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Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Metallschwanun, - insbesondere
Eisenschwamm Es ist bekannt, eisenhaltige Stoffe, z. B. Konzentrate, im Drehofenbetrieb
auf Schwamm zu verarbeiten, indem man zur Reduktion feste Reduktionsstoffe, z. B.
Brennstoff, zuschlägt und die im Ofen sich bildenden Reduktionsgase, z. B. C0, oberhalb
der Beschickung in oxydierender Ofenatmosphäre verbrennt. Diese bekannten Verfahren
können so gestaltet werden, daß die bei Verbrennung der Reduktionsgase entwickelte
Wärmemenge zusammen mit der Wärme aus der unmittelbaren, oberflächlichen Verbrennung
des Brennstoffes in der Beschickung genügt, um den gesamten Wärmebedarf des Verfahrens
zu decken, so daß eine Zusatzheizung durch eine Flamme nur in kleinem Maße oder
nur zeitweise erforderlich ist. Die Schwierigkeiten des Verfahrens, die trotzdem
seine Einführung im Großbetriebe bisher unmöglich machten, werden dadurch hervorgerufen,
daß im letzten Teil des Ofens in der Nähe seines Austragendes eine Wiederoxydation
des Eisenschwammes an der Oberfläche der Beschickung einsetzt; und daß auch der
aus dem Ofen ausgetragene Eisenschwamm noch so hohe Temperaturen aufweist, daß das
Eisen in ihm zum Teil nachträglich bei Zutritt von Luft wieder oxydiert.
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Es ist ferner ein Verfahren zur unmittelbaren Erzeugung von Metall,
besonders Eisenschwamm, aus Erzen vorgeschlagen worden, das in einem aus drei Abteilungen
bestehenden Drehrohrofen ausgeübt wird. Diese drei Abteilungen bestehen aus einer
Vorwärm-, einer Reduktions- und einer Kühlzone. In der Kühlzone soll das aus der
Reduktionszone kommende Gut seine Eigenwärme an Kohle -oder einen anderen Brennstoff,
der dadurch gleichzeitig verschwelt wird, abgeben, ohne daß zwischen den beiden
Stoffen eine unmittelbare Berührung stattfindet. Gegenüber dieser bekannten, schwierigen
und teueren Drehofeneinrichtung besteht die Erfindung darin, daß ein Drehofen verwendet
wird mit einem Kühlraum, der um den äußeren Ofenmantel gelegt ist, wobei an sich
bekannte Mittel vorgesehen sind, um den Eintritt von oxydierenden Gasen in den Kühlraum
zu verhindern. Zwischen Reduktions-und Kühlraum kann innerhalb der Drehtrommel noch
eine Muffel angeordnet werden, die auch als Rohrspirale ausgebildet sein kann.
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Es ist an sich bekannt, einen Drehofen so mit Einbauten zu versehen,
daß in der Muffel zwei oder mehrere voneinander getrennte Kammern entstehen, durch
die unabhängig voneinander verschiedene Gutssorten so im Gleichstrom zueinander
hindurchgeführt werden, daß die Wärme des einen Gutes die Anwärmung des anderen
bewirkt. Bei dem Einbau einer Muffel gemäß= der Erfindung handelt es sich nicht
um verschiedenes, sondern um das gleiche Gut, das, nachdem das Verfahren im äußeren
Ofen beendigt ist, in die innere Muffel gelangt und-dort im Gegenstrom zu der Bewegung
im äußeren Ofen zurückgeführt wird.
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Mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung
von Metallschwamm
innerhalb des Drehofens in zwei getrennten Verfahrensstufen
durchgeführt werden. In der einen Stufe erfolgt die Erwärmung und Reduktion in oxydierender
Ofenatmosphäre, die durch Einführung von Luft neben festem oder flüssigem Brennstoff
hergestellt wird; in der anderen Stufe erfolgt die Abkühlung des reduzierend vorbehandelten
Gutes in neutraler oder reduzierender Gasatmosphäre. Der um den Mantel des Drehofens
gelegte Kühlraum kann zur besseren Kühlung von außen berieselt werden. Der Austrag
der abgekühlten Beschickung aus dem Kühlraum wird zweckmäßig unter Gasabschluß vorgenommen,
wobei die Beschickung selbst den Abschluß herstellen kann, indem man z. B. den Inhalt
des Kühlraumes in eine um den Ofen gelegte Rohrspirale befördert, so daß das in
jeder Windung befindliche Gut bei jeder Stellung des Ofens einen ein- oder mehrfachen
Abschluß bewirkt. Anstatt das Gut erst in den Kühlraum und dann in eine Rohrspirale
einzuführen, kann man auch den Kühlraum als Rohrspirale ausbilden, wodurch eine
verstärkte Kühlung und ein verstärkter Gasabschluß erreicht werden. Beim Eintritt
der warmen Beschickung in den ersten Teil des Kühlraumes wird anfänglich stets noch
eine weitere Reduktion eintreten und die dabei sich bildenden Reduktionsgase werden,
da sie durch den Austrag des Kühlers nicht entweichen können, in den Ofen zurückgehen
und dadurch den Eintritt der oxydierenden Ofengase in den Kühlraum verhindern.
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Wenn, was in vielen Fällen vorteilhaft ist, der erste Teil des Kühlraumes
als Muffel ausgebildet wird, so findet in dieser unter Abschluß von den oxydierenden
Ofengasen eine Vervollständigung der Reduktion statt, wobei die Muffel durch die
Ofengase und die Verbrennung der im Ofen gebildeten Reduktionsgase mittelbar erhitzt
wird. Diese Muffel, wird zweckmäßig aus einem oder mehreren Rohrzügen gebildet,
die in der Drehachse des Drehofens oder parallel zu ihr angeordnet sind und in denen
das Guf entgegengesetzt zur Wanderrichtung im Ofen geführt wird. Dadurch erreicht
man, daß der Teil der Muffel, in dem die Ergänzung der Reduktion stattfindet, in
der Hauptreaktionszone des äußeren Ofens liegt, während der zweite Teil der Muffel,
wo eine Vorkühlung erfolgen soll, in der Vorwärmezone liegt, so daß die in der fertig
reduzierten Beschickung vorhandene Wärme zur Vorwärmung der Rohgutbeschickung im
Ofen ausgenutzt wird, an die Muffel also Wärme abgeben kann. Die Muffel kann auch
aus Rohrspiralen bestehen, die innerhalb des Ofens verlegt sind, . oder der Ofenraum
kann der Länge nach durch eine Längswand geteilt werden, wobei das Gut in dem zweckmäßig
an Rauminhalt größeren Teil des Ofens in oxydierender Atmosphäre vorreduziert wird
und dann anschließend in den zweiten kleineren Teil von geringerem Querschnitt und
Rauminhalt zurückgeführt wird. Zur Zurückführung des Gutes in den Rohrzügen bzw.
im Ofenabschnitt können Fördermittel, z. B. Schneckengänge, eingebaut sein. Von
der Muffel aus, deren zweite Hälfte gegebenenfalls schon zur Vorkühlung dient, gelangt
das Gut in den vorstehend beschriebenen Kühlraum. Die in der Muffel noch in größeren
Mengen gebildeten Reduktionsgase tragen durch Gasreduktion zur Vervollständigung
der Eisenschwammbildung bei und treten, da sie durch den Kühlraum nicht oder nur
in geringem Maße entweichen können, in den Ofenraum aus und verbrennen hier in der
oxydierenden Ofenatmosphäre. In Sonderfällen kann es auch zweckmäßig sein, zur Vervollständigung
der Reduktion in die Muffel anderweitig erzeugte reduzierende Gase einzuführen,
wobei der Überschuß dieser Gase ebenfalls in den Ofen austritt. Falls man diese
Reduktionsgase nicht an einer Stelle, z. B. der Eintragsöffnung für das Gut, allein
austreten lassen will, kann man an der Muffel innerhalb des Ofens mehrere Gasaustritte
Vorsehen, so daß die Verbrennung an verschiedenen Stellen und unter besserer Ausnutzung
der in den Muffelgasen enthaltenen Wärme erfolgt.
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In der Zeichnung sind zwei für die Ausführung des Verfahrens geeignete
Ofenanlagen als Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung veranschaulicht.
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In Abb. z ist das Austragende des Drehofens x dargestellt, der bei
2 einen Stauring trägt. Durch die lichte Öffnung 2' des Stauringes hindurch wird
in Pfeilrichtung x Luft mittels der Düse 3 und erforderlichenfalls auch Brennstoff
zur Aufrechterhaltung des Betriebes eingeleitet. Die im Ofen in Pfeilrichtung y
wandernde Beschickung tritt am Ofenende durch die Öffnung q. in den Ringraum 5 und
von diesem bei 6 in die Spirale 7, in die gegebenenfalls zum luftdichten Abschluß
Ventile eingebaut werden können. Die Ventile können abwechselnd geöffnet und geschlossen
werden, so daß das Gut unter, luftdichtem Abschluß aus dem Ringraum tierausgeschleust
wird.: Da die Beschickung bei ihrem Eintritt durch den Stutzen q. noch warm genug
ist, um etwas Reduktionsgase zu bilden, füllt sich der Ringraum 5 mit reduzierenden,
zum mindesten aber sauerstofffreien Gasen, in denen die Abkühlung der Beschickung
vor sich geht. Der Ringraum sowie die Spirale können gegebenenfalls durch eine Brause
8 gekühlt werden.
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Abb.2 'stellt das Eintrittsende des Drehofens, Abb. 3 das Austrittsende.
des gleichen Drehofens dar,
Abb. q. einen Querschnitt nach der Linie
A-B der Abb. 2.
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Mit i ist wieder der Drehofen bezeichnet, der waagerecht oder schwach
geneigt angeordnet sein kann. Bei 9 wird die aus dem zu reduzierenden Gut und den
Reduktionsstoffen bestehende Mischung durch ein Einlaufrohr oder eine andere geeignete
Aufgabevorrichtung eingetragen. Der Brenner 3 (Abb. 3) dient zur zeitweisen oder
ständigen Beheizung des Ofenraumes. An dieser Stelle tritt außerdem die für die
Verbrennung der Reduktionsgase erforderliche Luft in Pfeilrichtung x' ein. Mit io
ist gine Muffel bezeichnet, die aus einer besonderen Eisenlegierung oder einem anderen
hitzebeständigen Werkstoff, z. B. Siliciumcarbid, Graphit u. dgl., besteht. Die
im Ofen in Pfeilrichtung y wandernde, schon weitgehend reduzierte Beschickung tritt
mittels Schaufeln oder einer anderen Hebevorrichtung ix in die Muffel io ein und
wird in dieser in Pfeilrichtung z, z. B. durch einen Schneckengang 12, bis zum Auslaß
13 befördert. Die Muffel ist in beliebiger Weise mit dem Ofen fest verbunden, z.
B. durch im Stern angeordnete Mauerpfeiler 1q.. Das im Ofen schon weitgehend reduzierte
Gut wird im ersten Teil der Muffel io, die durch die Verbrennung der Reduktionsgase
im Drehofen selbst mittelbar beheizt wird, unter reduzierenden Gasbedingungen weiter
reduziert. Die dabei entwickelten Reduktionsgase treten bei ii sowie durch die Stutzen
15 aus. Das Austragende der Muffel liegt in der Vorwärmzone des Ofens, so daß jetzt
umgekehrt Wärme aus der Muffel io in den Ofen i abgegeben wird und dabei eine Vorkühlung
des Gutes in der Muffel bewirkt wird.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Kühlraum eine geschlossene
Rohrspirale 16 verwendet. Diese kann durch eine Brausevorrichtung 8 mit Wasser gekühlt
werden. Bei 17 tritt die abgekühlte Beschickung aus. Die Ausführung des Verfahrens
ist für alle Erze geeignet, die unter entsprechenden Ofenbedingungen die Herstellung
eines metallischen Schwammes gestatten, insbesondere für die Herstellung von Eisenschwamm.
Als Reduktionsmittel kommen in erster Linie, wie an sich bekannt ist, feste oder
flüssige Brennstoffe in Frage, doch lassen sich auch andere Reduktionsstoffe, z.
B. Carbide, verwenden.