DE924270C - Verfahren und Ofen zur Entkohlung von koernigen, kohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen - Google Patents

Description

• Verfahren und Ofen zur Entkohlung von körnigen, kohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entkohlung von körnigen, kohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen.
• Es ist bekannt. daß man gußeiserne Gegenstände auch bei unterhalb des Schmelzpunktes des Gußeisens liegenden Temperaturen entkohlen kann, wenn man sie zusammen mit sauerstoffabgebenden Stoffen genügend lange erhitzt. Da jedoch die hierauf gegründeten bekannten Temper- und Glühs:tahlprozes.se sehr viel Zeit in Anspruch nehmen und überdies diskontinuierlich sind, konnten sich diese Verfahren für das Frischen -des Roheisens bei der Stahlherstellung nicht durchsetzen.
• Bei dem Verfahren der Erfindung läßt sich eine derartige Entkohlung von Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen, in fester Form durchführen, und zwar in solcher Geschwindigkeit und auf solche Weise, daß das Verfahren als. Frischmethode bei den modernen Stahlherstellungsverfahren mit Vorteil verwendet werden kann. Der Kohlenstoffgehalt kann dabei so weit herabgesetzt werden., wie dies bei den bis heute gewöhnlichen Frischmethoden nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten möglich ist. Erreicht wird dies dadurch, daß erfindungsgemäß das bei der Erhitzung aus der Beschickung herausströmende Kohlenoxydgas mittels freien, in den Ofen eingeführten Sauerstoffes dadurch verbrannt wird, daß eine freien Sauerstoff enthaltende Gasmischung, vorzugsweise .Luft, gegen die Oberfläche der Beschickung derart geblasen wird, daß in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche des Entkohlungsgutes das Kohlenoxyd zu Kohlendioxyd oxydiert.
• Als Ausgangsstoff wird beispielsweise Roheisen in feiner Verteilung genommen, welches entweder durch Zermahlen festen Roheisens oder besser durch Granulieren des noch flüssigen Roheisens gewonnen wird. Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, die Korngröße der Roheisenteilchen nicht größer als etwa :2 mm zu wählen. Bei einer Korngröße von ungefähr i mm können z. B. rund 8o % des Kohlenstoffgehaltes in 30 Minuten entfernt werden, d. h. mit fast derselben Geschwindigkeit wie beim Besseinerprozeß, während bei Körnern von q. mm die erforderliche Zeit unter denselben Bedingungen ungefähr 6 Stunden beträgt. Besonders wenn,der Kohlenstoffgehalt sehr weitgehend erniedrigt werden soll, ist es `nichtig, kleine Körner zu verwenden. Im Hinblick auf die in Abhängigkeit von ,der Korngröße sich ändernde Behandlungszeit kann es zweckmäßig sein, das .granulierte Material in verschiedene Kornklassen zu sortieren und jede Kornklasse für sich zu frischen. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Granulierung in der Weise, daß die Körner infolge Gasentwicklung beim Erstarren hohl und dünnwandig werden.
• Die Entkohlung muß so ausgeführt werden, daß der Kohlenstoff ohne eine nennenswerte gleichzeitige Oxydation des Eisens verbrannt wird. Dies kann erzielt werden, indem die Entkohlung durch Eisenoxyde, z. B. in der Form von Eisenerzschlich, bewirkt wird, welche durch Reaktion mit dem Kohlenstoff ganz oder zum Teil zu Eisen reduziert werden. Falls man aber die Beschickung während des Frischeis in Bewegung zu halten wünscht, um die Entkohlung intensiver zu gestalten und zu beschleunigen, kann die Einm=ischung von einer größeren Menge Eisenoxyd in die Beschickung unzweckmäßig sein. Bei der Temperatur von etwa 100o° C, die für eine schnelle Entkohlung erforderlich ist, neigt nämlich das Eisenoxyd sehr zum Kleben, so daß die Beschickung sich leicht zusammenballt oder an den Ofenwänden haftenbleibt. Die Oxydation des Kohlenstoffes sollte daher in diesem Falle ohne Einmischung einer nennenswerten Menge von Oxyden erfolgen. Dies kann vorteilhaft durch Entkohlung in einer Gasatmosphäre zweckmäßiger Zusammensetzung erreicht werden.
• Um ,den Kohlenstoff zu verbrennen, ohne das Eisen bei der Entkohlun:gstemperatur von z. B. iooo° C gleichzeitig zu oxydieren, ist es mit Rücksicht auf die Gleichgewichtslage der betreffenden Reaktion Bedingung, daß das Verhältnis C 02: (CO C 02) in dem Reaktionsgas den Wert von etwa o,25 nicht übersteigt. Bei niedriger Temperatur ist ein etwas höherer Wert zulässig, während bei höherer Temperatur eine Ermäßigung des C02-Gehaltes dem C O-Gehalt gegenüber erforderlich ist. Um die Reaktion möglichst zu beschleunigen, sollte der C O..-Gehalt in der Nähe dieses Grenzwertes liegen. Die Regulierung des Gehaltes der Gase an C O und CO, wird nach der Erfindung dadurch bewirkt, daß freier Sauerstoff zugeführt wird, der eine gewisse Menge der nach der Gleichung C 02 -I- C = 2 C O gebildeten C O zu C02 überführt, so daß eine zweckmäßige Gaszusammensetzung entsteht. Das Verfahren wird dann im Gegensatz zum Frischen mittels Eisenoxyden exothermisch> was für die praktische Durchführung des Verfahrens vorteilhaft ist.
• Es hat sich aber gezeigt, daß es bedeutungsvoll sein. kann, die Zufuhr von Sauerstoff so zu begrenzen, daß kein Überschuß an freiem Sauerstoff im Innern des Ofens und besonders an der Ofenwand entstehen kann, da sonst das feine Material, das an; der Ofenwand in Fugen u. dgl. anhaften kann, bei einer großen Temperatursteigerung leicht oxydiert, wodurch es an der heißen Wand festgebrannt wird und leicht ein weiteres Anhaften von neuem Material verursacht, das sehr nachteilig sein würde. Da eine reichlichere Luftzufuhr in die Zone der endgültigen Entkohlung nicht stattfinden soll, kann es schwierig sein, in dieser Zone eine genügend hohe Temperatur zu erzeugen. Man kann aber so vorgehen, daß man -die Charge, während sie noch einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt hat, auf eine höhere Temperatur als für die Entköhlung erforderlich erhitzt, worauf dann die schließliche Entkohlung bei sinkender, aber immer noch genügend hoher Temperatur ohne weiteres erfolgen wird.
• Falls Wärmezufuhr von außen notwendig ist, kann diese mittels Zufuhr eines geeigneten Brennstoffes oder mittels elektrischer Kraft geschehen. Ein geeigneter Brennstoff ist z. B. das Reaktionsgas, welches in Hochöfen (Hochofengas) oder in anderen Ofen zur Herstellung von Roheisen erzeugt wird und oft ein für die schließliche Entkohlungszone passendes Verhältnis von C 02 : C O hat. Bei gasförmigem Brennstoff kann es vorteilhaft sein, das Gas in warmem Zustande hineinzuleiten, um rauch in dieser Weise dem Prozeß und besonders,der Zone der endgültigen Entkohlung Wärme zuzuführen.
• Das Gas wird zweckmäßig durch die Öffnung für die Entleerung des Eisens in den Ofen geleitet. Man kann auch Kohle oder am-deren Brennstoff in fester oder anderer Form, gegebenenfal=ls gleich mit der Beschickung, zuführen. Die Kohle wird sich infolge ihres geringeren spezifischen Gewichts bei der Bewegung der Charge in die oberen Schichtenderselben legen und kann in relativ kräftig oxydierender Atmosphäre ohne Gefahr, daß das unterliegende kornförmige Eisen oxydiert wird, verbrannt werden. Eine Zufuhr von flüssigem Brennstoff hat sich auch durch die dadurch bewirkte Erhöhung der Leuchtkraft der Flamme als vorteilhaft erwiesen.
• Es wurde ferner gefunden, daß während der Entkohlung auch Schwefel aus dem Eisen entfernt werden kann, falls der Charge etwas Kalk zugesetzt wird. Der Kalk kann dabei ganz oder teilweise durch andere Basen, wie BaO oder Mg0, ersetzt werden. Auch bei der Granulierung des Eisens kann eine gewisse Entschwefelung stattfinden.
• Für den Prozeß können Öfen verschiedener Bauarten verwendet werden, jedoch hat sich der Drehrohrofen als besonders geeignet gezeigt. Es wurde gefunden, daß man in einem Ofen dieser Bauart bei Temperaturen bis etwa izoo° C entkohlen kann, ohne daß die B,eschicleung an der Ofenwand haftenbleibt, falls das Frischen mittels einer Gasmischung geschieht, deren Zusammensetzung, wie oben erwähnt, so geregelt wird, daß eine nennenswerte Oxydation des Eisens nicht entsteht. Es hat sich ferner gezeigt, daß eine elektrische Wärmezufuhr mittels Durchleitens des Stromes durch die Charge mit Hilfe geeigneter Elektroden möglich ist. Der Leitungswiderstand einer Charge aus derartig kleinen Körnern, wie sie hier in Frage kommen, ist genügend groß, um bei solcher direkter Beheizung ein geeignetes Verhältnis zwischen Stromstärke und Spannung zu ergeben; der Widerstand kann gegebenenfalls durch wenig leitende oder nichtleitende Zusätze, wie z. B. Quarzsand, erhöht werden.
• Wichtig ist bei der Ausführung des Verfahrens in einem rotierendenOfen, daß dieTiefe derCharge und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Ofens groß genug sind. Andernfalls kann eine gleichförmige, schnelle Entkohlung ohne Oxydation des Eisens nicht erfolgen, vielmehr ergibt sich außer Verlust an Eisen auch leicht noch ein nachteiliges Anhaften des Materials an der Ofenwand.
• Die Ofenwände, die gut wärmeisoliert sein sollen, können auf der Innenseite zweckmäßig mit einem Mantel aus feuerbeständigem Blech bekleidet sein. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß der Füllungsgrad im Ofen wenigstens 250/0 und vorzugsweise, insbesondere in der heißesten Zone, etwa 35 °/o -sein soll, damit eine durchgreifende Bewegung der Charge erreicht wird. Die Umdrehungsgeschwindigkeit soll so groß sein, daß die Charge im ganzen mit dem entkohlenden Gas bzw. der Gasmischung schnell in genügende Berührung kommt. Eine Umfangsgeschwindigkeit an der Innenwand von wenigstens 5 m/Min. und vorzugsweise über io m/Min, hat sich als vorteilhaft erwiesen. Besonders bei sehr weitgehender Entkohlung kann es zweckmäßig sein, durch Anwendung von Schaufeln geeigneter Form .die Charge im Ofen anzuheben, um sie dann während der weiteren Umdrehung durch das heiße erstkohlende Gas hindurchfallen zu lassen. Da die größeren Körner langsamer entkohlt werden als die kleineren, kann es z%veckmäßig sein, das grobkörnige Material nach der Entkohlung auszusortieren und zwecks weiterer Entkohlung die größeren Granalden entweder für sich allein oder zusammen mit großen oder kleinen neuen, noch nicht entkohlten Granalien den Ofen nochmals passieren zu lassen.
• In der Zeichnung zeigt Fig. i einen Drehrohrofen, welcher für erfindungsgemäße Entkohlung von granuliertem, metallischem Material geeignet ist; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. i, und Fig. 3 ist ein. Querschnitt nach der Linie B-B in Fig. i.
• Der Ofen i ist mit dem feuerfesten Ofenfutter 2 versehen und hat an einem Ende eine Beschickungsöffnung 3, durch welche das kohlenstoffhaltige ;Material 4. eingeführt und dann im Ofen in solcher Höhe aufgespeichert wird, daß es den ein wenig geneigten Ofen durch die zentrale Öffnung 5 am entgegengesetzten Ende verlassen. kann, nachdem es den Ofen infolge der Drehbewegung und der geneigten Aufstellung desselben langsam durchwandert hat.
• Durch den oberen Teil der Beschickurngsöffnung 3 ist ein Rohr 6 in den Ofeneingesteckt. Durch dieses Rohr werden oxydierende Gase, z. B. Luft oder Dampf, mittels einer Anzahl Düsen 7, die in einem geeigneten Winkel zur geneigten Oberfläche der Beschickung stehen, eingeführt.
• Im Innern des Rohres 6 ist ein anderes Rohr 8 vorgesehen, um ein Reaktionsgas, welches C 02 und CO im geeigneten Verhältnis enthält, z. B. Hochofengas, in die Zone .der endgültigen Entkohlung einzuführen, wie dies durch den Pfeil am Ende des Rohres 8 angedeutet ist.
• Um auch andere Gase oder Brennstoffe einführen zu können, ist am Entleerungsende 5 des Ofens ein Rohr 9 vorgesehen. Die entkohl.ten Granalien können durch eine Abkühlvorrichtung io bekannter Bauart durchgeführt werden, die aus mehreren Scheidewänden i i besteht, die mit Öffnungen z2 am Umfange versehen sind, durch welche die Granalien langsam hindurchgleiten können. Die Scheidewände sind in einem zylindrischen Blechmantel angebracht, der in ein mit Wasser gefülltes Gefäß 13 eintaucht. Wenn die Granalien 1d. den Ofen verlassen, sind. sie so weit abgekühlt, daß sie durch die Luft nicht mehr oxydiert werden.
• Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Oberfläche der Beschickung im Ofen nicht nur in der Längsrichtung des Ofens, sondern auch in der Querrichtung gegen die Horizontalebene geneigt. Die Granalien rollen von der oberen Kante der geneigten Oberfläche zur unteren Kante, wie mit einem Pfeil angedeutet, und sind während dieser Bewegung der Einwirkung der entköhlenden Atmosphäre oberhalb der Beckickung ausgesetzt. Es ist von Bedeutung, daß die Düsen 7 auf dem Rohr 6 so angebracht sind, daß der Sauerstoff der Luft für die Verbrennung des CO-Gases zu CO2 vollständig verbraucht wird, so daß freier Sauerstoff in der Nähe der heißen Ofenwand oberhalb der Charge nicht vorhanden sein kann, zumindest nicht- in schädlicher Menge.
• Die Erfindung ist nicht auf die Entkohlung von Roheisen beschränkt, kann vielmehr auch zur En.tkohlung aller Arten von Stahlschrott, wie Drehspänen u. dgl., und von kohlenstoffhaltigem Eisenschwamm benutzt werden. Sie ist auch für solche kohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen brauchbar, die zwecks Oxydation des Kohlenstoffes wie beschrieben behandelt werden sollen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Entkohlung von körnigen, kohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen, durch Wärmebehandlung in einem Gasstrom und/oder Zusatz von Elisenoxyden, vorzugsweise imDreihrohrofen, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Beschickung herausströmende Kohlenoxydgas mittels freien., in den Ofen eingeführten Sauerstoffes dadurch verbrannt wird, daß eine freien Sauerstoff enthaltende Gasmischung, vorzugsweise Luft, gegen die Oberfläche .der Beschickung derart geblasen wird, daß in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche des Entkohlungsgutes das Kohlenoxyd zu Kohlendioxyd oxydiert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom im Ofen hauptsächlich gegenläufig zur Beschickungsrichtung geleitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch z und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die .innere Ofenwand mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 5 bis 20 m je Minute bewegt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch x bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung in einer Höhe von wenigstens 25 % des Ofenquerschnittes in der heißesten Zone eingebracht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr für die Verbrennung des aus der Beschickung herausströmenden Kohlenoxydgases so geregelt wird, daß in der unmittelbaren Nähe der heißen Ofenwand oberhalb der Beschickung freier Sauerstoff in nennenswerter Menge nicht vorhanden ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofen von Zeit zu Zeit entkohltes Metall entnommen und neues Rohmetall in gleicher Menge eingeführt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung zuerst auf eine oberhalb der erforderlichen Entkohlungstemperatur liegende Temperatur erhitzt und teilweise entkohlt wird und dann in der Zone 'an dem Entleerungsende des Ofens bei einer niedrigeren Temperatur endgültig entkohlt wird. B. Verfahren. nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner der Beschickung unter Oxydation an der Oberfläche nur teilweise entkohlt werden und daß sie dann zur weiteren Entkohlung eingeschmolzen werden. g. Verfahren nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB außer den Entkohlungsgasen noch brennbares Gas oder anderer Brennstoff in den Ofen eingeführt wird. io. Verfahren nach Anspruch i bis g, dadurch gekennzeichnet, daß die entkohlten Körner derart aus dem Ofen entnommen und abgekühlt werden, daß sie hierbei mit der Außenluft nicht in Berührung kommen. ii. Verfahren nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner der Beschickung vor der Entkoh.lung nach Größe sortiert werden und die verschiedenen Kornklassen dann für sich entkohlt werden. 12. Verfahren nach Anspruch i bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß leicht reduzierbares Oxyd, z. B. Eisenoxyd, in die Beschickung hineingemischt und mittels geeigneter Regelung der Atmosphäre und Temperatur im Ofen zu Metall reduziert wird. 13. Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 12, gekennzeichnet durch einen drehbaren, geneigten, rohrförmigen, gut isolierten Mantel (i, 2), der mit einer Beschickungsöffnung (3) an dem einen. Ende und einer Entleerungsöffnung (r4) an dein entgegengesetzten Ende versehen ist, und durch ein durch die Beschickungsöffnung (3) in den Ofen ragendes, oberhalb der Beschickung verlaufendes Luftzuführungsrohr (6), aus welchem Luft gegen die Oberfläche der Beschickung, vorzugsweise durch mehrere gegen die Beschickung gerichtefe Öffnungen, geblasen wird.. 14- Ofen, nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein für Zufuhr von Brennstoff geeignetes Rohr (8) im Innern des Luftzuführungsrohres (6). 15. Ofen. nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch ein in der Entleerungsöffnung (14) angeordnetes Rohr (g) zur Einführung von Brennstoff. 16. Ofen nach Anspruch 13 bis 15, gekennzeichnet durch eine Abkühlvorrichtung (io) an dem Entleerungsende.