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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallen, insbesondere
von Eisen (Eisenschwamm) ohne Schmelzung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und auf Vorrichtungen zur Herstellung von Metallen, insbesondere von Eisen (Eisenschwamm)
aus oxydischen Erzen und unter Verwendung von festen, flüss,ig°n oder dampf- bzw.
gasförm.igenReducti@onsmitteln, und besteht darin, daB der Wärmebedarf der dabei,
ablaufenden, vorzugsw@,is@e endo thermen chemischen Reaktionen. durch den Wärmeinhalt
von im Kreislauf gehalbe.nen und immer wieder erhitzten körnigen Wärmeträgern gedeckt
wird, welche mit dem zu reduzierenden Erz und, dem Redunt:.ons.matel in. un:mdttelbareBerührung
zwecks Herbe:führung einer intensiven Wärmeübertragung ,--,b#-acht werden.
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Dies..- endotherme#n chemischen Reaktionen umfassen nicht nur den
eigentlichen Abbau der Eisen-Sauers.tioff-Verbi'n.dung, sondern auch die verschiedenartigen
wärmeverbrauchenden Ent- und Vergasungs- sowie Spalt-(Krack-) Vorgänge, welche sich
gleichzeitig mit dem Ablauf der Erzreduktion aus, der stofflichen Zusammensetzung
der verwendeten festen, flüssigen oder dampf- bzw. gasförmigen Reduktionsmittel
ergeben. Insbesondere ,gilt dies für die teilweise oder völlige Umwandlung der Reduktionsmittel.
in solche. Gase, welche. vorzu;gswe:se aus Koblenoxy.d und/oder aus Wasserstoff
bestehen; und daher in mehrfacher Hinsicht für die Durchführung des neuen Verfahrens
von Bedeutung sind,. Da nämlich diese Gase in der Hauptsache: innerhalb der Reduktionszone
des Erzes gebildet werden, so tragen sie sogleich bei ihrer Entist"'hung in sehr
wirksatner Weise zur Redukfion
des Erzes, bei.. Ferner sind sie
als KaItgase in besonderer Weise zur Kühlung .des erzeugten Eisen- bzw. geeignet,
weil sie infolgc i'h.rer reduzierenden Eigenschaften jede Reoxydation dieser Erzeugnisse:
während des Kühlvorganges verhindern, d. h. daß sich die KÜhlung des. Eisens bzw.
Metalls. in einer Schutzgasatmosphäre vollziehen kann.
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hm Hinblick auf diese wesentlichen Vorteile derart:.ger Gase kann
es daher zweckmäßig sein, entsprechend größere Mengen der als Re,dukt:onsmittel
vcrwendetenAusgangsstoffe in das Verfahren e?nzuführen, als für die unmittelbare
Erzreduktion erforderlich i.st, zumal die für die Reduktion des Erzes, oder für
di:e Kühlung des daraus erzeugten E:s-ens bzw. Metalls nicht mehr benötigten G.asmengen
für zusätzliche wichtige Aufgaben., z. B. die Aufheizung des Wä"rmeträgers., oder
im Rahmen der- Weiterverarbeitung des erzeugten Eisenschwammes nützliche Veriven:dung
finden und daher zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens beitragen
können.
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Als geeignete Ausgangsstoffe kommen grundsätzlich sowohl stückige
als, auch feinkörnige Erze in Betracht; je höher der Eisen- bzw. Metallgehalt, desto
besser ist naturgemäß das Ergebnis. Wichtig ist, daß d;i.e Stückform und die Stückgröße
des zu verarbeitenden Erzes. .einerseits, und die Korngröße des zu verwendenden
Wärmeträgers an,der.eirsests derart aufeinander abgestimmt werden, daß sich zwecks
Erzielung eines in.ttens.iven Wärmeaustausches eine leichtes und innige Vermischung
der be?.den Stoffe und. sodann nach abgeschlossener Erzreduktion eine leichte. und
vollständige Trennung durchführen läßt. Daher ist es notwendig, daß. die Stückerze
während: des gesamten Verfahrensablaufes und insbesondere während. der Erhitzung
innre Stückform einwandfrei behalten, d. h. nicht zerplatzen: und in Staub zerfallen.
Dagegen, können feinkörnige Erze, wie Konzentrate, Gichtstaub, Kiesabbrände u. dgl.,
entweder in ihrer feinkörnigen Form. verbleiben oder aber durch die bekannten Mittel
der Brikettierung, Agglomerierung, Sinterung usw. in eine wärmebeständige Stückform
üb-er@ge.füh.rt werden. Auch, schwer reduzierbare und saure Erze können nach dem
neuen: Verfahren mit Erfolg verarbeitet werden. Nichtoxydische Erze, beispielsweise
Pyrite, werden vor ihrer Reduktion durch. geeignete; Maßnahmen, wie Rös.tung usw.,
in die betreffenden Metalloxyde übergeführt.
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Die Auswahl unter den für das. neue Verfahren geeigneten Reduktionsmitteln
ist sehr groß, da grundsätzlich sowohl feste als auch, flüssige sowie dampf- bzw.
gasförmige Stoffe verwendbar sind. Das. neue Verfahren I;äßt sich .bei seiner Durchführung
der Eigenart dieser verschiedenartigen. Reduktionsm:t@tel so weitgehend anpassen,
daß praktisch in jedem Falle ein zufriedens.tellendes Ergebnis zu erreichen ist.
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Als feste Reduktionsmittel kommen in erster Linie die festen Brennstoffe
in Betracht. Hierbei können ebenso bei dem Erz sowohl stückige: als auch feinkörnige
Sortimente verwendet werden; ebenso i.st sowohl die Verwendung von bituminösen als
auch von teerarmen oder von künstlich entteerten Brennstoffen, z. B. Schwel- oder
Hochtemperaturkoksen aus Torf, Braunkohle, LIgnlteny Ste:nko-h:en usw., möglich.
Falls stückige Brennstoffe herangezogen werden, so, ist wiederum: darauf zu achten,
daß s?e auch während der Erhitzung ihre Stückform behalten, um Störungen, zu vermeiden.
Es kann ferner angebracht sein, feinkörnige Brennstoffe vor ihrer Verwendung als
feste Reduktionsr r n.' 'tt el in eine geeignete Stückform zu überführen., was mit
,oder ohne den Zusatz von Bindemitteln durch Br:icettieren geschehen kann.
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Besonders . günstige Ergebnisse sind in der Regel dann zu erzielen,
wenn Feinerz und feinkörnige Brennstoffe innig vermischt und gemeinsam zu einem
Erz-Kohle-Mischbrikett verarbeitet werden, um in diesem Zustand alsdann der Behandlung
nach dem neuen Verfahren unterworfen zu werden. Da -es in diesem. Falle besonders
darauf ankommt, daß .die Stückform des. Mischbriketts. während der gesamten Verfahrensdauer
einwandfrei erhalten bleibt, so kommt hierbei der Verwendung von wärmebeständigen
oder anorganischen Bindemitteln, z. B. einer Mischung aus Zelilpech und Ton, von
hochschmelzenden Bitumina u. a. eine besondere Bedeutung zu. Auch Abfallkohlenwasserstoffe
und die Rückstände der Teer- und Erdölaufarbeitung können geeignete Bindemittel
sein, vor allem dann, wenn die rohen Briketts einer schnellen Erhitzung zur Verkokung
des Bindemittels unterworfen werden,.
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Als flüs.si;ge Reduktionsmittel kommen beispielsweise Abfallkohlenwasserstoffe,
Rückstände der Teer- und Erdölaufarbeitung u. dgl. in Betracht. Diese Stoffe können
au:f verschiedene Weise in den Verfah.renagang eingeführt werden. So kann beispielsweise
das zu reduzierende Erz vor seinem Eintrag in die Re:duktionsvorricht.ung mit diesem
flüssigen Reduktionsmittel getränkt werden, sozusagen imprägniert werden. Es kann:
aber auch zweckmäßig sein, -das flüssige Reduktions,lnitel unmittelbar in das Gemisch
von. Erz und Wärmeträger einzuführen, z. B. einzuspritzen.
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Gasförmige Reduktionsmittel stehen in Form von Ent-. oder Vergasungsgas,
aus festen oder flüssigen Brennstoffen, ferner beispielsweise als Erdgas bzw. dessen,
Spalterzeugnissen usw. zur Verfügung. Diese Art von Reduktionsmitteln ist besonders
geeignet, im, Gegenstrom zu dem zu reduzierenden Erz und dem diamit vermischten
heißen Wärmeträgeir,gefüh.rt zu werden, zumal sich dabei mehrere Vorteile wahrnehmen
lassen. Wenn derartige gasförmige Reduktionsmittel alis. Kaltgase in die Reduktionsvorrichtung
im Gegenstrom eingeführt werden, so bewirken sie zuerst eine Kühlung des erzeugten
Eisen- bzw. Metallschwammeis unter Verhinderung einer Rückoxydation dieses Erzeugnisses;
gleichzeitig tritt unter entsprechender Erwärmung der Gase eine Rückgewinnung der
in dem Gemisch aus reduziertem Erz und Wärmeträger enthaltenen fühlbaren Wärme ein.
Im weiteren Verlauf des Gegenstromes -erhitzt sich das
gasförmige
Reduktionsmittel immer mehr, bi.s es schließlich die in der Reduktionszone herrschende
Temperatur annimmt und, eine reduzierende Wirkung auf das Erz ausübt. Insoweit in
diesem gasförmigen Reduktionsmittel Kohlensäure,Wasserdampf od. dgl. enthalten ist,
tritt bei Anwesenheit von Kohlenstoff in der Reduktionszone zugleich :eine Regenerierung
dieser Bestandteile ein, wobei der .dazu: erforderliche Wärmebedarf durch. eine
entsprechende Wärmeübernahme aus dem heißen Wärmeträger :gedeckt wird. Durch derartige
chemische Umsetzungen nach. den Formeln CO2 + C = z C O sowie H20 + C = C O + H2
werden innerhalb der Reduktionszone zusätzliche reduzierende Gase erzeugt, die ihrerseits
sogleich die angestrebte Erzreduktion begünstigen. Weil das gasföTange und im Gegenstrom
zur Beschickung geführte R.e.duletionsmittel. mit, hohen Temperaturen d:ie: R@edu;ktionszone
verläßt, so kann zur Verbesserung der Wärmewirtschaftlichkeit des neuen Verfahrens
dieser Innalt, an fühlbarer Wärme zur Wärmevorbehandlung der Beschickung oder einzelner
Teile derselben ausgenutzt werden; beispielsweise kann. damit eine Schwel:ung von
bituminösen Brennstoffen nach Art der Spülgasschwelung oder aber eine. Vorreduktion
nies Erzes. bewirkt werden. Im Abschluß an derartige Maßnahmen wird das Gas zwec,kmäß:ige;rw-eis,e
einer Kühl- oder Kondensationsanlage zugeführt, um anschließend erneut in Kreislauf
gesetzt zu werden..
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Die stoffliche Zusammensetzung mancher Erze und/oder Reduktionsmittel
macht die Anwesenheit bestimmter Korrektur- oder Ergänzungsstoffe in, der Reduktionszone,
z. B. Kalk zur Schwefelbindung, erforderlich. Das. neue Verfahren bietet verschiedene
Wege, diesem Erfordernis zu entsprechen. So kann beispi,el's@veise dem Stückerz
und dem Stückbrennstoff Kalk in Stückform zugemischt werden. Ebenso .kann .denn
aus Feinerz und Feinkohle bestehenden Brikettiergut feinkörniger Kalk in gebranntem
oder ungebranntem Zustande zugem,ischt werden. Ferner lassen sich bei der Herrichtung
des. Bri.kettiergutes mehrere Erzsorten derart mischen, daß die stoffliche Zusammensetzung
der verschiedenen Erzsorten aufeinander abgestimmt und dadurch der Ablauf des Reduktionsvorganges
bzw. die Beschaffenheit des, erzeugten Eisens oder Metalls in gewünschter Weise
beeinfl'ußt wird..
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Als Wärmeträger kommen vorzugsweise feste körnige Stoffe mit hoher
Wärmekapazität in Betracht, wie Kosrund, Quarz, Sand, Feinerze oder sonstige Verbindungen
von Eisen oder Metallen, ferner keramische Massen, Porzellan sowie künstliche Gemische
aus verschiedenen derartigen Stoffen, z. B. in: keramische Massen. eingebettete
Eisen- oder Metalloxyd.e.. Entscheidend für die Auswahl :des im Einzelfall als Wärmeträger
zu verwendendenStoffes und seiner Stückgröße ist einerseits die Erzielung einer
guten Verm.i.schbarkeit mit den zu erhitzenden Erzen und Redukti.ons.mitteln, damit
ein Möglichst intensiver Wärmeaustausch zustande kommt, und andererseits im Anschluß
an den vollzogenen Wärmeaustausch die Erzielung einer leichten Trennbarkeit des.
Wärmeträgers von den. erhitzten Gütern mit ein.fac;hen Mitteln., .z. B. .durch Absieben,
Ma:gnetsche.i:dung u. dgl.
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Die als Wärmeträger, auszuwählenden Stoffe können unter .dem zusätzlichen
Gesichtspunkt. ausgewählt werden, d,aß sie entweder lediglich alis Wärmeträger wirken,
d,. h. sich gegenüber den furch die Wärmeübertragung ausgelöstenchem.ischen Prozessen
völlig indifferent verhalten oder aber deren Ablauf durch katalytische Wirkung od..dgl.,
wie beispielsweise Eisen- oder Metalloxyde die Bildung von Wassergas, begünstigen.
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Je nach,den besonderen Verhältnissen., z. B. den Eigenschaften der
verschiedenen Stoffe" kann es zweckmäßig sein, in. Einzelfälilen entweder das zu
reduzierende Erz oder das feste Reduktionsmittel oder den Wärmeträger oder gleichzeitig
mehrere dieser Stoffe in einer Korngröße von weniger als i min, vorzugsweise in
Staubform, zu verwenden.
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Durch Bem!e:ss.ung der Temnperaturh.öhe sowie der :Menge des Wärmeträgers
i:m Verhältnis zur Menge des zu reduzierenden Erzes sowie der verwendeten Re;duktio.nsmittel
läßt sich der Ablauf der gewünschten Reaktion genau regeln und lenken, beispielsweise
derart, daß zwar das im Erz enthaltene Eisen bzw. Metall vollständig reduziert wird,
eine SchmeJzu:ng dagegen nicht eintritt.
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Im Anschluß an die Fertigreduktion des Erzes hat :eine sach,g@emäßea
Kühlung der Beschickung zu erfolgen, damit daran anschließend mit Hilfe .der bekannten
Mittel der Aufbereitung eine Zerlegung der gekühlten Beschickung in ihre Bestandteile,
nämlich in das erzeugte Eisen (Eisenschwäm,m) ;b@zw. Metall, in das gegebenenfalls
verbliebene res,t. liehe Reduktionsmittel, z. B. von festen Brennstoffen, sowie
in die mineralischen Beimengungen (Gangart dies Erzes. einschließlich ,der Asche
des verbrauchten festen Brennstoffes) erfolgen kann.
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Die Maß'na'hmen zur Kühlung haben mehrere Zweck.-. zu erfüllen, weil
neben einer möglichst weitgehenden Ausnutzung oder Rückgewinnung des Wärmeinhalts
der Beschickung eine Rückoxydation des erzeugten Eisens bzw. Metalls sowie eine
Aufnahme von Schadstoffen, wie Schwefel u. dgl., verhindert werden muß.
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Grundsätzlich kann,die Kühlung entweder mittelbar, z. B. durch langsames
Erkalten. der Beschickung in geschlossenen Behältern od. dgl., erfolgen oder- aber
unmittelbar, z. B. durch .das Hindurchleiten von wärmeaufnehmenden Gaseng von Dämpfen
oder von festen körnigen Stoffen durch die Beschickung, wobei durch das gleichzeitige
Hervorrufenvonwärmeverbrauchenden chemischen Reaktionen, z. B. Wassergasbildung,
innerhalb der Beschickung eine besonders intensive Kühlung verursacht werden kann.
In der Mehrzahl der Fälle ist der unmittelbaren Kühlung der Vorzug zu geben.
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Als zur unmittelbaren Kühlung geeignete Gase -und Dämpfe stehen in.
erster Linie d.ie im, eigenen Betrieb !erzeugten Kaltgase, ferner Wasserdampf sowie
Gemische aus derartigen Gasen und. Wasserd.ampf zur Verfügung' während als, feste
körnige
Stoffe z. B. ein kalter Teilstrom der sonst als Wärmeträger
verwendeten Stoffe, wie Sand od, dgl., verwendet werden kann.
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Die Kühlung kann an sich sowohl vor als auch nach der Abtrennung des
Wärmeträgers von der Beschickung erfolgen. Bei der Verwendung von Kaltgasen undJ-oder
Wasserdampf dürfte der nachtrcäglichen Abtrennung der Vorzug zu geben sein, weil
dadurch die Gelegenheit geboten wird, neben dem Wärmeinh:al,t der eigentlichen Beschickung
zugleich auch den im Wärmeträger noch enthaltenen restlichen WärmeinhaIt.auszu.nutzen.
Dagegen macht die Verwendung von festen feinkörnigen Stoffen als Kühlmittel eine
vorhergehende Abtrennung des heißen Wärmeträgers von der zu kühlenden Be: schickung
erforderlich.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt die Abtrennung des Wärmeträgers vor der
Beschickung entweder unter Ausnutzung der unterschiedlichen Korngrößen, z. B. durch.
Absieben od. .4-l., oder der versch,i@edenen spezifischen Gewichte, z. B. durch
Windsichtung, Ausschl-eudern od. dgl., oder des. physikalischen Verhaltens, z. B.
durch Magnetscheidung usw.
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Das von dem Wärmeträger abgetrennte und auf normale Temperatur abgekühlte
reduzierte Erz kann nunmehr zwecks Gewinnung des erzeugten Eisens bzw. Metalls mit
Hilfe weiterer bekannter Aufbereitungsmaßnahmen. sowohl von den anhaftenden.mineralischen
Beimengungen (Gangart) als auch von dem unter Umständen noch vorhandenen restlichen
Reduktionsmittel, z. B. von Resten des festen Brennstoffes, abgetrennt werden. Derartige
Restmengen von Brennstoffen können beispielsweise zur Aufheizung des Wärmeträgers
Verwendung finden.
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Die Ausführungen lassen erkennen, ,daß das neue Verfahren in einem
oder in mehreren Verfahrensstufen und unter Anwendung von einem oder von mehreren
Kreisläufen des Wärmeträgers durchführbar .ist, wobei naturgemäß im Anschluß an
jeden einzelnen Kreislauf eine Abtrennung des gebrauchten Wärmeträgers von der .damit
behandelten Beschickung erfolgen muß.
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Ferner ist erkennbar, daß feste und flüssige Reduktionsmittel zweckmäßigerweise
im Gleichstrom mit dem zu reduzierenden Erz, dagegen dampf-bzw. gasförmige Reduktionsmittel
vorzugsweise im Gegenstrom dazu zu führen sind. Die Führung des Wärmeträgers kann
an sich sowölil im Gleichstrom als auch im Gegenstrom -zum Erz durchgeführt werden.
Ebenso ist es möglich, ,daß zwei Stoffe zwar im Gleichstrom, jedoch unter Einhaltung
verschiedener Geschwindigkeiten geführt werden.
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Schließlich kann es angebracht sein., bei einem oder mehreren Verfahrensgängen
einen erhöhten Druck, z. B. 2o atü, anzuwenden.
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An Hand von zwei schematischen Zeichnungen sollen verschiedene Ausführungsformen
des neuen Verfahrens sowie die jeweils geeigneten Vorrichtungen und Durchführungsmaßnahmen
beschrieben werden; ohne daß jedochdurch diese Beschreibung sämtliche Ausführungsformen
sowie die jeweils geeigneten Vorrichtungen erschöpfend dargestellt sind. Die Darstellung
ist jedoch ausreichend, um dem Fachmann zu zeigen, welche Vorrichtungen und Maßnahmen
er im Einzelfall zu wählen hat, um mit Hilfedes neuenVerfa:hrens zu den angestrebten
Ergebnissen zu gelangen.
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Die erste Schemazeichnung stellt eine einfache Ausführungsform des
Verfahrens dar; sie ist sowohl für :die Verwendung von festen als. auch von flüssigen
oder von dampf- bzw. gasförmigen Reduktionsmitteln geeignet; auch ein Gemisch von
derartigen Stoffen ist verwendbar.
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Die Ofenanlage i, ein Schachtofen, der sowohl in runder als auch in
rechteckiger Form ausgeführt s; in kann, wird bei Verwendung von festen Reduktionsmitteln
heiz mit Stückerz, Stückkohle und gegebenenfalls Zuschlägen oder mit IZ'-ohle-Erz-Mischbriketts
oder aber mit einer Mischung aus ursprünglich stückig.em Gut und derartigen Briketts
beschidkt. Diese Beschickung wandert @in stetigem Fluß nach abwärts und verläßt
bei 3 ,die Ofenanlage, um in der 4 durch entspr-?chende Maßnahmen, z. B. Zerkleinerung,
M,;: ietscheidung, Luftherd usw., in das während der Wanderung durch die Ofen.anIage
erzeugte Eisen bzw. Metall, in das restliich- fest Reduktionsmittel sowie in die
mineral- _ @-z...iengungen (Gangart) der aufgegebenen Beschickung zerlegt zu werden.
Während das erzeugte Eisen usw. zur Weiterverarbeitung z. B. im Siemens-Martin-
oder im Elektroofen zur Verfügung steht, kailn der Restbrennstoff entweder dem Brikettiergut
erneut zugemischt oder aber zur Aufheizung des Wärmeträgers, z. B. als Brennstaub
oder nach vorheriger Vergasung, verwendet werden.
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Der Wärmeträger, z. B. Quarzsand, wird in der Erhitzungisvorrichtung
5 auf die gewünschte Arbeitstemperatur, z. B. iaoo°'C gebracht und in einem bestimmten
Gewichtsverhältnis zu dem zu verarbeitenden Gut, z. B. in der vier- bis achtfach:n
Menge, der Ofenanlage i etwa in halber Ofenhöhe und durch die Verteilervorrichtung
6 derart zugeführt, .daß sich deer heiße Wärmeträger mit der in der Ofenanlage abwärts
wandernden Beschickung innig vermischt und in einen intensiven Wärmeaustausch mit
demselben tritt. Das Gemisch aus Wärmeträger und Beschickung wandert gemeinsam abwärts
bis zur Siebvorrichtung 7,durch welche der feinkörnige Wärmeträger von der grobkörnigen
oder grobstückigen Beschickung abgetrennt und nach .außen abgeführt wird, um zur
erneuten Rufheizung der Erhitzungsvorrichtung 5 zugeführt und damit im Kreislauf
gehalten zu werden.
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Zur Kühlung der Beschickung und zur gleichzeitiger Rückgewinnung oder
Ausnutzung der in .dem Gemiis.ch aus Beschickung und Wärmeträger enthaltenen Wärmemengen
wird bei ä Kaltgas und/oder bei 9 Wasserdampf' in die Ofenanlage eingeleitet und
im Gegenstrom zur Beschickung nach oben. geführt, um am oberen Ende der Ofenanlage
bei io aus dem Schachtofen abgezogen und ciner Kondensationsanlage i i zugeführt
zu werden.
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Während.des aufsteigenden Weges von der Kühlzoneund durch die Reduktionszone
der Ofenanlage i
wird das Kaltgas infolge der Wärmeaufnahme aus
dem Wärmeträger und ,der Beschickung hoch erhitzt. Zur Auswertung des hohen Gehaltes
an fühlbarer Wärme werden diese Gasmengen durch den 'oberen Teil der Ofenanlage
i geführt, um die dort befindlichen Anteile ,der Beschickung durch Wärmeaustausch.
vorzuwärmen rund beim Vorhandensein genügend großer Wärmemengen die Schwelung bituminöser
Brennstoffe und/oder,die Vorreduktion des Erzes zu bewirken; der Oberteil der Ofenanlage
übernimmt somit die Funktion einer Vo.rwärme-bzw. einer Schwel- und Vorre.duktionszone.
Die Gase geben in dieser Zone den größten Teil ihres Gehaltes an fühlbarer Wärme
an die Beschickung ab, so daß eine gute Wärmewirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens
erzielt wird.
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Falls an Stelle von festen Reduktionsmitteln flüssige Stoffe, z. B.
rohes Erdöl oder der im eigenen Betrieb aus :bituminösen Brennstoffen erzeugte Schwelteer
usw., verwendet werden, so werden sie zweckmäßigerweise bei 6 in die Ofenanlage
i eingeführt, z. B. eingespritzt. Der sonstige Ablauf .des Verfahrens lehnt sich
im übrigeikiäng an diejenigen Vorgänge an, welche bei der Verwendung von festen
Reduktionsmitteln auftreten und vorstehend .h rieben worden sind.
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Bei überwiegender oder ausschließlicher Verwendung von gasförmigen
Reduktionsmitteln kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel so vorgegangen werden,
daß--das in einer (besonderen Gaserzeugeranlagehergestellte Reduktionsgas"z. B.
Wassergas, in kaltem Zustand bei 8 in die Ofenanlage i eingeleitet und im Gegenstrom
zur Beschickung aufwärts zurReduktionszone :geführt wird. Dabei wird das Gas auf
die zur Erzreduktion erforderliche hohe Temperatur erhitzt, und daßdieses hocherhitzte
Gas das gleichfalls hocherhitzte Erz allseitig umspült, so ist damit die Voraussetzung
für einen befriedigenden Ablauf der Reduktion geschaffen.
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Weil das die Reduktionszone nach oben verlassende Reduktionsgas infolge
der Umsetzung mit dem Sauerstoff des Erzes stark mit CO, und H,0 belastet
ist, andererseits aber einen hohen Gehalt an fühlbarer Wärme besitzt, so kann in
der oberhalb der Reduktionszone befindlichen Vorwärmezone in einfacher Weise eine
Regenerierung der CO2- bzw. H2 O Anteile des Gases dann vorgenommen werden, wenn
das heiße Gas dort auf Kohlenstoff trifft. Nach. der Formel C 02 + C = 2
CO
bzw. H2 O + C = H2 + C O tritt unter starkem Wärmeverbrauch eine Regenerierung
.des im Kreislauf gehaltenen Reduktionsgases ein, so d:aß in einem .derartigen Fall
die Vorwärmezonie der Ofenanlage i zugleich als Regenerierungszone wirkt. Im übrigen
lehnt sich auch bei der überwiegenden oder ausschließlichen Verwendung von gasförmigen
Reduktionsmitteln der sonstige Ablauf des Verfahrens weitgehend an diejenigen Vorgänge
und Maßnahmen an, welche bereits für ,die Verwendung fester Reduktionsmittel beschrieben
worden siind, daßdarauf verwiesen werden kann.
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Die zweite Schemazeichnung läßt eine Vorrichtung erkennen, welche
besonders zur Verarbeitung von Erz-Kohle-Mischbriketts geeignet ist; dies vor allem
dann, wenn in den Mischbri!ketts. eine bituminöse Kohle, z. B. eine Fett- oder Gasflammkohle,
enthalten ist. Diese Anlage besteht aus drei selbständigen Teilen, nämlich dem Vorwärme-
bzw. Schwelofen 12, der zweckmäßig als Drehofen ausgebildet ist, dem Reduktionsofen
13, der ebenfalls die Form eines Drehofens besitzen kann, und dem Kühlofen 14, der
beispielsweise ein Schachtofen ist. Die Beschickung dieser Anlage wird .bei 15 in
den Schwelofen 12 eingeführt, um denselben bei 16 zu verlassen und um anschließend
über eine Siebvorrichtung 17 bei 1,8 in den Reduktionsofen 13 eingebracht zu werden.
Dieser Reduktionsofen wird bei i9 von der Beschickung verlassen, idie über eine
zweite Siebvorrichtung 2o bei 21 in den Kühlofen 14 eintritt, um denselben .bei
22 zu verlassen und um alsdann tin eineAufbereitungsanlage35 gebracht zu werden,
in welcher das erzeugte Eisen bzw. Metall gewonnen wird.
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Der in einem Erhitzer 23 auf eine Temperatur von etwa i2oo° C erhitzte
Wärmeträger, z. B. feinkörniger Korund oder kleine Porzellankugeln von .etwa i mm
Durchmesser, tritt bei 24 in den Reduktionsofen 13 ein, in welchem er sich, mit
den darin befindlichen Mischbrili2etts innig vermischt und unter Wärmeaustausch
mit .denselben zum Austragende ig wandert, um anschließend durch die Siebvorrichtung
20 von der Beschickung getrennt zu werden. Durch die Fördereinrichtung 25 wird der
Wärmeträger zum Schwelofen 12 gebracht und bei 26 in denselben eingetragen. Der
Wärmeträger vermischt sich mit den ebenfalls eingetragenen kalten Mischbriketts
unter Wärmeaustausch. Das Gemisch von Wärmeträger und Briketts -wandert zwar im
Gleichstrom, jedoch bei größerer Geschwindigkeit des Wärmeträgers zum Austragende
des Schwelofens 12, um ihn bei 16 zu verlassen und mit Hilfe der Siebvorrichtung
17 getrennt zu werden. Während die geschwelten und etwa 6oo° C heißen Mischbriketts
bei i8 in den Reduktionsofen 13 eintreten, wird !der Wärmeträger durch die Fördereinrichtung
27 erneut .dem Erhitzer 23 zugeführt und somit im Kreislauf gehalten.
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Die in dem Schwelofen 12 entbundenen Schwelgase und Schwel-Teer-Dämpfe
werden bei 28 abgezogen und einer Kondensationsanlage zugeführt. Die in dem Reduktionsofen
13 erzeugten Nachentgasungsgase verlassen bei 29 diesen Ofen und stehen ebenso wie
.das entteerte Schwelaas entweder als zusätzliche Reduktionsmittel oder aber für
andere Zwecke, z. B. als Heizgas, zur Verfügung.
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Die bei 21 in den Kühlofen eintretenden heißen Mischbriketts durchwandern
diesen Schachtofen von oben nach unten, um auf diesem Wege auf normale Temperatur
abgekühlt zu werden und alsdann den Kühlofen bei 22 zu verlassen. Als Kühlmittel
können beispielsweise Kaltgase, z. B. ein Gemisch von kaltem .Schwelgas und Nachentgasungsgas,
dienen oder Wasserdampf, kohlensäurehaltige oder sonstige sauerstofffreie (inerte)
Gase oder Dämpfe. Derartige Kühlmittel können bei 30 in den Kühlofen eingeleitet
und im Gegenstrom und unter
Wärmeaufnahme -aus der Beschickung iderart
geführt werden, daß sie anschließend bei 3.i den Kühlofen verlassen. Werden dagegen
kalte körnige Stoffe, z. B. Sand, als Kühlmittel verwendet, so ,verden sie zweckmäßig
im Gleichstrom mit .der zu kühlenden Beschickung geführt und daher etwa bei 32 in
den Schachtofen @ gebracht, um nach der Wärmeaufnahme aus der Beschickung durch
die Siebvorrichtung 33 von derselben abgetrennt zu werden und bei 34 den Kühlofen
1q. zu verlassen. Derartige Kühlvorrichtungen gestatten auch, daß gleichzeitig mit
festen und mit dampf- bzw. gasförmigen Kühlmitteln gearbeitet .wird, um eine besonders
wirksame Kühlung unter Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre zur Verhinderung
einer Rückoxydation des erzeugten Eisens bzw. Metalls durchzuführen.