-
Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm oder Eisenpulver Von den
zahlreichen Verfahren, kohlenstoffarmes Eisen unmittelbar von Eisenerzen ohne den
Umweg über den aufkohlenden Hochofen zu gewinnen, hat sich bisher nur ein schwedisches
Verfahren technisch und wirtschaftlich durchgesetzt. Bei diesem Verfahren werden
die pulverisierten Materialien Erz, Kohle und Kalk schichtenweise in poröse 2o bis
30 cm Durchmesser aufweisende zylindrische oben offene Scherben eingebracht,
die durch sie umstreichende Flammengase auf etwa i ioo° C erhitzt werden, wodurch
das Eisenerz zu metallischem Eisen reduziert wird. Das anfallende Material ist ein
kohlenstoffarmes schwammartiges Produkt, das vorzugsweise eingeschmolzen für die
Gewinnung hochwertiger Stähle benutzt wird. Ein feinkörniger und sauerstofffreier
Eisenschwamm, wie er für die Herstellung von Eisenpulvern für metallkeramische und
magnetische Zwecke gebraucht wird, läßt sich auf direktem Wege nach diesem Prozeß
aber nicht gewinnen; während der Abkühlungsperiode dringt wieder Sauerstoff an das
Material heran und oxydiert es, je nach Korngröße wieder mehr oder weniger.
-
Das vorliegende neue Verfahren ermöglicht in großtechnischer und sehr
wirtschaftlicher Weise die Gewinnung eines feinkörnigen und reinen Eisenschwammes
bzw. Eisenpulvers. Es ermöglicht es, unmittelbar von den in der Natur oder billig
in der Industrie vorkommenden Eisen-Sauerstoff-Verbindungen auf dem einfachsten
Weg, nur unter Verwendung von Koksabfall und Wärme, zu hochwertigen Pulvern zu gelangen.
Die einzelnen, nach diesem Verfahren anfallenden Partikel haben zudem Skelettstruktur
und sind infolgedessen für die Herstellung
g u -imenha ut
zusan ltender und hoch beanspruchbarer Preßlinge auch technisch von ganz besonderem
Vorteil.
-
Es beruht auf der Verwendung eines nach bestimmten Gesichtspunkten
gefüllten Großglühraumes, vorzugsweise eines gemauerten Muffelofens, der von außen
beheizt wird und annähernd gasdichte Wandungen aufweist, wobei dieser Raum während
der Reduktions- und Abkühlungsperiode mit reduzierenden Gasen unter Überdruck gehalten
wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Verwendung derartiger Öfen mit
großem restlichem Luftvolumen für diesen Reduktionsvorgang möglich ist, ohne daß,
wie zu erwarten gewesen wäre, mindestens zu Beginn der Reduktion explosible Gasgemische
auftreten.
-
Die Füllung des Glühraumes erfolgt zunächst mit gemahlenem Koks, Holzkohlenstücken
u. a., die zweckmäßig den Boden des Muffelofens bedecken und dann mit vermahlenem
gereinigtem Erz, Walzsinter u. dgl. aufgefüllt werden. Das letztere Material ist
aus Gründen gleichmäßiger Durchreduzierung und leichter Handhabung stück- bzw. lagenweise
oder brikettiert in den Ofen einzubringen, so daß es auf dem Kohlepulver aufliegt
und von den Reduktionsgasen leicht umstrichen werden kann. Da die Reduktion ein
wärmeverbrauchender Vorgang ist, würde bei einem z. B. durch räumlich enge Häufung
des Gutes dicht bepackten Ofen der Temperaturabfall nach dem Innern zu beträchtlich
sein. Der Reduktionsprozeß würde dadurch sich ungemein in die Länge ziehen bzw.
würde ein ungleichmäßiges Produkt entstehen, da, bevor die innere Schicht vollständig
reduziert wäre, der außenliegende Eisenschwamm entweder schon geschmolzen sein oder
zumindest ein wesentlich vergröbertes Korn aufweisen würde, so daß er nicht mehr
zu Pulver verarbeitet werden könnte. Es ist infolgedessen notwendig, einen guten
Wärmeaustausch durch Konvektion zu ermöglichen, was, wie schon erwähnt, am besten
durch passende Unterteilung des Reduktionsgutes geschieht. Außer der erwähnten Brikettierung
des Gutes kann es auch in Papiersäcke gefüllt und dann eingebracht werden. Die vom
verkohlten Papier übrig bleibende Kohleschicht verhindert das Festsintern des Materials
an den Wandungen des Ofens öder das Zusammensintern der einzelnen Säcke. Bringt
man das Gut lose, z. B. zu Haufen geschüttet, ein, dann ist es zweckmäßig, poröse
zweckmäßig schräg gestellte und an beiden Seiten offene Rohre mit einzubringen,
die den erforderlichen Wärme-und Gasaustausch gestatten.
-
Im nachfolgenden sei unter Hinweis auf die Zeichnungen das neue Verfahren
an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben; Fig. i zeigt die gesamte Anordnung,
Fig. 2 den gefüllten Glühraum.
-
' In dem zweckmäßig als mannshoher Muffelofen ausgebildeten Glühraum
i, der durch die Feuerstätte 2 erhitzt wird, befindet sich das Reduktionsmittel
3 in Form einer den Boden bedeckenden Koksmehlschicht und das zu reduzierende Material
.I (Magnetft, Walzsinter). Das zu reduzierende Material kann angeordnet sein in
Form eines mit schrägen Ventilationsröhren 5 durchzogenen Haufens wie in F'ig. i
oder besser in Form von Briketts 18 oder in Säcke 16 gefüllt, wie es die Fig. 2
veranschaulicht. Die Brikettierung kann in üblichen Brikettierungspressen vorgenommen
werden. Das Oxyd ist zweckmäßig vorher mit einer geringen Menge eines zweckmäßig
in einem Kohlenwasserstoff wie Petroleum, Benzin usw. gelösten Klebemittels (Asphalt,
Pech u. dgl.) zu mischen. Infolge der zwischen den Briketts i3 oder Säcken 16 belassenen
Zwischenräume i9 oder den des Rohres 5 ergibt sich eine gleichmäßige Zirkulation
der Gase und damit eine gleichmäßige Erwärmung und Reduzierung der äußeren und inneren
Charge. Auf diese Weise werden die sonst infolge der großen Chargenmenge unvermeidlichen
Temperaturdifferenzen, welche zur Schmelzung bzw. Kornvergröberung der Außenschichten
und unzureichender Reduktion der inneren Schichten führen, vermieden und es ergibt
sich jene für die Herstellung von Pulvern hinsichtlich Korngröße, Schüttgewicht,
Fließvermögen usw. erforderliche große Gleichmäßigkeit schon in der Struktur des
Eisenschwammes, gleichgültig; ob er an den äußeren oder inneren Schichten gewonnen
wird.
-
DieWandungen der Muffel bestehen vorzugsweise aus annähernd dichtem
hochfeuerfestem Mauerwerk, das auf der Innenseite zusätzlich noch mit einer den
Gasdurchtritt erschwerenden Glasur überstrichen ist. Der Eingang zu der Muffel wird
nach Füllung durch eine mit Wasserglas bestrichene Mauer 2o verschlossen. Die während
der Glühzeit entstehenden Gase (Kohlenoxyd und Kohlendioxyd) entweichen, soweit
sie nicht verbraucht werden, vermittels des Rohres 6 über das Wassergefäß 7, das
gleichzeitig zur Kontrolle des Überdruckes dient. An Koksmehl werden etwa 25 Gewichtsprozent
des zu reduzierenden Materials, wenn es sich z. B. um Walzsinter handelt, gebraucht.
Während der Anheiz-undReduktionszeit kann und während der Abkühlung, wo die Neubildung
von Kohlenoxyd aufhört, muß der Muffel durch das Rohr 8 ein zusätzliches reduzierendes
oder neutrales Gas zugeführt werden, um so eine sauerstofffreie Atmosphäre in dem
Ofen aufrecht zu erhalten und ein völlig unoxydiertes Material zu erzielen. Als
Zusatzgas verwendet man zweckmäßigerweise Wasserstoff oder Wassergas, das bekanntlich
ein Gemisch von Wasserstoff und Kohlenoxyd ist. Das Zusatzgas kann auch bereits
während des Reduktionsprozesses einströmen, da es sich erwiesen hat, daß Wasserstoff
die Reduktionszeit nennenswert verkürzt und den restlichen Kohlenstoffgehalt des
Eisens nicht unbeträchtlich mindert, wodurch das Eisen weicher wird und das daraus
hergestellte Pulver sich leichter verdichten und pressen läßt.
-
Für die Herstellung des Wassergases können die üblichen technischen
Wassergaserzeuger mit Wassergasspeicher benutzt werden.. In der Zeichnung ist schematisch
eine Einrichtung mit dargestellt, die für den vorgesehenen Verwendungszweck vorteilhaft
ist. Sie besteht aus der Retorte 9, die aus gasdichtem, hochfeuerfestem Material
hergestellt und mit Holzkohlenstückchen oder Koksgrus io gefüllt und
durch
eine Feuerung i i erhitzt wird. Diese Retorte ist oben durch den Deckel 13 abgeschlossen.
In diesem Deckel befindet sich das Zufuhrrohr 14 für Wasserdampf bzw. das einzutropfende
und zu verdampfende Wasser und das Rohr 8, das das entstehende Wassergas gegebenenfalls
über einen Kühler 15 dem Glühraum zuführt.
-
Die erforderlichen Reduktionstemperaturen in der 1Tuffel hängen ab
von der Korngröße, die das zu reduzierende Gut erhalten soll und liegen im allgemeinen
zwischen cgoo und i ioo°. Die Reduktionszeit hängt nicht nur von der Temperatur,
sondern auch von der Gasatmosphäre und dem gewünschten Kohlenstoff rest im Eisenschwamm
ab, vor allem aber auch von der Dicke der eingebrachten Magnetitschichten und beträgt
im allgemeinen io bis 2o Stunden. Nach erfolgter -,!£bl,:ühlung «-erden die Eisensch«-ammstücke
dem Ofen entnommen, durch Abblasen vom Kohlestaub befreit und durch passende Verfahren
zu Pulver zerkleinert.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache und billige
Herstellung von großen Mengen reinen Eisenschwammes beliebiger Korngröße und damit
passender Eisenpulver aus billigen Ausgangsmaterialien wie beispielsweise Walzsinter.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die gebräuchlichen keramischen
Muffelöfen hierfür verwendet werden können.