DE823937C - Verfahren zum Betrieb eines Zink-Blasofens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Zink-Blasofens

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DE823937C
DE823937C DEN1488A DEN0001488A DE823937C DE 823937 C DE823937 C DE 823937C DE N1488 A DEN1488 A DE N1488A DE N0001488 A DEN0001488 A DE N0001488A DE 823937 C DE823937 C DE 823937C
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DE
Germany
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furnace
reaction
insert
air
zinc
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Expired
Application number
DEN1488A
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English (en)
Inventor
Stephen William Kenneth Morgan
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National Smelting Co Ltd
Original Assignee
National Smelting Co Ltd
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B19/00Obtaining zinc or zinc oxide
    • C22B19/34Obtaining zinc oxide
    • C22B19/36Obtaining zinc oxide in blast or reverberatory furnaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zum Betrieb eines Zink-Blasofens Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Schmelzen von Zinkerzen in einem Blasofen, d. h. einem Ofen, bei dem der Einsatz oben eingeführt wird urid die festen Rückstände vom Boden des Ofens in Form von geschmolzener Schlacke abgezogen werden, so daß der Ofen kontinuierlich arbeiten kann. Die Erfindung betrifft insbesondere die Ausführung eines Blasofens, der oben luftdicht verschlossen ist, bei dem sowohl oben als auch am Boden Luft eingeblasen wird und der mit einem dazwischenliegenden Abzug für die Ofengase versehen ist.
  • Nach früheren Vorschlägen ist die oben in den Ofen eingeführte Luft durch Düsen zugeführt worden, durch die die Luft von der Seite her unterhalb der obersten Oberfläche des Einsatzes in den Ofen eingeblasen wurde. Es ist nun ermittelt worden, daß dieses Arbeitsverfahren zum Verschlacken des Einsatzes im oberen Teil des Ofens mit anschließender ungünstiger Zinkgewinnung führt.
  • Wenn das Verschlacken in der Zone hoher Temperaturen in der Nähe des oberen Teils des Ofens erfolgt, erstarrt diese Schlacke wieder, wenn sie in die unmittelbar darunter befindliche kältere Zone gelangt. Die erstarrte Schlacke neigt dazu, einen Zuwachs zu bilden, der von der Seite des Ofens ausgeht und den Ofen fast überbrückt, so daß der Einsatz nicht mehr frei nach unten fließen kann. Diese Wirkung stellt die am meisten unerwünschte Folge des Verschlackens im oberen Teil des Ofens dar.
  • Ein geringes Ausmaß einer beginnenden Schmelzung einiger Bestandteile des Einsatzes ruft diese unerwünschte Wirkung wahrscheinlich nicht hervor.
  • Die Erfindung bezweckt, irgendeine ins Gewicht fallende Verschlackung des Einsatzes im oberen Teil des Ofens zu verhindern.
  • Gemäß der Erfindung wird Luft in den oberhalb des obersten Teils des Einsatzes gelegenen Ofenraum eingeführt. Hierdurch wird ein Luftstrom durch den oberen Teil des Einsatzes von oben nach unten geführt, und der Luftdruck wird, wenn er auf den Einsatz trifft, gleichmäßig über die obere Oberfläche des Einsatzes verteilt, anstatt an einem Auslaß konzentriert zu werden.
  • Es ist ferner ermittelt worden, daß gerade bei der Einführung von Luft oberhalb des obersten Teils des Einsatzes bei einer bestimmten, in der Praxis verwendeten Art des Einsatzes eine Grenze für den Anteil der Luft vorhanden ist, die auf diese Weise eingeführt werden kann, wenn im oberen Teil des Ofens 'keine Verschlackung eintreten soll.
  • Die oberhalb des obersten Teils des Einsatzes eingeführte Luft übersteigt gemäß der Erfindung nicht 6o%.
  • Es ist ferner gefunden worden, daß die Höchsttemperatur im oberen Teil des Ofens noch weiter erniedrigt werden kann, indem man endotherme Reaktionen in der 'heißesten Zone stattfinden läßt. Zu solchen Reaktionen gehört die Reaktion von Zinkoxyd mit Kohlenstoff, die gasförmiges Zink und Kohlenmonoxyd ergibt, die Zersetzung von Calciumcarbonat, die das Oxyd und Kohlendioxyd ergibt, sowie die Reduktion von Kohlendioxyd durch Kohlenstoff, die Kohlenmonoxyd ergibt.
  • In der Praxis wird die erste dieser Reaktionen in der Weise durchgeführt, daß mit kohlenstoffhaltigem Material brikettiertes, oxydiertes zinkhaltiges Material zugesetzt wird, und die dritte Reaktion durch geeignete Auswahldes verwendeten Kokses, um die erwünschte Umsetzung zu erhalten. Das Ausmaß, in dem die zweite Reaktion in die Erscheinung tritt, wird natürlich durch die dem Einsatz zugefügte Calciumcarl>onatmenge bestimmt.
  • Eine Verkörperung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
  • Fig. i veranschaulicht einen senkrechten Schnitt nach der Linie i-i der Fig. 2 und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i. Der Einsatz besteht bei dieser Verkörperung der Erfindung aus oxydiertem Zinkerz, das durch Rösten von Zinkblende in einer Weise 'hergestellt worden ist, die eine Beeinflussung der Korngröße gestattet, d. h. daß ein Sinterprodukt hergestellt worden ist, das in Stücke mit einer porösen, honigwabenförmigen Struktur zerbrochen werden kann, und Koks als Hauptbestandteilen. Es werden solche :Mengen anderer Stoffe zugegeben, die erforderlich sind, um die Gangart des Erzes und die Koksasche zu schmelzen, damit eine geeignete flüssige Schlacke gebildet wird. Im allgemeinen werden Kalk und Kieselsäure als Flußmittel zugegeben; ein typischer Einsatz besteht aus: oxydiertem Zinkerz ioo Teile, Koks go Teile, Kalkstein 8 Teile, Sand oder Quarzit 9 Teile, wobei die Teile Gewichtsteile darstellen.
  • Es kann auch etwas mit 'kohlenstoffhaltigem Material brikettiertes, oxydiertes zinkhaltiges Material eingesetzt «-erden.
  • Der Einsatz wird vorzugsweise bei 8oo bis oo'C vorerhitzt und vermittels einer Aufgabevorrichtung, die einen mit einer Glocke i i ansgerüsteten Trichter io aufweist, in den oberen Teil eines senkrechten Blasofens von rechtwinkligem Querschnitt eingeführt.
  • Wenn die Aufgabevorrichtung geschlossen ist, bewirkt sie einen luftdichten Abschluß an der Spitze des Ofens; das Ausmaß der Einführung des Einsatzes wird so geregelt, daß ein beträchtlicher Raum oberhalb des obersten Teils des Einsatzes verbleibt. Dieser Raum wird mit Luft. vorzugsweise mit vorgewärmter Luft angefüllt, die durch Rohre 13 und 14 eingeblasen wird, so daß diese Luft über die ganze freie Oberfläche 24 des Einsatzes in diesen eintritt.
  • Am Boden des Ofens wird durch Düsen 15, 16, 17, 18, i9 und 2o ebenfalls ein vorzugsweise vorgewärmter Luftstrom eingeführt und der Ofen in seinem unteren Teil oberhalb des Bodens von einem Wassermantel 27 umgeben, um die dort durch den Luftstrom erzeugte Temperatur und damit die Temperatur und den Flüssigkeitsgrad der Schlacke regulieren zu können, die vom Boden des Ofens durch das Stichloch 12 abgezogen werden muß.
  • In mittlerer Höhe sind in dem Ofen Gasabzüge 22 und 23 vorgesehen; die Gase werden durch einen waagerecht angeordneten umgedrehten Trog 21, der sich quer durch den Ofen erstreckt, den Abzug oder den Abzügen zugeleitet.
  • Was die sich in dem Ofen abspielende Reaktion betrifft, wenn Luft in ein heißes Gemisch aus Koks und oxydiertem zinkhaltigen :Material eingeführt wird, so ist die erste vor sich gehende Reaktion die Oxydation von Kohlenstoff zu Kohlendioxyd entsprechend der Formel C -f- 02 = CO, (Reaktion i) Unter der Voraussetzung, daß der Einsatz auf mehr als 8oo° C vorerhitzt worden ist, ist das eine wirklich starke Reaktion, und die Geschwindigkeit, mit der sie vonstatten geht, wird nur durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der Sauerstoff zu der Koksoberfläche Zutritt gewinnen 'kann. Infolgedessen schreitet diese Reaktion bis zu dein Punkt fort, bei dem sehr wenig freier Sauerstoff innerhalb einer kurzen Entfernung von der Größenordnung von etwa 30 cm von dem obersten Teil des Einsatzes an gerechnet in dem Gas verblieben ist. Die Reaktion i verläuft stark exotherm, und die frei gewordene Wärme neigt dazu, die Teriperatur beträchtlich zu erhöhen.
  • Alsdann setzt eine zweite Reaktion, und zwar zwischen Kohlenstoff und Kohlendioxyd ein: C + C 02 = 2 C O (Reaktion 2) Die Geschwindigkeit, mit der diese Reaktion vonstatten geht, ist geringer als die der Reaktion i ; ihr wahres Ausmaß erhöht sich mit der Temperatur. Wenn infolgedessen Kohlendioxyd gebildet wird und die Temperatur sich erhöht, beginnt, wenn die Reaktion i fortschreitet, die endotherme Reaktion2, die somit dazu neigt, die Temperatur zu senken.
  • Das durch die Reaktion 2 erzeugte Kohlenmonoxyd reagiert alsdann mit Zinkoxyd, um Zinkdampf zu erzeugen: C O + Zn O = Zn (gasförmig) + C 02 (Reaktion 3) Die Reaktion 3 ist endotherm, verläuft aber zum Unterschied von der Reaktion 2 sehr schnell; ihre Geschwindigkeit wird nur durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der Kohlenmonoxyd Zutritt zu dem Zinkoxyd gewinnt, und durch das Gleich gewicht; je höher die Temperatur ist, um so mehr kann sie in der dargestellten Weise von links nach rechts verlaufen. Sobald infolgedessen durch die Reaktion 2 etwas Kohlenmonoxyd erzeugt ist, beginnt es, Zinkoxyd gemäß der Reaktion 3 zu reduzieren.
  • Wenn man von der Spitze des Ofens ausgeht, wo die Luft eintritt, so ist infolgedessen ein steiler Anstieg der Temperatur und des Kohlendioxydgehalts bis zu dem Punkt vorhanden, bei dem der gesamte Sauerstoff verbraucht ist; dieser Punkt liegt etwa 30 cm unterhalb der obersten Oberfläche des Einsatzes. Dort tritt dann in einer Zone, in der sowohl die Reaktion 2 als auch die Reaktion 3 schnell vonstatten geht, ein scharfer Abfall der Temperatur ein; das kann in der Zone zwischen etwa 30 und 6o cm unterhalb der obersten Oberfläche des Einsatzes vor sich gehen. Diese beiden endothermen Reaktionen gehen zum Teil auf Kosten der gleichzeitigen Abnahme des Gehalts der Gase an fühlbarer Wärme und zum Teil auf Grund der Wärme vonstatten, die durch Strahlung und Leitung von der benachbarten Zone herkommt, in der sich die Reaktion i vollzieht. Wenn die Temperatur fällt, verläuft die Reaktion 2 langsamer, während die Reaktion 3 weiterhin schnell vonstatten geht. Infolgedessen wird bald ein Zustand erreicht, bei dem die Reaktion 3 bis zum Gleichgewicht bei der vorherrschenden Temperatur fortgeschritten ist.
  • Bezüglich der Frage der Einführung der gesamten Luft im oberen Teil des Ofens ist durch Versuche ermittelt worden, daß es nicht ratsam ist, mehr als 60% der Gesamtluft oben zu verwenden. Wenn 80% der Luft im oberen Teil und 20% am Boden eingeführt wird, werden oben Temperaturen von mehr als 120o° C erreicht, und es tritt dort Verschlackung ein. Der Grund hierfür ist leicht zu erkennen. Das Verhältnis des Kohlenstoffs zum Zinkoxyd muß so sein, daß das gesamte Zink reduziert und in Dampfform übergeführt werden kann; ein Gas, das nicht mehr als 8% Kohlendioxyd, vorzugsweise noch weniger, enthält, wird schließlich aus dem Ofen abgezogen. Wenn die gesamte Luft im oberen Teil eingeführt wird, bedeutet die Art und Weise, in der die Reaktionen dort vor sich gehen, daß in einem bestimmten Stadium das gesamte Zink in Dampfform übergeführt und der gesamte Sauerstoff in einem Punkt verbraucht ist, in dem der Kohlendioxydgehalt des Gases groß ist, und daß ferner die Reaktion dieses Kohlendioxyds gemäß der Reaktion 2 mit folgendem Temperaturabfall vor sich geht, bevor die Gase den Ofen verlassen. Wenn die Gesamtwärmebilanz des Ofens ausgeglichen ist, bedeutet das, daß die Wärmebilanz in der oberstenZone nur ausgeglichen werden kann, wenn die Temperatur dort sehr hoch ist.
  • Es ist offensichtlich, daB, je schneller die Reaktion 2 verläuft, um so weniger stark die Zone höher Temperatur in der Nähe des obersten Teils ist.
  • Die Verwendung eines besser als gewöhnlich reagierenden Kokses oder anderen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs kann die Verwendung eines größeren Luftanteils im oberen Teil ermöglichen, ohne daß durch Unterstützung der Reaktion 2 übermäßige Temperaturen entstehen; bei Verwendung der im Handel verfügbaren Koksarten, und zwar sowohl von Gaswerkskoks als auch Hüttenkoks, ist jedoch eine obere Begrenzung der oben zugeführten Luft mit 60% notwendig.
  • Preßlinge, die Kohlenstoff und oxydiertes Zinkhaltiges Material enthalten, ergeben, wenn sie über eine bestimmte Temperatur erhitzt werden, ebenfalls Zinkdampf und Kohlenmonoxyd nach der Reaktion Zn O + C = Zn (gasförmig) + C O (Reaktion .4) Diese Reaktion verläuft im einzelnen wie die Reaktionen 2 und 3, aber da die beiden Reaktionsbestandteile in inniger Berührung miteinander stehen, verläuft die Gesamtreaktion in ihrer Wirkung nach der Gleichung 4. Diese sehr enidotherme Reaktion hilft mit, daß die Temperatur sich nicht übermäßig erhöht. Ein Grund dafür, das zinkhaltige Material in brikettierter Form zuzuführen, liegt darin, die Verarbeitung von Dämpfen und Schlacken zu erleichtern, die ihrerseits nicht in einer geeigneten physikalischen Form vorliegen, um in den Ofen eingesetzt werden zu können. Diese Verwendung von Preßlingen ist mit dem Vorteil verbunden, daß sie eine sehr endotherme Reaktion an einer Stelle verursacht, an der die exothermen Reaktionen vorherrschen.
  • Die Dämpfe und Schlacken können Nebenerzeugnisse eines Blasofenzinkschmelzverfahrens sein. Die aus dem Ofen kommenden Gase werden zu einem Kondensator geleitet, wo so viel Zinkdampf wie möglich zu flüssigem Metall kondensiert wird. Es tritt eine geringe Oxydation von Zink ein, die Anlaß zur Schlackenbildung gibt. Irgendwelches Zink, .das dem Kondensator entrinnt, kann als Dampf gesammelt werden. Es hat sich als günstig herausgestellt, alle diese Stoffe zum Einsatz in den Ofen zu brikettieren und Kohlenstoff, z. B. Koksgrus, den Preßlingen einzuverleiben. Nebenerzeugnisse aus anderen Quellen können natürlich in ähnlicher Weise verarbeitet werden. Ferner wird Kalkstein oder eine andere Form von Calciumcarbonat in dem Einsatz zersetzt, sobald die Temperatur genügend hoch wird: CQ CO3 = C.0 + CO, (Reaktion 5) Diese endotherme Reaktion trägt dazu bei, der heißesten Zone Wärme zu entziehen.
  • Schließlich wind die Wärme von der heißesten Zone zu der anliegenden kälteren Zone geleitet und gestrahlt, wo die Reaktionen 2 und 3 stattfinden. In der Zeichnung zeigt die Höhenlage 25 die Stelle an, wo die höchste Temperatur erreicht wird, während zwischen den Höhenlagen 25 und 26 die Stelle liegt, an der auf Grund. der endothermen Reaktionen 2 und 3 ein scharfer Temperaturabfall in die Erscheinung tritt. Der Raum zwischen den Höhenlagen 25 und 26 stellt den Raum dar, der benötigt wird, um der Reallotion 2 Zeit zur Durchführung zu geben. Die heiße Zone 25 ist über eine weite Fläche und auf eine verhältnismäßig kurze Entfernung von der kälteren Zone 26 getrennt; aus diesem Grunde findet eine beträchtliche Wärmeübertragung statt, so daß eine wesentliche Senkung der Temperatur, die sonst in der Höhenlage 25 erreicht werden würde, eintritt. Wenn andererseits Luft durch Düsen unterhalb des obersten Teils des Einsatzes eingeführt wird, wird die heißeste Zone an einer kleinen Fläche rund um jede Düse erreicht und die Wärme kann nicht so wirksam in die kältere Zone, in der die Reaktion 2 vonstatten geht, übertragen werden. Bei der Anwendung solcher Düsen erreichen daher die lokalisierten heißen Zonen eine höhere Temperatur als in dem Fall, in dem Luft über die ganze obere Oberfläche des Einsatzes eingeführt wird.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb eines oben luftdicht verschlossenen Zink-Blasofens, bei dem Luft sowohl an der Spitze als auch am Boden eingeführt wird und dazwischen ein Abzug für die Ofengase angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die oben einzuführende Luft in einen oberhalb des obersten Teils des Einsatzes befindlichen Ofenraum eingeführt wird, wobei die Menge dieser oben eingeführten Luft so bemessen wird, daß sie nicht ausreicht, um eine wesentliche Verschlackung des Einsatzes im oberen Teil des Ofens zu bewirken.
  2. 2. Verfaihren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nicht mehr als 6o% der eingeführten Luft im oberen Teil des Ofens und der Rest am Boden des Einsatzes eingeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Ansprudh i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Einsatzes in Form eines mit kohlenstoffhaltigem Material brikettierten, oxydierten zinkhaltigen Materials eingeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein reaktionsfähiger Koks oder anderer kohlenstoffhaltiger Brennstoff verwendet wird, der in der Reaktion C+ C02=2 C0 eine große Reaktionsfähigkeit hat.
DEN1488A 1949-08-05 1950-07-15 Verfahren zum Betrieb eines Zink-Blasofens Expired DE823937C (de)

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DE (1) DE823937C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE970423C (de) * 1944-11-24 1958-09-18 Siemens Ag Formmasse fuer Metall- und Eisenguss

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE970423C (de) * 1944-11-24 1958-09-18 Siemens Ag Formmasse fuer Metall- und Eisenguss

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