12 statt. Die aus solcher Kohle entwickelten Gase können jedoch vorteilhaft zum
Kondensator 46 gefördert werden, um kondensierbare Fraktionen darin weiter zu behandeln.
Benützt man jedoch statt der' Weichkohle Koks oder eine Kohle mit wenig flüchtigen
Bestandteilen, so empfiehlt es - sich, die beständigen Gase, die durch die Benutzung
solcher Kohlensorten frei werden, gesondert von den gespaltenen Öldämpfen aufzufangen
und sie nicht in den Kondensator eintreten zu lassen.
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Nach der Einbringung des reduzierten Erzes in das Öl und nach Bewegung
der Masse am Boden der Kammer durch die Förderschnecken 58 und 62 - zur Grube 64
kann die endgültige Entfernung aus der ganzen Anlage in beliebiger Weise vorgenommen
werden. In Abb. r dient dazu ein Förderriemen 68- beliebiger Art.
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Das reduzierte Gut erhält in dem Ölbad einen Überzug aus Öl. Dadurch
wird eine Wiederoxydation ganz unmöglich. Wenn das Öl genügend zähflüssig ist, kann
es ohne weiteres als Bindemittel benutzt werden, um die, Schwammteilchen fest miteinander
zu vereinigen, ehe weitere Schmelzarbeiten vorgenommen werden. Ob nun dieses Öl
als Bindemittel dient oder nicht, es wird auf jeden Fall einen Brennstoff darstellen,
der die nachfolgenden Bearbeitungsschritte des Schwamms günstig beeinflußt. Ein
weiterer günstiger Einfluß ist darin zu sehen, daß durch den Überzug die Wiederaufnahme
von Sauerstoff aus der Luft unmöglich gemacht wird. Die flüchtigen Bestandteile
des Oles ziehen nach aufwärts durch die Kammer 12 und werden in Berührung mit den
heißen Röhren 18 gespalten. Dabei besteht natürlich das Bestreben der Ablagerung
von Kohlenstoff auf den Röhren. Diese Ablagerung wird jedoch vollständig dadurch
verhindert. daß die Beschickung aus Erz und Brennstoff beständig unter ihrem eigenen
Gewicht nach abwärts wandert und dabei die Röhren auf der Außenseite säubert, so
daß diese Röhren und auch die Röhren 34 bis 4o auf der Außenseite vollständig frei
von Kohlenstoff sind. Diese Säuberung ist auch für die Übertragung von Wärme an
die Beschickung vorteilhaft, so daß eine mehr oder weniger häufige Unterbrechung
des Betriebes zur Reinigung der Röhren auf der Außenseite nicht notwendig wird.
Dadurch, daß die Heizröhren und andere Metallflächen der ganzen Kammer frei von
Kohlenstoff bleiben, wird auch die für die Spaltung wichtige katalytische Wirkung
auf einen Höchstwert gebracht, welche eintritt, wenn Kohlenwasserstoffdämpfe mit
erhitzten Metallflächen bei Spaltungstemperatur in Berührung geraten.
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Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es wegen der Ersparnis
an Brennstoff
wirtschaftlich günstig ist, und daß die Hitze des
die Reduktionszone verlassenden" Eisenschwamms zur Durchführung der Destillation
und Spaltung der Kohlenwasserstoffe ausgenützt wird.