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Verfahren und Einrichtung zum unmittelbaren Herstellen von gießfertigem
Gußeisen aus Erzen im Gießereibetriebe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
unmittelbaren Erzeugung gießfertigen Gußeisens aus Erzen im Gießereibetriebe sowie
eine für die Ausführung dieses Verfahrens besonders vorteilhafte Einrichtung.
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Es ist bekannt, Eisenerz zu Eisenschwamm unter Verwendung von kohlenstoffhaltigen
Gasen zu reduzieren und den Eisenschwamm in einem getrennten Ofen niederzuschmelzen.
Dies geschieht bei den bekannten Verfahren bei hohen Temperaturen, um eine Kohlenstoffabscheidung
zu verhindern. Außerdem ist angeregt worden, die Reduktion von Eisenerzen durch
den aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasen abgeschiedenen Kohlenstoff zu bewirken.
Für die Reduktion von Eisenerzen ist auch bereits- vorgeschlagen worden, einen Gießereischachtofen
zu verwenden. Bei den bekännten Verfahren ist es notwendig, das Erz vorzubereiten,
beispielsweise zu zerkleinern und u. a. aufzubereiten, d h. es von der Gangart größtenteils
zu befreien. Auch bieten die bekannten Verfahren keine Gewähr für die Vermeidung
einer Wiederoxvdation des reduzierten Erzes sowie für die Gewinnung eines gießfertigen
Gußeisens.
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Erfindungsgemäß wird das Erz in der üblichen Stückigkeit der Anlieferung
in einem Schachtofen bei so niedriger Temperatur reduziert, daß sich auf dem reduzierten
Gut Kohlenstoff abscheidet, worauf das reduzierte Gut kurze Zeit eine Zone von etwa
iooo° C durchläuft, wobei der ausgeschiedene Kohlenstoff in bezug auf die Reduktion
der Eisenbegleiter nicht wirksam werden kann, aber beim Austragen eine Wiederoxydation
des reduzierten Gutes verhindert wird. Im Anschluß hieran wird das auf diese Art
reduzierte Gut in üblicher Weise im Schmelzofen geschmolzen.
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Es ist bekanntlich im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
vorteilhaft, bei niedrigen Temperaturen zu reduzieren und dabei die Gasgeschwindigkeit
im Reduktionsofen niedrig zu halten. Der dabei abgeschiedene in etwa 2/3 Höhe desselben
abgelagerte feinst verteilte Kohlenstoff ist äußerst reduktionskräftig und übernimmt
beim weiteren Niedergehen der Beschickung einen Teil der Reduktion des Eisens, ohne
daß gleichzeitig die Eisenbegleiter mit reduziert werden.
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Dem Schmelzofen werden in an sich bekannter Weise geringe :Mengen
von Kohlenstoff in beliebiger Form, also z. B. Koks, Grude, Holzkohle o. dgl., zur
restlichen Reduktion des Eisenschwammes sowie zur Kohlung des Gußeisens zugeführt.
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Besonders zweckmäßig ist es, das Verfahren in entsprechend abgeänderten
Gießereischachtöfen, die in jedem Gießereibetrieb vorhanden sind, vorzunehmen. In
der Abbildung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise
dargestellt, an der nachstehend auch das Verfahren erläutert werden soll.
Der
als Reduktionsofen dienende Schachtofen i trägt, wie an sich bekannt ist, an seinem
oberen Ende einen Erzaufgabetrichter ci init Gichtverschluß und unterhalb desselben
einen Gasabführungsstutzen h. Ait4 unteren Ende des Scliaclitofens sind die Ga4
zuführtingen cl, die Luftzuführungen e, eine Zündvorrichtung i und eine Austragvorrichtung
c für das reduzierte Erz vorgesehen.
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Als Schachtofen i kann ein vorhandener Gießereischachtofen bc°nutzt
werden, falls die Windführungsdüsen entfernt, die Windzufü lirungsöftnungen verschlossen
und der Bodenteil geni;iß der Abbildung abgeschriigt sowie eine Austragvorrichtung
c, eine Gaszuführung d, eine Luftzuführung e und eine Zündvorrichtung (angeordnet
werden.
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Das in dein Schachtofen i reduzierte Erz wird im Schachtofen 2 zusammen
mit den erforderlichen Zusätzen, wie Kohlenstoff (zur restlichen Reduktion und Kohlung),
Kalkstein und gegebenenfalls Schrott, geschmolzen. Wie die Abbildung zeigt, kann
als Schnielzschachtofen 2 ebenfalls ein vorhandener Gießereischachtofen Verwendung
finden, der baulich ins wesentlichen nur insoweit geändert zu werden braucht, als
die Winddüsen durch Gasbreimer ä ersetzt werden.
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Das zur Reduktion erforderliche Gas wird, falls es nicht schon aus
anderen Quellen zur Verfügung stehen sollte; in einer Generatorenanlage 3 erzeugt
und gegebenenfalls vor seinem Eintritt in den Reduktionsofen i in gleicher Weise
wie die Verbrennungsluft in dem Wärineaustauscher d. vorgewärmt. Zur @`orwärmung
von Gas und Luft kann das den Rechiktionsofen i durch den Stutzen b verlassende
heiße Abgas dienen, das vor seinem Austritt in die Außenluft bzw. seinem Eintritt
in eine Regenerierungsanlage den Wärmeaustauscher .4 durchströmt und hier unter
gleichzeitiges- Abkühlung die zur Vorwärmung von Luft undGas dienende Wärmemenge
abgibt. Der Wärmeaustauscher .4 kann verschiedener an sich bekannter Bauart sein.
Beispielsweise kann ein rölirenföriniges Schlangensystem Verwendung finden. Ist
außer den Schachtöfen i und 2 noch ein weiterer Gießereischachtofen vorhanden, so
kann der Wärineaustatischer in diesem untergebracht werden.
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Das Erz, das vorher nicht pulverisiert zu werden braucht, wird durch
den Aufgabetricliter a. in den Reduktionsofen i in dem Maße eingeführt, wie reduziertes
Gut durch die Austragevorrichtung c entnommen wird. Das in denn Generator, erzeugte
oder sonstwie gewonnene Reduktionsgas, welches vorteilhaft Kohlenstoffverbindungen
enthält, tritt nach erfolgter Vorwärmung ins Wärmez41 .1 durch die Leitung d in
den Reduktionsofen i ein und trifft hier mit der ebenfalls vorgewärmten und durch
die Leihng r zugeführten Verbrennungsluft zusam-Tiwii. Die Zündung des Gases wird
durch Aue im unteren Schachtofenteil vorgesehene Zündvorrichtung % beliebiger Art
bewerkstelligt.
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Das aufgegebene Gut wird durch die bei l> abziehenden Gase im oberen
Teil des Ofens zitniiclist vorgewärmt und dann durch das iin unteren Schachtteil
zugeführte Gas reduziert. Wie aus den Größenverhältnissen der Zuführungsleitungen
d und e zu ersehen ist, reicht die zugeführte Luftmenge nicht zur restlosen Verbrennung
des zugeführten Gases aus. Sie ist so groß, claß unter Berücksichtigung der Ofenverhältnisse
nur so viel Gas verbrannt wird, wie zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Reduktionstemperatur
notwendig ist, während <las eingeführte Gas zur Reduktion des Erzes selbst dient.
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Diese Reduktion findet bei niedrigen Temperaturen (höchstens 7o0°)
und bei geringer Gasgeschwindigkeit statt, wobei in etwa 2 /3 Höhe des Ofens eine
Zersetzung des Gases unter gleichzeitiger Ablagerung von feinst verteiltem Kohlenstoff
stattfindet.
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Die Reduktion des Erzes in diesem Ofen erreicht erfahrungsgemäß ungefähr
einen Betrag von 85 °/1". Dieses reduzierte Erz gelangt nun im weiteren Verlauf
des Verfahrens in den unteren Teil (los Ofens nur kurze Zeit in eine Zone, die eine
Temperatur von etwa iooo° C aufweist. Dadurch wird die Oberfläche des Erzes so beeinflußt,
daß eine Wiederoxydation des reduzierten Gutes beim Berühren mit Luft, die beim
Austragen und Einfüllen des reduzierten Gutes aus dem Ofen 1 in den Ofen 2 erfolgt,
verhindert wird, ohne daß der ausgeschiedene Kohlenstoff in bezug auf die Reduktion
der Eisenbegleiter wirksam werden kann (da hierfür die Zeit nicht genügt).
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Das dem Ofen i entnommene reduzierte Gut wird hierauf in den Schmelzofen
2 eingeführt. Als Zuschläge werden Kohlenstoff in beliebiger Form, Kalkstein zur
Schlackenführung und gegebenenfalls Schrott zur Verbilligung der Gattierung und
zur Erreichung einer gewünschten Zusammensetzung des Enderzeugnisses beigegeben.
Der zugesetzte Kohlenstoff dient lediglich dazu, die Endreduktion des Eisenschwammes
und die Einführung des Kohlenstoffes in das Eisen zu ermöglichen.
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Die Niederschmelzung des im Ofen i reduzierten Gutes erfolgt deshalb
in einem anderen Ofen 2, damit dir ausgeschiedene Kohlenstoff auch bei der Weiterbehandlung
nicht auf die Eisenbegleiter, wie Phosphor,
wirksam wird, denn dieser
ausgeschiedene Kohlenstoff wird in den oberen Zonen des zweiten Ofens, also im Gebiete
niedriger Temperaturen, zur Restreduktion des Eisens verbraucht. Die Verbrennung
des durch den Wärmeaustauscher q. ebenfalls vorgewärmten Heizgases, das durch die
Brenner g zugeführt wird, erfolgt mit vorgewärmter Luft. Dabei muß die Luftmenge
so bemessen werden, daß eine reduzierende Atmosphäre im Ofen entsteht.
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Aus jedem Erz kann jedes gewünschte Gießereieisen nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhalten werden.
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Ein besonderer Vorzug des neuen Verfahrens liegt auch darin, daß das
erzeugte Eisen nur sehr wenig Schwefel enthält, was darauf zurückzuführen ist, daß
dieses Eisen im Gegensatz zu dem nach den bisher bekannten Verfahren erzeugten Eisen
mit größeren Mengen schwefelhaltiger Brennstoffe (Koks im Hochofen und Gießereischachtofen)
nicht in Berührung kommt. Hinzu kommt noch, daß der an sich nur in geringen Mengen
vorhandene Schwefel von dem im Gas enthaltenen Wasserstoff insbesondere im Ofen
2 aufgenommen wird.
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Es sei noch hervorgehoben, daß die Ausnutzung der Brennstoffe äußerst
günstig ist, wodurch ein hoher Wirkungsgrad der Anlage bedingt wird. Außerdem sind
die Anlagekosten niedrig, weil die Anlage aus einzelnen gut durchgebildeten und
einfachen Vorrichtungen besteht und unter Umständen sogar durch eine leicht durchführbare
Abänderung bestehender Anlagen erhalten werden kann.
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Das den Reduktionsofen i verlassende Gas wird zweckmäßig durch einen
Wärmeaustauscher q. im Gegenstrom zu dem Frischgas und der zur Verbrennung des Frischgases
dienenden Luft in bekannter Weise geführt. Nach Austritt aus dem Wärmeaustauscher
q. kann dieses Abgas gegebenenfalls in bekannter Weise regeneriert werden.
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Ausführungsbeispiel Ofen i. Einsatz: ioo Il/, Roherz, 17,6
°/o Gaskoks (vergast). Ausbringen: 85,5 °/o reduziertes Material mit 76,5 %
Magnetischem. Gesamt-Fe-Anreicherung = 17 °/o, Fe-Anreicherung im Magnetischen
= 48°/o.
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Ofen 2. Einsatz: 85,5 °/o reduziertes Material, 4,2 % Koks,
12,8 °/o Kalkstein, 13,9 %
Gäskoks (vergast).. Ausbringen: 36,3 °/o Eisen
mit 1,6 °/o Si, o,i °/o P, Sp. Mn, 39,3 °/o granulationsfähige Schlacke mit 4i,o
°/a si 02, 33,5 % Ca 0.