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Verfahren zur Herstellung von Eisen bzw. Stahl im elektrischen Ofen
Die Eisenproduktion der Welt wird größtenteils aus Eisenoxyden gewonnen, wobei als
Rohstoff ent-,veder Eisenoxyderze natürlichen Ursprungs oder aber Eisenoxyde verwendet
werden, die beim Rösten von Sulfid- bzw. Carbonaterz-en gewonnen werden.
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Die Erfindung bezieht sich vor allem auf die, Reduktion von Eisensilicatein
in einem elektrischen Ofen. Als Ausgangsstoff für das Reduktionsverfahren gemäß
der Erfindung ist unter anderem das beim Schmelzen von Kupfererz bzw. Kupferschlick
zum Rohstein und Schlacke entstehende Eisensilicat besonders geeignet. Bisher ist
es nicht gelungen, das Eisen in wirtschaftlich lohnender Weise aus einem Rohstoff
dieser Art zu gewinnen, der jährlich in großen Mengen anfällt. Dies beweisen die
Schlackenberge, die sich in der Nähe jeder Kupferschmelzhütte befinden.
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Die Reduktion eines Rohstoffeis dieser Art ist ein interessantes Probleim,
besonders weil ohne Grubenbetrieb oder Anreicherungsarbeit ein geeigneter Rohstoff
zur Verfügung steht, der dazu noch in geschmolzenem Zustand erhalten werden kann.
Ist der Eisengehalt des Rohstoffes z. B. 40 °/o", so ist der Wärmeinhalt des geschmolzenen
Silicats etwa 3oo bis 320 Kcal/kg Silicat.
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Da 250o kg Eisensilicat zur Herstellung von iooo kg Eisen erforderlich
sind, so beträgt der Wärmeinhalt des geschmolzenen Silicats etwa 775 000
Kcal. Wenn die Reduktion gemäß der Erfindung im elektrischen Ofen durchgeführt wird,
entspricht dieser Wärmeinhalt theoretisch etwa
9oo kWh. In Anbetracht
des- thermischem Wirkungsgradeis des elektrischen Ofens ist dieser Wert in der Praxis
viel größer. Dieses, Beispiel zeigt somit, daß gemäß der Erfindung vorzugsweise
ein Ausgangsstoff zu verwenden ist, dar sich bereits in geschmolzenem Zustand befindet,
wie z. B. die Schlacke der Kupfe@rschmelzöfen.
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Gemäß der Erfindung wird der elektrilsche Ofen zuerst mit Eisensilicat
beschickt. Zur Reduktion des geschmolzenen Silicats wird darauf eine im wesentlichen
aus einer Mischung von Kohle und Kalk od. dgl. bestehende Beschickung zugeführt
bzw. gebildet, deren Mengenverhältni,ss,e vorzugsweise im voraus 'berechnet worden
sind. Bei an sich bekannten richtigen Betriebsbedingungen, vorteilhaft unter Verwendung
von Elektroden und elektrischer Spannung, durch die ein auf die Reduktionsbeschickung
einwirkender Lichtbogen im Ofen erzielt wird, wird hierbei durch Einwirkung der
elektrischen Energie eine heftige Reaktion stattfinden, und zwar einerseits zwischen
den Komponenten der Reduktionsmdkhung, anderseits zwischen den dabei entstehenden,
aus Calciumkarbid bzw. diesem ähnlichen Stoffen bestehenden Reaktionsprodukten und
dem geschmolzenen Eisensilicat. Unter Bindung von Kalk aus der Reduktionsbeschickung
an die Kieselsäure das Eisensilicats wird durch die genannten Karbide bzw. karbidähnlichen
Stoffe gleichzeitig eine in überraschender Weise beschleunigte und vollständige
Reduktion des Eisens bewirkt, welches freigegeben wird und infolge seines, spezifischen.
Gewichts auf den Boden des Ofens unterhalb des geschmolzenen und gleichzeitig als
Schutzschicht dienenden Rohstoffes sinkt.
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Kennzeichnend für die Erfindung ist somit, daß als Reduktionsbeschickung
oberhalb des geschmolzenen Rohstoffes eine Ün wesentlichen aus Kohle und Kalk od.
dgl. bestehende Mischung vorgesehen wird, und zwar unter Aufrechterhaltung solcher
Betriebsbedingungen im Ofen, daß dadurch die Komponenten dieser Mischung zur Reaktion
miteinander gebracht werden, wobei die entstehenden Reaktionsprodukte dib Reduktion
des Eisens aus der Schmelze bewirken bzw. beschleunigen. Es kann nämlich angenommen
werden, daß bei der Reduktion gleichzeitig auch die Kohle als Reduktionsmittel teilnehmen
wird, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit aber durch Einwirkung der durch Reaktion
zwischen Kohle und Kalk entstehenden Produkte erhöht wird.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann schon durch Berechnung
der zugeführten Reduktionsbeschickung der im Eisen zurückbleibende Kohlegehalt geregelt
werden. In der Praxis ist bei diesem Verfahren Stahl in flüssiger Form mit einem
Kohlegehalt unter o, i °/a C erhalten worden.
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Die zur Verwendung kommenden Silicatrohstoffe enthalten gewöhnlich
keinen Phosphor, weswegen man in der Lage sein wird, gemäß dem Verfahren nach der
Erfindung hochwertiges Eisen herzustellen. Wird, als Rohstoff die bei Kupferherstellung
anfallende Eisensilicatschlacke verwendet, so kann die im Rohstoff enthaltene Menge
an Kupfer, Nickel oder Kobalt zur Verbindung mit dem Eisen gebracht worden.
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Will man gemäß dem Verfahren der Erfindung Eisen aus beispielsweise
kupferhaltiger Eisensilicatschlacke herstellen, deren Kupfergehalt in bezug auf
das gewünschte Endprodukt zu groß ist, so kann der Rohstoff vor der eigentlichem
Reduktion in einem besonderen Raffimierungsofen behandelt werden. Hierbei ist es
vorteilhaft, das Kupfer bis zum erwünschten Kupfergehalt durch Behandeln des geschmolzenen
Silicatrohstoffes in einem elektrischen Ofen zu entfernen, derarty daß auf die Silicatschmelze
Eisensulfid, z. B. Pyrit@ zugeführt wird.
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Beim Schmelzen des Eisensulfids und bei dessen Sinken durch die Silicatschmelze
nimmt das Sulfid unter anderem Kupfer, Nickel, Kobalt und edle Metalle auf. Eine
solche Raffinierung kann zweckmäßig sein auch in dem Fallei, wo der Gehalt deis
Rohstoffes an edlen Metallen größer als normal ist.
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Bei Herstellung von Eisen ist es von großer Bedeutung, ein möglichst
schwefelfreies Eisen zu erhalten. Insbesondere, wenn als Ausgangsstoff bei dem Verfahren
nach der Erfindung Schlacke verwendet wird, die aus den Kupferöfen anfällt, ist
das Entfernen des Schwefels eine wichtige Aufgabe, weil der Ausgangsstoff als Rohstoff
zur Eis=enherstellung verhältnismäßig sehr schwefelhaltig ist. Das Reduktionsverfahren
gemäß der Erfindung soll vorteilhaft unter basischen Bedingungen in bezug auf die
Schlacke durchgeführt werden. Dadurch werden schon an und für sich vorteilhafte
Bedingungen für das Entfernen de!s Schwefels geschaffen, die durch erhöhten Kalkzusatz
noch weiter verbessert werden. Vorzugsweise wird die Kalkbeschickung derart gewählt,
daß ein Silicatgrad kleiner als 2 erhalten wird. Während der Anfangsperiode der
Reduktion wandert der Schwefel der Schmelze hauptsächlich in das Eisen. Beim Sinken
des Fe0-Gehalts beginnt aber das Rückwandern des Schwefels in die Schlacke, was
um so früher eintritt, je größer der Kalkgehalt ist. Nach beendigter Reduktion des
Eisens wird bei dem Verfahren nach der Erfindung ein offenbar karbidhaltiges Calciumsilicat
erhalten, das sich als ein außerordentlich wirksamer Schwefelentferner erwiesen
hat. Durch Fortsetzung des Verfahrens während einer gewissen Zeit nach beendigter
Reduktion des Eisens wird das letztere in einer praktisch schwefelfreien Form erhalten.
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Die durch den verhältnismäßig großen Kalkzusatz bedingten Kosten des
Verfahrens werden durch die erzielten Vorteile ausgeglichen. Hinsichtlich dieser
Vorteile ist zu bemerken, daß als Rohstoff silicatreiche Eisenerze und Schlacke
der Kupferöfen verwendet werden können, die früher als wertlos betrachtet wurden
und in großen Mengen zur Verfügung stehen. Falls das Verfahren unter Verwendung
von Kupferofenschlacke im Anschluß an die Herstellung des Kupfers durchgeführt wird,
erhält man das Eisensilicat als solches fertig in geschmolzenem Zustand, wodurch
dessen Wärme
inhalt vollständig verwertet werden kann, was natürlich
für die Wärmewirtschaft des Verfahrens von größter Bedeutung ist.
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Die bei dem Verfahren erhaltene Endschlacke besteht aus basischem
Kalksilicat und stellt als solches ein verkäufliches Produkt dar, welches unter
anderem als LandwiTtschaftskalk oder als Rohstoff bei der Herstellung von Zement
usw. verwendet werden kann. Bei geeigneter Zuammensetzung der Schlacke zerfällt
spie, ohne gemahlen zu werden, von selbst in Pulverform.
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Im Rahmen der Erfindung kann natürlich auch so verfahren werden, daß
als Reduktionsmittel nebst bzw. anstatt der calciumkarbidähnlichen Reaktionsprodukte
anderes gleichartige Produkte vorliegen, wie z. B. Bariumkarb.id od. dgl.
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Das Verfahren kann entweder diskontinuierlich oder aber mehr oder
weniger kontinuierlich durchgeführt werden, wobei man den geschmolzenen Rohstoff
in den Ofen fließen läßt, während das Eisen und die Schlacke nach beendigter Redukttibn
aus dem Ofen entweder kontinuierlich oder in geeigneten Zeitintervallen entfernt
werden.