-
Verfahren und Vorrichtung zur direkten Eisengewinnung Die Nutzbarmachung
von staubförmigem Gut, das in Aufbereitungsanlagen, bei chemischen Prozessen oder
sonstwie anfällt, ist verschiedentlich immer noch mit großen Schwierigkeiten verknüpft.
Selbst die Verarbeitung von bewußt staubförmig zerkleinertem Gut, wie beispielsweise
das Brennen von Zement, erfordert heute noch Vorrichtungen, im Vergleich zu deren
Größe die Leistung nur sehr gering ist. Die Schwierigkeiten liegen einmal in der
Begrenzung der Reaktionszonen und deren genauer Anpassung an die bestimmte Reaktionsart,
und ferner in der innigen Durchmischung der aufeinander wirkenden Komponenten in
den einzelnen Zonen.
-
Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen die Verbrennungsgase
einer Kohlenstaubflamme entgegengesetzt zu dem Reaktionsgut, das gegebenenfalls
durch tangentiale Düsen eingetragen. wird, geführt werden. Eine genügende Vorwärmung
ist hierbei vielfach nicht gegeben, was zu Anständen führt, falls zur Durchführung
des Verfahrens hohe Temperaturen erforderlich sind.
-
Auch wurde schon vorgeschlagen, das staubförmige Reaktionsgut in gleicher
Richtung mit der Kohlenstaubflamme einzublasen. Hier besteht jedoch leicht die Möglichkeit,
daß die Kohlenstaubflamme durch das Reaktionsgut so weit abgekühlt wird, daß sie
erlischt.
-
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung. Das Verfahren besteht darin,
daß das am Aufgabeende der Reaktionskammer eingetragene Gut zunächst entgegengesetzt
zu dem am anderen Ende der Kammer eintretenden Gasstrom durch die Reaktionskammer
geführt wird und sodann in umgekehrter Richtung in Mischung mit den heißen Gasen
die Kammer durchzieht. Die Erze können hierbei in bekannter Weise mit Kohlenstaub
vermengt oder auch in Mischung mit Zuschlägen, die nicht nur ein Schmelzen der Schlacke
bewirken, sondern auch den Schwefel und die Phosphorsäure binden, eingeblasen werden.
-
Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß das Gut beim ersten
Durchgang durch die Reaktionskammer genügend vor-' gewärmt wird, sodann von den
heißen Gasen durch Wirbelbildung erfaßt und mit diesen zusammen nochmals die Reaktionskammer
durchzieht, so daß für die Durchführung der Reaktion genügend Zeit bei Aufrechterhaltung
der erforderlichen Temperatur gegeben ist. Ferner wirkt sich die Trennung der Reaktionskammer
von der Verbrennungskammer günstig aus. Die Kohlenstaubflamme kann sich frei entwickeln
und wird durch die Vorwärmung oder Reaktion des Gutes nicht betroffen, so daß ein
ungestörter Betrieb ermöglicht wird.
-
Bei der direkten Eisengewinnung aus beispielsweise staubförmigen Eisenerzen
wird in einer oberen Verbrennungskammer durch eine Kohlenstaubfeuerung eine Temperatur
von ungefähr 170o° C abs. erzeugt, die etwas über den Reduktionstemperaturen von
CO= und Fe,03 liegt. Die Verbrennungskammer ist daher geräumig gehalten und nötigenfalls
ganz oder teilweise mit wärmespeicherndem
Futter versehen, damit
die Kohlenstaubflamme sich genügend entwickeln kann und der eingeblasene Kohlenstaub
fast restlos verbrennt. Unterhalb der Verbrennungskammer liegt, streng gesondert
von dieser, die Reaktionszone; welche als ein kegelförmig abfallender Ringraum die
Fortsetzung der ersteren bildet, damit eine gute Durchmischung der Reaktionskomponenten
und ein entsprechend großer Reaktionsraum gewährleistet werden. In diese wird tangential
ein Gemisch von staubförmigem Eisenerz und Kohlenstaub geblasen, das in schraubenförmiger
Bewegung entgegengesetzt den abfallenden heißen Verbrennungsgasen hochsteigt. Für
die direkte Herstellung einer Sonderstahlsorte wird man zweckmäßig mit der Erzmischung
gleichzeitig auch die Legierungselemente miteinblasen.
-
Bei der schraubenförmigen Aufwärtsbewegung wird das Gut teils durch
Wärmestrahlung aus der Verbrennungskammer heraus, teils durch die Berührung mit
dem entgegengesetzt fließenden, heißen Gasstrome so weit erwärmt, daß es die zur
Reduktion erforderliche Temperatur von Moo bis 170o° C abs. erreicht. An der Grenze
zwischen Verbrennungskammer und Reduktionsraum kommt es einmal durch die Kohlenstaubflamme
selbst und ferner durch das ständige Abströmen der heißen Verbrennungsgase zu Wirbelbildungen,
die eine gute Durchmischung der heißen Verbrennungsgase und des eingeblasenen Gutes
bedingen, worauf dann letzteres in der Bewegungsrichtung umkehrt und den Reaktionsraum
bei der erforderlichen Reaktionstemperatur zusammen mit den Verbrennungsgasen noch
einmal .durchwandert. Hierbei erfolgen zwei voneinander getrennte Reaktionen. Einmal
wird das in den Verbrenmingsgasen enthaltene Kohlendioxyd durch den eingeblasenen
Kohlenstaub zu Kohlenoxyd umgewandelt. Bei der vorerwähnten Temperatur ist für diese
Reaktion das chemische Gleichgewicht gegeben, so daß theoretisch alles Kohlendioxyd
reduziert wird. Parallel mit dieser Reaktion geht die Reduktion des Eisenerzes,
indem das Kohlenoxyd dem oxydischen Eisenerz nach der Gleichung Fe203 +3C0 z Fe
-f- 3C02 den Sauerstoff entzieht, so daß metallisches Eisen entsteht. Gase und feste
Stoffe werden unterhalb des Reaktionsraumes abgezogen.
-
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der beili,eZenden
Zeichnung beispielsweise durch Abb. i (Längsschnitt) und Abb. a (Querschnitt) dargestellt.
-
Die Verbrennungskammer a für das aus dem Brenner b austretende Kohlenstaub-Luft-Gemisch
ist streng gesondert von der Reaktionskammer c. In letztere wird das staubförmige,
mit Kohlenstaub und gegebenenfalls auch mit bestimmten Zuschlägen gemischte Eisenerz
durch die Düsen d tangential eingeblasen und bewegt sich in Schraubenlinien in Richtung
der Verbrennungskammer a, wobei es einmal durch die Strahlungswärme der Kohlenstaubflamme
und ferner durch die Berührung mit den abfallenden heißen Gasen bis auf die Temperatur,
die zur Reduktion des Kohlenoxyds und Eisenerzes notwendig ist, erwärmt wird, um
dann durch die an der Grenze zwischen Verbrennungskammer a und Reduktionszone c
entstehenden Wirbeln mit den heißen Verbrennungsgasen durchmischt zu werden und
mit diesen zusammen die Reduktionszone zu durchziehen. Bei dieser Abwärtsbewegung
erfolgen die vorstehend angeführten chemischen Umsetzungen. Gase wie feste Stoffe
werden in dem Ringraum e gesammelt und hier abgezogen. Erfindungsgemäß kann das
Eisen aber auch in einer Wanne gesammelt werden, um es gleich anschließend der Weiterbehandlung
auf die gewünschte Eisensorte unterwerfen zu können.
-
Man kann auch zwei nebeneinanderliegende Ringräume vorsehen. In diesem
Falle fließen Eisen und Schlacke zusammen zunächst in den ersten Ringraum, von welchem
die Schlacke in den zweiten überläuft und hier abgezogen wird. Das Eisen hingegen
wird aus dem ersten Ringraum ausgetragen.
-
Besondere Bedeutung besitzt der Kegel f, der sowohl den Verbrennungsraum
d nach unten abschließt, als auch die Form der Reduktionskammer c bedingt, die insofern
wichtig ist, als die Reaktionskomponenten auf einen verhältnismäßig schmalen Ringraum
zusammengedrängt werden, so daß ihre gute Durchmischung und innige Berührung gewährleistet
werden.
-
In manchen Fällen wird es zweckmäßig sein, die Böschung des Kegels
in verschiedener Höhe mehr oder weniger steil zu halten, um auf diese Weise die
sich bildenden flüssigen Stoffe in ihrem Abwärtsgleiten an der Kegelfläche zu beeinflussen.
-
Die Ausfütterung der einzelnen Zonen kann man mit Stoffen von verschiedener
Leitfähigkeit sowie basischer oder saurer Art vornehmen, so daß die Reaktionstemperaturen
und -bedingungen den einzelnen zu behandelnden Stoffen weitestgehend angepaßt werden
können.
-
Selbstredend kann die Verbrennungskammer statt der gezeigten Kegelform
auch zylindrisch ausgestaltet sein. Ebenso fällt in den Erfindungsbereich jede andere
Form der Reaktionszone.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die direkte Eisengewinnung
aus den Erzen
beschränkt, sondern kann auch zum Brennen von Zement,
zur Vergasung staubförmiger, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, Erzröstung u. dgl.
verwendet werden. Die Grundzüge bleiben stets dieselben, nur wird man bei der Röstung
stark sulfidischer Erze in der Verbrennungskammer noch besondere Düsen anbringen,
welche die zur Verbrennung des Schwefels erforderliche Zusatzluft einströmen lassen.
Ebenso wird man auch den Austrag auf die anfallenden festen Stoffe abstimmen. So
wird es vielfach empfehlenswert sein, sie durch Tellerapparate auszutragen. -