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Diskontinuierliches Verfahren zur unmittelbaren Erzeugung von flüssigem
Eisen oder Stahl Für viele Verfahren der direkten Eisengewinnung wurden geneigte
Drehrohröfen benutzt, durch die das Erz oder eine Mischung von Erz und Reduktionskohle
im Gegenstrom zu dem heißen reduzierenden Gas geführt wurden. Auch Formlinge aus
Eisenerz und Reduktionsmittel, denen auch noch Legierungsbildner, wie metallisches
Silicium oder Kieselsäure, zugesetzt sein konnten, hat man schon mit einer Kohleschicht
überkleidet und in einem Drehrohrofen erhitzt, den die Formlinge im Gegenstrom zu
den Heizgasen durchwanderten. Der Kern der Formlinge wurde dabei zu Metall reduziert,
während die Kohleschicht das Eindringen oxydierender Einflüsse der Heizgase in den
Kern verhinderte.
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Beim Durchgang des meist fein gemahlenen Erzes durch den Drehrohrofen
verlief die Reduktion bei diesen Verfahren in der Weise, daß zunächst festes Eisen,
wie Eisenpulver oder Eisenschwamm, entstand. Wollte man flüssiges Eisen gewinnen,
so wurde -das Eisenpulver oder .der Eisenschwamm nach beendeter Reduktion entweder
am unteren Ende des Drehrohrofens oder in einem besonderen Ofen eingeschmolzen.
Hierbei ließ sich aber eine starke Oxydation des reduzierten Eisens nicht verhindern.
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Ferner ist bekannt, im geneigten, kontinuierlich und mit reduzierender
Flamme betriebenen Drehrohrofen auf Portlandzementklinker und flüssiges, in Tropfenform
in den Klinkern eingeschlossenes Eisen zu arbeiten. Enthielt hierbei , das Erz Eisensilicate,
so wurden diese für die Reduktion mit Kohlenoxyd dadurch geeignet gemacht, daß sie
durch erheblichen Kalkzuschlag in Calciumsilicat und Eisenoxyd umgesetzt wurden.
Es wurden auch schon bei der direkten Eisengewinnung der stückig zu machenden Mischung
aus den bei der Reaktion miteinander reagierenden Stoffen Zuschläge, wie Salz oder
Ammonchlorid, Kieselsäure zusammen mit Sägespänen, flüssigem Pech, Teer, Melasse,
Mergel, Carbonat, Ton u. dgl., beigegeben, um die Wiederoxydation von bereits reduziertem
Eisen zu verhüten. Sämtliche Reduktionsverfahren, bei denen das Erz während des
Durchgangs durch einen Drehrohrofen reduziert wird, haben den Nachteil, daß sich
Eisenansätze im Ofen bilden, die so stark werden, daß sie den Betrieb des Ofens
stören und oft sogar unmöglich machen. Deshalb haben sich diese Verfahren bisher
nicht in die Praxis einführen können.
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Bekannt ist auch, die Eisenreduktion unter unmittelbarer Beheizung
.der aus Eisenerz, Kohle und Flußmittel bestehenden Beschickung in einem Drehrohrofen
chargenweise auszuführen. Dabei wurde aus der geschmolzenen Beschickung das Eisen
in Form von Eisenschwamm reduziert. Die Schlacke
wurde abgelassen
und der Eisenschwamm im Ofen zu Luppen zusammengeballt, die dann nach Abstechen
der hierbei entstehenden eisenreichen Schlacke entweder zweC;l Weiterverarbeitung
aus dem Ofen entf4e- @ oder unter Zusatz von Kohlenstoff cfd@: kohlenstoffhaltigem
Eisen durch weitere Ex' hitzung in dem Reduktionsofen zu Gußstahl geschmolzen wurden.
Nach einem neueren Vorschlag wird die unmittelbare Eisenreduktion im kohlenstaubbeheizten
Trommelofen in der Weise geleitet, daß die Erze zuerst geschmolzen und hierauf nach
üblichen Zuschlag von Reduktionsmitteln, z. B. Kohle, unter dem Einfluß der Kohlenstaubflamme
und unter möglichster Vermeidung von Verbrennungsrückständen der Feuerung auf dem
Bade reduziert werden. Bei diesen Verfahren sowohl als auch bei der Reduktion von
aus Erzen nach besonderen Verfahren erschmolzenen Eisensilicaten mittels. festen
Kohlenstoffes, der in das Schmelzbad eingetaucht wurde, entstanden indessen dadurch
große Schwierigkeiten, daß das Ofenfutter nicht standhielt. Auch hatten sie den
Nachteil, daß die Eisenausbeuten schlecht waren.
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Durch die Erfindung gelingt es, diese Schwierigkeiten zu beseitigen.
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\Tach der Erfindung erfolgt die Erzeugung von flüssigem Eisen oder
Stahl durch Reduktion von Eisenerzen mit Kohlenstoff im bewegten Ofen (insbesondere
Drehofen) derart, daß das Gemisch von Erz und Reduktioüskohle chargenweise in den
Drehrohrdfen eingebracht und darin durch unmittelbare Beheizung mittels Feuergase
ständig ansteigend bis zum Schmelzen des erzeugten Eisens erhitzt wird, wobei der
Kieselsäuregehalt der Beschickung derart gehalten wird, daß die bei etwa goo bis.
iooo° Ceinsetzende Reduktion zu metallischem Eisen erst beginnt, wenn eine teigige
oder zähflüssige Eisenoxydulsilicatschlacke sich bildet. Aus dieser wird bei höherer
Temperatur das Eisenoxydul durch Umsetzung mit zugeschlagenem Kalk freigemacht und
reduziert, worauf das schmelzflüssige Eisen und die Schlacke aus dem Ofen abgezogen
werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auch gut geeignet für die Verarbeitung
solcher Erze, die verflüchtigungsfähige Stoffe, wie Blei, Zink u. dgl., enthalten.
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Wissenschaftliche Untersuchungen haben nachgewiesen, daß Eisenoxydulsilicate
untür geeigneten Bedingungen aus Ferrooxyd und Kieselsäure schon bei etwa 600° C
entstehen können. Erfindungsgemäß kommt es demgegenüber nicht daräuf an, daß schlechthin
eine Eisenoxydulsilicatschlacke gebildet wird, sondern daß die Schlacke bei der
Bildung des Eisenschwamms zähflüssig oder teigig °vorliegt, so daß durch die Bewegung
des Ofens die einzelnen Eisenschwammteilchen -gewisser- -gewissermaßen schon bei
ihrer Entstehung in die ..maßen eingewickelt werden. Die Wiederdes Eisenschwamms
wird dadurch 1.:zhindestens zum großen Teil vermieden, jeden-";falls findet sie
nicht in schädlichem Ausmaße statt, und ein Angriff des Ofenfutters d.urdl Eisenoxydul
kann demgemäß nicht eintreten. Dieses wird vielmehr von dem Kieselsäuregehalt der
Beschickung gebunden. Außerdem unterdrückt auch der Kohlenstoffgehalt der Beschickung,
der ja erfindungsgemäß so bemessen wird, daß er für die Reduktion ausreicht, bis
die Beschickung völlig geschmolzen ist, eine starke Wiederoxydation.
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Im weiteren Verlauf der Reduktion kommt infolge der Bewegung des Ofens
der reduzierte Eisenschwamm in innige Berührung mit dem glühenden, im Überschuß
vorhandenen Reduktionskohlenstoff. Der Eisenschwamm nimmt demgemäß Kohlenstoff auf
und beginnt zu schmelzen. Durch zugeschlagenen Kalk wird mit zunehmender Temperatur'
die Eisenoxydulsilicatschlacke mehr und mehr zersetzt, und es bildet sich über Eisenoxydulsilicat
Kalksilicat, so daß das Eisenoxydul zur Reduktion freigegeben wird. Die Reduktion
des Eisenoxyduls wird zum Teil auch von dem Kohlenstoff des bereits geschmolzenen
Eisens bewirkt, wodurch der Kohlenstoffgehalt des Bades herabgemindert wird. Überraschend
ist hierbei, daß der Kalkzuschlag die Bildung der teigigen Eisenoxydulsilicatschlacken
zu Anfang der Reduktion nicht stört. Zwar ist für die Zersetzung der Eisenoxydulsilicatseblacke
nur wenig Kalk erforderlich (so kommt man manchmal schon mit 5 °f p aus). Indessen
wirkt ein Kalkzuschlag auch darin noch nicht schädlich, wenn, z. B. um das Ofenfutter
noch mehr zu schonen oder äus sonstigen Gründen, das Vier- oder Fünffache der für
die Zersetzung "der Eisenoxydulsilicatschlacke erforderlichen Menge Moder sogar
noch mehr verwendet wird.
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Die für das Verfahren gemäß der Erfindung erforderliche Menge Kieselsäure
kann dem Ausgangsgut z. B. in Form kieselsäurehaltiger Stoffe besonders zugeschlagen
werden, oder es werden für das Verfahren Erze verw endet, die gerade die notwendige-Menge
Kieselsäure enthalten. Derartigtt=Erze sind in der Regel für den Hochofen nicht
besonders geeignet. Die Möglichkeit der Verwenc'lung -derartigen -Gutes ist daher
ein weiterer Vorteil ds Verfahrens gemäß der Erfindung. Auch - durch Mischen verschiedener
Erze o. dgl. mix hohen und niedrigen Kieselsäuregehalten läßt sich eine Beschickung
mit geeignetem Kieselsäuregehalt herstellen.
Die Bildung der gesinterten
oder teigigen' Eisenoxydulsilicatschlacke kann in an sich bekannter Weise durch
Zusatz geeigneter Flu,ßmittel, wie Röstspat, Flußspat, Kryolith, Chlorcalcium, Soda
usw., begünstigt werdien.
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Die Beschickung kann kalt in den Reduktionsofen gebracht werden. Vorteilhafter
ist es jedoch, .sie, wie an sich bekannt, vorzuwärmen. Durch die Vorwärmung, die
auch bis auf Reduktionstemperatur und selbst höher getrieben werden kann, werden
die Reduktionsvorgänge entsprechend abgekürzt. Die Reduktionswirkung des Kohlenstoffs
wird also beschleunigt, so daß die Bildung - des Eisenschwamms rasch vor sich geht.
Es findet durch diesen Vorgang dann keine nennenswerte Abkühlung des Reduktionsofens
statt. Wichtig ist ferner, daß durch die Vorwärmung die Zerstörungen des Ofenfutters
vermieden werden, die bei einer nicht vorgewärmten Beschickung durch den bei der
Verdampfung ihres Feuchtigkeitsgehaltes im Ofen entstehenden Wasserdampf hervorgerufen
werden würden. Der für die Zersetzung der Eisenoxydulsilicatschlacke notwendige
Kalkstein wird rasch zerlegt, so daß das Calciumoxyd mit dem noch nicht vollständig
verflüssigten Eisenoxydulsilicat entsprechend schnell reagieren und Kalksilicat
bilden kann, während das Eisenoxydul zu Eisen reduziert wird.
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Die Vorwärmung kann in an sich bekannter Weise so geleitet werden,
daß dabei gleichzeitig schädliche Stoffe, z,B. Schwefel, aus dem Ausgangsgut ausgetrieben
werden. Sie kann z. B. in einem dem".-Reduktionsofen vorgeschalteten Drehrohrofen
durchgeführt werden, der mit den A'lbga-sen des Reduktionsofens beheizt wird. Äüch
andere Stoffe können bei der Vorwärmung aus der Beschickung -ganz oder teilweise
verflüchtigt «-erden, , z. B. Zink, Blei, Zinn u. dgl, verflüellti:g,u ngsfähige
Metalle. In diesen Fällen wirw.älso die Vorwärmung gewissermaßen zu ,einem Wälzprozeß
ausgestaltet. Auch Röstverfahren kann man in bekannter Weise zur Vorwärmung heranziehen,
wenn als eisenlialtiges Gut Spateisenstein, Kiesabbrände oder anderes schwefeleisenhaltiges
Gut verwendet wird. Die Austreibung der genannten Beimischungen aus dem Ausgangsgut
durch Vorwärmung ist aber nicht unbedingt erforderlich. Auch durch das Reduktionsverfahren
selbst werden Zinn,. Blei, Zink, Antimon, Arsen u. dgl. verflüchtigungsfähige Metalle
sehr weitgehend aus der Beschickung entfernt. Sie können z. B. in Form ihrer Oxyde
aus den Abgasen des Ofens gewonnen werden. Selbst Schwefel wird bei der Reduktion
zum Teil ausgetrieben. Der Kalk, der zur Zersetzung der Eisenoxydulsilicatschlacke
notwendig ist, kann gleich von vornherein der Beschickung zugesetzt. werden. Gelangt
die Charge vorgewärmt in den Reduktionsofen, so kann der Kalkzuschlag vor oder nach
der Vorwärmung erfolgen. Es ist aber auch möglich, den Kalk erst in den Reduktionsofen
einzuführen.
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Ist die Reduktion weit genug vorgeschritten, so wird die Silicatschlacke
aus dem Ofen abgezogen, und es wird das Eisen entweder im Ofen selbst oder in einem
zweiten Ofen (Drehofen, Herdofen, Elektroofen), in den der aus dem Reduktionsofen
abgestochene Rohstahl flüssig eingesetzt wird, fertiggemacht. Das Fertigmachen erfolgt
z. B. in bekannter Weise derart, däß auf das flüssige Eisenbad Kallc, Röstspat,
Manganerz und gegebenenfalls Ferromangan aufgebracht wird. Die beim Fertigmachen
entstehende Schlacke kann einer folgenden Beschickung wieder zuöegeben werden, um
das Eisen, Mangan usw. der Schlacke auszunutzen.
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Das Fertigmachen in einem besonderen Ofen wird z. B. dann vorgezogen,
wenn der Reduktionsofen in bezug auf seine Beschickung zwangsläufig mit einer anderen,
für die Vorbereitung der Beschickung benutzten Einrichtung (Wälzofen, Dwiglit-Lloyd-Sinterband,
Vorwärmeofen)- gekuppelt ist.
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In der Zeichnung sind zwei verschiedene Anlagen zur Ausführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Das Rohgut, das vorher zwecks Röstung oder Agglomerierung auf einem
Bandsinterapparat behandelt sein kann, gelangt nach Vermischung mit etwa 20 % Reduktionskohle,
beispielsweise in Form von Koksgrus, zerkleinert oder unzerkleinert mittels Transportbandes
i und Aufgaberohres 2 in den Ofen 3 (Abb. i). In diesem Ofen werden aus dein' Gut
leichter flüchtige Metalle, wie Zink, Blei u. dgl., nach bekannten Verfahren, z.
B. nach dein Wälzverfahren, entfernt. Aus dem Ofen 3 wandert das von den flüchtigen
Metallen befreite Gut möglichst unter Vermeidung vvn Wärmeverlusten über die Rutsche
4. in den Reduktionsofen 5, der z. B. mittels Kohlenstaubbrenners 6 beheizt wird.
Die' Zugabe.von Reduktionskohle und sonstigen für die Eisenreduktion erfindungsgemäß
notwendigen Zuschlägen kann ebenfalls auf der Rutsche q. erfolgen, auf die die Reduktionskohle
und die Zuschläge aus seitlich angeordneten Vorratsbunkern gelangen. 7 ist der Kohlenstaubvorratsbunker,
8 dieKohlenstaubförderleitung. Die Abgase aus dem Ofen 5 werden über die Rutsche
q. durch den Ofenkopf 9 in den Ofen 3 geleitet, in dem sie einen Teil ihrer Wärme
an das zu behandelnde Gut abgeben. Aus dem Ofen 3 gelangen die
Abgase
in den Ofenkopf io und von diesem in den Luftvorwärmer i i, um dann mittels Leitung
12 einer Filtereinrichtung zugeführt zu werden, in der die Metalloxyde aus den Abkasen
abgeschieden werden. Ein Ventilator 13 drückt die Verbrennungsluft durch den Wärmeaustauscher
z i und die Leitung 14 in. den Kohlenstaubbrenner 6 des Ofens 5. Die Pfanne 15 dient
dazu, den Inhalt des Ofens 5 nach Beendigung der Reduktion aufzunehmen.
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Werden in einer derartigen Anlage Erze verarbeitet, die keine verflüchtigungsfähigen
Metalle enthalten, so dient. der Ofen 3 lediglich zum Vorwärmen des Gutes. Schwefelfreies
oder schwefelarmes Gut kann ohne vorherige Rösturig unmittelbar mittels der Fördereinrichtung
i dem Ofen 3 zugeführt werden. Auch für die Rösturig des Ausgangsgutes kann der
Ofen 3 benutzt werden. Die Anlage kann auch so ausgebildet sein, daß die für die
Reduktion im Ofen 5 benötigte Kohle und Zuschläge dem Gut bereits zugemischt werden,
bevor es in den Ofen 3 gelangt.
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In der Einrichtung, die in der Abb. 2 schemätisch dargestellt ist,
fehlt der Ofen 3. Von einem Röst- oder Sinterapparat 2o fällt das Gut zunächst in
die Brechwalzen 16. Nach der Zerkleinerung rutscht es über eine Siebeinrichtung,
z. B. den Siebrost 17, in die Aufgaberinne 18. Der Siebdurchfall wird in dem Bunker
ig gesammelt, um dann z. B. als Rostbelag für den Röstapparat zu dienen. Die Aufgaberinne
18 fördert da;s Erz in den Reduktionsofen 5, nachdem auf der Rinne der Brennstoff,
z. B. Koks, und die Zuschläge, z. B. Kalk und Kieselsäure, die erfindungsgemäß für
die Eisenreduktion benötigt werden, dem Gut beigemischt worden sind. Die Beheizungseinrichtungen
für den Ofen 5 und die Luftvorwärrneeinrichtungen 13, 11, 14 können dieselben sein
wie nach Abb. i. 'Die Abgase des Ofens 5 gelangen durch den Ofenkopf io, falls sie
metallhaltig sind oder entstaubt werden sollen, und die Leitung 12 in eine Filteranlage
oder, falls eine Gewinnung der in den Gasen enthaltenen Stoffe nicht lohnend erscheint,
in die Esse. Nach vollendeter Reduktion kann der Inhalt des Ofens 5, wie im 'vorstehenden
beschrieben, in die Pfanne 1,9 abgestochen werden, wobei-man natürlich auch so vorgehen
kann, daß entweder zuerst die Schlacke und dann der Stahl oder umgekehrt getrennt
nacheinander von verschiedenen Pfannen 15 aufgenommen werden. Der Ofen 5 kann mit
an sich bekannten Einrichtungen gedreht werden.
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Ausführungsbeispiel Unter Benutzung .der im vorstehenden beschriebenen
und in der Zeichnung schematisch 'dargestellten Einrichtungen gestaltet sich das
Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise wie folgt: Kiesabbrände mit etwa
| Fe ...... . . . . . . .. . . . . . 42,1 0/0, |
| Zn ..... . . . . . . . . ...... 8,o0/0, |
| S . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,4%, |
| S102 ... . . . . . . . . . . . . . . 10,90/" |
| Nässe . . . . . . . . . . . . . . . . 15,o 0/0 |
werden auf einem Dwight-Lloyd-Sinterband unter Zugabe von etwa 6 0/0 Koksgrus abgeröstet.
Das Agglomerat hat dann etwa folgende Zusammensetzung:
| Fe .................. 48,0 0/0, |
| Zn .................. 8,6 0/0, |
| S . . . . . . . . . . . . . . . . . o,10 @/o, |
| Si 02 . . . . . . . : . . . . . . I2,5 %. |
Das Agglomerat wird entweder in dem Zustand, in dem es von der Sintereinrichtung
abgeworfen wird, oder nach vorangehender Zerkldinerung unter Zugabe von etwa 2o0/0
Koksgrus in einem Drehrohrofen nach dem bekannten Wälzverfahren entzirikt. Enthält
das Gut noch andere leichter flüchtige Metalle, so können diese natürlich gleichzeitig
mit dem Zink aus dem Gut entfernt werden. Aus den Abgasen des Wälzofens wird in
einer Filteranlage (Elektrofilter, Sackfilter usw.) das flüchtige Metalloxyd gewonnen.
Nach dieser Behandlung ist die Zusammensetzung des Gutes etwa:
| Fe .................. 54,2 %, |
| Zn .................. 1,5 0/0, |
| S . . . . . . . . . . . . . . . . . o,o8 0/0, |
| Si 02 ..... : . . . . . . . . . . 15,0 0/0. |
Es gelangt dann chargenweise in den Eisenreduktionsofen, der zweckmäßig durch einen
Kohlenstaubbrenner von der der Aufgabeseite gegenüberliegenden Stirnseite des Ofens
aus beheizt wird. Der Charge werden etwa 30 % Koksgrus und 5
04 Kalkstein
zugeschlagen. In dem Ofen nimmt die Beschickung. allmählich immer höhere Temperaturen
an. Es bilden sich zunächst eine teigige-Eisenoxydulschlacke und Eisenschwamm, der
von der Schlacke umhüllt ist. Aus der Eisenoxydulschlacke wird dann durch die Einwirkung
des Kalkes das Eisenoxydul ällmählich frei, das ebenfalls zu metallischem Eisen
reduziert wird, während das bereits reduzierte Eisen allmählich Kohlenstoff aufnimmt
und schmilzt. Das geschmolzene Eisen sondert -sich infolge der Drehbewegung des
Ofens aus der Schlacke ab, die während des größten Teiles der Reduktion sich in
teigigem bis
zähflüssigem Zustande befindet, Nach etwa 2 Stunden
ist die Silicatschlacke geschmolzen und im wesentlichen vom Eisen befreit. Sie wird
dann flüssig abgestochen. Zur Nachbehandlung des geschmolzenen Stahles setzt man
noch etwas Kalk, etwa 5 0/0 Röstspat und etwa o,6 0/0 Ferromangan zu. Nach kurzer
Raffination kann dann auch der flüssige Stahl abgestochen und eine neue Charge gesetzt
werden. Er hat etwa folgende Zusammensetzung:
| Fe . .. .. . . . . .. . 98,o bis 98,5 °/o, |
| C . . . . . . . . . . . . . o,8 - i,2 |
| P ..... . . . . . . . . . ...... 0,02 °l0, |
| 5i.................... sp. |
| Zn ................... - |
| Cu ... . . . . . . . . . . . . .... 0,080/" |
| As . . . . . . . . . . . . . . . . .-: . o,oi 0/0, |
| S . . . . . . . . . . . . . . 0,03 bis 0,049o, |
| Mn . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,13)/o. |
Das Ausbringen an flüssigem Stahl beträgt etwa 92 0/0 des im Erz enthaltenen Eisens.
Der Schmelzpunkt des gewonnenen Stahles liegt bei 140o bis 1q.50° C. Die Ofentemperatur
steigt bis zu 160o bis 170o° C. Die flüssig abgestochene Silicatschlacke enthält
etwa 5 0/0 Eisen, 4o 0/0 Kieselsäure und 15 bis 2o 0/0 Kalk. Sie kann in bekannter
Weise zu Pflastersteinen vergossen werden. Wird. mit basischer Schlacke gearbeitet,
so kommt natürlich die Verwendung der Schlacke zu Pflastersteinen nicht in ,Frage.
Die basische Schlacke mit einem Gehalt von z. B. 35 % Kieselsäure und 42 % Kalk
bildet jedoch einen guten Ausgangsstoff für die Zementlierstellung.
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Das Verfahren kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß das zinkhaltige
Agglomerat direkt dem Eisenreduktionsofen zugeführt wird. In diesem erfolgt dann
neben der Eisenreduktion die Verflüchtigung des Zinkes und gegebenenfalls sonst
noch im Gut enthaltener flüchtiger Metalle. Statt mit Kohlenstaub kann der Eisenreduktionsofen
auch mit Gas oder öl befeuert werden. Ebenso können statt Koksgrus Magerkohle, Grudekoks,
Holzkohle und dergleichen Brennstoffe als keduktionsmittel verwendet werden.
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An. die Stelle der Drehtrommel 3 können auch andere bekannte Röst-
oder Vorwärmeöfen treten.' Ebenso können an Stelle eines Bandsinterapparates andere
Sintereinrichtungen, z. B. Sinterpfannen, für die Rösturig oder Agglomeration des
Gutes benutzt werden. In vielen Fällen kann man auf jede vorbereitende Behandlung
des Gutes verzichten und dieses direkt in den Eisenreduktionsofen einführen.