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Verfahren und Vorrichtung zum Verhütten von Erzen oder metallischen
Stoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhüttung von Erzen oder metallischen
Stoffen, die mit einem Brennstoff brikettiert sind.
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In der Regel erfolgt die Reduktion von Eisenerzen od. dgl. in Hochöfen.,
die mit einer Mischung von stückigem Erz und Hochofenkoks beschickt werden, wobei
der Verlauf der Reaktion eine verhältnismäßig lange Zeitdauer des Kontakts zwischen
dem Erz und den reduzierenden Gasen erfordert, wenn nicht Apparaturen von vergleichsweise
sehr großen Abmessungen und insbesondere großer Höhe verwendet werden.
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Es sind bereits Verfahren bekannt, bei welchen das zu behandelnde,
mit einem Brennstoff brikettierte Gut zunächst einer reduzierenden Behandlung in
einem besonderen Reduktionsofen unterzogen und dann in dem Schmelzofen übergeführt
und geschmolzen wird.
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Bei diesen bekannten Verfahren, bei dem die Reduktionsgase durch im
Unterteil des Reduktionsofens, und zwar eines gewöhnlichen Kupolofens, der wie ein
Hochofen betrieben wird, angeordnete Düsen unter Blasen mit Luft mit einer Temperatur
von etwa 6oo° eingeführt werden, wird aber ein vollkommener Verlauf der Reduktion
nicht erzielt, weil die erzeugten reduzierenden Gase, deren Zusammensetzung der
des Hochofengases, insbesondere hinsichtlich des C 0-Gehaltes entspricht, zu arm
sind und außerdem nicht an die Stellen herangelangen, an denen sie wirken müssen.
Bei
dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt die Reduktionsbehandlung in einem von dem
Schmelzofen getrennten Reduktionsofen. Hierbei «-erden aber alle Nachteile der bekannten
- Verfahren dadurch vermieden und es wird ein denkbar vorteilhafter Verlauf des
Reduktionsvorganges dadurch erzielt, daß die reduzierenden Gase in den vertikalen
Reduktionsofen in Teilströmen, in verschiedenen Höhenlagen desselben, eingeführt
werden und derart in dem Reduktionsofen übereinanderliegende Zonen, in deren jeder
eine intensive Einwirkung frischer Gase auf das Gut stattfindet, geschaffen werden.
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Die hierdurch erzielte vorteilhafte Wirkung wird in weiterer Ausbildung
der Erfindung noch dadurch verbessert, daß in aufeinanderfolgenden Höhenlagen des
Reduktionsofens abwechselnd reduzierende Gase und Heißluft eingeleitet und derart
aufeinanderfolgend abwechselnd Reduktions- und Verbrennungszonen geschaffen werden.
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Die Unterteilung der vom Schmelzofen kommenden Gase und ihre Einleitung
in den Reduktionsofen erfolgt zweckmäßig so, daß ein Teilstrom des aus dem oberen
Teil des Schmelzofens abgezogenen reduzierenden Gases zwecks Abkühlung der Briketts
in die untere Zone des Reduktionsofens, ein weiterer Teilstrom in den mittleren
Bereich des Ofens und ein dritter etwas oberhalb dieser Zone in den Ofen eingeblasen
wird und derart die abwechselnden Reduktions- und Verbrennungszonen in übereinanderanordnung
gebildet werden.
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Gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel erfolgen also in dem Reduktionsofen
gemäß der Erfindung zwei Behandlungen- des Gutes mit reduzierenden Gasen und zwei
Behandlungen mit Luft. Bei der Durchführung dieses Verfahrens steigt die Temperatur
der reduzierenden Gase im Ofen von unten nach oben an, und die Temperatur der Briketts
vermindert sich im oberen Teil des Ofens von oben nach unten, um dann eine mittlere
Temperatur anzunehmen.
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Die Zeichnung zeigt im Schnitt, schematisch und lediglich beispielsweise,
ohne Beschränkung auf die dargestellte Ausführungsform die Gesamtheit der für die
Durchführung des neuen Verfahrens verwendeten Vorrichtungen.
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Mit A ist der Reduktionsofen und mit B der Schmelzofen bezeichnet.
Dem Reduktionsofen werden die Briketts aus Erz und Kohle bei i im oberen Teil des
Ofens aufgegeben. Einige Meter unterhalb der Aufgabestelle liegt die Heizzone 2
des Ofens, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch quer durch den Ofen
verlegte Rohre 3 geschaffen wird, die Öffnungen von kleinem Durchmesser q. aufweisen,
durch die verteilt kleine Mengen an heißer Luft eingeblasen werden. Diese heiße
Luft bewirkt die teilweise Verbrennung der den Ofen durchströmenden Gase und erhitzt
das Aufgabegut auf eine Temperatur, die iooo° erreichen kann.
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Unterhalb dieser Heizzone liegt die Reduktionszone, in welche die
reduzierenden Gase, die beispielsweise von dem Schmelzöfen B kommen, durch eine
Reihe von in gleichen Abständen voneinander angeordneten Stutzen 5 eingeblasen werden,
welche eine Vielzahl von kleinen öffnungen aufweisen, um derart die einwandfreie
-Verteilung des Gases zu sichern.
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Eine zweite untere Heizzone wird durch Röhren 6 aus einer feuerfesten
Legierung geschaffen, die quer durch den Ofen verlegt sind und durch die Verbrennung
eines Teils des Gases aus dem Schmelzofen B in der Kammer 7 auf Rotglut erhitzt
werden.
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Unterhalb dieser zweiten Heizzone und vorzugsweise am Boden des Ofens
werden kalte Gase mit hoher Reduktionsfähigkeit durch die Düsen 8 eingeblasen. Diese
Gase steigen im Ofen unter Kühlung der Agglomerate, welche am Boden des Ofens A
durch eine geeignete Vorrichtung, wie die Klappe 9, abgezogen werden, auf.
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Im oberen Teil des Reduktionsofens A werden die reduzierenden Gase
bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur abgezogen. Sie enthalten gegebenenfalls
Kohlenwasserstoffe, die aus der Destillation der flüchtigen Bestandteile, die in
den Briketts bzw. Agglomeraten enthalten sind, stammen.
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Diese Gase können durch einen Ventilator, wie bei io angedeutet, abgesaugt
und in eine Entteerungsvorrichtung i i eingeführt werden. Nach Entteerung können
sie dann für die verschiedensten Heiz- usw. Zwecke verwendet werden.
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Die am Boden des Reduktionsofens A abgezogenen Agglomerate werden
dem Schmelzofen B aufgegeben.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht dieser Schmelzofen B aus einem
vertikalen Zylinder. Er ist an seinem Boden mit wassergekühlten Düsen
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für die Einführung eines sauerstoffhaltigen, auf hohe Temperatur erhitzten
Gases ausgerüstet. Der obere Teil des Ofens B trägt einen Aufgabetrichter 12, dem
die Agglomerate gegebenenfalls in Mischung mit einem Flußmittel aufgegeben werden.
Dieser Ofen B wird außen durch Berieselung mit Wasser mittels einer Verteilungsvorrichi4
gekühlt. Das geschmolzene Eisen wird am unteren Ende des Ofens durch ein Gußloch
15 und die Schlacke durch eine obere Öffnung 16 abgezogen.
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Die Gase können aus dem Schmelzofen B durch einen Ventilator 17 abgezogen
werden. Ein -Teil dieser Gase wird durch eine Rohrleitung 18 in den Reduktionsofen
A eingeführt, der Rest bleibt für verschiedene thermische Verwendungszwecke verfügbar.-
Die Erhitzung der Gase erfolgt in dem Erhitzer i9, der mit durch die Rohrleitung
2o eingeführtem Gas beheizt wird. Die kalten sauerstoffhaltigen Gase werden in den
Erhitzer i9 durch die Rohrleitung 22 eingeführt und die Abgase durch den Kamin 2o
abgezogen. Die heißen sauerstoffhaltigen Gase werden durch die Rohrleitung 23 dem
Verteiler 24 zugeführt, welcher sie verteilt und über die Leitungen 13 dem Schmelzofen
B zuführt.
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Das beschriebene Verfahren und die zu seiner Durchführung dienende
Vorrichtung können auch für die Reduktion von anderen, nicht eisenhaltigen
Metalloxyden,
die beispielsweise Zinn, Nickel, Kobalt, Mangan, Chrom enthalten, Verwendung finden.
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In diesem Falle werden aus den Agglomeraten, welche den Reduktionsofen
A verlassen, in dem Schmelzofen B die geschmolzenen oder verdampften Metalle erzeugt.
Die Verdampfung verläuft im Falle der Behandlung von Agglomeraten, die Zink enthalten,
vollkommen. Wenn der Schmelzofen mit einem sauerstoffhaltigen Gas mit geringem Stickstoffgehalt
geblasen wird, so erhöht sich die Konzentration des metallischen Zinks in den Gasen,
wodurch die Kondensation des Metalls erleichtert wird.
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Der Schmelzofen kann mit auf eine Temperatur, die im allgemeinen niedriger
als die der Hochöfen ist und in der Größenordnung von 6oo° liegen kann, erhitzter
Luft oder mit einer Mischung von Heißluft und Sauerstoff oder von Sauerstoff mit
Wasserdampf, die zweckentsprechend erhitzt worden sind, gespeist werden. Er kann
auch mit einem sauerstoffhaltigen Gas, welchem Masut beigemischt ist, geblasen werden.
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Der Reduktionsofen erhält im allgemeinen das aus dem Schmelzofen stammende
Gas. Die Reduktionsvorgänge in diesem Ofen verlaufen um so schneller, je höher der
Kohlenoxydgehalt der eingeführten Gase ist.
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Ferner kann das neue Verfahren auch für die Behandlung von komplexen
Erzen, die im wesentlichen Zink, Blei, Kupfer, Zinn, Gold oder Silber enthalten,
benutzt werden. Auch in diesem Falle werden die den Reduktionsofen verlassenden
Agglomerate dem Schmelzofen aufgegeben. Das Kupfer und gegebenenfalls die Edelmetalle
sammeln sich in einem Stein am Boden des Ofens; die Metalle, wie Zinn, Blei und
Zink, werden verdampft und aus dem oberen Teil des Ofens mit den Reduktionsgasen
abgezogen.
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Dieses Verfahren ermöglicht es, Gußeisen bzw. Metalle von hoher Qualität
aus mehr oder weniger stark oxydierten Metallabfällen zu erhalten, wie aus vorher
gemahlenen Drehspänen.
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Die gemahlenen Dreh- oder Hobelspäne werden mit einem Brennstoff brikettiert
und im Reduktionsofen behandelt. Ihre spätere Behandlung im Schmelzofen ergibt ein
völlig desoxydiertes Metall.
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Wenn der Reduktionsofen mit Agglomeraten bzw. Briketts, die aus Brennstoffen
bestehen und kein Erz enthalten, beschickt wird, so ergeben sich verkohlte Briketts
von hoher Widerstandsfähigkeit, welche für zahlreiche Verwendungszwecke und insbesondere
an Stelle von Koks in metallurgischen Öfen verwendet werden können.
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Der Reduktionsofen kann auch für die unmittelbare Verkohlung von Brennstoffen
verwendet werden, die in diesem Zustand ein zweckmäßiges Verhalten beim Brand aufweisen,
wie von Holz, Braunkohle und Briketts aus verschiedenen Kohlen. Auf diese Weise
werden verkohlte Brennstoffe, wie Holzkohle, Halbkoks usw., und hochwertige Nebenprodukte,
wie Teer, Gas usw., erhalten. Das durch den Reduktionsofen erzeugte Gas kann im
Kreislauf in dem gleichen Ofen wieder verwendet werden, wenn dieser nicht befriedigend
arbeitet.