DE74987C - Verfahren zur Erzeugung von Roheisen und zum Frischen desselben - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

40

Die zur Erzeugung von Stuhl und schmiedbarem Eisen bisher nothwendige, vorherige Darstellung von Roheisen hat, da sie ausschliefe-Hch im Hochofen erfolgt, den wesentlichen Uebelstand, dafs hierfür eine verha.ltnifsmüfsig grofse Menge theuren Brennstoffes (Holzkohle. Koks, Anthracit; nothwendig ist, welcher in den meisten Fallen aus gröfseren Entfernungen zugeführt werden mill's, wodurch die Gestehungskosten des Roheisens erhöht werden, wahrend andererseits die meist in der Nahe der Erzlagerstätten sich vorfindenden miiulei -werthigcn Brennstoffe _vnicht verkokbare Steinkohle, Braunkohle, Lignit, Torf, Holzabfülle- für den Hochofenprocels un'orauchbar sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfaliren, um solche minderwerthigen festen Brennstoffe, sowie flüssige und gasförmige Brennstoffe mit Hülfe besonders construirter Uelen zur Darstellung von Roheisen verwenden zu können, und schliefst aulserdem eine Frischmethode in sich, bei welcher im Gegensatz zu dem bis jetzt gebräuchlichen Flammolenfnschprocels eine möglichst innige Berührung des 'erzeugten Roheisens und der Gasstrom^ eintritt, und datier ein rascheres l·¹ tischen nut geringerem Brennstoffverbrauch möglich ist.

Das Verfahren gliedert mcIi 111 vier Stuten. und zwar:

1.

Erhitzun

er

Erze

;ebenenfalls Röstung der
förmigen Brennstotl;

und Zuschlüge,
ersteren durch

1. Reduction der Erze und Kühlung des hierdurch erhaltenen Eisenschwamrnes durch rediicirende Gase;

V Niederschmelzen des gekohlten Eisenschwammes durch directe Verbrennung festen Brennstoffes",

4. Fnschung des erhaltenen Roheisens nach Abscheidung der Schlacke unmittelbar nach der Schmelzung durch oxydirende Gase zu melir oder minder entkohltem Eisen.

Die erste und zweite Stute des Verfahrens können mit Gasen verschiedener Art durchgeführt weiden: es können natürliche Gase oder durch Verdampfung flüssiger Brennstoffe, durch trockene Destillation oder durch unvollständige Verbrennung erzeugte Gase verwendet werden; ferner können auch die bei Ausführung des Verfahrens sich bildenden Abgase für dasselbe brauchbar gemacht und wieder verwendet werden; letzteres ist überall dort von Vortheil, wo entweder natürliche Gase nicht zur Verfügung stehen oder Gase von geringem Stickstoffgehalt nicht billig erzeugt werden können.

Sollen die bei der Reduction der Erze entstehenden, ihrer Zusammensetzung nach mehr Sauerstoff und weniger Stickstof! als atmosphärische Luft oder durch unvollständige Verbrennung erzeugte Gase enthaltenden Abgase verwendet werden, so werden dieselben durch l'eberleiten über glühende Kohle mit Kohlenstoff entsprechend ihrem Sauerstorfge/halle; gesättigt chemisch regenerirt , wodurch der Stick-

^ottuchalt pcrccntiiell vermindert u::\i. Bei wiederholter Verwendung diesel Ga^ ;_:nd neuerlicher Regenerate ι:ΐ \\;i\l. d.i _;!_■: .'h/ei'i_; /um Zwecke der Reduction ein I heil der Gase hchuN W ärmeentwickehin^ verbrennt, ein Beharnmgs/.iistand m der Ziisminicihc'.ziüiL; der Gase eintreten, dem/.ut'>!l;c diese /w:ir nicht vollständig trei von Stickend, wohl aber ^iickstottärmer als durch unvollständige \ erhrennuiij; erzeugte Gase ^m werden.

Die tür die Reduction nöthige Wärmemenge kann auch durch \ erbrennung von leitern Brennstoff erhalten werden, wodurch der Stickstoffgehalt noch ',veiter verringert und daher die Reductionskraft der Gase weiter erhöht, andererseits aber die Menge des theueren. sonst nur zur Schmelzung nöthigen Brennstoffes vergrößert wird.

Durch Benutzung derartiger stickstoffarmer und dabei an Kohlenoxvd reicher Gase wird einerseits der Verlaut der Reduction ungemein beschleunigt; andererseits werden bei der weiteren Verbrennung der Gase tür andere Zwecke bedeutend günstigere Resultate erzielt, weil mit den Verbrennungsproducten zufolge des geringeren Stickstorfgehaltes entsprechend weniger Wärme entweicht.

Desgleichen findet beim Rösten von Carbonaten durch die entweichende Kohlensäure eine Anreicherung der Ga.se mit Sauerstotl statt, wobei durch tortgesetzte chemische Regcnenrung und Wiederverwendung ebenfalls ein stickstotfarmes Gas erhalten wird.

Mit diesen Gasen wird die Erhitzung der Beschickung, nöthigenfalls die Rostung der Erze und deren Reduction bewirkt und hieraut der gebildete Eisenschwamm gekohlt.

Die dritte Stufe des Verfahueiis Schmelzen des aus den Erzen durch Reduction mit den genannten Gasen erhaltenen Easenschwammes erfolgt in unmittelbarem Anschlüsse an die Reduction mittels eines heizen, nicht oxvdirenden Gasstromes, welcher durch Verbrennung eines testen, sehr kohlenstortreichen Brennstoffes erzeugt wird. Hierbei mn fs, da der teste Brennstott an der Eintrittsstelle des Windes grölstentheils zu Kohlensäure verbrennt, die zwischen dem. Eisenschwamm und den Winddüsen liegende glühende Bremistotfschicht so grofs sein, dau der gröfste Theil der entstandenen Kohlensäure auf dem Wege zum Eisenschwamm wieder zu Kohlenoxvd reducirt wird. Die dabei erzeugte Temperatur genügt vollständig zum Schmelzen des Lisenschwammes und der gebildeten Schlacke. I'm dieses Roheisen, welches man nach Wunsch arm an Kohlenstort. Silicium und Phosphor herstellen kann, zu leinen, ganz oder theilweise zu frischen vierte Stute . wird dasselbe nach Trennung von der Schlacke mit einem genügend heifsen. nxvdirenden Gasstrom in innige Berührung gebracht, wodurch die zu entreruenden tremden Bestandteile i;an/ oder !!ie'.l'A eis. \ erbrennen.

Wi: d die l'eiiipei.i!::r im Sammelraume wahrend des Frischciis so hoch gehalten, da'.s das Material tlüssig bleibt, so erhalt man je n.ich dem Grade der Frischling gefeintes Roheisen. Huisstahl oder I- lutse.isen; hält man die Temperatur daueren unter dem Schmelzpunkt des /u erzeugenden Materiale-. so wird Schweißstahl oder Schweißeisen erhalten.

Zur Ausführung des \ertahreiis. welches entweder in unterbrochenem oder ununterbrochenem Betriebe vorgenommen werden kann, dienen die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Oefen.

Fiii. ι und 2 zeigen in klei-nerem Maisstabe einen mit chargenweisem oder unterbrO>chenem Betriebe arbeitenden Oten in seiner Gesammt- ;inordnung mit den Regeneratoren in Autrits bezw. senkrechtem Schnitt und im Grundrisse. Fig. ■} ist ein senkrechter Längenschnitt und Fig. 4 eine Endansicht, zum Theil Schnitt durch den zur Roheisenerzeugung dienenden Oten. Fig. 3 zeigt ähnlich wie Fig. 4 einen Schnitt durch einen gleichen Ofen mit angeschlossenem Frischraum. Pig. ti stellt einen senkrechten Schnitt durch eine moditicirte Otenciinstruction tür Roheisenerzeugung dar, welche in gleicher Weise wie der m Fig. 1 und 4 gezeichnete (Men ebenfalls mit einem Frisch raum ,Fig. 3 verbunden werden kann.

Die Fig. 7 und 0 zeigen in senkrechtem Schnitte zwei Austühruni/stormen von Oeten tür Roheisenerzeugung bei ununterbrochenem Betriebe und Fig. 8 Lind 10 die Querschnitte derselben nach den Linien .v-.v, Fig. 7, und Λ-'-.ν¹, Fig. <i.

Auch an diese Oefen kann in gleicher W eise, wie in Fig. 3 ersichtlich gemacht, ein Frischraum angeschlossen werden.

Wie ersichtlich, besteht der zur Erzeugung des Roheisens dienende Oten Fig. ι bis 4; bei chargenweiser Beschickung oder unterbrochenem Betrieb aus dem Beschickungsraum α zur Aufnahme der Erze und der Zuschläge, dem Selunclzraum b und dem Raum c für den festen Brennstort', welch letzterer seitlich vom Beschickungsraum angeordnet und so wie dieser mit einer gasdicht veischliei'sbaren Gicht versehen ist. Die Räume α Lind c gehen nach unten in den Schmelzraum b über; der Beschickungsraum α besitzt einen schrägen Boden, au! welchem sieh die eingetragenen Erze unter ihrem natürlichen Böschungswinkel au! bauen. Inter der Gicht des Brennstotfraiimcs c mündet die Gas/.uleiUing J und unter der Gicht des Beschicknngsraumer- ti der Abzugkanal /'. In dem Schmclzraum mündet die Winddüse i,'·¹ der Windleitung £·. unterhalb welcher die Schlackenform // eingebaut ibt, während am Böden sich der Abstich i zum

cn %

O

Ablassen Jc-; Roheisen- !vikiJ.-I. /V i-t eine Oetfnung. um ein Losbre-hen .:·.·. .ιί:_;ι.τ Vi-v./e und das Ausbessern des Boden- !ekiil /n e: möglichen.

Ist an den ( >ten ein I- ris,_; ι r.i 11 m / angeschlossen, wie in Fiij. ς dargestellt, so wird an Stelle des Abstiches ι eine duivh dc\) WaIlstein m und den 1 ümpelsiem ;i abgegrenzte C·' Verbindung hergestellt, wobei elfterer das Ab-C»/ Hielsen des Eisens in den rrischraum eist nach QO Erreichung einer bestimmten Höhe gestattet. und letzterer den Uebertritt von Schlacke verhindert. Der Frischraum hat einen stufenförmigen Boden und ist oben mit dem über dem Wallstein mündenden Abzugskanal f und unten mit einem Sammelraum verbunden, wahrend an der Seite die Winddüsen / einmünden.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Modification ist der gleichzeitig als Schmelzraum dienende Brennstoffraum c unter dem Beschickungsraum a angeordnet und bildet in seinem unteren Theil zugleich den Sumpf, in welchem sich der Abstich i, etwas hölier die Schlackenform h und noch höher die Winddüsen i,^r' befinden. In dem unteren Theil des Beschickungsraumes α münden noch die Gasdüsen d ^l der Gaszuleitung d und unmittelbar darüber die Winddüsen g- ein.

Sollen die Abgase des Ofens zwecks Wiederverwendung chemisch regenerirt werden, so wird der Abzugskanal^/" (der mit einer Abzweigung f¹, Fig. ι und 2, verseilen ist, um die überschüssigen Gase anderen Zwecken zuführen zu können) mit zwei Regeneratoren ;·' r- absperrbar verbunden, vor denen ein Dampfstrahlgebläse ο eingeschaltet ist, welches den Kreislauf der Gase bewirkt. Von jedem Regenerator führt ein absperrbares Rohr d- zur Gaszuleitung d, wobei eine Abzweigung d^:i die etwa überschüssigen Gase anderen Verwendungsstellen zuführt.

Die durch den Abzugskanal /" kommenden Abgase werden durch das Dampfstrahlgebliise in einen der Regeneratoren gepreist, durchstreichen die glühende Kohlenschicht, wobei die in ihnen enthaltene Kohlensaure in Kohlenoxvd verwandelt wird, und verlassen als reducirende Gase den Regenerator, um durch das Rohr d- und die Gaszuleitung d in den Ofen zu gelangen. In dem anderen, unterdessen abgesperrt erhaltenen Regenerator wird durch Luttdüsen r Wind eingeblasen und dessen Kohlenschicht erhitzt, so dals dieser Regenerator eingeschaltet werden kann, wenn der erste zu kalt geworden ist, und ein ununterbrochenes Regeneriren bei abwechselnd arbeitenden Regeneratoren möglich wird.

Mit den in Fig. i, 2. ^, 4 und 5 dargestellten Oefen wird das Verfahren in folgender Weise durchgeführt:

Die Hr/.e und Zuschläge werden in den Bes^'nickunLisraum α eingetragen und dessen Gicht Beschlüssen, worauf durch die Gaszuleitung d reducirende Gase und durch die Winddüse i,^r' Luft zugeleitet werden. Die Entzündung der Gase erfolgt beim Inbetriebsetzen des Ofens durch hintragen von glühendem Brennstott in Jen Schmelzraum oder, wenn der Ofen bereits in Betrieb war, durch die von der früheren Charge zurückbleibende Hitze.

Die je nach ihrem Mischungsverhältnisse mit der eingeblasenen Luft neutralen oder oxydiren- dtn Gase streichen in den Beschickungsraum hinüber, erhitzen daselbst die Erze und Zuschläge, treiben bei etwa vorhandenen Carbonaten die Kohlensäure aus und entweichen durch den Abzugskanal /' in den Regenerator.

Sind die Erze genügend vorbereitet, so wird der Wind ganz oder theilweise abgestellt, worauf ein die Erze reducirender Gasstrom durch die Beschickung streicht. Entsteht durch die Reduction ein Wärmeabgang, so wird entweder ein Theil der zuströmenden Gase oder fester Brennstoff mit dem eingeblasenen Winde verbrannt. Nach Beendigung der Reduction werden Gas und Wind abgestellt und in den Raum c fester Brennstoff eingetragen, falls dies nicht schon nach dem Rösten geschehen ist. Hierauf wird wieder Wind eingeblasen; der j dadurch erzeugte heifse Gasstrom schmilzt den am Boden des Reductionsraumes aufstehenden Eisenschwamm aus, während in gleichem Mafse der höher befindliche Eisenschwamm nachsinkt. Das geschmolzene Roheisen und die sich mit der Asche des festen Brennstoffes verbindende Schlacke fliefsen nun bei dem in Flg. 3 dargestellten Ofen in den Sumpf. Die . Schlacke flielst durch die Schlackenform h beständig ab, während das Roheisen nach dem Niederschmelzen der ganzen Charge abgestochen wird, worauf dec Ofen neuerdings beschickt werden kann. Während des Schmelzens können die Abgase, ohne regenerirt zu werden, anderen Verwendungszwecken zugeführt werden. Soll das erzeugte Roheisen gefrischt werden, so wird der in Fig. 5 gezeichnete Ofen angewendet. Die Gase werden dann durch den Abzugskanal / in den FYischraum / geleitet; gleichzeitig wird durch die Winddüsen j in letzeren Luft eingeblasen, und das über den Wallstein m übertiiefsende Roheisen, welches über dem stufenförmigen Boden des Frischraumes in fein vertheiltem Zustand herabfällt, dadurch gefrischt Da die Abgase mit dem Winde verbrennen, so wird das Roheisen auf die dem . Entkohlungsgrade desselben entsprechende höhere Temperatur gebracht.

Der im Ofen verbleibende Rest von Roheisen und Schlacke wird durch eine besondere OerthmiLT abgelassen.

Der in Fig. r, veianschaulichte ()tcn wird /iinjvh^t mit Jer entsprechenden Men^c festen I>: enn-tolles ^eiüilt. Welcher. wenn Jer I Men k.ilt ist. /um ["lieil in glühendem Zustande eingetragen wird. Aul ilen Brennstott kommt eine Lage kleinkörniges luv, welches Jen ( Men bi-- unter .Jie Gasdüsen J¹ tüllt. worauf der Beschickungsraum mit luven um! Zuschlägen anijctüllt und Jie Gicht geschlossen wird.

Nachdem in dem Oten in früher hcschriebener W eise die Entzündungstemperatur hergestellt ist. werden durch die Gasdüsen ,Y¹ brennbare Gase und durch die Winddüsen μ-Wind eingeblase'V Die Vorbereitung, gegebenenfalls die Röstung, sowie die Reduction der j Erze geht in derselben Weise wie bei dem in ^; Jen Pig. ί, 4 und -_? dargestellten Oten vor sich. Hierbei wird die Verbrennungsluft - tür die Gase durch die oberen Winddüsen μ-, für den festen Brennstoff dagegen durch die unteren Winddüsen g^x eingeleitet.

In den genannten Fällen kann durch eine ; mehr oder minder vollkommen durchgeführte Reduction, durch Einhalten einer entsprechen- ι den Temperatur und langsameres oder ' schnelleres Niederschmelzen mit gegebenenfalls angeschlossener Frischling die Zusammensetzung des Endproductes beliebig geändert weiden. ^:

Soll das Verfahren ununterbrochen durchgeführt, d. h. alle vier Stufen desselben be- '■■ ständig und gleichzeitig ausgeführt werden, mi können vortheilhait die beiden in Fi^. 7, S. u und 10 gezeigten Ofenformen Anwendung rinden.

Dieselben bestehen aus dem Beschickungsraum mit central ungeordnetem Abzugskanal /'. welcher in einen Vorbereitung*- be/.w. Röstraum α und darunter . liegenden Reduction,-raum a¹ getheilt ist. Der Schmelzraum b und Brennstotiraum c sind entweder wie bei Jem in Fig. ■} dargestellten Ofen angeordnet Fiu. 7 . oder der Schmelzraum liegt direct unter dem Reductionsraum \Fig. 0;, in welch letzterem Falle zur Einbringung des testen Brennstoffes seitliche Schächte c¹ angeordnet sind, durch welche der Brennstott mittels geeigneter Vorrichtungen. z.B. durch Transportschnecken/¹, eingeprelst wird.

Von der Windleitung μ zweigen Jie zu Jen Winddüsen μ- und μ^Λ führenden Rohre ab. von welchen ersten.· zwischen Vorbereituni,^rsunj Reductionsraum, letztere im unteren Theil iles Rediictionsraumes m Jen (Men einmünden. Die Düsen μ^Λ werden hierbei von Jen Gas düsen J' der Gaszuleitung d concentri^cli Lim lafst.

Bei Jem in Fig. ο und 10 L^e/.eimcn (Men sind statt einer in Jen Schmel/.raum b eintretenden Winddüse μ¹ vorteilhaft so viele Düsen als Schächte c'¹ senkrecht unter Jen letzteren angebracht.

Beide Oeten können m der trüher beschriebenen W eise mit Regeneratoren zwecks Wiederverwendung Jer Abuase unJ mit einem Frischraiim verbunJen werden.

Der Betrieb wird in folgender Weise durchgeführt, im Schmelzraum b befindet sich fester Brennstott, welcher mit clem durch die Winddüsen iT¹ einueblascnen lieilsen Wind verbrennt und durch Nachtüllung bei Jer Gicht Jes Brennstoifraumes c bezw. durch die Schachtel'¹ ergänzt wird. Der hierdurch erzeugte heilse Gasstrom durchstreicht die Brennstotlschicht, trifft auf den Eisenschwamm und schmilzt diesen sowie die sich bildende Schlacke, welche in den Sumpf laufen und dabei die Asche aufnehmen.

Die von der Schmelzung herrührenden reducirenden Gase streichen in den Reductionsraum α', vereinigen sich daselbst mit l\c\\ durch die Ciasdüsen rf¹ eingeblasenen, ebenfalls reJucirenden Gasen und redueiren die Beschickung. Durch die Winddüsen μ'' wird der zur Verbrennung eines Theiles der Gase nöthige Wind eingeblasen.

Bei Eintritt der Gase in den Vorbereitungsraum α wird ein weiterer \ heil derselben mit durch die Düsen μ- eingeblasenem Wind verbrannt und die erzeugte Wärme zur Erhitzung der Beschickung. Röstung der Carbonate Lind zum Austreiben de;" Wassers verwendet.

Die erkalteten, jedoch noch sehr gut brennbaren Gase, welche durch den Abzugskanal/' abgeleitet werden, dienen den gleichen Zwecken wie bei Oefen mit unterbrochenem Betrieb.

In dem Malse. als der Eisenschwamm wegschmilzt, sinkt Jie uaiize Beschickungssäulc, so clals beständig frische Erze und Zuschläge gerichtet werden können.

Auch bei ununterbrochenem Betrieb kann die Zusammensetzung des Endproductc·- beliebt:,; geieue'i! und namentlich bei Oeten mit Brenn· stotfschächteii c' durch Zuführung von mehr oder weniger Brennstrott jederzeit geändert werden, so JaIs Jas Verfahren von der wechselnden Zusammensetzung <.\cr Erze, dem Feuchtigkeitsgehalt de-· Brennstoffes und anderen Zufälligkeiten ganz unabhängig ist.

Die Vortlieile, welche das beschriebene Vertahren gegenüber Jem bisherigen Hochoieu proceis darbietet, sind:

1. Jie Ermoghchting des Krsatzes des größten Theiles des beim H.ichoien beniithi^teii theiieren Brennstoffes durch mindern ertlii_;cu UnJ daher billige: en Brennstoti:

^. ein Uennuerer \eibrauch .111 !estern Brennstoff, woraus, eine kleinere Γν I :l.u κ _;iuienge unJ Je:n/uio!L;e eine I'-i sj-arnils .im Zuschlägen, Wärme unJ. Arbeit siJ; ersieht:

,. J;e aileiüalls iiothi^e 1<Γΐ-!υη^ Jer i'.r/e eiTorJe;'. keinen t'i--oa,i ·.·: en 1<Γ.·-·ι.!.η i:nJ Jie

Claims (1)

1. hierbei erzeugte Wärme wird zur Reduction verwendet:

   4. die chemische Regenennmg der Abgase lielert stickstotiarme · Ga--e von groiser Jleiz- und Reduction--krait:

   5. die durch unmittelbaren AnvjhluW de> Prischens an da-· Schmelzen erlangte Lusparnil-an Brennstott. Arbeit und Betriebskosten gegenüber dem Hüchofenproccu mit nachfolgendem Frischen im Flammofen.

   Pa τ γ. ν τ - A ν s 1· κ f <: 11 κ :

   ι. Verfahren zur Erzeugung von Roheisen, dadurch gekennzeichnet, dafs Erz und Zuschläge zunächst einem neutralen oder oxydirenden und darauf einem reducirenden Gasstrom ausgesetzt werden, wodurch ersteres geröstet und reducirt wird, wonach der Eisenschwamm ohne vorherige Abkühlung in einem sich an den Reductionsraum unmittelbar anschüefsenden Schmelzraum

   durch Verbrennung eine·- von den zur Erzeugung de-- Eisen.schwammes nöthigen Materialien getrennt gehaltenen, aber mit dem Eisenschwamm in Berührung kommenden festen Brennstoffes niedergeschmolzen wird, wobei die Gichtgase regenenrt. und dem Ofen wieder zugeführt oder zu anderen Zwecken verwendet werden können.
   In Verbindung mit dem unter 1. genannten Verfahren das Frischen des Roheisens in der Weise, dafs das in dem Frischraum abwärts rliefsende Eisen von Stichflammen getroffen wird, welche dadurch erzeugt werden, dafs in die den Frischraunn durchstreichenden Heizgase Wind durch Düsen eingeblasen wird.

   Bei dem unter 1. und 2. gekennzeichneten Verfahren das Heizen des Frischraumes durch die Abgase des Schmelzraumes oder des Reductions- bezw. Röstraumes, wobei die Abgase vorher carburirt sein können.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.