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DiskontinuierlichelVerfahren zur unmittelbaren Erzeugung von flüssigem
Eisen oder Stahl Man hat schon versucht, Eisen und seine Legierungen unmittelbar
aus geschmolzenen Erzen dadurch zu gewinnen, daß die Erze in einem basisch oder
neutral ausgefütterten Trommelofen mit Kohlenstaubfeuerung ge= schmolzen und hierauf
nach üblichem Zuschlag von Reduktionsmitteln, wie z. B. Kohle, unter dem Einfluß,
der Kohlenstaubflamme und unter möglichster Vermeidung von Verbrennungsrückständen
der Feuerung auf dem Bade reduziert werden. Die praktische Durchführung dieses Verfahrens
stößt indessen auf unvermeidliche Schwierigkeiten, denn die auf das geschmolzene
Erz gegebene Kohle schwimmt auf diesem und verbrennt, ohne daß flüssiges Eisen entsteht.
Dagegen gelingt die Erzeugung von flüssigem Eisen oder Stahl durch . Reduktion von
Eisenerzen mit Kohlenstoff. im bewegten Ofen, insbesondere Drehrohrofen, in diskontinuierlichem
Betrieb nach einem anderen bekannten Verfahren, gemäß dem das Gemisch von Erz und
Reduktionskohle satzweise in den Drehofen eingebracht und darin durch unmittelbare
Beheizung mittels Feuergasen ständig ansteigend bis zum Schmelzen des erzeugten
Eisens erhitzt wird. Diabei wird ein Teil des Eisens schon bei verhältnismäßig niedriger
Temperatur reduziert. Mit der Steigerung der Temperatur schreitet die Reduktion
fort, und es wird der Rest der oxydischen Eisenverbindungen durch in der Beschickung
vorhandenen Kalk für die Reduktion frei gemacht, so daß am Schluß der Reduktion
ein reines hochwertiges Sondereisen, z. B. von der Güte des schwedischen Holzkohleneisens,
und eine eisenarme Schlacke vorliegen. Die Beschickung, die aus einer Mischung von
Eisenerz
und Reduktionskohle besteht, wird bei diesem Verfahren
zweckmäßig vorgewärmt in den Reduktionsofen eingebracht. Z. B. erfolgte die Vorwärmung
in einem Drehrohr,: ofen, der von den Abgasen des Reduktionsofens beheizt wurde.
Die vorgewärmte I'3. schickung kann auch schon den erforderlich@gr Kalkzuschlag
enthalten, wenn sie in den Re= duktionsofen gelangt. Es ist aber auch möglich, den
Kalk erst in den Reduktionsofen einzuführen.
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Die Erfindung betrifft eine weitere Ausge- . staltung dieses Verfahrens.
Sie besteht darin, daß bei Beginn des Verfahrens nur das Erz und gegebenenfalls
der erforderliche Kalk in den Reduktionsofen eingebracht werden. Die Reduktionskohle
wird erfindungsgemäß nach und nach während etwa des ersten Drittels oder der ersten
Hälfte der Charge zugesetzt. Auch der Kalk oder ein Teil desselben kann mit der
Reduktionskohle zugegeben werden. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt,
daß durch das Verfahren gemäß der Erfindung nicht, wie zu erwarten war, ein Verlust
durch Verbrennung der in den heißen Ofen eingetragenen Reduktionskohle eintritt,
sondern daß der bisher verhältnismäßig hohe Bedarf an Reduktionskohle wesentlich
herabgesetzt werden kann. Während bei dem bekannten Verfahren etwa 700/,
Reduktionskohle, auf das Eisenausbringen berechnet, angewendet werden müssen, kommt
man bei dem Verfahren gemäß der Erfindung schon mit etwa 6o°/, aus, ohne daß eine
Verlängerung der Chargendauer erforderlich wird. Im Gegenteil gelingt es, die Chargendauer
noch etwas abzukürzen, insbesondere wenn das Erz gut vorgewärmt in den Ofen eingebracht
wird. Zweckmäßig ist es, die Reduktionskohle oder den größeren Teil der Reduktionskohle
erst in den Ofen einzuführen, wenn das Erz darin schon erhebliche Temperaturen von
etwa 6oo bis 8oo° C angenommen hat. DieReduktionskohle verteilt sich dann infolge
der Drehbewegung des Ofens besonders gut in der Beschickung und lagert sich schnell
und dicht an die einzelnen Erdteilchen an. Natürlich darf mit der Zugabe der Reduktionskohle
nicht gewartet werden, bis die Beschickung im Ofen eingeschmolzen ist, da dann eine
genügende Mischung der Reduktionskohle mit den übrigen Bestandteilen der Beschickung
nicht mehr erreicht werden könnte. Obwohl im Anfang der Charge noch sehr wenig Reduktionskohle
in der Beschickung vorhanden ist, verläuft die Reduktion doch mindestens ebenso
schnell wie bei dem bekannten Verfahren, und sie ist auch mindestens ebenso vollständig,
so daß erfindungsgemäß ebenfalls sehr eisenarrneSchlacken und gute Eisenausbeuten
erzielt werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
auch der Ofenraum wesentlich besser ausgenutzt wird. In dem e'temisch von Erz und
Reduktionskohle, mit d'tbei dem bekannten Verfahren der Ofen beschickt wird und
das auch noch die Zu-`sAläge enthält, nimmt die Reduktionskohle 'einen sehr erheblichen
Teil des Rauminhalts ein. Bringt man nur das Erz oder ein Gemisch von Erz und Kalk
oder ähnlichen Zuschlägen zu Beginn der Charge in den Ofen, so kann damit der Ofen
ebenfalls bis zur Hölie der Brenneröffnungen gefüllt werden. Denn bald nach Beginn
der Charge sackt die Beschickung in sich zusammen, und es ist die Volumenabnahme
im ersten Teil der Charge schon so groß, daß die erforderliche Reduktionskohle rechtzeitig
in den Ofen eingebracht werden kann, ohne daß die Beschickung überläuft. Der Ofenraum
wird also bei dem Verfahren gemäß der Erfindung um den Raumanteil besser ausgenutzt;
den bei dem bekannten Verfahren die Reduktionskohle in der Beschickung einnimmt.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird auch die an sich bekannte
Vorwärinung günstiger gestaltet. Da das Erz Reduktionskohle, z. B. Koksgrus, nicht
mehr enthält, kann die Vorwärmung im Drehrohrofen durch unmittelbare Beheizung des
Erzes gegebenenfalls mit oxydierender Flamme durchgeführt werden, so daß sehr hohe
Vorwärmetemperaturen in einfachen Vorrichtungen erreicht werden können. Der Betrieb
des Vorwä rmeofens macht nicht die geringsten Schwierigkeiten. Es muß nur verhütet
«>erden, daß das Erz während der Vorwärmung schon zum Erweichen kommt, da sich sonst
Ansätze im Vorwärmeofen bilden würden. Die Vörwärmung läßt sich auch so gestalten,
daß der gesamte Kalk - als Kalkstein aufgewendet -bei 'der Vorwärmung gebrännt wird,
wobei er entweder dem Erz beigemischt oder abwechselnd mit Erz in den Vorwärmeofen
gebracht wird.
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Bei in Trommelöfen ausgeführten Verblaseverfahren, die ein Rösten
oder Sintern von Erzen zum Ziel hatten, wurde schon, um ein vorzeitiges Zusammensintern
oder -schmelzen des Gutes zu verhindern und um eine gute Abröstung herbeizuführen,
der Brennstoff absatzweise in den Ofen eingetragen. Auch hat man bei Ausführung
derartiger Verfahren in geneigten Drehrohröfen erst nachträglich an einer bestimmten
Stelle des Ofens Brennstoff zugesetzt. Da bei diesen Verfahren Luft durch die Beschickung
des Ofens geblasen wurde, war es natürlich nicht möglich, flüssiges Eisen oder flüssigen
Stahl -zu gewinnen. Feste Brennstoffe oder reduzierend wirkende Mittel wurden
in Drehrohröfen in
ähnlicher Weise bereits durch den Ofenmantel
in bestimmten Zonen durch außen am Ofen befestigte Leitungen zugeführt, die hier
in den Öfen mündeten und durch die das Gut mittels Luft hindurchgeblasen wurde.
' So röstete man z. B. zinkhaltige Kiese zur Verhinderung der Bildung unlöslicher
Zinkferrite vielfach so ab, daß sie zunächst bis zu einem Schwefelgehalt von etwa
6114 vorgeröstet wurden und dann zur Fertigröstung noch eine gewisse Menge Frischkieszusatz
erhielten. Oder es wurden schwefelarme oder schwer abröstbare Erze, wie Zinkblende,
im Drehrohrofen derart behandelt, daß ihnen während ihres Durchgangs durch den Ofen
an bestimmten Stellen feste Brennstoffe zugeführt wurden, um die zur Fertigröstung
nötige Temperatursteigerung herbeizuführen. An die Gewinnung von flüssigem Eisen
ist indessen bei diesem Verfahren nicht gedacht worden. Auch waren sie weder für
diesen Zweck brauchbar, noch hätte sich durch einen nachträglichen Brennstoffzusatz
bei der Eisengewinnung im geneigten Drehrohrofen eine Erhöhung der Ausbeute erzielen
lassen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich mit Vorteil mit der in
der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellten Ofenanlage durchführen.
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a ist der Reduktionsofen, der in bekannter Weise ausgebildet und auf
einer Drehscheibe .r aufgestellt ist. Der Ofen a. ist ferner mit bekannten Einrichtungen
zum Schräg- oder Senkrechtstellen ausgerüstet. Dem üblichen Kohlenstaubbrenner b
wird der Kohlenstaub aus dein Bunker e in bekannter Weise zugeführt. c ist die Leitung
für die Förderluft des Kohlenstaubes, d die Leitung für die Zusatzluft. Die Kohlenstaubzuteitung
aus dem Bunker e ist regelbar eingerichtet, so daß die Verbrennung im Brenner b
j e nach Bedarf mit oxydierender, neutraler oder schwach reduzierender Flamme erfolgen
kann. Die Förderluft und die Zusatzluft gelangen vorgewärmt zur Anwendung. Aus dem
Reduktionsofen a strömen die Gase in die Kammer f, in der, falls die Gase noch brennbare
Bestandteile enthalten, eine Nachverbrennung stattfindet, wobei auch noch kalte
oder vorgewärmte Luft an geeigneten Stellen in die Kammer feingeführt werden kann.
Die Kammer f steht mit dem unteren Ende des Drehrohrofens g in Verbindung, so daß
die heißen Gase aus der Kammer f durch den Drehrohrofen g in die zweite Kammer
de und aus dieser durch den Luftvorwärmer i und den Kanal h zur Esse
oder, falls sie wertvolle Bestandteile, z. B. Metalloxyde, enthalten, in an- sich
bekannter Weise zu einer Gasreinigung geführt werden können. l und m sind-
die Beschickungseinrichtungen des Drehrohrofensg. Zu Beginn einer jeden Charge wird
der Drehrohrofen a z. B. schräg gestellt, und es wird das Erz mit dein erforderlichen
Kalk oder ohne diesen z. B. mittels des Kübels o oder aus einem hochgestellten Zwischenbunker
über eine geeignete Rutsche in den am unteren Ende geschlossenen Ofen gebracht.
1\ achdem der Ofen in seine waagerechte Lage zurückgebracht ist, beginnt die Beheizung,
die fortgesetzt wird, bis im Verlauf von etwa 5 bis 6 Stunden die Reduktion beendet
und das reduzierte Eisen geschmolzen ist. Vor Anstellen des Brenners kann schon
etwas Reduktionskohle auf die Beschickung im Ofen gegeben werden. Die Hauptmenge
der Reduktionskohle oder die gesamte Menge wird in geeigneten Zeitabständen in Teilmengen,
etwa während der ersten z oder 3 Stunden, in den Ofen gebracht.
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Während dieser-Zeit kann der Brenner auf vollständige Verbrennung
eingestellt sein, so daß die höchsten Verbrennungstemperaturen erreicht werden,
der Brennstoff am besten ausgenutzt und die Beschickung am schnellsten erhitzt wird.
Später wird zweckmäßig der Brenner mit neutraler öder schwach reduzierender Flamme
betrieben.
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Ist der Ofen auf einer Drehbühne aufgestellt, so wird er zwecks Aufgabe
der Reduktionskohle aus- der Brennerstellung in die Stellung vor der Beschickungsmaschine
p geschwenkt, die den Reduktionskoks in den Ofen gibt. Es ist aber nicht unbedingt
erforderlich, daß eine Drehbühne für den Ofen vorgesehen ist, vielmehr kann die
Beschickung des Ofens mit Erz und Zuschlägen auch -auf andere Weise, z. B. ' allein
mit der Beschickungsmaschine p, erfolgen.
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Durch die Beschickungseinrichtungen L und m wird ständig Erz oder
ein Gemisch von Erz und Kalk oder sonstigen Zuschlägen dem oberen Ende des Drehrohrofens
g zugeführt. Darin wird es reit den Abgasen des Reduktionsofens erhitzt. Da diese
Heizgase den Ofen a mit hoher Temperatur verlassen, gelingt es, das Erz im Ofen
g sehr hoch, d. h. bis nahe zu seiner Sintertemperatur vorzuwärmen. Der untere Teil
der Kammer f kann als Bunker ausgebildet sein, so daß in der Kammer je nach Bedarf
entsprechende Mengen des in g vorgewärmten Erzes gespeichert werden können. Durch
die Austragsvorrichtung iz wird das heiße Erz aus der Kammer f in Kübeln o oder
sonstigen Fördergefäßen zwecks Weitergabe in den Reduktionsofen a oder in einen
Zwischenbunker entnommen. Durch die beschriebene Art der Vorwärmung wird das Erz
in besonders günstiger Weise für die Weiterverarbeitung im Reduktionsofen vorbereitet.
Bei der Vorwärmung kann außer der Feuchtigkeit das
Hydratwasser
sowie bei karbonatischen Erzen die gesamte Kohlensäure oder ein Teil derselben ausgetrieben
werden. Wird der für die Reduktion erforderliche Kalk gleichfalls mit oder getrennt
von dem Erz durch den Vorwärineofen g geleitet, so wird er vollständig oder teilweise
gebrannt, und es wird der Reduktionsofen a entlastet, da er die für die Zersetzung
des Kalksteines erforderliche Wärme nicht mehr aufzuwenden hat. Die Heizgase verlassen
den Ofen g noch mit so hoher Temperatur, daß in dem Luftvorwärmer i, der als Rekuperator
oder Regenerator ausgebildet sein kann, noch eine gute Vorwärmung der Verbrennungsluft
erzielt werden kann.