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Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von Eisen oder Eisenlegierungen
und Portlandzement oder hydraulischen Kalken im Drehofen Gegenstand der. Erfindung
ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von Eisen oder Eisenlegierungen
und Portlandzement oder hydraulischen Kalken im Drehofen. Vom Erfinder ist in älteren
Patentschriften eine Arbeitsweise zur gleichzeitigen Herstellung von Eisen oder
Eisenlegierungen und Portlandzement oder hydraulischen Kalken im Drehofen beschrieben.
Danach wird dem Drehofen ein aus Eisenerz, Calciumcarbonat und Kohlenstoff zum Reduzieren
und Kohlen bestehendes Beschickungsgut aufgegeben, das den Ofen im Gegenstrom zu
der am Ofenauslauf gebildeten Flamme durchläuft. Für die Einstellung der Flamme
ist dabei eine solche Bemessung des Feinheitsgrades der Kohle und der Brennluft
vorgeschrieben, daß sich in der Nähe des Ofenaustrages eine Kohlensäurezone, auf
der weiteren Länge des Ofens eine Kohlenoxydzone bildet, letztere zu dem Zweck,
um bei der Reduktion des Eisenerzes eine Wiederoxydation zu verhindern.
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Diese Arbeitsweise ist nur beschränkt anwendbar; denn sowohl die Reduktion
des Eisenoxyds als auch die Entsäuerung des Calciumcarbonats erfordern beträchtliche
Wärmemengen, so daß die Temperatur der Flamme am Ofenaustrag auf großer Höhe gehalten
werden muß bzw. beträchtliche Brennstoffmengen zugeführt werden müssen, und in beiden
Fällen sind mindestens außerordentlich hohe Temperaturen am Ofenaustrag festzustellen,
die eine hochgradige Erweichung des Zementklinkers, ein Anbacken an den Ofenwänden
und daraus Störungen des Betriebes ergeben.
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Praktisch ist daher die ältere Arbeitsweise auf die Verarbeitung eisenärmerer
Eisenerze oder aber auf die Verwendung vorher entsäuerten Kalkes beschränkt, um
eben die für die Reaktion- und Entsäuerung benötigten Wärmemengen gering zu halten.
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überraschenderweise wurde nun gefunden, daß das Verfahren der gleichzeitigen
Gewinnung von Eisen und Eisenlegierungen von Portlandzement oder hydraulischen Kalken
im Drehofen außerordentlich dadurch verbessert- werden kann, daß zwei: Beheizungsquellen
im Ofen angeordnet werden, und zwar eine in der Nähe des Ofenaustrages, die zweite
dort, wo die verhältnismäßig größte Wärmeadsorption durch chemische Vorgänge erfolgt,
nämlich in der Reduktions- bzw. Entsäuerungszone.
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Es wurde überraschenderweise weiter gefunden, daß diese in der Reduktionszone
zu unterhaltende Wärmequelle durch Verbrennung
der bei der Reduktion
entstehenden brennbaren Gase gebildet werden kann, wobei allerdings weiter Voraussetzung
ist, daß dem Beschickungsgut ein überschuß an festem Kohlenstoff gegeben wird, um
eine Wiederoxydation zu verhindern.
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Es ist wohl bereits früher schon vorgeschlagen worden, bei der Verhüttung
.von Eisenerzen die latente Wärmeenergie.bei der Reduktion entstehender Gase durch
Verbrennung ihrer brennbaren Bestandteile im Verfahren selbst wieder nutzbar zu
machen; es -war jedoch nur möglich, die so frei werdende Wärme zur Volwärmung des
Gutes auszunutzen, da die bei etwa iooo° C einsetzende Sinterung des Eisenerzes
die erstrebte Reduktion, die Temperaturen von mindestens etwa goo° C erfordert,
unmöglich machte, also für die Reduktion selbst nur die Spanne von goo bis iooo°
C zur Verfügung stand. Daß beim Verfahren der Erfindung diese Schwierigkeiten, also
das Sintern des Eisenerzes und die Unterbrechung der Reduktion, nicht eintreten,
ist auf die gleichzeitige Gegen-wart beträchtlicher Mengen Calciumcarbonat zurückzuführen,
deren bei goo° C und darüber verlaufende Entsäuerung beträchtliche Wärmemengen bindet
und so verliindert, daß ein Sintern des Eisenerzes eintreten kann. Praktisch verlaufen
die Vorgänge so, daß zunächst die Reduktion des Eisenerzes einsetzt, dann die Entsäuerung
des Calciumcarbonats erfolgt, bei weiterer Steigerung der Temperatur das reduzierte
Eisen zum Schmelzen kommt und bei noch höherer Temperatur die Zementmasse sintert.
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Das Verfahren der Erfindung, das der gleichzeitigen Herstellung von
Eisen oder Eisenlegierungen und Portlandzement oder hydraulischen Kalken dient,
bei welchem ein aus Eisenerz, Kohlenstoff zum Reduzieren und Kohlen und Calciumcarbonat
bestehendes Beschickungsgut einem mit einer Kohlenstaubflamme beheizten Drehofen
aufgegeben wird, ist also dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierende Wirkung der
auf Verbrennung zu ` Kohlensäure eingestellten Flamme am Austragende des Ofens durch
Zugabe eines überschusses an festem Kohlenstoff zu dem Beschickungsgut ausgeschaltet
wird und daß die bei der Reduktion entstehenden brennbaren Gase durch in die Reduktionszone
besonders eingeführte Luft verbrannt werden.
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Beim Verfahren der Erfindung wird also die Flamme am Austragende auf
Verbrennung zu Kohlensäure eingestellt; die bei der Reduktion entstehenden Gase
-werden ebenfalls wieder zu Kohlensäure verbrannt, so daß also, mit Ausnahme einer
kleinen Zone, in welcher in den `Ofengasen aus dem Reaktionsgut entweichendes Kohlenoxyd
enthalten ist, die Ofenatmosphäre praktisch nur Kohlensäure enthält und dementsprechend
auch die Ofenabgase neben Stickstoff und gegebenenfalls Sauerstoff nur Kohlensäure,
nicht aber brennbare Bestandteile aufweisen.
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Wichtig ist dabei vor allem, daß, wie oben betont, der Möller so viel
zusätzliche Kohle enthält, daß die Oxydationswirkung der Flamme, älso die Oxydationswirkung
der Ofenatmosphäre, auf den Möller ausgeschaltet wird, und zwar so lange, bis sich
über dem geschmolzenen Eisen eine schützende Schlacken- bzw. Zementgutschicht gebildet
hat.
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Diese zusätzliche Kohlenmenge -wird durch Versuche für jeden Ofen
festgestellt; sie muß um so größer sein, je weniger Kohlenoxyd sich an sich im Ofen
befindet oder je mehr Sauerstoff dort anwesend ist.
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Diese neue Arbeitsweise gibt der großtechnischen Durchführung des
Verfahrens eine große Sicherheit; denn es ist leichter, die Oxydationskraft der
Flamme im Hinblick auf die Verbrennung der überschüssigen Kohle einzustellen, als
genau die Reduktionskohle den durchzuführenden chemischen Reaktionen anzupassen,
die je nach dem Gang des Ofens wechseln. -Die neue Arbeitsweise ist weiter dadurch
ausgezeichnet, daß Überhitzungen einzelner Ofenteile ausgeschaltet sind und daß
jedes beliebige Eisenerz als Ausgangsstoff verwendet werden kann.
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Die im wesentlichen oxydierende Atmosphäre im Ofen schafft den weiteren
Vorteil, daß der im Möller enthaltene Schwefel leicht entfernt -wird. Als unterstützendes
Mittel wirkt hierbei Wasserdampf mit und, um dies zu erreichen, empfiehlt es sich,
entweder wasserstoffreiche Brennstoffe zu verwenden, die bei der Verbrennung Wasserdampf
liefern, oder aber zusätzlich Wasserdampf- nach Maßgabe des aus dem Zementklinker
zu entfernenden Schwefels in den Ofen einzuführen. Dies kann in der Form von bereits
außerhalb des Ofens erzeugtem Dampf oder als Sprühregen von flüssigem Wasser, der
auf den Zementklinker oder in den Vorderteil des Ofens oder in den M öller gespritzt
-wird, erfolgen.
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Der weitere Vorteil der Arbeitsweise gemäß der Erfindung besteht darin,
daß das Verfahren wärmewirtschaftlich sehr günstig verläuft und nur Abgase den Ofen
verlassen, deren thermischer Wert praktisch gleich Null ist.
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Um die zweite Flamme - in der Reduktionszone - zu erzeugen, ist eine
gesonderte Zuführung von Sauerstoff erforderlich, was beispielsweise durch Anordnung
entsprechender Düsen o. dgl. erfolgen kann. Die Abgase
dieser Flamme
können weiter dazu dienen, das im Ofen zu behandelnde Gut vorzuwärmen bzw. zu trocknen.
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In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wiedergegeben.
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Fig. i stellt einen Längsschnitt durch einen mit der Einrichtung ausgerüsteten
Drehofen dar.
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Fig.2 ist ein Querschnitt nach der Linie X-X der Fig. i.
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Die allgemeine Ausbildung des Ofens entspricht den allgemeinen Grundsätzen
der Zementtechnik. Der Ofen F, in dem der Mbller L,in der Richtung des Pfeiles f
sich fortbewegt, ist in passender Höhe durch eine Kammer C hindurchgeführt. Geeignete
Mittel, z. B. nachgiebige Packungen 1, ermöglichen den Umlauf des Ofens in der Kammer
und stellen gleichzeitig die erforderliche Abdichtung sicher. Ein mit einem Regler
1Z versehenes Gebläse drückt Luft in die Kammer C. Diese Luft tritt dann durch die
Düsen T in den Ofen ein.
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Das bei der Reduktion gebildete Kohlenoxyd durchzieht den Ofen in
der Richtung des Pfeiles/' und verbrennt durch die Gegenwart der so in den .Ofen
eingeführten Luft. Selbstverständlich läßt sich die hier -* beschriebene Einrichtung
für jeden beliebigen Gehalt der Verbrennungsgase an Kohlenoxyd verwenden.