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Verfahren und Einrichtung zur Verwertung der Nebenprodukte von elektrischen
Erzreduktionsöfen Bei der %'erliüttuiig von Eisenerzen in elektrischen l?rzreduktioilsöfen
'hängt die Wirtschaftlichkeit der Anlage weitgehend von der Qualität des Erzes ab.
Handelt es sich nämlich um die Verhüttung von Eisenerz mit geringem Eisengehalt,
so wird der Anteil der Nebenprodukte im Verhältnis zum erzeugten Roheisen viel zu
groß, so daß ein wirtschaftlicher Betrieb des Eisenwerkes nicht erreicht werden
kann. Das Problem der Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage kann daher nur im
Zusammenhang mit der Verwertung aller bei der Erzverhüttung anfallenden Nebenprodukte
gelöst werden, und dies ist keineswegs eine einfache Sache. wie die nachfolgenden
Überlegungen zeigen.
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Bei der Verhüttung von Eisenerzen sind die haupts<icblichsten Nebenprodukte
Gas und Schlacke. Das Gas. wel(@hes vorwiegend aus CO besteht, ist ein :ehr gutes
Heizgas, kann aber wegen seiner Giftigkeit nicht für die öffentliche Gasversorgung
benutzt werden. Eine sehr geeignete Verwendungsinögiichkeit wäre die als Wärmequelle
für die Beheizung großer industrieller Produktionsöfen oder als Ausgangsstoff für
die Benzinsynthese. In beiden Fällen sind aber solche Gasverwertungsanlagen nicht
imstande, die vom Reduktionsofen, herrührenden großen Gasmengen stetig zu verwerten,
beispielsweise eine verhältnismäßig kleine Ofeneiüheit liefert bereits täglich etwa
30 000 m3 Gas, so daß entweder Gasspeicher (Gasometer) vorgesehen werden
müssen oder ein Teil des Gases ungenutzt ins Freie abgeblasen werden muß. Sobald
jedoch ein Gasometer vorgesehen werden muß, \\-erden die Anschaffungskosten der
Anlage wes°ntlich größer. während eine unvollständige
Auswertung
des Gases eine Erhöhung der Betriebskosten der Verhüttungsanlage zur Folge hat.
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Die Schlacke kann beispielsweise als Rohstoff für die Herstellung
von Bausteinen dienen, wobei jedoch der für die Schlacke erzielte Preis sehr niedrig
ist. Ferner kann die Schlacke auch zu Isolierbausteinen oder Schlackenwolle verarbeitet
werden. In beiden Fällen entspricht aber die Absatzmöglichkeit keineswegs der möglichen
Schlackenproduktion des Reduktionsofens. Schließlich kann die Schlacke ohne weiteres
als: Beimischung zu Portlandzementklinker verwendet werden, da sie selbst alle Komponenten
und Merkmale von Zement aufweist. Durch das gemeinsame Mahlen von Hochofenschlacke
und' Portlandzementklinker werden Mischungen erhalten, die je nach dem Mischungsverhältnisi
unter den Bezeichnungen Eisenportland-, Hochofen- und Schlackenzement auf dem Markt
bekannt sind. Diese letztere Verwertungsmöglichkeit ist im Gegensatz zu allen anderen
weitaus die günstigste, da die Absatzmöglichkeit für die Schlacke in diesem Falle
unbegrenzt ist, vorausgesetzt daß in der Nähe des Hüttenwerkes die erforderlichen
Zementfabriken für die Herstellung des Portlandzementklinkers vorhanden sind. Sobald
aber die bei der Erzverhüttung anfallende Schlacke über weite Strecken zu einer
Zementfabrik transportiert werden muß, wird die Wirtschaftlichkeit der Schlackenverwertung
in Frage gestellt.
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Es ist somit ersichtlich, daß die rationelle Verwertung der bei der
Erzverhüttung anfallenden Nebenprodukte mit ziemlichen Schwierigkeiten verbunden
ist, so da& bei der Berechnung der Betriebskosten eines El.ektroroheisenwerkes
bis jetzt die Nebenprodukte ihrem wahren Wert entsprechend nicht berücksichtigt
werden konnten.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich nunmehr auf ein Verfahren zur
Verwertung der Nebenprodukte elektrischer Erzreduktionsöfen, welches geeignet ist,
die wirtschaftliche Frage der elektrischen Verhüttung von Eisenerzen mit niedrigem
Eisengehalt ohne weiteres zu lösen sowie gleichzeitig auch die stoffliche Frage
der Kohlenbeschaffung, die in vielen Fällen, insbesondere für die Herstellung von
Zement, von sehr großer Wichtigkeit ist, sehr günstig zu beeinflussen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Nebenprodukte
der Reduktionsöfen für den Verbundbetrieb einer Zementherstellungsanlage benutzt
werden, indem das aus den Erzreduktionsöfen stammende Gas zur mindestens teilweisen
Beheizung eines Zementdrehofens dient, und der im Zementdrehofen erzeugte Klinker
zusammen mit der aus den Erzreduktionsöfen anfallenden Schlacke für die Herstellung
von Zement verwendet wird.
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An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel einer Anlage, die
für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist, in schematischer
Weise veranschaulicht.
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In der Abbildung bedeutet i einen elektrischen Erzreduktionsofen,
in welchem in bekannter Weise Eisenerz unter Beimischung von Koks und Kalk auf elektrischem
Wege zu Roheisen reduziert wird. In der Nähe des Elektroerzreduktionsofens i ist
eine Zementherstellungsanlage vorgesehen, deren wesentlichste Teile ein Portlandzementdrehofen
2, eine Trockentrommel 3 und eine Zementmühle sind. Gegebenenfalls kann noch ein
zweiter Drehofen 5 vorgesehen sein. Weitere Arbeitsmaschinen und Einrichtungen,
die für die Herstellung des Zementes notwendig sind, aber nicht unmittelbar mit
der Erfindung in Zusammenhang stehen, sind' der Einfachheit halber in der Zeichnung
nicht dargestellt.
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Die Vorgänge beim Verbundbetrieb des Erzreduktionsofens mit der Zementherstellungsanlage
sind nun wie folgt: Im Erzreduktionsofen i, der rein elektrisch betrieben wird,
entstehen bei der Reduktion des Eisenerzes außer flüssigem Roheisen, welches bei
6 <lern Ofen entnommen, wird, als Nebenprodukte Gas und flüssige Schlacke. Das
Gas, welches aus etwa 70°1o CO besteht, wird über eine Leitung 7 dem Portlandzementdrehofen
2 unmittelbar zugeführt und liefert somit die Wärme für die Erzeugung von Portlandzementklinkern.
Die Heizung des Drehofens 2 durch das Gas vom Reduktionsofen i kann noch unter Umständen
durch eine weitere Heizeinrichtung, z. B. eine Kohlenstaubfeuerung, ergänzt «-erden,
um die Leistungsfähigkeit des Zementdrehofens zu steigern. Im allgemeinen wird jedoch
ein zweiter getrennter Portlandzementdrehofen 5 vorgesehen, der je nach Bedarf zusätzliche
Mengen Klinker liefern kann und entweder elektrisch geheizt oder mit einer Kohlenstaubfeuerun.g
ausgerüstet ist. Der in den Zerrientdrehöfen 2 und 5 erzeugte Portlandzementklinker
wird einer Zementmühle .4 zugeführt. Die aus dem Erzreduktionsofen i anfallende
flüssige Schlacke wird bei 8 dem Ofen entnommen, mittels eines Wasserstrahles 9
granuliert und einem Schlackensilo io zugeführt, von wo aus sie mittels geeigneter
Fördereinrichtungen zu einer Trockentrommel 3 transportiert wird. Nach Verlassen
der Trockentrommel 3 wird die getrocknete Schlacke ebenfalls zur Zementmühle .4
befördert, wo sie zusammen mit dem Portlandzementklinker fernvermahlen und vermischt
wird und somit zur Erzeugung von Zement dient.
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Die im Reduktionsofen i pro Tonne erzeugtes Roheisen anfallende Gasmenge
ist konstant, ganz unabhängig von der Qualität des verhütteten Erzes, und findet
eine stetige Abnahme als Biennr stoff für die Beheizuiig des Drehofens 2. Die Menge
der aus dem Reduktionsofen anfallenden Schlacke richtet sich dagegen nach der Qualität
des Erzes, wobei Erze mit niedrigem Eisengehalt bedeutend größere Mengen. Schlacke
abwerfen als hochwertige Erze. Bei der Verhüttung eines eisenarmes Erzes, z. B.
m-it etwa 30°/o Eisengehalt, ergibt sich pro Tonne erzeugten Roheisens ein =1nfa11
an Hochofenschlacke, der mengenmäßig etwas größer ist als der Portlandzementklinker,
der mittels des Gases aus dem Reduktionsofen i im Drehofen 2 erzeugt werden kann.
Nun ist an Hand von Versuchen festgestellt worden, daß eine Beimischung
von
bis zu i5% llochofenschlacke mit reinem Portlandzementklinker ohne weiteres möglich
ist. Durch eine solche Beimischung erhält man nämlich einen Zement, der im Vergleich
mit reinem Portlandzement dieselben Festigkeitswerte aufweist, aber außerdem noch
den Vorteil hesitzt, daß der im I'ortlandzement stets noch in geringer Menge enthaltene
freie Kalk restlos gebunden wird, wodurch das Treiben und Ausblühen des Portlandzementes
beseitigt wird. Ein gewisser Teil der Schlacke aus <lern Ofen i kann daher ohne
weiteres mit dem Klinker aus dem Drehofen z zusammen vermahlen werden, während für
den restlichen Teil der Schlacke eine entsprechende Menge Portlandzementklinker
aus dem zweiten Drehofen 5 geliefert werden muß, um auf diese Weise das gewünschte
Mischungsverhältnis in der Zementmühle ,4 zu erhalten. Selbstverständlich können
an Stelle von reinem Portlandzement mit einer Beimischung von bis, zu 15% Schlackensand
auch andere Zemente, z. B. Hochofenzement mit 70°/o Schlacke, hergestellt werden,
wobei die vom zweiten Drehofen 5 jeweils zu liefernde Klinkermenge von der gewünschten
Zementsorte und Erzqualität abhängt.
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Durch die in unmittelbarer Nähe des Elektroerzreduktionsofens vorhandene
Zementherstellungsanlage ist daher eine stetige Abnahme für die Nebenprodukte des
Erzreduktionsofens gewährleistet, wobei jedoch noch zu untersuchen ist, ob bei dieser
Art Verwertung des Gases und der Schlacke die Verhüttungskosten für eisenarme Erze
genügend vermindert werden können. Die Einnahme aus der Gasverwertung kann entsprechend
ihrem Heizwert und durch Umrechnung des Wertes des Gases auf eine äquivalente Kohlenmenge
bei einem bestimmten Kohlendurchschnittspreis leicht ermittelt werden, besonders
weil die Gasmenge des pro Tonne erzeugten Roheisens stets konstant bleibt. Die für
das Schmelzen der Schlacke im Erzreduktionsofen benötigte elektrische Energie kann
durch Vergleiche des Schlackenanfalles bei verschiedenen Erzqualitäten unter Beobachtung
des entsprechenden. Stromverbrauches festgestellt werden. Dies hat gezeigt, daß
das Schmelzen der Schlacke im Verhüttungsofen weniger elektrische Energie erfordert
als das elektrische Brennen einer gleichen Menge Klinker im ele'ktrisc'h beheizten
Zementdrehofen, wobei ein elektrisch betriebener Drehofen wärmewirtschaftlich noch
günstiger ist als ein solcher mit Kohlenfeuerung. Da nun, wie bereits. erwähnt,
die granulierte Schlacke des elektrischen Erzreduktionsofens als Beimischung bis
zu i5°/o den Klinker im Portlandzement vollwertig ersetzen kann und außerdem in
der Herstellung sogar etwas billiger ist als der Klinker, so kann in der Wirtschaftlichkeitsberechnung
der Anlage die Schlacke nunmehr zum normalen Klinkerpreis eingesetzt werden. Der
aus der Verwertung der Schlacke sowie des Gases erzielbare Gewinn ermöglicht somit
eine solche Verminderung der Verhüttungskosten, daß sogar die Erzeugung von Roheisen
aus besonders eisenarmen Erzen jetzt ohne weiteres wirtschaftlich möglich ist. Mit
anderen Worten: durch das beschriebene Verfahren ist die wirtschaftliche Frage der
elektrischen Verhüttung von eisenarmem Erz gelöst.
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Durch den beschriebenen Verbundbetrieb von Erzreduktionsöfen und Zementfabrik
wird nicht nur die wirtschaftliche Frage der elektrischen Verhüttung von eisenarmen
Erzen, vollständig gelöst, sondern auch vom Standpunkt der Zementherstellung aus
betrachtet ergeben sich noch sehr wesentliche Vorteile. Erstens ist die indirekte
Zementerzeugung (Erzeugung von Schlacke) im Eisenerzverhüttungsofen rein energiewirtschaftlich
günstiger als die direkte im elektrischen Zementdrehofen. Diese Produktion von Schlacke
ist ferner mit keinerlei Anlagekosten für ,den Brennprozeß und keinen Beschaffungskosten
für das Rohmaterial belastet. Zweitens, was vielleicht noch wichtiger ist, wird
für die anfallende Schlacke aus dem Erzreduktionsofen zusammen mit der Klinkermenge,
die im gasgeheizten Zementdrehofen gebrannt werden kann, weniger Kohle benötigt
als dies der Fall ist, wenn die gleiche Gesamtmenge an Klinkern in einem kohlenstaubgefeuerten
Zementdrehofen erzeugt wird, da für die Erzeugung der Sehlacke und des Gases nur
die bei der elektrischen Erzreduktion erforderliche Kohlenmenge in Betracht fällt.
Auf diese Weise kann daher bei der Herstellung von Zement im Verbundbetrieb mit
elektrischem Erzverhüttungsanlagen auch Kohle gespart werden. Diese Kohleneinsparung
trifft selbstverständlich genau so zu, wenn das Gas vom Verhüttungsofen nicht in
einem Zementdrehofen, sondern für andere Heizzwecke in der Zementherstellungsanlage
verwendet wird.
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Obwohl das Verfahren gemäß der Erfindung in erster Linie für die Verhüttung
von eisenarmen Erzen bestimmt ist, geht aus den obigen Ausführungen hervor, daß
es unter Umständen auch beim Reduzieren von reichen. Erzen große Bedeutung besitzt,
weil in letzterem Falle die mit dem Gas erzeugbare Menge Portlandzementklinker die
Schlackenmenge um ein erhebliches übersteigt, so daß es möglich ist, direkt eine
Qualität Eisenportlandzement vom Verhältnis 30% Schlacke : 7o% Portlandzementklinker
herzustellen, und zwar ohne weiterhin erzeugte Portlandzementklinker beanspruchen
zu müssen. Diese Art Zementherstellung ist ferner auch insofern sehr günstig, weil
die eigentliche Zementherstellung keine Kohle erfordert; es wird nur Kohle für die
Reduktion des Erzes im Elektroofen benötigt.