DE905375C - Verfahren und Drehrohrofen zur Entkohlung von feinstueckigem, kohlenstoffhaltigem Eisen - Google Patents

Description

• Verfahren und Drehrohrofen zur Entkohlung von feinstöckigem, kohlenstoffhaltigem Eisen Bei der E;ntkohlung von Roheisen ohne welche z. B. zum Tempern von aus G!ußeisen hergestellten Gegenständen und auch bei dem alten Glühstahlprozeß zur Anwendung gekommen ist, wird das Gußeisen in Kammern zusammen mit einem sauerstoffabgebenden Material, beispielsweise mit Hämatiteisenerz, mittels Wärmezufuhr von außen geglüht.
• Dieses Verfahren ist aber ungeeignet, wenn es sieh um eine schnelle Entkohlung von feinstöckigem kohlenstoffhaltigem Eisen oder derartigen Eisenlegierungen handelt, teils, weil die Glühzeit wegen der schlechten Wärmeleitung des Materials zu lang ist, und teils. weil das Verfahren diskontinuierlich und deswegen teuer und unwirtschaftlich ist. Um das Entkohlungsverfahren wirtschaftlich brauchbar zu machen, ist es, notwendig, die erforderliche Würmemenge unter annähernd gleichmäßiger Verteilung innerhalb des Gutes zuzuführen und weiter das Verfahren kontinuierlich und möglichst selbsttätig zu gestalten, damit die Betriebskosten gering werden. @Hierfür muß das Gut während der Beheizung in Bewegung gehalten werden. Zur Erzielung einer schnellen Entkohlung ist es zweckmäßig, wie aus praktischen Versuchen hervorgeht, die Temperatur möglichst hoch, z. B. bei un: gefähr rooo° C oder höher zu halten. Bei dieser Temperatur kann aber nur schwer verhindert werden, daß das !Gemisch von feinstöckigem Eisen mit sauerstoffabgebendem Material, z. B Eisenerzschlich, zusammensintert oder an den Ofenwänden haftet, wodurch die fortlaufende Bewegung des Gutes erschwert oder sogar unmöglich wird.
• Gemäß der Erfindung erfolgt die Ehtkohlung nicht durch Zugabe von sauerstoffabgebenden Stoffen zum Gut, sondern durch Zufuhr von gasförmigem, freiem oder gebundenem Sauerstoff. Dadurch wird die Vermischung der (Eisenstücke mit anderen, leichter sinternden Zusätzen unnötig, und die Temperatur kann höher gehalten werden, ohne daß Bet i bsstörungen zu befürchten sind. Eän weiterer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß das Produkt von sauertofthaltigen Zusätzen und mit diesen eventuell zugeführten Verunreinigungen frei bleibt, so daß ein vollkommen reines, metallisches Produkt erzielt wird.
• Es wird nach der Erfindung sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft, oberhalb des ständig bewegten Gutes zugeführt, so daß sowohl eine Entkohlung bewirkt als auch mit einem Überschuß das aus dem Gut entweichende C O-Gas verbrannt wird. Es wird ein solches (Gasverhältnis C O: : CO, in der Reaktionszone eingehalten, daß eine nennenswerte Oxydation des Eisens nicht stattfindet.
• Freier Sauerstoff soll mit dem Eisen nicht in unmittelbare Berührung gelangen, sondern zuerst in Kohlensäure übergeführt werden. Die Entkohlung verläuft in der Hauptsache nach dem Reaktionsschema C -h C O., -> 2 CO. Auch Kohlensäure wirkt stark oxydierend auf das Eisen ein, falls das Entkohlungsgas nicht gleichzeitig einen genügenden CO-Gehalt hat.
• Um zu verhindern, daß ein aus CO, und CO bestehendes Gas auf unlegiertes Eisen entkohlend, nicht aber oxydierend einwirkt, soll der C02 Gehalt bei looo° C nicht unter ungefähr 25'/0, liegen; falls das Gas mit anderen Gasen: verdünnt ist, muß der C02-Gehalt noch niedriger gehalten «-erden.
• Da die Entkohlung endotherm verläuft, muß Wärme zugeführt werden. Versuche haben aber ergeben, daß es möglich ist, die Entkohlung durch Zufuhr von freiem Sauerstoff, beispielsweise mittels Einblasens von Luft, im ganzen exotherm zu gestalten. Der Sauerstoff muß aber in solcher Weise zugeführt werden, daß er mit dem entweichenden CO-reichen Reaktionsgas gemischt und durch Verbrennung desselben in C02 verwandelt wird, ehe er an das Eisen gelangen kann. Dier Reaktionsverlauf entspricht der Gleichung: C -I- 02 =C02. Die Wärmeentwicklung gemäß dieser Gleichung ist für die Durchführung des Verfahrens groß genug, falls die Wärmeverluste durch gute Wärmeisolierung und andere ;Maßnahmen gering gehalten werden.
• Falls aber die 0xvdation des Kohlenstoffes mittels Eisenerzes, das gleichzeitig reduziert werden muß, ausgeführt wird, verläuft der Vorgang endotherm, wodurch eine verhältnismäßig große Wärmezufuhr von außen erforderlich wird. 'Dies ist eine der Ursachen, warum die Ehtkohlung auf diesem Wege nur mit großen Schwierigkeiten oder gar nicht durchgeführt werden kann. Gewöhnlich sollte man danach streben, das Reaktionsgas vor dem Austritt aus dem Ehtkohlungsofen vollständig zu verbrennen. Falls aber die Wärmeerzeugung nicht für die Erwärmung auf Reaktionstemperatur und für die E'ntkohlung der Eisenstücke ausreicht, ist es möglich, sie durch Zufuhr von brennbarem Gas, z. B. Hochofengas, von außen zu vergrößern. Einem etwaigen Mangel an Wärme kann auch durch elektrische Wärmeerzeugung abgeholfen werden, wobei die Wärme in erster Reihe der Zone der Endreaktion zugeführt werden sollte, weil dort die erforderliche Temperatur nur schwierig aufrechterhalten werden kann, ohne daß eine zu kräftig oxydierende Ofenatmosphäre entsteht.
• Eine zusätzliche Wärmezufuhr ist besonders dann erforderlich, wenn gewöhnlicher, weicher Schrott mit z. B. o,25 °/o- C weitgehend zu entkohlen ist, weil der Kohlenstoffgehalt einer derartigen Beschickung für die erforderliche Wärmeerzeugung auch unter besonders günstigen Umständen nicht ausreicht. Um die Reaktion zu beschleunigen, kann es zweckmäßig sein, Wasserstoff entweder in freier Form oder als Wasserdampf dem .Gut zuzuführen.
• Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung können Öfen verschiedener Art verwendet werden, z. B. ein Etagenofen, wie er für die Abröstung von Schwefelkies bekannt ist. Das feinstückige Roheisen ad. dgl. wird dabei kontinuierlich nach unten befördert und mittels aufsteigender heißer Entkohlungsgase beheizt, deren Zusammensetzung erfindungsgemäß geregelt wird. In einfachster Weise wird das Verfahren in einem langen, liegenden Drehrohr ausgeführt. Es hat sich dabei ergeben, daß die Entkohlung bei einer oberhalb von looo° C liegenden Temperatur, sogar bei 1200' C, ohne Neigung der Stücke zum Kleben durchgeführt werden kann. Die kontinuierliche Bewegung des Gutes durch den Ofen erfolgt glatt, und infolge der Drehung des Ofens ist die Durchmischung des Gutes sehr wirksam. Es wird eine vollkommene Erhitzung des Ofeninhaltes ohne gefährliche Überhitzung erzielt, selbst wenn die Beheizung nur mittels Verbrennung des Reaktionsgases oberhalb der Beschickung erfolgt.
• In der Zeichnung stellt Fig. leinen für dieEntkohlung von feinkörnigem Eisen oder derartigen Eisenlegierungen vorgesehener Drehrohrofen dar, der durch Verbrennung des Reaktionsgases und gegebenenfalls auch eines von außen zugeführten Zusatzbrennstoffes, z. B. Hochofengases, erhitzt wird; Fig. z ist ein Querschnitt durch den Ofen nach der Linie A-A und Fig. 3 ein solcher nach der Linie B-B in Fig. i. Das Gut wird durch die Öffnung i eingeführt und bewegt sich durch den Ofen, der mit solcher Geschwindigkeit gedreht wird, daß eine schnelle Durchmischung des ;Gutes erfolgt. Bevor die Eisenstücke durch die Öffnung am entgegengesetzten Ende des. Ofens kontinuierlich ausfließen, müssen sie einen, schleusenartigen Teile bekannter Art passieren, welcher nur das Eisen, nicht aber die Ofengase hindurchläßt. Durch Kühlung der Schleuse von außen mittels Wassers oder Luft kann das Eisen vor dem Verlassen der Anlage abgekühlt werden, wodurch einer etwaigen unerwünschten Oxydation vorgebeugt wird. Die erforderliche Verbrennungsluft wird durch das Rohr 3 zugeführt; die verbrannten Reaktionsgase passieren den Ofen in entgegengesetzter !Richtung und entweichen dann durch die Öffnung i. In ähnlicher Weise wie Luft kann auch ein Zusatzbrennstoff, z. B. Öl, Hochofengas oder Kohlepulver, eingeführt werden.
• Es hat sich als schwierig erwiesen, eine wirksame Wärmeübertragung der Verbrennungsgase an das Gut zu erzielen, ohne den Ofen zu lang auszubilden. Um die Wärmeübertragung zu erleichtern und zu verbessern, kann vorteilhaft eine Anzahl quer gestellter Scheidewände q. angeordnet sein, vorzugsweise am Beschickungsende des Ofens. iDiese Querwände sind mit Löchern 5 für das Durchströmen der Gase versehen und so angebracht, daß das Gas gezwungen wird, seine Bewegungsrichtung im Ofen zu ändern. Hierdurch wird eine wirksame Wärmeübertragung des Gases an die '«bände erzielt, die die Wärme an das Gut abgeben, das ständig mit anderen @t-?andteilen: in Berührung kommt.
• Die Durchmischung der Eisenstücke während der Drehung des Ofens ist zwar für eine gleichmäßig.. nicht unzulässig hohe Erhitzung der Beschickung günstig, kann aber den Nachteil mit sich bringen, daß auch eine Durchmischung in axialer Richtung entsteht, so daß schon entkohlte Eisenstücke gegen das Eintrittsende des Ofens zurückwandern, während andere Teilchen, ohne genügend entkohlt zu sein, den Ofen. passieren können. Die Leistung des Ofens wird hierdurch herabgesetzt. Um dies zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, eine Mehrzahl mit Öffnungen versehener quer gestellter Scheidewände 6 auch in der Reaktionszone anzubringen, um die Bewegung desCutes zn steuern, damit einer Vermischung in axialer Richtung vorgebeugt «-erden kann.
• Die Verbrennungsluft wird oberhalb des Guts in den Ofen durch Düsen: 7 eingeführt. Sie wird längs des Ofens in solcher Anzahl verteilt, daß die Sauerstoffzufuhr an keiner Stelle so groß werden kann, daß eine Oxydation des Gutes erfolgt.
• Der vorgesehene Zusatzbrennstoff kann durch das Rohr 3 eingeführt «=erden. Für die Wirtschaftlichkeit ist die Stückgröße des Eisens von großer Bedeutung. Die Entkohlungsgeschwindigkeit nimmt mit einer Verringerung der Stückgröße besonders schnell zu. Eis hat sich bei Versuchen ergeben, daß eine zufriedenstellende Stückgröße mittels Granulierens von geschmolzenem Eisen durch schnelle Abkühlung, z. B. in Wasser, erzielt werden kann. Es ist wünschenswert, daß das Material im Durchschnitt solche Stückgröße hat. daß es eine Siebvorrichtung mit Löchern von 5 mm passieren kann.
• Obwohl die Entkohlung gemäß der Erfindung in der Hauptsache nur mittels gasförmigen Sauerstoffes erfolgen soll, kann auch mittels Sauerstoffes in fester Form, z. B. mittels Eisenoxyden, gleichzeitig entkohlt werden. Es kann auch zweckmäßig sein, dem Eisen etwas Eisenerzschlich zuzusetzen, aber nur in solchen Mengen, daß eine verhältnismäßig schnelle Reduktion des Oxydes, ermöglicht wird. Die Reduktion wirkt auf den Hauptverlauf des Prozesses mit der Zufuhr von .Sauerstoff ih Gasform nicht störend.
• Das Verfahren ist nicht auf die E;ntkohlung von Roheisen begrenzt, sondern kann auch vorteilhaft zur Entkohlung von anderem, kohlenstoffarmem, fein zerteiltem Eisen, z. B. Stahlgranalien, Drehspänen, Eisenschwamm usw., verwendet werden.
• Es ist von besonderer Bedeutung, daß die Entkohlung nach der Erfindung nicht nur sehr schnell erfolgt, sondern daß auch viel weitergehend entkohlt werden kann als mit Hilfe irgendeines der bekannten Entkohlungsverfahren. Es ist festgestellt worden, daß die Erhitzung von kleinen Roheisenstücken eine schnelle Entkohlung bei i2oo°' C bis unter o,oi % C ermöglicht, wenn das Mengenverhältnis von C02 und C O so abgestimmt ist, daß nur der Kohlenstoff, nicht aber das Eisen oxydiert wird. Falls das Gas z. B. mit Wasserstoff oder Stickstoff verdünnt wird oder falls die Entkohlung bei vermindertem Gasdruck erfolgt, kann der Kohlenstoffgehalt noch weiter herabgesetzt werden. Eine Steigerung der Temperatur bis ungefähr 1200"'C begünstigt die Entkohlung, die Verwendung noch höherer Temperaturen scheint aber keine weiteren Vorteile zu bringen.

Claims (3)

1. PATENTANSI'ßCCHE: i. Verfahren zur E;ntkohlung von feinstückigem kohlenstoffhaltigem Eisen oder derartigen Eisenlegierungen im fortlaufenden Verfahrensgang durch Zuführen von erstkohlend wirkenden Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des ständig bewegten Gutes so viel sauerstoffhaltiges, iGas, z. B. Luft, zugeführt wird, daß sowohl eine Entkohlung bewirkt als auch mit dem Überschuß das aus dem Arbeitsgut entweichende CO-Gas verbrannt wird, wobei ein solches Gasverhältnis CO:C0,2 in der Reaktionszone eingehalten wird, daß eine nennenswerte Oxydation des Eisens vermieden wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlung in einem etwa gegen die Waagerechte geneigten D@rehrohrofen durchgeführt wird, den das Gut, bei ständiger Ummischung der Länge nach durchwandert.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Zusammensetzung und Temperatur des Reaktionsgases in der Entkohlungszone ein Zusatzbrennstoff, z. B. Hochofengas, Wasserstoff, Kohlepulver oder Brennöl, in den Ofen eingeführt wird. q.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das entkohlte Gut vor dem Verlassen des Ofens unter Luftabschluß abgekühlt wird. 5. Verfahren nach Anspruch i bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß das, Reaktionsgas mittels einer geeigneten Schleusenanordnung am Entleerungsende des Ofens am Entweichen gehindert und entgegengesetzt zur Bewegung des Gutes nach. Vorwärmung desselben durch die Beschickungsöffnung abgezogen wird. 6. Verfahren nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt des Gutes so hoch gewählt wird, daß die erforderliche Wärme ganz oder überwiegend durch die Verbrennung des im 'Gut enthaltenen Kohlenstoffes erzeugt wird. 7. D-rehrohrofen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i bis. 6, dadurch gekennzeichnet, daß etwa zentral durch die Beschickungsöffnung (i) oberhalb des Gutes ein vorzugsweise mit mehreren Düsen (7) versehenes Rohr (3) für,die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas, z. B. Luft, geführt ist. B. Drehrohrofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß etwa zentral durch die Entleerungsöffnung des Ofens, ein Rohr (8) für die Zuführung von Zusatzbrennstoff, z. B. Hochofengas, Whsserstoff, Ö1, Kohlepulver, eingeführt ist.