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Verhüttungsverfahren für eisenarme Erze Die deutsche Eisenerzeugung
aus einheimischen Erzen leidet bekanntlich sehr unter dem Übelstand, daß die eigenen
Erze in der Regel recht eisenarm und zudem meist noch sehr sauer sind.
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Bei dem bisher üblichen Verfahren der Erzverhüttung in reduzierender
Ofenatmosphäre, wobei der Koks nur zu C O verbrannt werden kann, ist für die Verhüttung
eines Erzes von beispielsweise nur 2o0/0 Fe-Gehalt bei einer Schlackenmenge von
a5oo bis 3ooo kg eine Koksmenge von mehr als 2ooo kg je Tonne erblasenes Roheisen
aufzuwenden, was die Erzeugungskosten aber so erhöht, daß die Wettbewerbsfähigkeit
auf dem Weltmarkt ii:cht nur für das Eisen selbst, sondern auch für die daraus hergestellten
Erzeugnisse völlig unterbunden würde.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Verhüttung sehr
eisenarmer Erze durch einen Schmelzbetrieb bei oxydierender Atmosphäre mit einem
Brennstoffaufwand, der nicht wesentlich höher ist als bei der Verhüttung von Erzen
mit doppelt so hohem E'_sengehalt in dem bisher üblichen reduzierend arbeitenden
Hochofenbetrieb.
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Die Erfindung fußt i. .auf der Erkenntnis, daß der Reduktionswärinebedarf
für den Sauerstoffabbau des Eisenerzes bei sehr eisenarmen Erzen, soweit d?ese Reduktion
unbedingt in reduzierender Ofenatmosphäre vor sich gehen muß, weniger als 1/3 des
Gesamtwärmebedarfs beträgt, während mehr als 2/3 für das Austre'_ben der Feuchtigkeit
und der Kohlensäure des Erzes, dessen Vorwärmung bis zur Schmelztemperatur und für
das Schmelzen selbst aufzubringen siifd, was aber ohne jeden Nachteil auch im oxydierenden
Ofenbetrieb geschehen kann, und :2. auf der aus Versuchen gewonnenen Erfahrung,
daß sich unter bestimmten Voraussetzungen das Erz auch bei oxydierender Ofenatmosphäre
reduzieren läßt, ohne beim
oxydierenden Schmelzen wieder höher als
13:s zti Fe 0 oxydiert zu werden. Aber auch diese Oxydation erstreckt sich nur auf
einen Teil des reduzierten Erzes.
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Der Gesamtwärmebedarf für das Erblosen einer Tonne Roheisen aus einem
Erz, .das nur 20°% Eisen, aber 260o kg Schlacke neben 5o 1g Wasser und 25o kg Kohlensäuregehalt
aufweist, beträgt einschließlich Wärmeverluste höchstens 6 :Mill. kcal, wovon rd.
d. Mill. kcal durch Verbrennen des Brennstoffs zu C O.> und rd. 2 Mill. kcal durch
Verbrennen von Hüttenkoks zu CO aufzubringen sein würden.
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Das würde rechnerisch einen Kohlenstoffbedarf von
| 4000000 2000000 |
| 8 ooo - = 500 kg C -`- 2 800- |
| = 700 1g C, zusammen also von 1200 kg C |
ergeben, wenn die Verbrennung zu C O mit Heißwind von 8oo° C erfolgt. Bei einem
C-Gehalt des Kokses von 8o0/0 ergibt dies einen Koksverbrauch von und einen Steinkohlenbedarf
von
666 kg. Aus bestimmten Gründen maß aber der Kokssatz auf looo kg erhöht werden,
während der Kohlenstaubbedarf auf 350k- herabgesetzt werden kann, da ein Teil des
CO-Gases aus dem Koks zu CO. verbrannt wird; dabei können aber noch etwa 15oo cbm
brennbares Gas mit rd. 3 Mil1. lzcal aus dem Ofen entnommen und nutzbar gemacht
werden. Für die Winderhitzung, die Windverdichtung, die Erzbrikettierung, die Sauerstoffanlage
und Kühlwasserförderung ist ein Verbrauch voll 2 Mill. lzcal .des entnommenen Nutzgases
zur Wärme- und Krafterzetigililg in Anrechnung zu bringen.
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Auf beiliegender Zeichnung ist ein zur Durchführung des Verfahrens
bestimmter Mehrschachtofen als Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
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Im oberen Teil des Ofens u wird durch die offene Gicht etwa 1/., der
Erzmenge in an sich bekannter Weise in Form von Preßlingen aufgegeben, in ivelclie
etwa 7 "/o Steinkohlenstaub eingebunden ist, .der zum kleineren Teil mit denn Erzsauersto
i schon im Schacht, zum größeren Teil aber erst in der Schmelzzone mit dem Erzsauerstoff
zu CO verbrennt. Der Kola wird durch die beiden finit Gichtverschlüssen ausgestätteten
Seitenschächte b gegIchtet, durch die zugleich auch etwa der Gesamterzinenge initaufgegeben
wird.
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Im Gestell c, das nur mit Koks gefüllt ist, tvird bei d Heiß-,vind
von etwa 8ool eingeblasen, der bis zu 5o °/a mit Sauerstoff angereichert ist, und
damit der Koks zu CO verbrannt, wobei sich eine sehr hohe Verbrenilun-steinpei-attir
von mehr als 3000 C einstallt, so dar jede Art von Schlacke, auch wenn :sie in der
Hauptsache nur aus Kieselsäure besteht, flüssig erhalten werden kann. lanlit jeder
Kalksteinzuschlag entbehrlich «-i rd.
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Das CO-Gas aus dem Gestell wird zti etwa durch die beiden Koksschächte
herausgeleitet und mit dessen fühlbarem Wärmeinhalt der Koks- und Erzanteil erhitzt,
welcher durch die Koksschächte mitaufgegeben werden soll. Zu % wird es in der Schmelzzone;'
durch Zweitwind zu M verbrannt, der bei 5 eingeblasen wird.
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Dabei wird aber kurz vor dein Abschmelzen auch der restliche Kohlenstaub
mit Erzsatierstoff verbrannt, der in die Erzpreßlinge eilgebunden ist, soweit er
nicht zum kleinen Teil schon vorher mit Erzsauerstoff bei der Reduktion d; s Erzes
von Fe. O. zu Fe 0 verbraucht wurde.
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Aus der Schmelzzone f wird das sehr heiß-Abgas nach der Randzone des
Ofens geleitet und dort mit so viel Kühlluft, die bei h eingeblasen wird, j-ermischt,
daß die Temperatur bis auf etwa i250° C sinkt, um zu vermeiden, daß die Erzpreßlirige
durch dieses in den Schacht abziehende Abgas bis zum Erweichungspunkt erhitzt werden,
weil sie sonst zu einer dichten Nasse zusaminensintern würden, die nicht mehr genügend
freien Durchzugsquerschnitt für den Abgasstrom aufweisen könnte.
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Das Erz wird auf dem Wege durch Elen Schacht des Ofens abwärts bis
auf etwa looo° vorerhuzt und durch den in die Preßlinge eingebundenen Kohlenstaub
von Fe.O;; zu Fe 0 reduziert, während das durch den Schacht aufwärts strömende Abgas
seine Wärme an die Beschickung abgibt. Kurz vor dem Abschmelzen erfolgt dann die
Weiterreduktion zu Fe durch den Kohlenstaubgehalt der Erzpreßlinge. Beim Abschmelzen
selbst findet aber durch die oxydierende Flamme tvieder eine teilweise Verbrennung
zu Fe0 statt.
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Die in der Schmelzzone abtropfende Masse fällt auf die hocherhitzte
Koksfüllung des Gestells und nimmt ihren Weg durch die hohe Koksschicht hindurch
nach unten, wobei das Erz erneut von Fe0 zu Fe reduziert ,wird und das flüssige
Eisen sich von der Schlacke trennt.
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Zwischen den Konsolen h und in der Mitte des Ofenquerschnittes bilden
sich beim Abschmelzen Gewölbe in der Beschickung, die sich auf den Konsolen durch
Gewölbefüße der Beschickung abstützen, welche dadurch entstehen., daß an den Konsolen
keine Windzuleitungsdüsen angeordnet sind.
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Diese Füße schmelzen nun aber --loch durch seitliche ßestralilting
lr_n-anl ab.
sie geschwächt werden und wobei ein plastischer Zustand
durch Erweichen dieser Gewölbefüße entsteht: Dadurch werden sie außerstände gesetzt,
das große Gewicht der Beschickung zu tragen und die Beschickung rutscht nach, indem
sich die Gewölbefüße zusammenstauchen. Dies geht aber keineswegs ruckweise vdr sich,
sondern ziemlich gleichmäßig, weil sich .die Gewölbefüße durch Zusammenstauchen
im plastischen Zustande unter dein Beschickungsgewicht sofort w_ederverstärk en,
wenn sie vorher durch das Abschmelzen so weit geschwächt worden sind, daß sie nachgeben.
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Dias kennzeichnende Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, daß
eine aus Erzpreßlingen mit eingebundenem Kohlenstaub bestehende Beschickung im oberen
Teil des Ofens bei oxydierender Atmosphäre des Ofenraumes durch den eingebundenen
Kohlenstaub bis zu Fe0 reduziert und- nur so weit vorerhitzt wird, daß noch kein
Zusammensintern zu einer mehr oder weniger dichten .Masse stattfinden kann, worauf
die weitere Reduktion zu Fe und das Niederschmelzen ebenfalls bei oxydierender Verbrennung
erfolgt, wobei aber te_lweise wieder eine Verbrennung des Eisens zu Fe0 stattfindet
und die erneute Reduktion von Fe0 zu Fe eirdgültig erst im flüssigen Zustand beim
Abträufeln durch eine mit sauerstoffangereichertem Heißwind heißgeblasene Koksfüllung
des Gestells getrennt vom oxydierend bewirkten Schmelzbetrieb in reduzierender Atmosphäre
vorgenommen wird.
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Ein zweites Merkmal der Erfindung besteht darin, .daß der Hauptteil
-des Erzes koksfrei durch den Mittelschacht des Ofens gegichtet wird, ein kleinerer
Anteil davon aber durch die Seitenschächte zusammen mit dem Koks aufgegeben und
das überschüssige brennbare Gas allein durch die Seitenschächte lierausgeleitet
wird.
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Ein drittes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Schmelzen
durch Zufuhr von Zweitluft zur Verbrennung eines Teils des CO-Gases aus dem Unterofen
und eines Teils des Eisens, das sich durch Reduktion mit dein in .die Erzpreßlinge
e_ngebundenen Kohlenstaub gebildet hat, erfolgt und -die Abgase aus der Schmelzzone
von einem Ringraum des Ofens aus in die Beschickung eingeleitet werden, nachdem
vorher ihre Temperatur durch Zumischen von Kühlluft so weit herabgedrückt wurde,
daß kein Zusammensintern der Beschickung zu einer dichten Masse eintreten kann.
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Ein viertes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein freier Raum
zwischen der Erzbeschickung (des Schachts und der Koksfüllung des Gestells dadurch
herbeigeführt werden soll, daß die Erzbeschickung auf einer Anzahl von wassergekühlten
Konsolen abgestützt wird, um durch Seitenschächte den Koks in .den Unterofen zuführen
zu können.
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Ein fünftes Merkmal der Erfindung besteht ;chließl'ch noch darin,
daß in die Erzpreßlinge viel mehr Kohlenstaub eingebunden wird, als zur Reduktion
von Fe203 zu Fe0 gebraucht wird, um diesen Reduktionsvorgang zu begünstigen und
den überschuß in der Weise mittelbar für den Schmelzvorgang verwerten zu können,
daß mit dem restlichen Kohlenstaub kurz vor dem Abschmelzen des Erzes eine weitere
Reduktion bewirkt, dann aber durch die oxydierende Flamme teilweise wieder eine
Verbrennung zu Fe O herbeigeführt wird.
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Für die Schmelzleistung des Ofens ist es nämlich von ausschlaggebender
Bedeutung, daß in den Erzpreßlingen reichlich Kohlenstaub eingebunden wird, weil
dieser bei der hohen Temperatur in der Schmelzzone mit dem Erzsauerstoff sehr stark
reagiert, indem er das Erz kurz vor- dem Abschmelzen zunächst noch über die Stufe
Fe 0 hinaus reduziert, worauf dann allerdings teilweise eine Wiederoxydation zu
FeO durch die Kohlensäure der oxydierenden Verbrennung stattfindet, was aber die
Schmelzgeschwindigkeit bedeutend erhöht, weil die Verbrennung von hocherhitztem
Eisen zu Fe 0 äußerst rasch vonstatten geht und dabei Wärme von höchster Oual-ität
für das Schmelzen frei wird.