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Verfahren zum Umschmelzen von Metallen oder Legierungen der Eisengruppe,
besonders in Form von Spänen, im Drehofen Vorliegende Erfindung bezieht sich auf
das Umschmelzen von Metallen oder Legierungen der Eisengruppe, besonders in Form
von- Spänen, im Drehofen und betrifft im besonderen das Problem, das der Umschmelzung
unterworfene Spanmaterial od. dgl. einer Reinigung bzw. verfeinernden Behandlung
zu unterwerfen.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck ohne besondere Vorbehandlung
des Materials dadurch erreicht, daß man die Späne od. dgl. zusammen mit Reduktionsmitteln
und vorzugsweise kalkhaltigen Schlackenbildnern fortlaufend an dem von der Flammenzone
abliegenden Ende des Drehofens in diesen einführt und das flüssige Metall am anderen
Ende des Ofens ebenfalls fortlaufend und getrennt von den nicht flüssigen Schlackenbildnern
entnimmt.
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Bei dieser Verfahrensweise werden die Eisenteile, welche die Spanmasse
bilden, durch den ihnen im Ofen entgegenkommenden Flammenstrom fortschreitend erhitzt,
während sie sich in Berührung mit oder eingebettet in Schlackenbildnern befinden,
welche letzteren ebenso hocherhitzt sind wie sie und immer bereit sind, bei allen
eintretenden Verlagerungen der Späne durch die Drehbewegung des Ofens in Berührung
mit neuen Oberflächen des Metalls zu treten und dadurch Reinigungswirkungen auf
das Metall auzuüben. In
Verbindung mit der Schmelzung der Spanmasse
vollzieht sich also eine Reinigung bzw. Veredlung des Metalls. Die im Drehofen erreichbaren
höhen Temperaturen gestatten dabei ohne weiteres die Behandlung von Stahlspänen
od. dgl. mit hochliegendem Schmelzpunkt.
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Bei diesem Verfahren ist nicht nur der Einfluß der Reduktions- und
Reinigungsmittel auf das Metall als Wertfaktor in Betracht zu ziehen, sondern auch
umgekehrt der des Metalls auf die Vorgänge in der nicht metallischen Zuschlagmasse
besonders dann, wenn der Zuschlagmasse eine Zusammensetzung gegeben wird, daß die
nicht in Form von Schlacke flüssig werdenden Anteile derselben ein selbständiges
Wertprodukt, z. B. Zement, darstellen. In diesem Falle spielt die Anwesenheit .des
Metalls in der Zuschlagmasse eine bedeutsame Rolle als Wärmeüberträger.
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Die Neuheitsmerkmale der Erfindung liegen nicht sowohl darin, daß
die Reinigungsbehandlung von Eisenmetall in einem Drehofen vorgenommen wird, da
es bereits bekannt ist, flüssiges Metall in eine beheizte Drehtrommel einzuführen
und in dieser der Einwirkung einer reinigenden Schlacke zu unterwerfen,` sondern-
darin, daß die Durchführung für in festem, vorteilhaftem Zustande befindliches Eisenmetall,
z. B. Stahlspäne, in einem ununterbrochenen Verfahren unter ansteigender Erhitzung
vor sich geht, wie sie z. B. dem normalen Zement-Drehofenbetrieb eigen ist.
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Es ist zwar auch bekannt, in einem langen Drehofen, wie er etwa in
der Zementindustrie üblich ist, nebeneinander Zement und flüssiges Eisenmetall zu
gewinnen bei ausschließlicher Verwendung von Feststoffen, jedoch handelte es sich
hier um die Verarbeitung von Eisenerzen und Zuschlagstoffen auf Eisen und Zement,
so daß sowohl der Gesichtspunkt der Reinigung von Eisenmetall als auch der Gesichtspunkt
der Wärmeübertragung von Metall auf durch den Drehofen geschickten Zementrohstoff
ausscheidet.
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Im allgemeinen sind die Temperaturen, welche in Drehrohröfen, in denen
Zement oder Kalk gebrannt wird, auftreten, hoch genug, um Metallschrott zu schmelzen
oder um geschmolzenes Metall der Eisengruppe in geschmolzenem Zustand zu erhalten,
so daß das Metall in solchen Ofen geschmolzen und veredelt werden kann, während
in den Ofen gleichzeitig Zement oder Kalk gebrannt wird. Die veredelnde Wirkung
der bei solcher gemeinsamen Hitzebehandlung von Metallen und mineralischem Rohstoff
auftretenden Schlacke wird durch die im Ofen sich abspielenden chemischen Vorgänge
sehr begünstigt, wobei die innige Mischung der beiden gleichzeitig behandelten Stoffe
verschiedener Art miteinander eine erhebliche Rolle spielt.
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Die kleinen Schrottmetallstücke werden zweckmäßig den Schlackenbildnern,
besonders dem Zementrohstoff; vor Einführung in den Ofen beigemischt. Wenn trocken
vorbereitetes Zementrohmaterial benutzt wird, dann kann das im Zerteilungszustande
befindliche Material mit dem Zementrohstoff gemischt werden, so daß die kleinen
Metallstücke bei der Bildung der sogenannten Modulen mitwirkend sind. Die Eisen-
oder Stahlteile können gewünschtenfalls auch dem Zementrohstoff in irgendeinem Stadium
von dessen Vorbehandlung beigemischt werden, da die Erfindung ganz unabhängig von
einer bestimmten Art des Zementrohstoffs ist.
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Die Schrottmenge, welche in einem Drehofen behandelt werden kann,
der gleichzeitig zum Brennen von Zement oder Kalk dient, hängt sowohl von der Reinheit
des Metalls als auch von der Art des mineralischen Zusatzmaterials ab, das im Ofen
gebrannt werden soll. Wenn das zu veredelnde Metall aus gewöhnlichem Gußeisen besteht
und im Ofen gewöhnlicher Portlandzement gebrannt werden soll, dann hat es sich als
zulässig ergeben, die beiden Stoffe in gleicher Menge anzuwenden. Das metallische
Schrottmaterial wird zweckmäßig fortlaufend in den Ofen eingeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelzung oder Veredlung von Schrottmetall
kann auch in einem Drehrohrofen durchgeführt werden, in welchem gleichzeitig Eisen
aus Eisenerz sowie Zement hergestellt wird. Für die Eisenerzreduktion sind dem Erz
=Kalk und die sonstigen dazu erforderlichen Zusatzstoffe, wozu im allgemeinen auch
Koks gehört, zuzusetzen. Für die Reduktion von Eisenerz mit etwa 700/0 Eisen kann
ein Gemisch benutzt werden, welches aus 2,o6 t Kalk, 1,44 t Erz und o,gi t Koks
besteht. Aus einem solchen Gemisch kann i t geschmolzenes Eisen gewonnen werden
und daneben können gleichzeitig 0,3 t Eisenschrott veredelnd geschmolzen werden.
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Die mineralischen Zusatzstoffe zu dem im Ofen der veredelnden Hitzebehandlung
zu unterwerfenden Eisen müssen, wenn sie nicht aus Zementrohstoff bestehen, die
Eigenschaft haben, daß sie Schwefel oder andere Unreinigkeiten aus dem Metall aufnehmen
können. Die Menge dieser mineralischen Zusatzstoffe hängt von der Art und der Menge
der dazukommenden Unreinigkeiten des veredelnden Metalls ab. Beispielsweise kann
Eisenschrott etwa i 0/0 Schwefel enthalten. Solchem Schrott kann kohlensaurer Kalk
hinzugesetzt werden, um eine Schlacke aus Calciumsulfat zu bilden. In diesem Falle
beträgt die theoretisch erforderliche Menge an zuzusetzendem kohlensaurem Kalk,
berechnet nach den Molekulargewichten der Stoffe, 3,i40/0 Calciumcarbonat für i
% Schwefel. Die praktisch erforderliche Menge an Calciumcarbonat ist aber stets
größer als die theoretisch notwendige Menge. Im allgemeinen kann die Menge an schlackenbildendem
Material zu 50% des Gewichtes des Schrottmetalls angenommen werden. Der wünschenswerte
Feinheitsgrad des schlackenbildenden Materials hängt sowohl von der Natur dieses
Materials als auch von derjenigen des Metalls ab. Calciumcarbonat kann beispielsweise
pulverförmig oder in Form von Schlamm zugesetzt werden.
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Es kann vorkommen, daß der zur Verfügung stehende Metallschrott Stückgrößen
aufweist, welche für die Behandlung im Drehrohrofen für die beschriebenen Wandlungen
nicht klein genug sind.
Beispielsweise kann der ;=chrott zerkleinerte
Industrieartikel oder Guhijruch enthalten. Solche zu große Schrottstücke können
dadurch in einen geeigneten Zerteilungszustand übergeführt werden, daß man sie außerhalb
des Drehrohrofens, z. B. in einem Kupolofen, schmilzt und die Schmelze so abkühlt,
daß sie in kleine Stücke übergeführt wird.
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Im Regelfall ist Metallschrott sehr verschiedenartig. Aus solchem
sehr verschiedenartigem Material kann auch nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
ein gleichförmiges Produkt auf besonders vorteilhafte `'eise erzeugt werden.
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Einige verschrottete Metalle, besonders Stahl, weisen so hohe Schmelzpunkte
auf, daß die zu ihrer Schmelzung erforderlichen hohen Temperaturen nicht oder doch
nicht auf bequeme Weise im Drehrolirofen erzeugt werden können. Im allgemeinen beträgt
die maximale Arbeitstemperatur in einem Drehrohrofen i4oo bis i 50o°' C. Metallschrott
mit einem Schmelzpunkt, der oberhalb dieser Temperatur liegt, kann gleichwohl nach
dem Verfahren der Erfindung behandelt «-erden, und zwar so, daß man zugleich mit
dem Metall Kohlenstoff in den Ofen einführt, wodurch eine Erniedrigung des Schmelzpunktes
des Metalls in Verbindung mit der Hitzebehandlung des Metalls eintritt. Wenn beispielsweise
Stahlstücke oder Eisen von geringem Kohlenstoffgehalt behandelt werden sollen, dann
sollte so viel Kohlenstoff zugesetzt werden, daß dadurch der Kohlenstoffgehalt der
geschmolzenen Beschickung des Ofens demjenigen von gewöhnlichem Gußeisen entspricht.
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Die Flamme, welche zur Beheizung des Ofens dient, kann von der Art
der in gewöhnlichen Zementbrennöfen benutzten Flammen sein, wobei es gleichgültig
ist, ob zugleich mit der Durchführung der Schmelzung des Metalls auch Zement gebrannt
wird oder nicht. Die Flamme sollte im allgemeinen neutrale Beschaffenheit haben,
so daß Oxydation des geschmolzenen Metalls verhindert wird.
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Die Zeichnungen veranschaulichen Vorrichtungen, in welchen das erfindungsgemäße
Verfahren ausgeführt werden kann.
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Fig. i zeigt einen Drehrohrofen i, in dessen Einladende Zenientrolistof
durch ein Fallrohr 18 aus einem Silo 16 unter Mitwirkung eines Transporttisches
17 eingeführt wird. Es ist dabei angenommen, daß sich ini Silo 16 trockener Zementrohstoff
oder andere trockene schlackenbildende Stoffe befinden. Es können aber auch naß
aufbereiteter Zementrohstoff oder schlackenbildendes -Material in Form von Kalkschlamm
in irgendeiner bekannten Weise in den Drehrohrofen eingeführt werden. Gußeisenspäne,
die in einem Silo 14 gespeichert sind und aus diesem auf einen Transporttisch 15
fallen, «-erden gleichfalls dem Drehrohrofen i durch das Fallrohr 18 zugeführt.
Am Ausladende 3 des Ofens befindet sich ein Ofenkopf .4, der von einem Brennerrohr
5 durchsetzt wird. Luft und Kohlepulver werden dein Brennerrobr zugeführt und ergeben
bei ihrer Verbrennung am Ausladende 3 des Ofens eine Flamme mit einer Temperatur
von etwa id.oo bis 1500` C. Die Verbrennungsgase durchstreichen das Ofenrohr und
treten in eine Staubkammer 12 ein, «-elche sie durch eine Abzugsöffnung 13 verlassen.
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Das Gußeisen wird zusammen nlit dem Zementmaterial erhitzt, während
es durch das Ofenrohr i llindurchgelit,. und wenn die Beschickung in dem erweiterten
Teil 2 des Ofenrohrs eintritt, dann hat sie eine Temperatur von etwa 140o bis i5oo=
C erreicht, so daß das Gußeisen geschmolzen ist und sich in dein erweiterten Ofenabschnitt
ansammelt, wie dies durch eine gestrichelte Linie in Fig. i und in der Ouerschnittsfigur
2 angedeutet ist. Die vom Zementmaterial gebildete Schlacke in hlinkerform nimmt
im Zusammenhang mit der Erhitzung unerwünschte Bestandteile des Gußeisens, insbesondere
Schwefel auf. In dein erweiterten Ahsclinitt 2 des Ofenrohrs bedeckt die Schlacke
das geschmolzene Eisen und bildet dafür eine Schutzschicht. Das geschmolzene Eisen
verlädt das Ofenrohr durch ein Loch i i in der Ofenwandung und gelangt in einen
Trog 8, welcher einen Teil der Unterseite des Ofens umgibt und seinerseits das geschmolzene
Eisen durch ein Rohr 9 in einen Behälter io übertreten lädt. Die Entleerung
des Ofens von geschmolzenem Eisen erfolgt natürlich mit Unterbrechungen, weil das
Eisen durch das Loch i i nur einmal während jedes Ofenumlaufes abfließen kann, nämlich
dann, tvenn sich das Loch i i unterhalb der geschmolzenen Eisenmasse befindet. Die
Entleerung des Ofens kann aber auch ununterbrochen gemacht «-erden, indem mehr als
ein Loch i i in der Ofenwandung angebracht wird. Der Zement selbst setzt seinen
Weg durch den Ofen noch weiter fort, indem er in einen Ofenabschnitt 3 von geringerem
Durchmesser übertritt, aus dem er in üblicher Weise einem Kühler 6 zugeleitet wird.
Aus diesem Kühler gelangt die Schlacke zu einer Fördervorrichtung 7. Man erkennt,
daß die Luft, welche durch den von einem umlaufenden Rohr gebildeten Kühler 6 zur
Abkühlung der Schlacke hindurchgesaugt wird, in üblicher Weise zur Vorbeheizung
von Sekundärluft für den Drehrohrofen benutzt werden kann. Es kann aber auch ein
Teil dieser Luft aus dem Ofenkopf .4 entnommen werden, um als primäre Verbrennungsluft
im Brenner zur Beheizung des Ofens oder auch zu anderen Zwecken Verwendung zu finden.
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Fig. 3 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt eine abgeäliderte
Ofenanlage, welche besonders dann Anwendung finden kann, wenn das zu veredelnde
-Metall in geschmolzenem Zustand in den Ofen eingeführt wird. Zu der in dieser Figur
dargestellten Anlage gehört ein Drehrohrofen, welcher in zwei Teile icg und 2o unterteilt
ist. Zementrohmaterial wird in diesem Falle in den oberen Ofenabschnitt ig durch
ein Speiserohr 21 eingeführt. Luft und Brennstoff werden durch ein Brennerrohr 22
zugeführt, welches die Wandung des Ofenkopfes 23 durchsetzt und in das Entleerungsende
24 des unteren Ofenabschnitts 20 hineinragt. Die beim Verbrennen des zugeführten
Brennstoffs entstehenden Verbrennungsgase strömen
in üblicher Weise
durch das Ofenrohr nach dein Beschickungsende hin und bewirken das Brennen des Zementrohstoffs.
Der obere Ofenabschnitt i9 ragt mit seinem Auslaßende -in eine untere feste Zwischenkammer
25 hinein, und wenn der Zementrohstoff bis zu dieser Kammer vorgerückt ist, dann
befindet er sich bei einer Temperatur von etwa 140o bis i5oo'C, welche oberhalb
des Schmelzpunktes vom Gußeisen liegt. Gußeisenschrott, welcher zuvor in einem Kupolofen
geschmolzen wurde, oder anderes zu veredelndes Metall wird durch einen Trichter
26 zugeführt, welcher auf einer Decke der Zwischenkammer 25 angebracht ist, und
das auf diesem Wege eingeführte Metall wandert zusammen mit dem Zementmaterial durch
den unteren Ofenabschnitt 2o. Das geschmolzene Metall wird in veredeltem Zustand
aus dem Ofen in der gleichen Weise abgeführt, wie es unter Bezugnahme auf die Fig.
i und :2 erläutert wurde.
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Es versteht sich von selbst, daß der Drehrohrofen mit beliebigen,
geeigneten Wärmeübertragungskörpern, wie z. B. Ketten, Platten od. dgl., ausgerüstet
sein kann, um die Wärme wirksamer aus den Verbrennungsgasen auf das der Behandlung
unterliegende Gut zu übertragen. In gleicher Weise kann auch eine beliebige Vorerhitzungseinrichtung,
wie z. B. ein Wanderrost oder-ein Schrägrost oder eine umlaufende Trommel od. dgl.,
in Verbindung mit der Veredlungsofenanlage benutzt werden. Bei der Durchführung
der Erfindung können Kühlerkonstruktionen verschiedener Art, beispielsweise Roste,
Anwendung finden; nur wenn die entstehenden Schlacken geschmolzen sind, sind bezüglich
der Kühlerausbildung besondere Maßnahmen zu treffen.