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Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallen
in Form von Schwamm, z. B. Eisenschwamm. hobaltschwarnm, Nickelschwamm, Chrom_-schwamm
und Chromeisenschwamrn, durch Peduktion von fein, verteilten Erzen oder anderen
inetallolydhaltigen Stoffen mit fein verteilten Reduktionsmitteln, z. B. kohlenstoffhaltigen
Stoffen allein oder in Mischung mit thermischen Reduktionsmitteln ohne Schmelzuni;
des Erzes oder des gebildeten Metallschwammes.
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Es ist bekannt, Eisenschwamm durch Reduktion eines stückförmigen Gemisches
von Eisenerz und Kohle in Gegenwart reduzierender Gase herzustellen, die im Ofen
selbst durch Verbrennung von Kohlenstoff mit Luft im Unterschuß erzeugt werden.
Bei diesem bekannten Verfahren wird der erhaltene Schwamm in einem zweiten Teil
des Ofens durch die in der Beschickung noch vorhandene IC-ohle mit Hilfe der aufgespeicherten
wärme weiter reduziert und vor der oxydierenden Einwirkung etwa einströmender Luft
geschützt.
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Die Reduktion durch Gase hat den Nachteil, daß sie eine lange Zeit
in Anspruch nimmt, besonders tun den letzten Rest des zu entfernenden-Sauerstoffes
wegzuschaffen. Die Ofenvorrichtung wird deshalb sehr groß und somit kostspielig.
Es ist auch vorgeschlagen worden, ein Erz-Kohle-Gemisch in einem zweistufigen Verfahren
zu reduzieren, und zwar in der ersten Stufe in einem Drehrohrofen durch den eingemischten
Kohlenstoff in Gegenwart heißer oxydierender Verbrennungsgase und in der zweiten
Stufe durch Schmelzung des in der ersten Stufe erhaltenen schwammartigen L:rzeugnisses
in einem geschlossenen Elektrodenofen, wobei jedoch eine vollkommene Reduktion in
der ersten Stufe nicht erfolgt.
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Es ist auch bekannt, Eisenschwamm ini Drehrohrofen herzustellen durch
Reduktioli eines fein verteilten, Erz und Kohle im 1; berschuß enthaltenden Gemisches
in Gegenwart heißer oxydierender Verbrennungsgase in unmittelbarer Berührung mit
dem Gemisch. Die direkte Reduktion des Erzes durch Kohle geht sehr schnell vor sich,
aber dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die schweren Erz- bzw. Eisenkörper sich
von den lcicliteli Kohlekörnern trennen und an der heißen Ofenwand festkleben.
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Gemäß einer Weiterentwicklung des zuletzt genannten Verfahrens werden
aus dein .11s Erz und der erforderlichen @e<lul;tionskohle bestehenden Gemisch
vor der Reduktion Formlilige gebildet, die mit Hilfe eines Bindemittels mit einer
Itohleschicht ühe:rzogen ini Dreliroliroferi erhitzt Nverden. Die ganze zur Durchführung
dieses \'erfalirelis
nötige Wärmemenge wird auch in diesem Falle
der Beschickung mittels heißer Verbrennungsase unmittelbar zugeführt. Der brikettierte
Zustand der Beschickung verhindert zwar die Trennung der Erz- bzw. Eisenkörner und
der Kohlekörner, aber die Brikette sind während der ganzen Reduktion der Einwirkung
der Verbrennungsgase ausgesetzt. Auch wenn die Flamme reduzierend gehalten wird.
sind die Gase im Verhältnis zur Kohleschicht der Brikette jedoch derartig oxydierend,
daß der Gehalt ihrer Flächen an Kohlenstoff am Ende der Reduktion zu gering wird,
um eine Wiederoxydation des bereits gebildeten 'Metallschwammes in genügendem Maße
zu verhindern. Um Gleichgewicht zwischen der festen, metallischen Phase und der
Gasphase zu erzielen, muß niünlich bei der zur Reduktion nötigen Temperatur (85o°
bis rooo° C) der Sauerstoffdruck der Gasphase sehr niedrig gehalten werden. d. h.
die wärmeübertragenden Gase müssen einen sehr niedrigen Gehalt an oxyclierenden
Bestandteilen, Kohlensäure und Wasserdampf haben, um eine Wiederoxy dation des Metallschwammes
nicht zu bewirken. Bei Verwendung oxydierender Heizgase müssen demnach die Gase
sich mit Kohlenstoff in der Beschickung umsetzen, bis die Oxydierenden Bestandteile
praktisch vollständig in reduzierende Bestandteile übergeführt worden sind, um die
Güte des Schwammes nicht zu beeinträchtigen. Die Umsetzung zwischen Kohlensäure'
bz"v. Wasserdampf und Kohlenstoff ist aber stark endotherm und erniedrigt also die
Temperatur der Gase und der Beschickung, so daß die Reduktion ihrerseits beeinträchtigt
wird. Der Vorteil der schnellen direkten Reduktion des Erzes durch den beigemischten
Kohlenstoff wird folglich durch den Nachteil eines schlechten, stark oxydierten
Erzeugnisses mehr als ausgeglichen. Hierzu kommt, daß die Brikette durch das Umherrollen
im Drehrohrofen leicht zerspringen, so daß die. Heizgase Gelegenheit finden, auf
ihre inneren, keinen Kohlenüberschuß enthaltenden Teile einzuwirken.
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Auch beim Reduzieren einer losen, einen Reduktionsmitteliiberschuß
enthaltenden Beschickung im Drehrohrofen, Kanalofen o. dgl. wird während des letzten
Teiles der Reduktion eine gewisse Wiederoxydation von bereits gebildetem Metallschwamm
durch die über die Beschickung streichende Flamme eintreten. Im Kanalofen wird besonders
die Oberfläche der auf Wagen liegenden Beschickung der Flamme ausgesetzt. Die Fläche
wird zwar vorteilhaft durch eine Kohleschicht bedeckt, aber die Gefahr cler Wiederoxydation
ist doch immer vorhanden. Bei Verwendung eines Drehrohrofens gibt es keine besondere
Fläche der Beschickung, die rlen Vc#rbrennungsgasen am meisten ausgesetzt ibt. weil
die Beschickung im Ofen uinherrollt und damit die verschiedenen Bestandteile derselben
immer ihren Platz wechseln: aber statt dessen wollen die Erz- und Metallschwammkörnchen,
wie erwähnt, sich von den 1,7,olilelörnchen trennen und an der heißen Ofenwand festsintern,
die oben im Ofen mit der Flamme in direkte Berührung kommt oder deren voller Strahlenhitze
ausgesetzt ist, wodurch teils eine Wiederoxydation des -Metallschwammes, teils eine
Verstopfung des Ofens eintritt. .
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Das vorliegende Verfahren vereinigt die Vorteile der obenerwähnten
Verfahren, ohne ihre Nachteile aufzuweisen, und ergibt eine schnelle Reduktion unter
Vermeidung der Wiederoxydation von bereits gebildetem Metallschwamm und der Verstopfung
des Ofens. Das Verfahren ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß das Beschickungsgut,
das aus einem fein verteilten oder verhältnismäßig fein verteilten Gemisch von Eisenerz
und Reduktionsmittel iin überschuß, z. B. kohlenstoffhaltigem Gut allein oder in
Mischung mit thermischen Reduktionsmitteln, besteht, in losem oder brikettiertem
Zustande einer an sich bekannten zweistufigen Reduktion derart unterworfen wird,
daß in der ersten Stufe des Verfahrens der Hauptteil der Reduktion des Erzes in
unmittelbarer Berührung mit heißen Verbrennungsgasen von derartig oxydierendem Charakter
erfolgt. daß wenigstens ein Teil des Reduktionsmittelüberschusses verbrennt, worauf
in der zweiten Stufe des Verfahrens die Endreduktion zu dem erwünschten Reduktionsgrade
ohne Berührung , mit oxydierenden Gasen unter mittelbarer Wärmezufuhr durch Beheizen
des Beschickungsgutes von außen stattfindet.
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Als Beispiele für kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel seien Holzkohle,
Halbkoks, Torfkohle, Steinkohle, Anthrazit und Koks und als Beispiel für thermische
Reduktionsmittel Ferrosilicium, Ferroaluminiuin und Ferroaluminiumsilicium u. dgl.
erwähnt. - Die Verwendung dieser Stoffe als Reduktionsmittel ist an sich bekannt.
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Die Gefahr der Wiederoxvclation von bereits gebildetem Metallschwamm
ist selbstverständlich am größten während des letzten Teiles der Reduktion, der
auch eine verhältnismäßig lange Zeit im Vergleich zu derjenigen für den vorhergehenden
Teil der Reduktion in Anspruch nimmt. Der Überschuß an Reduktionsmittel, wie Kohle
o. dgl., ist dabei beträchtlich geringer als während der vorhergehenden Reduktionsstufe.
und da die Verbrennungsgase in der Regel in dein Augenblick
am
wärmsten sind, in dem sie erstmals mit der Beschickung in Berührung kommen, wird
die Einwirkung ihrer oxydierenden Bestandteile am kräftigsten, wenn sie bei dieser
Gelegenheit eine praktisch fertigreduzierte Beschickung treffen. Um einen niedrigen
Sauerstoffgehalt im Enderzeugnis zu erzielen, ist es deshalb erforderlich, daß.die
Beschikkung während des letzten Teiles der Reduktion mit den Verbrennungsgasen nicht
in Berührung kommt. Zu diesem Zweck wird die Beschickung gemäß der Erfindung, nachdem
sie z. B. zu 75 % bis 95 °1o der praktisch erreichbaren Reduktion
mit Hilfe der eingemischten Kohle in Gegenwart heißer oxydierender Verbrennungsgase
unmittelbar reduziert ist, in einen besonderen Raum ein und desselben Ofens oder
einen besonderen Raum einer zusammenhängenden Ofenanlage eingeführt, in welchem
die Beschickung nicht mehr mit diesen Gasen in Berührung kommt. Diese. Gase können
dann. auf das Reduktionsmittel und den ausreduzierten Metallschwamm während der
letzten kritischen Stufe des Verfahrens nicht mehr oxydierend- einwirken. Die @@,ärme
für die Endreduktion wird dabei der Beschickung ganz oder teilweise mittelbar durch
Brennstoffeuerung oder Verbrennungsgase zugeführt, und zwar durch Beheizen der äußeren
oder inneren Wände desjenigen Teiles des Ofens, in dem die Endreduktion durchgeführt
wird, oder teilweise durch Wärme,, die in der Beschickung während der vorhergehenden
Erhitzung mit den Verbrennungsgasen aufgespeichert worden ist. Die Wärmezufuhr kann
z. B. durch Kanäle in den Wänden des Ofens oder durch ein oder mehrere Rohre stattfinden,
die den Ofenraum durchziehen und von heißen Verbrennungsgasen durchströmt werden.
Zweckmäßig dienen diese Beheizungsvorrichtungen als Verbrennungskammern für den
Zusatzbrennstoff, der gegebenenfalls zur Erzeugung der Verbrennungsgase für den
Ofen oder den Teil des Ofens, in dem die erste Stufe der Reduktion durchgeführt
wird, erforderlich ist. Nach Durchströmung dieser Kammern, Kanäle oder Rohre werden
die Gase dann zweckmäßig in diesen Ofen oder Ofenraum im Gegenstrom zur Beschickung
eingeleitet. Hierdurch wird die bestmögliche Ausnutzung der durch die Verbrennung
des Zusatzbrennstoffes erzeugten Wärme erzielt. Zur Verbrennung wird vorteilhaft
vorgewärmte Luft gebraucht, die z. B. durch mittelbare Kühlung des hergestellten
Schwammes in der Kühlzone der Vorrichtung oder durch die aus dem Ofen entweichenden,
ausgenutzten Verbrennungsgase erhitzt worden ist. Es kann aber auch ein mehr als
25 °1a betragender Teil der Reduktion im Endreduktionsraum stattfinden, ohne daß
das Verfahren außerhalb des Rahmens der Erfindung fällt, wenn nur der Hauptteil
der für die Erhitzung der Beschickung auf geeignete Reduktionstemperatur und die
Reduktion selbst erforderlichen Wärme durch heiße Verbrennungsgase in Berührung
mit der Beschickung zugeführt wird.
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Da die Endreduktion in Abwesenheit von Verbrennungsgasen stattfindet,
wird das hierbei mit Kohle erzeugte Kohlenoxyd den Endreduktionsteil des Ofens füllen.
Die Beschickung wird also in diesem Raum von einer kräftig reduzierenden Atmosphäre
umgeben, wodurch die Reduktion etwaiger noch vorhandener unreduzierter Erzkörnchen
und etwaiger wiederoxydierter Metallschwammkörnchen - bei brikettierter Beschickung
besonders in den Flächen der Brikette - erlieblich erleichtert wird. Die gleichzeitige
mittelbare Wärmezufuhr zum Endreduktionsraum wirkt zum Aufrechterhalten der reduzierenden
Atmosphäre dadurch mit, daß der durch die Reduktion gebildeten Kohlensäure Gelegenheit
gegeben wird, sich sofort mit dem Kohlenstoff in der Beschickung zu Kohlenoxyd umzusetzen.
Auf diese Weise wird ein Erzeugnis niedrigen Sauerstoffgehaltes erzielt. Der unverbrauchte
Teil des Kohlenoxyds strömt, gemischt mit durch die Reduktion gebildeter Kohlensäure,
vom Endreduktionsraum nach dem Teil der Vorrichtung, in dem die erste Stufe der
Reduktion durchgeführt wird, und wird dort verwertet. Die Reduktion durch das Gas
im Endreduktionsraum kann gegebenenfalls durch zusätzliches Einleiten von reduzierendem
Gas unterstützt werden, und zwar zweckmäßig von vorgewärmtem Gas,. das z. B. Kohlenoxyd
und/oder Wasserstoff und nur verhältnismäßig kleine Mengen Kohlensäure und/oder
Wasserdampf enthält. Dieses Gas kann dann durch vollständige oder teilweise Verbrennung
mit vorgewärmter oder nicht vorgewärmter Luft oder anderem oxydierendem Gas im Reduktionsraum
für die erste Stufe der Reduktion und in dem vor diesein Raum liegenden Teil der
Vorrichtung für die Vorwärmung und gegebenenfalls Vorreduktion verwertet werden.'
Die Wärmezufuhr zum Endreduktionsraum soll auf eine derartige Weise geregelt werden,
daß keine nennenswerte Sinterung der Beschickung eintritt. Die Gefahr der Sinterung
ist freilich ziemlich gering; besonders wenn ein großer Kohleüberschuß in der Beschickung
vorhanden ist und diese sich während der Reduktion in einer stetigen Bewegung befindet,
weil die Beschickung in diesem Teil des Ofens mit heißen Gasen oder Wandflächen,
die unmittelbar den heißen Gasen ausgesetzt sind, nicht in Berührung kommt.
Die
Temperatur in den Verbrennungskammern bzw. Erhitzungskanälen, die zu diesem Raum
gehören, soll aber so eingestellt werden, daß die Temperatur derjenigen Teile der
Beschickung, die den wärmezuführenden Wänden am nächsten liegen, nicht zu hoch wird.
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Unter bzw. hinter dem Endreduktionsraum wird zweckmäßig eine Kühlzone
im Ofen vorgesehen, in der der Schwamm mit Hilfe eines geeigneten Kühlmittels, z.
B. Luft oder Wasser, abgekühlt wird, das durch einen Kühlmantel oder in dieser Kühlzone
vorgesehene Kühlrohre geleitet wird, so daß der gekühlte Schwamm aus dem Ofen entnommen
werden kann, ohne daß die Gefahr seiner Wiederoxydation besteht. Wird reduzierendes
Gas in den Endreduktionsraum eingeleitet, so kann es zweckmäßig im Kühlraum in Berührung
mit dem Schwamm erhitzt werden, wobei der Schwamm gleichzeitig abgekühlt wird.
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Die geeignete Menge des Reduktionsmittelüberschusses in der Beschickung
ist durch praktische Versuche in jedem besonderen Falle festzustellen. Je stärker
oxydierend die Verbrennung gehalten wird, desto größer muß der Überschuß sein. Bei
vorsichtig geleiteter Verbrennung und gut eingestellter Luftzufuhr zum Ofen kann
ein Überschuß von 5 °/o genügend sein. In der Regel soll jedoch der Überschuß höher
gehalten-werden, z. B. ro °/o, oder wenn billige Kohle zur Verfügung steht, 50 °/p
bis zu zoo % oder noch höher. Ein Teil dieses Überschusses kann bei der nachfolgenden
Aufbereitung des reduzierten Beschickungsgutes wiedergewonnen werden. Bei Verwendung'einer
brikettierten Beschickung kann zweckmäßig auch ein größerer Überschuß in den Flächen
oder Außenschichten der Brikette al's in den übrigen Teilen derselben vorgesehen
werden. Bei Ausführung der Reduktion im Kanalofen mit einer Beschickung, die auf
durch den Ofen geführten Wagen o. dgl. liegt, wird auch die Oberfläche der Beschickung,
wie an sich bekannt, zweckmäßig mit einer Kohleschicht bedeckt.
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Bei Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels kann die
für die Reduktion erforderliche Wärme im zur Erhitzung und zur ersten Stufe der
Reduktion verwendeten Ofenraum ganz oder teilweise in diesem durch Verbrennung von
bei der Reduktion gebildetem Gas, hauptsächlich bestehend aus Kohlenoxyd, mit zugeführter,
gegebenenfalls vorgewärmter Luft oder oxydierenden Verbrennungsgasen entwickelt
werden. Etwaiger erforderlicher Zusatzbrennstoff in den Verbrennungskammern kann
zweckmäßig aus Gas bestehen, das erhalten wird aus einem dein Schwaninflierst@lltingsofen
angeschlossenen elektrischen Ufen, in dem die Metallschwamm enthaltende Beschickung
weiterbehandelt und/oder geschmolzen wird, gegebenenfalls gleichzeitig mit einer
in deri Elektroofen besonders eingeführten, brikettierten oder losen Erz-Kohle-Beschickung,
die gegebenenfalls einen Unterschuß an Reduktionskohle im Verhältnis zu der für
die vollständige Reduktion der vorhandenen Erzmenge theoretisch erforderlichen Menge
enthält, um den Überschuß an Reduktionsmittel, der dem Ofen mit der Schwammbeschickung
zugeführt wird, auszugleichen.
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Durch entsprechende Einstellung der zugeführten Luftmenge im Verhältnis
zu der insgesamt verbrannten Brennstoffmenge im Ofen kann zweckmäßig die Verbrennung
im ersten Reduktionsraum derart geleitet werden, daß die Atmosphäre in diesem Raum
einen Teil unverbrannten Kohlenoxyds, z. B. einige Prozente, enthält, und somit
nur verhältnismäßig schwach oxydierend wirkt. Durch Luftzufuhr an verschiedenen
in Bewegungsrichtung der Gase aufeinanderfolgenden Stellen des Ofens wird ferner
zweckmäßig die Verbrennung des zur Bildung der Verbrennungsgase erforderlichen Zusatzbrennstoffes
und des im Ofen gebildeten Reduktionsgases und etwaigen Destillationsgases in solcher
Weise geleitet, daß der Gehalt der Verbrennungsgase an oxydierenden Bestandteilen,
z. B. Sauerstoff und Kohlensäure, infolge der Luftzufuhr um so höher wird, je höher
der O-Gehalt der den Verbrennungsgasen entgegenkommenden nicht oder nur teilweise
reduzierten Erze ist. Hierdurch wird die im Ofen insgesamt verbrauchte Brennstoffmenge
auf beste Weise ausgenutzt.
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Wird eine Beschickung im brikettierten Zustand verwendet, so sind
die Brikette zweckmäßig unter Anwendung von möglichst geringem Druck oder durch
Nodulisierung, ' d. h. Zusammenballen in z. B. einer Trommel auf bekannte Weise
o. dgl., zu bilden, um eine große Porosität zu erhalten.
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Es kann jedes geeignete Bindemittel verwendet werden. Bei Anwendung
von Kohle in großem Überschuß in dem Gemisch ist kalkhaltiges Bindemittel, z. B.
Kalkmilch, besonders geeignet, weil der Kalk bekanntlich einen großen Teil des Schwefelgehalts
der Rohstoffe als Calciumsulfid bindet, das dann beim Trennen des Metalls von Kohle,
Bergart u. a. m., z. B. im magnetischen oder Windseparator, entfernt werden kann.
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Eine Außenschicht aus Kohle kann nach der Formung auf den Briketten,
z. B. durch Bestreuen oder Beblasen der neugeformten,
feuchten Brikette
mit Kohlenstaub in an sich bekannter Weise, angebracht werden.
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Zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung kann jede geeignete
Ofenvorrichtung, z. B. ein 'Kanalofen, Drehrohrofen oder Schachtofen, verwendet
werden, wenn nur die Beschickung und die Verbrennungsgase im Gegenstrom zueinander
durch den Ofen wandern. Ein Kanalofen oder Drehrohrofen wird mit Vorteil dann verwendet,
wenn eine lose Beschickung oder Brikette von geringer Stückgröße, z. B. Erbs- bis
Bohnengröße, reduziert werden, ein Schachtofen dann, wenn größere Brikette verwendet
werden.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist in Abb. i und 2 ein geeigneter
Schachtofen zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung bei brikettierter Beschickung
und in Abb. 3 ein Drehrohrofen für lose Beschickung gezeigt. Die Erfindung ist aber
an diese Vorrichtungen, die nur als Beispiele angeführt sind, nicht gebunden. Ein
Kanalofen kann also für eine lose oder brikettierte Beschickung mit grundsätzlich
derselben Wirkungsweise und Bauart wie die dargestellten Drehrohrofen- und Schachtofenvorrichtungen,
die auch auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne daß die Erfindung
davon abhängig ist, ebenfalls angewandt werden'.
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Abb. i ist ein senkrechter Schnitt durch einen Schachtofen.
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Abb.2 ist ein waagerechter Schnitt nach der Linie A-A in Abb. i.
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Abb. 3 ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Drehrohrofen,
der mit einem elektrischen Schmelzofen in Verbindung steht.
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Nach den Abb. i und 2 besteht die Vorrichtung aus einem einzigen zusammenhängenden
Schachtofen. Die verschiedenen Räume zur Vorwärmung, zur Durchführung des ersten
Teiles der Reduktion, der Schlußreduktion und der Abkühlung des Schwammes können
auch als getrennte, aber miteinander verbundene Teile gebaut werden. Die Brikette,
etwaigenfalls in einer besonderen, in der Zeichnung nicht gezeigten Vorrichtung,
z. B. in Verbindung mit ihrer Trocknung vorgewärmt, werden in dem von dem Schacht
3, dem Futter 2 und dem Ofenmäntel i gebildeten Schachtöfen durch eine mit doppelten
Verschlüssen 4 und 5 ausgerüstete Einführungsvorrichtung 6 'aufgegeben. Die Brikette
werden dabei durch die im Schacht aufsteigenden heißen Verbrennungsgase in dem mit
3a bezeichneten Teil des Schachtes 3 auf Reduktionstemperatur erhitzt, z. B. zwecks
Herstellung von Eisenschwamm auf 8-o° bis 105o°. Im Teil 3b des Schachtes wird dann
die erste Stufe der Reduktion mit Hilfe des in den Briketten im Überschuß enthaltenen
Reduktionsmittels und etwaigenfalls mit dem aus ihm entwickelten Gas durchgeführt.
Die Brikette gelangen dann in den Teil 3c des Schachtes, wo sie mit Verbrennungsgasen
praktisch nicht mehr in Berührung kommen. In diesem Falle ist um den Schachtteil
3c herum eine Verbrennungskammer 7 angeordnet, in der der -für die Wärmezufuhr nötige-
Zusatzbrennstoff mit Luft in den Brennern 8 verbrannt wird. Wärme wird dabei für
die Durchführung der zweiten Reduktionsstufe durch die Wand io zum Schachtraum 3c
geleitet. Darauf gelangen die reduzierten Brikette in den untersten Teil 311 des
Schachtes 3. Die Kühlung wird in diesem Falle dadurch erzielt, daß unter der den
Ofen tragenden Bodenplatte 17 ein Behälter i8 aus Blech mit doppelten Wänden i9
und 2o eingesetzt ist. Der Raum zwischen diesen Wänden wird von Luft oder Wasser
durchströmt. Die angewärmte Luft kann anschließend mit Vorteil, z. B. in den Brennern
8, ausgenutzt werden. Aus dem Behälter zS werden die Schwammbrikette mit Hilfe der
Schnecken 22 und 23, die durch eine geeignete, in der Zeichnung nicht gezeigte Vorrichtung
angetrieben werden, herausgenommen. Zur vollständigen Kühlung kann der Schwamm durch
weitere Kühlvorrichtungen geführt werden, die z. B. um die zur Entnahme des Schwammes
dienenden Schnecken 22 und 23 angeordnet sind.
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Die gebildeten Verbrennungsgase bei der Verbrennung des durch die
Brenner 8 in die Verbrennungskammer 7 eingeführten Brennstoffs, der z. B. aus vom
oberen Teil des Schachtes abgezogenem, brennbare Bestandteile enthaltendem Gas bestehen
kann, strömen von der Kammer 7, nachdem sie durch die Wand io den Raum 3c mittelbar
erhitzt haben, durch die Öffnungen 9 in der Schachtwand io in den Raum 3b. Die Verbrennungsgase
umspülen dabei die Brikette -und geben an diese die für die Reduktion nötige Wärme
unmittelbar ab. Das bei der Reduktion des Erzes durch Kohle gebildete Kohlenoxyd
sowie das vom Raum 3c kämmende, Kohlenoxyd enthaltende Gas wird, wenigstens teilweise,
in den Zwischenräumen zwischen den Briketten im Schacht verbrannt. Die Verbrennungsgase
werden aber bei ihrem Aufstieg durch den Schacht durch entwickeltes Kohlenoxyd an
brennbaren Bestandteilen angereichert, die im vorliegenden Falle im oberen Teil
des Schachtes ausgenutzt werden durch Zufuhr von vorgewärmter oder nicht vorgewärmter
Luft durch die in verschiedenen Höhen der Schachtwand 2 angebrachten Öffnungen i
i und 12. Der Gehalt der Verbrennungsgase an oxydierenden. Bestandteilen wird in
dieser Weise infolge der Luftzufuhr
gesteigert, je nachdem sie Beschickungsteilen
begegnen, die infolge noch nicht stattgefundener Reduktion einen höheren Sauerstoffgehalt
aufweisen. Die Luft wird diesen Öffnungen durch die Leitungen 13 und 14 von der
Ringleitung 15 zugeführt, welche mit einer Luftleitung 16 in Verbindung steht. Die
zugesetzte Luftmenge wird durch die Ventile 24 und 25 geregelt. Wird Unterdruck
im Ofen verwendet, so kann die Luft durch die mit Regulierungsklappen versehenen
Öffnungen i i und 12 unmittelbar aus der Atmosphäre eingeführt werden. Die nach
dem Luftzusatz kräftiger oxydierenden Verbrennungsgase erhitzen, gegebenenfalls
unter teilweiser Reduktion, die Brikette im Schachtteil 3" und ziehen dann
durch den ringförmigen Raum 26 zwischen der Ofenwand 2 und der Einführungsvorrichtung
6 zu der Öffnung 27 und von dieser zu einem nicht gezeigten Schornstein oder zu
einer Leitung ab. Die Gase können darauf zweckmäßig zur Trocknung der neugeformten
Brikette oder, wenn sie brennbare Bestandteile enthalten, als Zusatzbrennstoff in
den Brennern 8 verwendet werden. Der Gasdruck im Ofen kann durch den Druck der Luft
und etwaigenfalls des Brennstoffs in den Brennern 8 und Einstellung des Schiebers
28 im Gasabzug 27 geregelt werden. Zweckmäßig wird ein geringer Überdruck im Ofen
gehalten. Die Luftzufuhr durch die Öffnungen i i und 12 wird zweckmäßig nur gebraucht,
wenn die Beschickung einen verhältnismäßig großen Überschuß an Kohle enthält.
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In der Zeichnung ist der Schachtofen mit kreisförmigem Querschnitt
gezeigt. Beim Bauen mehrerer Öfen werden dieselben zweckmäßig in großen Ofenblöcken
ausgeführt, die mehrere nebeneinanderliegende Schächte mit rechteckigem Querschnitt
und verhältnismäßig geringer Breite umfassen, um die Wärmezufuhr zu der Beschickung
in den Endreduktionsräumen zu erleichtern, wobei die Verbrennungskammern bzw. die
Erhitzungskanäle zwischen den Schächten und nahe den Enden der Ofenblöcke angeordnet
-werden. Die Ofenbauart wird in solchem Falle der bei senkrechten Koksöfen üblichen
gleichen.
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Die oben beschriebene Schachtofenbauart ist, wie früher erwähnt, am
besten für eine Beschickung in Form von verhältnismäßig grobstückigenBrikettengeeignet.
DerSchachtofen kann aber auch für eine lose Beschickung und für kleinstöckige Brikette
benutzt werden, wenn der Ofen mit Vorrichtungen, -wie z. B. festen oder beweglichen
durchbrochenen Blechen o. dgl., zur Verteilung der Beschickung in nicht allzu hohen
Schichten im Schacht versehen ist, so daß die Gase durch den Schacht in Berührung
mit der Beschickung emporsteigen können.
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In Abb.3, die einen Drehrohrofen zur Ausführung der Reduktion zeigt,
ist die Kühlvorrichtung durch einen elektrischen Schmelzofen ersetzt, ' in welchem
der im Schwamm noch vorhandene Gehalt an -Metalloxyden mit Hilfe des enthaltenden
Reduktionsmittels beim Schmelzen des Schwammes schließlich reduziert wird. Ein Kühlraum,
z. B. nach Art eines weiteren Drehrohrofens, kann natürlich auch in diesem Falle
anstatt des Elektroofens verwendet werden, falls kalter Schwamm hergestellt werden
soll. Entsprechende Teile in dieser Ofenanlage und in der Anlage nach Abb. i und
2 haben dieselben Bezugszeichen.
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Die Beschickung wird durch die Einführungsvorrichtung 6 in die Vorwä
rmungs-und Vorreduktionszone 3a des Drehrohrofens 3 eingeführt und gelangt dann
durch die eigentlichen Reduktionszonen 31' und 3c des Ofens, welcher Teil des Ofens
z%vecl:-mäßig mit größerem Durchmesser als der vorhergehende ausgeführt wird, um
die Aufenthaltszeit der Beschickung in diesem Teil zu verlängern. Nachdem die Beschickung
den offenen Teil 3b der Reduktionszone -in Berührung mit den Verbrennungsgasen verlassen
hat, kommt sie in den ringförmigen Rauen 3c zwischen der Ofenwand 31 im erweiterten
Teil des Ofens und der inneren -zylinderförmigen Wand 32 und 1*,iuft durch diesen
Raum, wo sie in der in der Mitte des Ofens gelegenen Verbrennungskammer ; mittelbar
erhitzt wird, ohne mit den Flammen oder Verbrennungsgasen in Berührung zu kommen.
Vom Raum 3c wird die Beschickung durch die Öffnung 33 in der Endwand 34 des Ofens
über einen Schacht 35 in den Elektroofen 36 eingeführt. Mit Hilfe einer oder mehrerer
am Boden des Schachtes angeordneter, zweckmäßig wassergekühlter Schnecken 37 wird
der Schwamm in den Schmelzraum 38 des Elektroofens befördert. Durch einen anderen
Schacht 39 mit den Verschlüssen 411 und 511 und den Transportschnecken 37a kann,
falls erwünscht, eine Erz-Kohle-Beschickung, zweckmäßig mit Kohle im Unterschuß
im Verhältnis zur Erzmenge, in den Schmelzraum eingebracht werden, um die Entwicklung
von Reduktionsgas zu erhöhen. Das bei der Reduktion im Elektroofen gebildete Gas,
das hauptsächlich aus Kohlenoxyd besteht, -wird durch das Rohr 40 vom Schacht 39
zu den Brennern 8 abgeleitet und mit Luft, zugeführt durch das Rohr 41, in der Verbrennungskammer
7 verbrannt. Gegebenenfalls kann auch Gas vom Elektroofen durch ein besonderes,
nicht dargestelltes Rohr, das vom Rohr 4o oder dem
| Gewölbe des Elektroofens abgeleitet ist, in |
| den 1Zatini,31' eingeleitet «-erden, um die Re- |
| duktion in diesem Teil zu unterstützen. |
| _Nachdem die \-erl)rennun,-sgase die Ver- |
| brennungskannner ; verlassen und dabei den |
| Reduktionsraum 3 c mittelbar beheizt haben, |
| strömen sie durch den Reduktionsraum 3v, in |
| dem die erste und hauptsächlichste Stufe der |
| Reduktion. durchgeführt wird, wo sie an die |
| Beschickung den Hauptteil der für die Re- |
| duktion erforderlichen Wärme abgeben. Das |
| in den Zonen 3c und 36 entwickelte Reduk- |
| tionsgas wird, wenigstens teilweise, in der |
| Zone 3L oherlialb der Beschickung und, wenn |
| eine brikettierte Beschickung angewendet |
| wird, in den Zwischenräumen zwischen den |
| Briketten durch die aus der Verbrennungs- |
| kainnicr ; strömenden oxydierenden Ver- |
| brennun`;gase verbrannt. Die Gase durch- |
| ziehen dann -die Zone 3°, in der eine Vor- |
| und auch -e-ebenenfalls eine |
| @-orrerluktion der Beschickung stattfindet. |
| Luit :;ailn Gien Verbrennungsgasen während |
| ihre> Durchganges durch den Ofen durch die |
| Ülü:n-en ii und 12 von den Rin;kammern |
| i; :::id iV zugeführt werden. Wird Druck- |
| ltiit verwendet. soll die Luft diesen Ring- |
| kaininern durch eine besondere, in der Z.eich- |
| ntmc@ nicht dargestellte Rohrleitung zugeführt |
| werden. Die Verbrennungsgase erhitzen dann |
| die Beschickung ini ersten Teil der Zone 3" |
| und werden darauf durch den Abzug 27 zu |
| vi::er Staubkarnnier 42 und von dieser zu |
| einem Schornstein 4.3 abgeleitet. |
| Das Verfahren nach der Erfindung ist auf |
| clie beispielsweise erwähnten 'Metalle und |
| Stone sowie auf ihre Isorn-röl3e oder den |
| Retluktionsmittelüberschuß oder die Ofen- |
| Vorrirhtutwen nicht beschränkt. |