DE583209C

DE583209C - Verfahren und Vorrichtung zur direkten Eisengewinnung

Info

Publication number: DE583209C
Application number: DEE40142D
Authority: DE
Original assignee: ALFRED ROEMELT; WALTER NAGEL DIPL ING
Current assignee: ALFRED ROEMELT; WALTER NAGEL DIPL ING
Priority date: 1929-11-13
Filing date: 1929-11-13
Publication date: 1933-08-30

Description

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. -

Claims

PATENTANSPRÜCHE:" r. Verfahren zur direkten Eisengewinnung aus Erzen, bei dem das Erz gegebenenfalls 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 wird, dadurch gekennzeichnet, daß das am unteren Ende der Reaktionskammer eingetragene Gut zunächst entgegengesetzt zu dem am oberen Ende eintretenden Gasstrom durch die Reaktionskammer geführt wird und sodann in umgekehrter Richtung in Mischung mit den heißen Gasen die Kammer durchzieht.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß sich unterhalb der kegel- oder zylinderförmigen Brennkammer (a) der Reaktionsraum (c) befindet, der durch einen axialen, die Brennkammer (a) nach unten abschließenden Kegel (f) als Ringraum ausgebildet ist, in welchen die Düsen (d) für den Eintrag der Reduktionsstoffe tangential einmünden und an den sich der Ringkanal (e) anschließt, von welchem aus der Austritt der Gase und der festen Stoffe erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt der zu behandelnden Erze nach verschieden großen Böschungswinkeln ausgebildet ist.