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Verfahren zum unmittelbaren Gewinnen von metallischem Eisen .Es ist
bekannt, metallisches Eisen pulverföhnig oder als Eisenschwamm oder auch schmelzflüssig
dadurch zu gewinnen, daß oxydische Eisenverbindungen, z. B. Eisenerze, Kiesahbrände
o. dgl.,@ im Drehrohrofen mit gasförmigen Reduktionsmitteln erhitzt werden. Die
Form, in der das Eisen dabei anfällt, bestimmt sich im wesentlichen nach den angewendeten
Arbeitstemperaturen und Reduktionsmitteln. Die Eisenreduktion im Drehrohrofen ist
auch schon in der Weise ausgeführt worden, daß dem Ausgangsstoff feste Reduktionsmittel
beigemischt und gleichzeitig gasförmige Reduktionsmittel, wie Wassergas, Generatorgas
u. dgl., angewendet wurden.
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In allen diesen Fällen ist außer der Reduktionsanlage noch eine weitere
Einrichtung für die Erzeugung des Reduktionsgases notwendig, wodurch sowohl die
Anlage- als auch die Betriebskosten erhöht werden., Bei der Verflüchtigung leicht
verdampfbarer Metalle im Drehrohrofen wurde schon finit einem Überschuß an Reduktionsmittel
gearbeitet, um die Aufrechterhaltung von reduzierenden Bedingungen innerhalb der
Gutschicht im Ofen zu gewährleisten. Der hohe Brennstoffgehalt des Drehrohrofenaustrages
konnte dann in der Weise ausgenutzt werden, daß die mit hoher Temperatur den Drehrohrofen
verlassenden Rückstände unmittelbar in einen Gaserzeuger übergeführt wurden, in
dem die Vergasung ihrer brennbaren Bestandteile mit hohem Wasserdampfzusatz nach
Art der bekannten Wassergasherstellung erfolgte. Dabei waren die Rückstände im Gaserzeuger
gleichzeitig einer natürlichen Abkühlung ausgesetzt, was die Behandlung backender
oder leicht schmelzender Stoffe erleichterte. Das erzeugte Gas wurde für die zusätzliche
Heizung des Drehrohrofens oder für sonstige Zwecke verwende-t. Es ist indessen nicht
möglich, nach diesem Verfahren Eisenerze zu reduzieren, da die Verflüchtigung von
leicht verdampfbaren Metallen, wie Blei -und Zink, im Drehrohrofen nicht in reduzierender
Ofenatmosphäre durchgeführt, sondern hierbei Wert darauf gelegt wird, daß die aus
der Gutschicht entwickelten Metalldämpfe im Drehrohrö-fen möglichst schon beim Austritt
aus der Gutschicht wieder verbrennen. Selbst wenn unter diesen Verhältnissen im
Drehrohrofen eine Eisenreduktion eintreten würde, würde doch das reduzierte Eisen
im Gaserzeuger wieder oxydiert werden.
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Die Destillation von Metallen, wie Zink, wurde auch schon in einer
Muffel durchgeführt, die in einen Drehrohrofen eingebaut war. In den ringförmigen
Raum zwischen Muffel und Drehrohrafenmantel wurden feste Brennstoffe einzeriihrt.
die man darin verbrannte.
Der Drehrohrofen konnte an seinem einen
Ende erweitert sein. In der Erweiterung wurden dann 'die Brennstoffrückstände vergast.
Das auf diese Weise erzeugte Gas wurde beim Eintritt in den Drehrohrofen verbrannt
und diente ausschließlich zur Beheizung der Muffel. Die P#eduktion von Eisenerzen
in derartigen Ofenanlagen ist aus wirtschaftlichen Gründen nicht durchführbar.
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Erfindungsgemäß gelingt es nun, die Gewinnung von metallischem Eisen
durch Re-. duktion von oxydischen Eisenverbindungen mit gasföhnigen Reduktionsmitteln.
im Drehrohrofen dadurch besonders vorteilhaft zu gestalten, daß das für die Reduktion
benötigte Gas oder ein Teil desselben in einem besonderen als Generator betriebenen
Teil des Drehrohrofens hergestellt und von dort in den der Reduktion dienenden Teil
des Drehrohrs geleitet wird.
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Z. B. wird erfindungsgemäß das Ausgangsgut mit oder ohne Zusatz von
festen Brennstoffen und gegebenenfalls Zuschlägen, zweckmäßig stark vorgewärmt,
in den Drehrohrofen eingeführt. In den Drehrohrofen wird es mit reduzierenden Gasen
behandelt, die im Gege strom durch den Ofen geführt werden. Der Ken wird nun so
betrieben, daß die Eisenreduktion bereits an einem in entsprechendem Abstande vorm
untersten Ende des Drehrohrofens liegenden Punkt beendet ist. An dieser Stelle wird
das Gut ausgetragen. Etwas unterhalb dieser Stelle ist eine Aufgabevorrichtung vorgesehen,
durch die frischer Brennstoff in den als Generator betriebenen Teil des Drehrohrofens
eingeführt wird. Dieser feste Brennstoff wird durch Einführung geeigneter Vergasungsmittel
auf seinem Wege zum unteren Ende des Drehrohrofens vergast, und die Vergasungsrückstände
werden aus diesem Teil des Ofens an seinem unteren Ende entfernt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß das Reduktionsgas
gleich mit der ihm noch von seiner Herstellung innewohnenden Wärme in die Eisenreduktionszone
des Ofens gelangt.. Wärmeverluste werden also auf diese Weise weitgehend vermieden.
Außerdem hat sich gezeigt, daß durch die Vergasung des Brennstoffes im Drehrohrofen
selbst ein für die Eisenreduktion besonders geeignetes Gas hergestellt werden kann,
das -viel Kohlenoxyd und nur sehr wenig Kohlendioxyd und Wasserdampf enthält.
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Die Reduktion der höheren Eisenoxyde verläuft bekanntlich stufenweise,
wobei als vorletzte Stufe immer Eisenoxydul entsteht. Die Reduktion von den höheren
Stufen zum Eisenoxydul mittels Kohlenoxyd ist - endotherm und erfordert Wärmezufuhr,
aber geringere Konzentration an Reduktionsmitteln (CO, H2). Die Reduktion
von Eisenoxydul zu metallischem Eisen ist bei Verwendung von Kohlenoxyd als Reduktionsmittel
exotherm, benötigt aber höhere Reduktionsmittellconzentrationen. In der Vorreduktionszone
des Drehofens wird die erforderliche Wärme zweckmäßig in bekannter Weise dadurch
erzeugt, daß ein Teil des Reduktionsgases durch eingeführte Luft bzw. Sauerstoff
oder sauerstoffangereicherte Luft verbrannt wird oder daß Heizgase von außen in
den Ofen eingeleitet werden. Zweckmäßig wird dabei die Verbrennungsluft bzw. der
Sauerstoff oder die Heizgase nicht an einer Stelle in den Drehrohrofen eingeführt,
sondern es werden in an sich bekannter Weise mehrere auf die Länge und den Umfang
des Ofenmantels verteilte Einführungen vorgesehen. Das hat den Vorteil, daß die
Temperaturen in dem Teil des Drehrohrofens, der für die Eisenerzbehandlung dient,
sehr gleichmäßig bleiben, so daß an allen Stellen des Ofens günstige Reduktionsbedingungen
geschaffen werden können. Wird außer dem gasförmigen Reduktionsmittel noch feste
Reduktionskohle angewendet, so ergibt sich der -%\-eitere Vorteil, claß auf dem
Wege durch den Drehrohrofen das Gas ständig regeneriert wird, indem die Kohlensäure
und der Wasserdarnpf, die bei der Reduktion und Verbrennung entstehen, mit -der
Reduktionskohle sich vollständig oder teilweise wieder zu Kohlenoxyd und Wasserstoff
umsetzen.
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Eine Beheizung desjenigen Teils der Reduktionszone, in den die Umwandlung
des Eisenoxyduls zu metallischem Eisen erfolgt, ist nicht unbedingt erforderlich,
wenn das Reduktionsgas die fühlbare Wärme, die zur Deckung der Strahlungsverluste
benötigt wird, mitbringt. Durch zweckmäßige Isolierung dieser Reduktionszone kann
der Wärmeverlust auf ein äußerst geringes Maß herabgesetzt werden, so daß bei Zufuhr
von kälterem Reduktionsgas nur eine ganz geringe zusätzliche Heizung nach der vorbeschriebenen
Weise erforderlich ist.
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Der zu vergasende Brennstoff kann durch mehrere Beschickungseinrichtungen
aufgegeben werden, die auf die Länge der Vergasungszone verteilt sind. Dadurch wird
die Abkühlung des erzeugten Gases durch den eingeführten Brennstoff am unteren.
Ende der Reduktionszone verringert, so daß äas Gas schon mit für die Reduktion ausreichender
und selbst höherer Temperatur aus der Vergasungszöne in die Reduktionszone übertritt.
Ferner entsteht- der Vorteil, daß die Temperaturen in allen Teilen der Vergasungszone
annähernd gleich werden, wodurch es gelingt, die. Kohlendioxydbildung im Vergasungsverfahren
noch
weiter herabzudrücken und die Zersetzung des dem Vergasungsmittel gegebenenfalls
zugesetzten Wasserdampfes sehr vollständig zu gestalten.
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. Als Vergasungsmittel können, wie an sich bekannt ist, Luft bzw.
Luft und Wasserdampf oder, wenn ein sehr reduktionskräftiges Gas erzeugt werden
soll, auch Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherte Luft gegebenenfalls mit entsprechenden
Zusätzen von Wasserdampf verwendet werden. Das Vergasungsmittel kann durch entsprechende
Steuerung oder Ausbildung der Zuführungsleitungen entweder nur in die Brennstoffschicht
oder nur in den Gasraum oder gleichzeitig in die Brennstoffschicht und in den Gasraum
der Vergasungszone eingeführt werden. Es ist selbstverständlich möglich, den Vergasungsraiun
auch unter Druck zu betreiben oder in einer sonstigen bei Gaserzeugern üblichen
Weise.
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Bei dem Verfahxen gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß
inan die gesamte Menge des erzeugten Gases unmittelbar in die Reduktionszone übertreten
läßt. In vielen Fällen hat es sich alsz vorteilhaft erwiesen, einen Teil des Gases
durch Umlee= tung aus der Vergasungszone erst höher liegenden Teilen des Ofens zuzuführen.
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Es ist auch möglich, das' Verfahren gemäß der Erfindung in der Weise
abzuändern, daß mittelbare oder gleichzeitig mittelbare und unmittelbare Beheizung
der Reduktionszone angewendet wird. In diesem Fall kann zur Beheizung das aus dein
Ofen abströmende Gas oder überschüssiges Reduktionsgas verwendet werden. Auch der
Vergasungszone kann gegebenenfalls noch Wärme von außen zugeführt werden.
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Außer dem im Drehrohrofen selbst erzeugten Gas können bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung auch noch andere gasförmige Reduktionsmittel an beliebigen Stellen
in den Ofen eingeführt werden, wenn solche billig zur Verfügung stehen. Es ist auch
nicht umbedingt notwendig, daß die Vergasungszonen im unteren Teil des Ofens vorgesehen
sind. Werden z. B. Gut und Reduktionsgase ini Gleichstrom durch den Ofen geführt,
so kann die Vergasungszone auch im oberen Teil des Ofens liegen, und es ist auch
möglich, in die Reduktionszone selbst eine Vergasungszone einzuschalten. Im letzten
Falle mischen sich die Vergasungsrückstände mit dem Reduktionsgut und werden zusammen
mit diesem aus dem Ofen ausgetragen. Daraus entstehen keine erheblichen Nachteile,
da eine Abtrennung des metallischen Eisens von den nichtmetallischen Bestandteilen
des Ofenaustrages bekanntlich leicht durchgeführt werden kann. Auch bei Anordnung
der Vergasungstone am oberen Ende des Drehrohrofens ist ein getrennter Austrag des
.reduzierten Gutes und der Vergasungsrückstände nicht unbedingt notwendig.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich auch zinkhaltige
Eisenerze, z. B. Kiesabbrände, verarbeiten. 4 Dabei kann das Zink entweder als Zinkoxyd
oder, falls für einen genügend niedrigen Gehalt der den Ofen verlassenden Gase an
Zinkdämpfe oxydierenden Bestandteilen gesorgt wird, auch in Form von metallischem
Zink oder Zinkstaub gewonnen werden. In der gleichen Weise können Zinkerze behandelt
werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist ferner anwendbar auf die Reduktion
von Sulfaten. So kann reines oder unreines Magnesiumsulfat, z. B. Kieserit, zu Magnesiumoxyd
und Gips oder Natriumsulfat zu den entsprechenden Sulfiden reduziert werden.
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Eine für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignete Einrichtung ist
beispielsweise in der Zeichnung dargestellt.
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Der Drehrolirofen i ist in bekannter Weise auf Laufrollen 2 gelagert
und hat einen Gasabzug 3 und eine Austragvorrichtung 4 etwa auf der halben Ofenlänge
und eine ähnliche Austragvorrichtung 5 am unteren Ofenende. Hinter der Austragvorrichtung
4 befindet sich ein Stauring 6, so daß das Gut aus dem . Ofenrauen 7 nicht in den
Ofenraum 8 übertreten kann. Das zu reduzierende Gut gelangt aus dem Vorratsbunker
g mittels einer beliebigen Aufgabevorrichtung io durch das Rohr i i in den Ofenraum
7. Der zu vergasende feste Brennstoff wird aus dem Bunker 12 mittels einer Aufgabevorrichtung
13 dem Übergangstrichter 14 und aus diesem durch ein Rohr 15 dem Ofenraum 8 zugeführt.
Dieser Ofenteil ist mit Einführungsötlnungen 16 versehen, durch die Luft z. B. unter
Saugzug eintreten kann. Die Menge wird so eingestellt, daß eine Vergasung stattfindet,
so daß in diesem Ofenteil 8 ein Gas entsteht, das erfahrungsgemäß 3o bis 35"1"C
O und etwa io°/o H2 enthält. Verwendet man Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte
Luft als Vergasungsmittel, so wird dieses durch die Leitungen 17 über den Verteilungskopf
18 in die Rohrleitungen ig und von dort in regelbaren Mengen durch Öffnungen 2o
in den Ofen geführt. Unter Umständen ist es zweckmäßig, auch Dampf einzuführen,
und dies geschieht durch die Rohrleitung 2i über den Verteilerkopf 18 und die Leitungen
22, die durch ebenfalls regelbare öffnungen 23 in den Ofenraum 8 münden. Das erzeugte
Gas tritt aus dem Ofenraum 8 in den Ofenraum 7 über und wandert hier dem zu reduzierenden
Gut entgegen. Ist die Anordnung so getroffen, daß bei der Reduktion von
Eisenoxydul
zu metallischem Eisen nur sehr wenig zusätzliche Wärme erforderlich ist, so sind
in der unteren Hälfte des Ofenraumes 7 keine Luftzufuhreinrichtungen notwendig.
Im oberen Teil des Ofenraumes 7 wird ein. Teil des Reduktionsgases verbrannt, so
daß auch in diesem Ofenteil die Reduktion bei gleichbleibender Temperatur verläuft.
Für diesen Zweck kann Luft durch Düsen mittels des Ofenzuges von außen in den Ofenraum
eingeleitet werden, oder es werden die Leitungen 17 und ig, durch die Luft
oder Sauerstoff in die Vergasungszone eingeführt wird, auch mit in diesem Ofenteil
? vorgesehenen Düsen verbunden.
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Das durch den Ofenkopf 3 austretende Gas kann in bekannter Weise durch
Auswaschen von Wasserdampf und Kohlensäure befreit werden und steht dann zur freien
Verwet.-dung, oder es kann auch durch die Rohrleitung 2q. über den Verteilerkopf
18 und die am Ofen befestigten Rohrieitungen a5 nach Wahl in den Gaserzeugungsraum
8 oder den Reduktionsraum 7 eingeführt werden.
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Falls die Wärme, die zur Reduktion im Ofenraum 7 benötigt wird, so
groß ist, daß eine unmittelbare Verbrennung des Reduktionsgases eine zu große Abschwächung
seiner Reduktionswirkung bedeuten würde, so kann der obere Ofenteil auch mit Überschußgas
von außen mittelbar erhitzt werden. Dieser Fall liegt z. B. bei der Reduktion von
Zinkoxyd vor, während bei der Reduktion einer Reihe von Sulfaten, z. B. Kieserit,
Gips, die erforderliche Wärme ohne weiteres auch durch Verbrennung eines sehr großen
Teils des Reduktionsgases im Ofenraum 7 und insbesondere an dessen Beschickungsende
erreicht werden kann.
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Die Ofenteile 7 und 8 werden vorteilhaft mit an sich bekannten Stauringen
und Wendern ausgestattet. In manchen Fällen genügt es auch schon, wenn nur in einem
Teil des Drehrohrofens, z. B. nur in der Abteilung 7 oder nur in .der Abteilung
8, Stauringe und Wender; angeordnet sind.