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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

KLASSE 18: Eisenerzeugung.CLASS 18: Ironmaking.

Die direkte Erzeugung schmiedbaren Eisens hat bisher zu keinem wirthschaftlicheh Erfolge geführt, weil man bei langer Gangdauer und grofsem Kohlenverbrauch nur zu einem mit Schlacken durchsetzten Eisenschwamm gelangte, dessen weitere Bearbeitung nicht nur umständlich und kostspielig war, sondern auch die vorzügliche Qualität des Erzeugnisses der nicht auszuschli eisenden oxydirenden Einwirkungen wegen in unzulässiger Weise herabsetzte. Zur Beseitigung dieser Mängel bedarf es einer Ofenfeuerung, welche das erzeugte Eisen im Reductionsraum in neutraler Atmosphäre zum Schmelzen bringt, den eigentlichen Reductionsvorgang aber in kurzer Zeit bei so niedriger Temperatur vollendet, dafs die unvergleichliche Reinheit des Eisens gewahrt bleibt und dafs zugleich der Verschlackung vorgebeugt wird. Durchaus zu verwerfen ist die jetzige Anschauung, dafs eine Mischung von Eisenerz und Kohle in hoher Temperatur, einer direkten Reduction unterliegt, d. h. dafs der Kohlenstoff unmittelbar an den Sauerstoff des Erzes herantritt. Der Vorgang ist vielmehr dahin aufzufassen, dafs die Reduction, wie schon bei ähnlichen Processen angenommen wird, durch zuvor gebildetes Kohlenoxydgas vermittelt wird. Damit offenbart sich als ein Fehler des alten Verfahrens, dafs man das Kohlenoxydgas in offener Feuerung hoch erhitzt ungehindert expandiren und so in ungenügender Dichte auf das Erz einwirken liefs. Schon im Hinblick hierauf kann bei der Verbesserung des Verfahrens nur eine Feuerung in Frage kommen, bei welcher Verbrennung und Reduction sich unter Druck vollziehen. Ist damit ein mit comprimirter Luft betriebener Ofen gegeben, so ist zugleich die Bedingung der Schmelzung des Eisenschwammes erfüllt, da in solchen Oefen, wie aus Bessemer's Versuch bekannt ist, sich schon bei einem Ueberdruck von ι Atmosphäre höchste Schmelztemperatur schnell und sicher erreichen läfst. Die Dissociation des Eisenoxyds, d. h. die Zerlegung desselben durch Zuführung derjenigen Wärmemenge, welche bei der Bildung des Oxyds aus metallischem Eisen und Sauerstoff entbunden wurde, kann nicht ohne Leistung äufserer Arbeit erfolgen, da der in den gasförmigen Aggregatzustand zurückkehrende Sauerstoff den Druck der Atmosphäre zu überwinden hat. Bei Beschränkung dieser, einen besonderen Wärmeaufwand bedingenden Arbeitsleistung durch höheren Druck hält man die der unvollführten Arbeit äquivalente Wärme als solche zurück und nöthigt dieselbe, diejenige Wärmemenge decken zu helfen, welche bei Zersetzung des noch unzerlegt gebliebenen Erzvorrathes absorbirt werden mufs. Das Wärmemanco, welches bei Herstellung atmosphärischer Pressung im weiteren Verlaufe des Verfahrens entsteht, deckt sich bei dem schnellen Sinken der Temperatur in dem expandirenden Gase später, mit Leichtigkeit aus der Abhitze. Unter Druck wird also ein Theil der letzteren noch für die Reduction verwendbar, was ökonomisch wichtig ist. In demselben Mafse, in welchem zur Beschleunigung der Gangdauer die Wärme-The direct production of malleable iron has so far not led to any economic success because with a long running time and large coal consumption you only come to one Sponge iron interspersed with slag arrived, the further processing of which is not only cumbersome and was expensive, but also the excellent quality of the product of the oxidizing effects which cannot be excluded because of inadmissibly reduced. To remedy these deficiencies, a furnace is required, which generated that Brings iron to melt in the reduction room in a neutral atmosphere, the real one The reduction process, however, is completed in a short time at such a low temperature that the incomparable The purity of the iron is preserved and slagging is prevented at the same time will. The present view that a mixture of iron ore is entirely to be rejected and coal at high temperature, undergoes direct reduction, d. H. that the carbon comes directly to the oxygen of the ore. Rather, the process is to be understood as that the reduction, as has already been assumed in similar processes, takes place previously formed carbon oxide gas is conveyed. This reveals itself to be a mistake of the old Process that the carbon oxide gas is heated to a high temperature in an open furnace without hindrance expand and thus allow the ore to act in insufficient density. Already in view only one firing system can be used to improve the process, at which combustion and reduction take place under pressure. Is that a with Given a furnace operated by compressed air, the condition of melting is at the same time of the sponge iron, as in such furnaces, as is known from Bessemer's experiment is, even at an overpressure of ι atmosphere, the highest melting temperature and can be reached safely. The dissociation of iron oxide, i.e. H. the dissection of it by supplying that amount of heat which is required in the formation of the oxide from metallic Once iron and oxygen have been released, this cannot be done without the performance of external labor, since that in the gaseous Oxygen returning to its physical state has to overcome the pressure of the atmosphere. When this work performance, which requires a special amount of heat, is limited by higher pressure one keeps the heat equivalent to the incomplete work as such back and compels it to help cover that amount of heat which is required in the event of decomposition the ore supply that has not yet been dismantled must be absorbed. The thermal manco, which occurs during the production of atmospheric pressure in the further course of the process, later coincides with the rapid drop in temperature in the expanding gas Ease out of the waste heat. A part of the latter is therefore still under pressure for them Reduction can be used, which is economically important. To the same extent as the Acceleration of the running time the heat

erzeugung im Hochdruckofen gesteigert wird, nimmt der Wärmeverbrauch der durch den Druck geförderten Reduction zu, es braucht also diejenige mäfsige Ofenhitze, welche Bedingung der direkten Eisenerzeugung und des Verbleibens von Silicium, Schwefel und Phosphor in der Schlacke ist, nicht überschritten zu werden. Der Anforderung vermehrter Wärmeabgabe wird der Ofen im Wesentlichen gerecht, nicht durch Steigerung des pyrometrischen, sondern des absoluten Wärmeeffects der Feuergase, welche — auf den Raum bezogen — verdichtet eine gröfsere Wärmemenge aufnehmen als im expandirten Zustande. Uebrig bleibt nur noch, das Reductionsgefäfs so zu gestalten, dafs der Sammelraum des zu erzeugenden Flufseisens der comprimirten Flamme nahe ist, d. h. sich in derjenigen durch den Druck beschränkten Ofenzone befindet, in welcher die höchste zum Schmelzen des Eisenschwammes hinreichende Temperatur besteht. Im allgemeinen wird letztere erst eintreten, wenn der Wärmeverbrauch der Reduction nachlasst, also am Schlüsse des Processes. Ein Schmelzbad an betreffender Stelle vorzusehen, ist vortheilhaft. Läfst man solches aus hochgekohltem Eisen hervorgehen, so ist damit die Stahlerzeugung erreicht. Besonders wirthschaftlich wird das neue Verfahren, sobald man die abziehenden comprimirten Essengase nach Popp'scher Art zum Betriebe von Druckluftmotoren verwendet oder deren treibende Kraft auf sonstige Weise ausnutzt, wozu die Gasentbindung bei der Reduction nach obiger Darlegung besonders auffordert. Es kann dies geschehen nach Herabsetzung der Temperatur der Gase durch Beimischung kalter Luft oder durch Anordnung von Kammern, in welchen man, die Abhitze auf gröfsere Körpermassen vertheilend, Wärme verbrauchende oder verlangende Processe sich vollziehen läfst, z. B. das Cementiren von Stabeisen oder das Tempern von Roheisen. Ohne Frage wird die meisten Vortheile ein Hochdruckofen bieten, dessen Gasfeuerung zur Herstellung jeder gewünschten Temperatur leicht regulirbar ist und in welchem selbst äufserste Temperaturen mit dem geringsten Brennstoffaufwande erreicht werden können. Ein solcher für die direkte Eisen- und Stahlerzeugung im Kleinen brauchbarer, dem Patent Nr. 62017 nachgebildeter Ofen ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Derselbe ist durch das Rohr E mit einer vorausgesetzten Druckluftleitung verbunden und von einem auf der Grundplatte P durch Verschraubung befestigten Mantel umgeben, welcher einem inneren Druck von mehreren Atmosphären zu widerstehen vermag. Aus dem Generator G G₁, in welchen der auf dem Wege u U₁ vorgewärmte Unterwind tritt, führen die Gasabzugskanäle gg zum Feuerraum d, in welchen weiter oberhalb auch der aus den vier Düsen O₂ austretende Oberwind mündet. Der durchbohrte konische Körper c, welcher mit der Basis in einer durch χ mit O₁ in Verbindung stehenden Luftkammer k steckt, läfst sich mit Hülfe der durch eine Tropfbüchse gehenden Stange C₁ zur Herstellung der nöthigen Zuggeschwindigkeit bei zunehmendem Druck in den Kanal unterhalb d schieben. Die aufsteigende Flamme entwickelt sich unter dem Tiegel T, welcher in feuerfeste Formsteine derartig eingesetzt ist, dafs der spiralförmig aufsteigende Heizkanal h entsteht. Die Tiegelöffnung ist den seitwärts abziehenden Feuergasen gegenüber geschlossen. Ein lose aufliegender, nicht hermetisch schliefsender Deckel gestattet dem entwickelten Kohlenoxydgase den Austritt aus dem Tiegel. Aus dem Gasabfang R gelangt dasselbe durch den Kanal s in den Gasabzug des Generators. Das Rohr r führt die abziehenden comprimirten Feuergase den Kammern B B₁ zu, welche zur Herabstimmung der Temperatur der Abhitze in verschiedener Weise, beispielsweise durch Einsetzen von Cementirungskasten AA₁, beschickt werden können. Durch T₁ strömen die Feuergase bei offenem Ventil \ schliefslich in das Reservoir, aus welchem die aufserhalb angeordneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Druckluftmotoren gespeist werden. Eine Beimischung kalter Druckluft ist bei r₂ möglich. Die Inbetriebsetzung des Ofens geschieht in folgender Weise: Nachdem der Mantel zur Freilegung des inneren Ofenbaues abgehoben und letzterer durch Entfernung der Decke DRN und der Einsatzstücke e O₁ e₃ zugänglich gemacht ist, erfolgt die Beschickung und Anfeuerung desselben. Die Füllung des Tiegels T besteht aus einem möglichst innigen Gemisch von Erz und Kohle mit den zur Bildung einer flüssigen Schlacke erforderlichen Zuschlägen, event, noch aus einem Bodeneinsatz von Eisenbrocken zur Herstellung eines Schmelzbades. Sind alle benutzten Oeffnungen wieder geschlossen, so wird der Mantel herabgelassen und mit der Grundplatte, dicht verschraubt, worauf die Oeffhung der Ventile ν und V₁ erfolgt, um durch E bei vorläufig geschlossenem Rohr T₁ Druckluft einzulassen, die sich in Ober- und Unterwind theilt. Letzterer steigt durch das Rohr u nach oben und gelangt, sechsmal im Halbkreise abwärts sich bewegend, aus den Düsen U₁ U₁ austretend, erheblich vorgewärmt von unten in den Generator, während der Oberwind, der in ähnlicher Weise geführt wird, zunächst in den Ringkanal O₁ tritt, um demnächst durch die vier Oeffnungen 0., und durch die Bohrung des Kegels c — mit den aus g g ausströmenden Gasen gemischt — in den Feuerraum d zu gelangen. Der Gang der Feuerung kann durch eine Glimmerlinse am Ende eines Schau-,If the production in the high-pressure furnace is increased, the heat consumption of the reduction promoted by the pressure increases, so that moderate furnace heat, which is the condition for direct iron production and for silicon, sulfur and phosphorus to remain in the slag, must not be exceeded. The stove essentially meets the requirement of increased heat emission, not by increasing the pyrometric but rather the absolute heat effect of the fire gases, which - in relation to the room - absorb a greater amount of heat when compressed than in the expanded state. All that remains is to design the reduction vessel in such a way that the collecting space of the fluvial iron to be produced is close to the compressed flame, that is, is located in the furnace zone which is limited by the pressure and in which the highest temperature sufficient to melt the sponge iron exists. In general, the latter will only occur when the heat consumption of the reduction subsides, that is, at the end of the process. Providing a weld pool at the relevant point is advantageous. If one allows this to emerge from high-carbon iron, then steel production is achieved. The new process becomes particularly economical as soon as the withdrawn compressed food gases are used in Popp's style to operate compressed air motors or their driving force is used in some other way, for which the release of gas during the reduction, as described above, is particularly encouraging. This can be done after lowering the temperature of the gases by admixing cold air or by arranging chambers in which, by distributing the waste heat to larger body masses, processes that consume or require heat can be carried out, e.g. B. the cementing of bar iron or the tempering of pig iron. Without question, most advantages will be offered by a high-pressure furnace whose gas-fired furnace can be easily regulated to produce any desired temperature, and in which even the highest temperatures can be reached with the least amount of fuel. Such a furnace, modeled after Patent No. 62017, useful for the direct production of iron and steel on a small scale, is shown in the accompanying drawing. The same is connected by the pipe E to a presupposed compressed air line and surrounded by a jacket fastened to the base plate P by screwing, which jacket is able to withstand an internal pressure of several atmospheres. From the generator GG ₁ , into which the lower wind preheated on the path u U ₁ enters, the gas discharge ducts gg lead to the furnace d, into which the upper wind emerging from the four nozzles O _{2 also flows further above.} The pierced conical body c, which is located with the base in an air chamber k communicating with O ₁ through χ , can be pushed into the channel below d with the aid of the rod C ₁ going through a drip can to produce the necessary pulling speed with increasing pressure . The rising flame develops under the crucible T, which is inserted into refractory bricks in such a way that the spiral-shaped rising heating channel h is created. The crucible opening is closed to the sideways withdrawing fire gases. A loosely attached, non-hermetically sealed lid allows the carbon oxide gases that have evolved to escape from the crucible. From the gas trap R , the same passes through the channel s into the gas outlet of the generator. The pipe r leads the exhausting compressed fire gases to the chambers BB ₁ , which can be charged in various ways in order to reduce the temperature of the waste heat, for example by inserting cementation box AA ₁ . By T _1, the flue gases with the valve open \ schliefslich flow into the reservoir from which the aufserhalb arranged, air motors not shown in the drawing are fed. An admixture of cold compressed air is possible _{at r 2.} The furnace is started up in the following way: After the jacket has been lifted to reveal the inner furnace structure and the latter has been made accessible by removing the DRN ceiling and the insert pieces e O ₁ e ₃ , it is charged and fired. The filling of the crucible T consists of a mixture of ore and coal that is as intimate as possible with the additives required to form a liquid slag, possibly also of a bottom insert of iron chunks to produce a molten bath. When all openings are closed again, the jacket is lowered and screwed tightly to the base plate, whereupon the opening of the valves ν and V ₁ takes place in order to let in compressed air through E with the tube T ₁ temporarily closed, which is in the upwind and downwind divides. The latter rises up through the pipe u and, moving downwards six times in a semicircle, exiting from the nozzles U ₁ U ₁ , is considerably preheated from below into the generator, while the upper wind, which is guided in a similar way, first enters the ring canal O ₁ occurs to get through the four openings 0, and through the bore of the cone c - mixed with the gases flowing out from gg - into the combustion chamber d . The course of the furnace can be seen through a mica lens at the end of a viewing,

rohres beobachtet werden, so dafs es leicht ist, den Kegel c zur Regulirung der Zuggeschwindigkeit auch dann noch richtig einzustellen , wenn nicht einfach den Druckveränderungen gefolgt werden kann. Da die Anfangstemperatur eine mäfsige sein mufs und ferner die Generatorgase durch das Kohlenoxyd des Reductionsprocesses einen Zuwachs erhalten, ist der Oberwind zunächst verstärkt zu halten, dann aber allmälig zu vermindern, bis endlich eine intensive Verbrennung ohne Luftüberschufs erfolgt, welche die Schmelzung des gebildeten Eisens sichert. Ist der Procefs damit vollendet, was die steigende Temperatur der Abhitze erkennen läfst, so wird der Ofen — nach Abschliefsung des Ventils bei E und Beseitigung des noch vorhandenen Druckes — geöffnet, um den Tiegel zur Ausführung des beabsichtigten Gusses nach Abschöpfen der Schlacke herausnehmen zu können.can be observed, so that it is easy to adjust the cone c correctly to regulate the speed of the pull, even if the changes in pressure cannot simply be followed. Since the initial temperature must be moderate and, furthermore, the generator gases receive an increase from the carbon dioxide of the reduction process, the upper wind must first be kept stronger, but then gradually reduced, until finally an intensive combustion takes place without excess air, which ensures the melting of the iron formed . Once the process has been completed, as indicated by the rising temperature of the waste heat, the furnace is opened - after the valve at E has been closed and the remaining pressure has been removed - in order to be able to remove the crucible for carrying out the intended casting after skimming off the slag .

Claims

Patent Claims:

1. A process for direct iron and steel production in an externally fired, compared to the fire gases closed reduction vessel, characterized in that, that inside and outside it maintain a high pressure atmosphere and the gas generated in the reduction room is fed to the furnace.

2. To carry out the method according to claim ι a high pressure furnace, in which a hood (R) is arranged over the crucible cover (N) , which guides the gases generated in the crucible through the channel s to the burner cd.

For this purpose ι sheet of drawings.