DE578795C - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Bloecken aus Eisenschwamm - Google Patents

Description

Die Erfindung bezweckt, Eisenerze, Kiesabbrände, Gichtstaub u. dgl. durch Reduktion und anschließendes Verschweißen des Eisenschwamms unmittelbar in Eisenblöcke überzuführen und dadurch die Erzeugung von Schweißeisen, Flußeisen sowie Stahl durch Beseitigung des Abbrandes und durch Vermeidung von Wärmeverlusten wirtschaftlicher zu gestalten.

Es ist bekannt, aus Eisenerzen u. dgl. Eisenschwamm zu erzeugen und Eisen und Stahl durch Erhitzen des zu Stücken geformten Eisenschwamms unter gleichzeitiger Anwendung von Druck herzustellen.

Diesen bekannten Verfahren ist der Erfolg versagt geblieben,, weil es bei ihrer Ausführung nicht gelungen ist, die Erze vollständig zu. reduzieren und von Sauerstoffverbindungen freie Eisenblöcke zu erzeugen.

Auch gelang es nicht, den Schwefel vollständig aus dem erzeugten Eisenschwamm zu entfernen und letzteren in wirtschaftlicher Weise zu Eisenblöcken zu verarbeiten. Bei den bekannten Verfahren wurde nämlich zunächst Eisenschwamm hergestellt und dieser dann mittels freier Flamme erhitzt und zu Luppen geformt. Da hierbei die Einwirkung von Sauerstoff auf die Eisenteilchen des Schwamms nicht ausgeschlossen werden konnte, ergaben sich große Verluste durch Abbrand, und es entstand ein rotbrüchiges Eisen.

Auch ist ein Verfahren bekanntgeworden, nach welchem eine Mischung von Erz, Reduktionsstoffen und Flußmitteln in einer Retorte erhitzt und reduziert wird. Das reduzierte Gut wird hierauf einer Preßvorrichtung zugeführt und zu Blöcken gepreßt.

Nach diesem Verfahren lassen sich jedoch keine geschweißten Eisenblöcke erzeugen, weil in der reduzierten Masse entweder noch Reduktionsstoffe oder nicht in Metall übergeführte Erze und Flußmittel vorhanden sind. Um aus solchen Preßlingen Eisenblöcke zu erzeugen, müssen aus ihnen in einem weiteren Verfahren die Reste der Reduktionsstoffe, Erze und Flußmittel, beseitigt werden. Dadurch entstehen Wärme- und Metallverluste (Abbrand), die die Ausführung des Verfahrens unwirtschaftlich machen.

Diese Übelstände beseitigt vorliegende Erfindung, nach der die Eisenoxyde zunächst vollständig in poröses Metall (Eisenschwamm) übergeführt werden, aus dem darauf etwa vorhandener Schwefel entfernt wird. Unmittelbar anschließend wird der Eisenschwamm unter Ausschluß der Einwirkung von Sauerstoff zu Blöcken geformt, die, unter Ausnutzung der vorhandenen Wärme, zu Schweiß- oder Flußeisen verarbeitet werden. ■

Auf diese Weise erfolgt die Erzeugung von Schweiß- oder Flußeisen in einem Arbeitsgang . ohne Wärme- und ohne Metallverluste, und es ergibt sich ein hochwirtschaftlicher Fortschritt gegenüber den bisherigen Verfahren, der noch dadurch vermehrt wird, daß die Erfindung ermöglicht, nicht nur große, sondern auch kleine Eisenmengen mit einfachen Vorrichtungen zu erzeugen.

Aus Eisenerzpulver oder einer Mischung von Eisenerzpulver mit einer zur vollständigen Reduktion nicht genügenden Menge Kohlenpulver geformte Stücke (am besten Geröll) werden in an sich bekannter Weise in einem Schacht oder einer Retorte zunächst auf etwa 800 bis 1000 ° C erhitzt. Dann werden bei den aus Erzpulvern geformten Stücken in den Schacht reduzierende Gase, z.B. Koksofengas, so lange zugeleitet, bis ίο fast keine Einwirkung auf die Schachtfüllung mehr erfolgt und das Erz zum größten Teü reduziert ist. Darauf wird, um vollständige Reduktion zu erreichen und um etwa in dem Gute vorhandenen Schwefel zu entfernen, wie an sich ebenfalls bekannt ist, Wasserstoffgas oder Wassergas durchgeleitet und, wenn der Schwefel vollständig entfernt werden soll, das Durchleiten von Wasserstoffgas nach vollendeter Reduktion so lange fortgesetzt, bis ao Schwefelwasserstoff in den aus dem Schacht austretenden Gasen nicht oder fast nicht mehr enthalten ist. Bei der hierbei vor sich gehenden Reaktion wird der Schwefel durch Anlagerung an Wasserstoff, nicht aber durch Zersetzen von Wasserdampf entfernt, wie es nach einem bekannten Verfahren geschehen soll.

Um erfindungsgemäß den Schwefel aus Eisenschwamm zu entfernen, muß der Eisenschwamm aus feinem, zu sehr porösen Stücken geformtem Erzpulver erzeugt und Sinterung des Gutes vermieden werden, damit das zugeleitete, die Poren durchströmende Gas jedes Teilchen erreichen kann. Um das zu ermöglichen, werden die Erzpulver zu Geröll geformt. Die aus einer Mischung von Erz- und Kohlenpulver erzeugten Stücke werden in einem Schacht zunächst so lange auf 800 bis 1000 ° C erhitzt, bis sich fast keine Gase mehr entwickeln. Die zugesetzte Kohle ist dann fast verbrannt und das Erz, der angewandten Kohlenmenge entsprechend, reduziert. Bei diesem Vorgang ist die Entfernung der Kohle in der oberen Schicht weniger vollständig als in der unteren Schicht, weil das aus der unteren Schicht aufsteigende Gas (CO) die oberen Erzteilchen reduziert und die dabei entstehende Kohlensäure, nur unvollständig mit der Kohle reagiert. Aus diesem Grunde erfolgt die Ableitung der Gase wechselnd oben und unten. Sobald die Gasentwickelung aus der ErzKohle-Mischung fast aufgehört hat, wird das Gut in der bei der Verarbeitung von aus Erzpulvern erzeugten Stücken angegebenen Weise weiterbehandelt.

Die Umwandlung des Gutes in Eisenblöcke erfolgt darauf in der Weise, daß das reduzierte Gut in dem mit stark reduzierend wirkendem Gase, z. B. Wasserstoff, gefüllten Schacht so hoch erhitzt wird, daß es erweicht, was bei etwa 1300° C der Fall ist. Beim Erweichen tritt etwa vorhandene Schlacke durch die Poren aus, die Eisenteilchen schweißen aneinander, werden im Schacht durch Druck zu einem Block geformt, und erst dann wird der Block aus dem Schacht entfernt.

Wenn Schweißeisen erzeugt werden soll, wird der aus dem Schacht kommende glühende Eisenblock wie eine Luppe in bekannter Weise weiterverarbeitet.

Soll Flußeisen oder Stahl erzeugt werden, so wird der glühende Block im Martinsofen geschmolzen und in bekannter Weise zu Flußeisen oder Stahl verarbeitet.

Dem Verfahren sind die Einrichtungen zu seiner Durchführung angepaßt. Sie sind auf beiliegender Zeichnung dargestellt. . Abb. ι zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Einrichtung.

Abb. 2 veranschaulicht einen Querschnitt. Der Boden 1 des Schachtes 2 ist so gestaltet und angeordnet, daß er vermittels des Stempels 3 bis zum oberen Rande des Schachtes gehoben werden kann. Über dem Schacht ist ein Deckel 4 angebracht, dessen Kern 5 durch einen Stempel 6 in den Schacht geführt werden kann.

Der Schacht ist mit in den Wänden angeordneten Heizvorrichtungen 7 und mit Öffnungen 8 zum Durchleiten von Gasen und mit einem Ablauf 9 für etwa austretende Schlacke versehen. Die Wände des Schachtes bestehen in üblicher Weise aus feuerfesten Stoffen io, z. B. Schamotte, Graphit, und aus einem Metallmantel 11, an dem Winkel 12 zum Befestigen des Schachtes an einem Gerüst 13 angebracht sind. Lose auf dem Boden liegt ein aus Draht oder gelochtem Blech gebildeter Rost 14, auf dem die Beschickung 15 ruht. Er ist angebracht, um einen Raum für Zu- und Ableitung der Gase zu schaffen und um ein gleichmäßiges Durchstreichen der Gase durch die Beschickung herbeizuführen.

Das Erhitzen des Erzgerölls auf 800 bis 1000⁰C kann dadurch geschehen, daß erhitzte Reduktionsgase (z. B. Gase aus dem Erz-Kohle-Geröll) durch das Geröll geleitet werden sowie durch Erhitzen der Schachtwandungen.

Das Erhitzen der gebildeten porösen Eisenkugeln auf Schweißtemperatur kann durch flammenlose Verbrennung in den Wandkanälen oder durch Elektrizität, z. B. Hochfrequenzströme, geschehen. Durch Hochfrequenzströme kann die Schachtfüllung, da sie aus Eisen besteht, in ihrer ganzen Masse schnell auf bestimmte gleichmäßige Temperatur erhitzt werden. Da es sich nur um eine Steigerung der Temperatur um etwa 300 ° C handelt, ist keine große Elektrizitätsmenge erforderlich.

Der Querschnitt des Schachtes (Reduktionsraum) kann beliebige Form haben. Auch kann der Schacht in der Längsrichtung geteilt sein und aus beweglichen Teilen gebildet werden (Abb. 2), um nach dem Pressen die Schacht-

wandungen von dem Eisenblock zu entfernen, damit er leicht aus dem Schacht gehoben werden kann.

Durch entsprechende Teilung des Schachtes kann auch Druck mittels der Seitenwandungen ausgeübt werden.

Bei der Entfernung des Schwefels aus dem porösen Eisen durch Wasserstoff bildet sich bekanntlich ein Gasgemisch, das aus Wasserstoff

ίο und Schwefelwasserstoff besteht. Um den in diesem Gemisch enthaltenen Wasserstoff nutzbar zu machen, muß der Schwefelwasserstoff entfernt werden. Dies geschieht dadurch, daß das heiß aus dem Schacht strömende Gas durch poröses Metallgeröll, z. B. Kupfer in Form von Geröllkugeln, geleitet und wieder in den Schacht zurückgeführt wird (Umlaufverfahren). Es vollzieht sich dann eine Reaktion, bei welcher der Schwefel an Kupfer gebunden wird.

zo Das entstandene Schwefelkupfer wird in bekannter Weise durch Rösten von Schwefel befreit, durch Reduzieren wieder in poröses Metall umgewandelt und von neuem benutzt.

Sobald der Schwefel hinreichend entfernt ist, wird die Beschickung so hoch erhitzt, daß sie erweicht und zusammenschweißt. Dann wird durch Bewegen der Stempel 3 und 6 das im Schacht enthaltene Gut zu einem Block gepreßt, darauf durch Aufklappen der Schachtwandungen der Block 16 freigemacht und aus dem Schacht entfernt.

Für die neue Beschickung wird der Schacht wiederhergestellt, Stempel 3 in Ruhelage gebracht, ein Rost 14 eingelegt, der Schacht gefüllt und durch den Deckel geschlossen.

Abb. 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem von einer Mischung von aus Erz- und Steinkohlenpulver erzeugtem Geröll ausgegangen wird. Bei der Reduktion reagiert zuerst die zugemischte Kohle; ist diese verbraucht, dann erfolgt vollständige Reduktion durch hochwertiges Reduktionsgas, anschließend gegebenenfalls die Entfernung des Schwefels durch Wasserstoff, darauf Erhitzen zum Erweichen der Füllung und zuletzt das Pressen der Füllung zu einem Block in einem Arbeitsgang.

Die Temperaturkurve (1000° C) zeigt (Abb. 3),

daß bei etwa 700 ° C eine Gasentwicklung beginnt, hervorgerufen durch Einwirkung der Kohle auf die Eisenoxyde. Die Menge der im Verlauf des Verfahrens entstehenden Gase wird durch die Ordinaten (Linie Gasvolumen), die Zeit, in der sie entstehen, durch die Abszissen angezeigt.

Mit der Temperatur steigt die Gasentwicklung, erreicht ein Maximum nach etwa 50 Minuten, nimmt dann ab und hört langsam nach etwa 2 Stunden auf. Der Kohlenstoff wird in Kohlensäure und Kohlenoxyd übergeführt, und den Eisenoxyden wird der Sauerstoff in dem Maße entzogen, wie es die Kurven angeben.

Die Zusammensetzung der entstehenden Gase veranschaulicht die obere Abbildung. Aus ihr ist auch zu erkennen, in welcher Weise die Bildung des Eisens fortschreitet, ferner wie das Eisenoxydul abnimmt und der Kohlenstoff verschwindet.

Es ist ersichtlich, daß mit der Vermehrung der Eisenmenge sich die Zusammensetzung der Gase ändert, entsprechend einem Gleichgewicht zwischen Eisen-Eisenoxydul und Kohlenoxyd-Kohlensäure. Je größer die Eisenmenge wird, um so größer muß die prozentuale Menge Kohlenoxyd sein, wenn weitere Reduktion des Eisenoxyduls erfolgen soll. Vollständige Reduktion kann nur durch kohlensäurefreies Kohlenoxyd erreicht werden. Das ist aber nur möglich, wenn gleichzeitig Kohlenstoff einwirkt, denn Kohlenoxyd allein zerfällt bei wechselnder höherer Temperatur in Kohlensäure und Kohlen- ' stoff.

Diese Reaktion verläuft exotherm und tritt sowohl beim Erhitzen wie auch beim Abkühlen des Gases ein. Es entsteht also schon beim Erhitzen von reinem Kohlenoxyd ein Gemenge von Kohlensäure und Kohlenoxyd, mit dem völlige Reduktion nicht zu erreichen ist, und gerade daran sind alle Verfahren gescheitert, die durch Einwirkung von Kohlenoxyd oder kohlenoxydhaltigen Gasen, z. B. Generator- go und Koksgas, vollständige Reduktion (nur diese ist wirtschaftlich durchführbar) erreichen wollten.

Diese Erkenntnis führte bei vorliegendem Verfahren dazu, mit Kohle bzw. Kohlenoxyd oder CO enthaltenden Gasen (Koks- und Generatorgas) nur so weit zu reduzieren, als dies wirtschaftlich möglich ist, dann die Reduktion mit Hilfe von Wasserstoffgas zu beenden und anschließend das Eisen zu Blöcken zu formen, ohne es mit Sauerstoff in Berührung zu bringen.

Der Verlauf der Reduktion durch Wasserstoff ist ebenfalls aus der Abb. 3 zu erkennen. Es wurden 68 % Eisen durch Kohle und 32 % Eisen durch Wasserstoff erzeugt und die Kohle bis auf 0,1 % verbraucht.

In vorstehend geschilderter Weise vollzieht sich die Erzeugung von Eisenblöcken aus Erz in einem Arbeitsgang ohne Wärmeverluste durch Abkühlen und ohne Eisenverluste durch Oxydation.

Durch Vermeidung dieser Verluste und Aufwendung geringster Arbeitskraft ist das vorliegende Verfahren allen bisherigen Verfahren sowohl wirtschaftlich als auch hinsichtlich der Güte des Erzeugnisses überlegen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur direkten Erzeugung von Eisenschwammblöcken durch Reduktion von pulverförmigen oder geformten Erzen oder

   Erz-Kohle-Gemischen im Schachtofen und Entschwefelung des gebildeten Eisenschwamms, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Arbeitsgange die durch Reduktion entstandenen, sich im Schacht befindlichen glühenden porösen Eisenschwammstücke durch Einleiten von Wasserstoff entschwefelt und nach einer hierauf erfolgenden Temperatursteigerung ebenfalls im Schacht selbst durch Pressen zu einem Block verschweißt werden, der alsdann aus dem Schachtraum entfernt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff im Umlauf durch den vom Schwefel zu. befreienden Eisenschwamm geschickt U und außerhalb des Ofens zwecks Regenerierung durch poröses Metall, z, B. Kupfer, geleitet wird.
3. 3. Vorrichtung nach Art eines Schachtofens mit Außenbeheizung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch gegeneinanderwirkende, oben und unten im Schacht angeordnete Preßstempel (3 und 6).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen gegeneinander beweglich sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen