DE625038C - Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von Roheisen oder Stahl und einer als Zement verwendbaren Schlacke - Google Patents

Description

• Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von Roheisen oder Stahl und einer als Zement verwendbaren Schlacke Es ist schon versucht worden, im Hochofen durch Anreicherung des Windes mit Sauerstoff Eisen gleichzeitig mit einer Schlacke zu erzeugen, welche die Zusammensetzung des Portlandzementes hat. Hierbei treten Betriebsschwierigkeiten u. a. durch Hängen des Ofens ein, deren Ursachen in einem vorzeitigen Ausschmelzen von zähflüssigen Kalksilicaten. irn Schacht zu,suchen sein dürften.
• Um dieses frühzeitige Ausschmelzen zu verhindern, ist auch, schon vorgeschlagen worden, in den Schacht des Hochofens Kühlgase einzublasen. Da das Kühlgas jedoch in der Hauptsache am Rande des Schachtes aufsteigt und nicht in das Innere des Ofens eindringt, lassen sich durch diese Arbeitsweise das Sintern der Beschickung und damit die Hängestörungen nicht mit Sicherheit verhindern. ' Das Verfahren nach der vorliegenden Er= findung vermeidet diese Schwierigkeiten. Es besteht darin, daß bei der gleichzeitigen Erzeugung von Eisen und Pörtlandzement unter Anwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft der Erzreduktionsvorgang und das Schmelzen des reduzierten Erzes und der Schlacke in gesonderten Vorrichtungen durchgeführt werden und daß die Abgase, die beim Schmelzverfahren entstehen, einheitlich und gleichmäßig gekühlt werden, ehe sie dem Reduktionsverfahren zugeführt werden. Auf diese Weise wird es möglich, in der Schmelzvorrichtung die zur Schmelzung einer Portlandzementschlacke notwendige hohe Temperatur einzuhalten, ohne daß gleichzeitig die Beschickung, die von den heißen Abgasen der Schmelzzone erhitzt und reduziert wird, durch, vorzeitiges Ausschmelzen ider Kalksilicate sintert.
• Die Durchführung des Verfahrens wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Der mit Kohle gemischte zerkleinerte Möller wird einer Reduktionsvorrichtung, beispielsweise einem Drehofen, zugeführt und hier im Gegenstrom zu heißen reduzierenden Gasen reduziert. Das reduzierte Gut tritt nach dem Verlassen des Drehofens in eine gesonderte Schmelzvorrichtung, beispielsweise einen Nxederschachtofen, in dem durch Verbrennung der in der Beschickung enthaltenen Kohle mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft die zum Schmelzen. von Eisen und Schlacke und gegebenenfalls zur Beendigung der Reduktion -erforderliche Wärme erzeugt wird. Die heißen reduzierenden Abgase der Schmelzvorrichtung werden über eine Gasmisch- und Kühlkammer zur Erhitzung und Vorreduktion_ der Beschickung in den Drehofen geführt. Die Schmelztemperatur der Schlacke in der Schmelzvorrichtung liegt nun, da es sich um_ Portlandzementschlacke hätldelt'um-z'ründ 2oo° höher als die von .gewöhnlicher Schlacke. Die Verhrennuhgsgase' Ziehen. daher' aus der Schmelzvorrichtung mit einer Temperatur von i Sao bis 1700' ° ab; bei der sie die Beschickung im Drehofen unbedingt zum Sintern bringen würden. Die Abgase des Schmelzofens werden vor ihrem Eintritt in den Drehofen -auf eine Temperatur gekühlt, hei der sie wohl noch das Erz reduzieren können, --iedöch die Beschickung nicht mehr versintern.
• Im allgemeinen werden die Gase mit- einer Temperatur zwischen 90o und 1300', je nach der Neigung des Möllers zum Sintern, nach der Reduzierbarkeit des Erzes und nach der besonderen Ausführung der Vorreduktion dem.Reduktionsverfahren: zugeführt: Die Kühlung der aus dem Schmelzöfen abziehenden Gase auf die Temperatur, mit der sie in den Reduktionsofen eintreten sollen, geschieht am besten durch Zumischung von heißem oder kaltem Reduktionsgas oder auch durch Einblasen von Wasserdampf oder Kohlensäure,. gegebenenfalls zusammen mit Kohlenstaub, wobei im letzteren Fall eine bespn . ders starke Kühlung der heißen, vom Schmelz--. ofen 'kommenden Gase einsetzt. . Als Einblasgas - ist.das ' Abgas, des. Drehofens, aus. dem gegebenenfalls das Kohlendioxyd in bekannter- Weise abgeschieden wird, geeignet: Die Einführung der Kühlgase in die Mischkammer zwecks Mischung mit den -.heißen Abgaserz aus dem Schmelzrau geschieht ,zweckmäßig in der Weise, daß die Kühlgase gleichzeitig die Wandungen.. der Mischkammer vor dem Angriff der_,-'heißeri- Gase, schützen.
• Temperatur und Menge des Einbläsega@es weiden .so au°teinander abgestimmt, daß die Mischung mit dem Schmelzrauniabgas die erforderliche Eintrittstemperatur in den Reduktionsofen besitzt und : außerdem ihr Wärmeinhalt -`zwischen Eintrit',stemperatur und Gichttemperatur gerade den Wärme-« bedarf des Reduktionsofens deckt: Bei gegebener Sauerstoffkonzentration und Windtemperatur ist also für eine bestimmte Reduktions--und Schmelzleistung nur eine Einblasemenge und eine Einblasetemperatnr zulässig. Je niedriger z. B. die -Sauerstoffkonzentration oder die Windtemperatur .im Schmelzofen -ist, desto mehr Schmelzofenabgase entstehen bei der Erzeugung der gleichen Schmelzleistung durch die. Verbrennung von - festem Brennstoff. Da dem Reduktionsofen eine bestimmte Gasmenge bestimdter Temperatur zugeführt werden muß, um seinen Wärmebedarf gerade zu decken, sinkt dementsprechend die Gasmenge, welche als- Kühlgas in -die Misclikatnmer eingeblasen werden darf. Je höher umgekehrt die Sauerstoffkonzentration bzw. die Temperatur des Windes ist, desto -größere Mengen Einblasegas sind notwendig, um die in diesem Falle verringerte Menge Schmelzafenabgabe so weit zu ergänzen, daß die durch den Drehofen ziehdnde Gasmenge innerhalb der zulässigen Temperaturgrenzen genügend Wärme an den Ofen abgeben kann. Die Verwendung von Wasserdampf bzw. Kohlensäure ols Einblasegas, die sich bei Anwesenheit von Kohlenstaub zu Kohlenoxyd bzw. Kohlenox'yd und Wasserstoff unter starkem Wärmeverbrauch umsetzen, ist besonders dann angebracht, wenn eine starke Kühlwirkung notwendig ist, jedoch nur geringe Mengen von Einblasegas zulässig sind. Ein besönderer Vorteil des Einblasens von Kohlendioxyd und Wasserdampf mit Kohlenstaub besteht darin, daß die zur Verhinderung des Sinterns im Drehofen unumgängliche Temperatursenkung der Schnielzofenabgäse in diesem Fall zur Leistung chemischer Arbeit durch Erzeugung von wertvollem Reduktionsgas ausgenutzt wird: Je höher die Sauerstoffkonzentration oder die Temperatur= des Windes ist, desto höher wird die Temperatur der Flammengase. Um unzuträglich hohe Flammentemperaturen zu vermeiden, Tann man einen Teil des Einblasegases kalt oder vorgewärmt schon dem Schmelzofen selbst mit oder neben dem Ofenwind zuführen und nur den Rest in die Mischkammer hinter dem Schmelzraum einblasen. Auf diese Weise wird neben .der Senkung- der Arbeitstemperaturen im Schmelzraum eine einfache -Abstimmung der Wärmehaushalte von Schmelz- und Reduktionsraum erreicht.
• Da- im Schmelzofen- eine Kokssäule, wie der ».tote Mann« des Hochofens, sich nicht ausbilden- kann, ist es möglich, durch Bemessung der Menge und Konzentration des zugeführten Sauerstoffs im- Verhältnis zum Brennstoffsatz die Flamme reduzierend, neutral öder. oxydierend in bezug auf das Schmelzerzeugnis - -zu führen und so, wie an sich bekannt ist; durch die Oxydations-,virkung einerseits die Menge der Eisenbegleitstoffe, wie Silicium, Mangan, Kohlenstoff, Phosphor und Sch-,vefel, zwecks Erzeugung von Stahl und Halbstahl willkürlich zu verändern und andererseits eine für ,die Verwendung -der Schlacke als Portlandzement schäd zche Cälciumcarbidbildüng zu vexhin-Bern. Auch läßt sich auf diese Weise ein ebenfalls an sich bekanntes Erzfrischverfahren im Schmelzofen durchführen,. für das das benötigte Erz entweder von außen oder durch nur teilweise Vorreduktion des Möllers der Schmelzvorrichtung zugeführt wird, wobei dann das unr eduzier te Erz mit aufgekohltem Eisenschwamm reagiert. -Sollte bei - oxydie- Tender Schmelzung ein für die Vorreduktion unerwünscht hoher Kohlensäuregehalt der Schmelzofenabgase auftreten, so läßt er sich durch Einblasen von Kohlenstaub in die Mischkammer beseitigen.
• Die Trennung von Schmelz- und Reduktionsverfahren ermöglicht. es, die Schmelzvorrichtung ähnlich einem Konverter so zu gestalten, daß in an sich bekannter Weise Wind als Frischmittel durch das flüssige Metall geführt werden kann. Die Schlacke wird hierbei den für den Frischvorgang.erforderlichen metallurgischen Bedingungen angepaßt, wobei die hohe Basizität der Portlandzementschlacke die Entfernung von Fremdstoffen aus dem Eisen besonders begünstigt.
• Ein weiterer Vorteil der Trennung von Schmelz- und Reduktionsraum für die gleichzeitige Erzeugung von Eisen und Zementschlacke besteht darin, daß der Schmelzraum von außen unmittelbar leicht zugänglich ist. Hierdurch wird es z. B. möglich, der Schlacke noch im Schmelzofen Kieselsäure zuzuführen, falls durch eineunvorhergesehene Anreicherung des Eisens mit Silicium zu wenig Siliciumdioxyd im Verhältnis zum Calcxumoxyd für die Schlackenbildung übrigbleibt. Diese Möglichkeit, die Schlacke noch kurz vor Beendigung des ganzen Verfahrens auf den gewünschten Endgehalt einzustellen, ist sowohl aus Gründen der Betriebsführung wie für die Verkäuflichkeit der Schlacke als Zement von besondere; Bedeutung. Ebenso lassen sich zum Eisen an sich bekannte Zusätze, wie Chrom oder Nickel, voor dem Abstich geben.
• Es ist an sich bekannt, bei der Herstellung von Eisen die Reduktion und Schmelzung des Eisens in einem Drehofen vorzunehmen, der mittels Kohlenstaubflammen beheizt wird. Von diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich die vorliegende Erfindung durch die gleichzeitige Erzeugung von Eisen und Portlandzement und die hierdurch bedingte Anwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft als Ofenwind sowie durch die Kühlung der Schmelzofenabgase vor ihrer Einführung in die Reduktionsvorrichtung.
• Es ist weiterhin schon vorgeschlagen worden, flüssiges Eisen und Zementschlacke dadurch herzustellen, daß die Reduktion in einem mit Kohlenstaubflammen beheizten Ofen vorgenommen wird und die nachträgliche Schmelzung in einem Elektroofen erfolgt.
• Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich von dem bekannten Verfahren dadurch, daß die Schmelzung durch Verbrennen von vorgewärmtem festem Brennstoff mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft erfolgt und die dabei in weit größerer Menge als bei der Elektroschmelzung aus dem Schmelzofen abziehenden Gases.rnach .ihrer Kühlung zur Heizung des Reduktionsofens verwendet werden. Durch die -Anwendung von Sauerstoff für die Verbrennung und das Einblasen von Reduktionsgas wird außerdem der Kohlenoxydpartialdruck in der Reduktionsvorrichtung beim vorliegenden Verfahren weit größer als bei der Anwendung einer Kohlenstaubflamme vor der Elektroschmelzung, wobei die Reduktionsbedingungen wesentlich verbessert werden. Die Gegenströmvorwärmung des Brennstoffs und seine Ausnutzung für die Schmelzung zusammen mit der Sauerstoffanreicherung des Ofenwindes ermöglichen es, in wirtschaftlicher Weise die Reduktion des- Erzes im Drehofen ausschließlich mit heißen reduzierenden Gasen durchzuführen, während bei allen anderen Verfahren durch die Anwendung einer gesonderten Beheizung des Reduktionsofens mit kalt eingeführtem Kohlenstaub nur eine geringere Wärmeausnutzung des Brennstoffes bei hohen Temperaturen möglich ist.
• Im Betrieb des Drehofens können die in Verbindung mit der Erzeugung von Portlandzement oder Eisenschwamm für den Wärmeaustausch oder den Wärmehaushalt vorgeschlagenen Maßnahmen getroffen werden, so z. B. Gasentnahme aus bestimmten Zonen des Ofens, Nachverbrennung eines Teiles des Reduktionsgases im Drehofen, Beschickung mit vorgewärmtem Möller usw., -vorausgesetzt, daß dabei den veränderten Betriebsbedingungen durch entsprechende Bemessung von Menge und Temperatur des Einblasgases Rechnung getragen wird. Insbesondere kann zur Verbesserung des Wärmeaustausches im Drehofen die unter dem , Namen Lepol=Verfahren (s. z. B. U 11 m a n n Enzyklopädie der technischen Chemie a. Aufl. Bd. 7 S. 695) bekanntgewordene Arbeitsweise angewendet werden, schließlich kann mit dieser Arbeitsweise eine Verfestigung, Vorsinterung oder Röstung des Möllers vor seiner Einführung in den Drehofen verknüpft werden. , Im vorstehenden Ausführungsbeispiel ist beschrieben, daß Möller und Brennstoff ge- i mischt aufgegeben werden und daß als Reduktionsvorrichtung ein Drehofen benutzt wird. Die Arbeitsweise der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Es kann auch jede andere Vorrichtung benutzt : werden, die es gestattet, den Möller und, den Brennstoff nach irgendwelcher Vorbereitung gemischt oder getrennt voneinander mit heißem reduzierendem Gas ohne Versinterung mit den gekühlten Abgasen des Schmelz- i ofens im Gegenstrom zu erhitzen, zu reduzieren und nachträglich gesondert zu schmelzen. Die Vorbehandlung des Möllers (Zerkleinerung, Röstung, gegebenenfalls Brikettierung usw.) und- die Wahl des Brennstoffs erfolgen in der für das gewählte Reduktionsverfahren -im einzelnen erforderlichen - und bekannten Weise.
• Die Vermischung von Möller und Brennstoff wirkt auflockernd und vermindert .die Neigung des Reduktionsgutes zum Sintern. Die Trennung von Erzreduktion und Brenn-, stoffvorwärmung hat dagegen den Vorteil, daß die bei der mittelbaren Erzreduktion aus dem Gas gebildete Kohlensäure sich nicht wieder an heißem Brennstoff zu Kohlenoxyd reduzieren kann. Weiterhin kann der Brennstoff mit ungekühlten Schmelzofenabgasen vorgewärmt werden: Das vorliegende Verfahren eignet sich besonders dazu, arme kalkhaltige Erze, wie kalkige Minetten, zu verhütten.
• Außer auf die Erzeugung von Eisen zusammen mit Pbrtlandzement kann es aber auch auf die Erzeugung eines jeden anderen Metalls angewendet werden, das durch Reduktion und°Schmelzung zusammen mit einer hochschmelzenden Schlacke gewonnen wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: _ i. Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von Roheisen oder Stahl und einer als Zement verwendbaren Schlacke durch Reduzieren von Erzen und anschließendes Schmelzen in gesön"derten Vorrichtungen, dadurch gekennzeichnet,- daß des Erz z. B.. in einem Drehofen mittels derjenigen reduzierenden Gase angewärmt und reduziert wird, die bei der nachträglichen Schmelzung des reduzierten Erzeugnisses einer besonderen Schmelzvorrichtung durch Vergasung _ des Brennstoffs mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft als Abgase entweichen und deren Temperatur durch Kühlung vor ihrem Eintritt in den Reduktionsofen so weit herabgesetzt wird, daß sie die Beschickung zwar, noch zu reduzieren, aber nicht zu sintern vermögen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Schmelzvorrichtung abziehenden Gäse durch Einblasen von Reduktionsgas oder Kohlensäure bzw. Wasserdampf zusammen mit Kohlenstaub bzw. entsprechenden Gemischen gekühlt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von hochprozentigem Sauerstoff als Ofenwind das Reduktiolnsgas zum Teil ,dem Schmelzraum neben oder mit dem Sauerstoff zugeführt wird. q..
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Temperatur und Sauerstoffkonzentration des Windes Temperatur und Menge des Einblasegases so bemessen. werden, da.ß die Mischung mit dem Schmelzofenabgas die für- den Reduktionsofen zulässige Temperatur besitzt und ihr Wärmeinhalt gerade den Wärmebedarf des Reduktionsofens deckt.
5. 5: Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das vorreduzierte Gut zwecks Erzeugung von Stahl mit mehr bzw. weniger hohem Kohlenstoffgehalt im Schmelzraum mit neutraler bzw. schwach oxydierender Flamme in bezug auf das Schmelzgut behandelt wird oder daß im Schrrielzraum ein Erzfrischverfahren durchgeführt wird oder daß ein Teil des in den Schmelzraum eingeblasenen Windes zum Frischen benutzt wird.
6. 6. Verfahren. nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer caldumcarbidfreien Schlacke ,die Schmelzung mit oxydierender-. Atmosphäre in bezug auf den Calciumcarbidgehalt der Schlacke, durchgeführt wird.