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Verfahren und Einrichtung zum Verhütten von Erzen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verhütten von Erzen.
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Es ist bekannt, staubförmiges Erz zusammen mit Kohlenstaub in einen
Schmelzofen einzublasen, um durch Reduktion des Erzes das reine Metall zu gewinnen.
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Die bekannten Verhüttungsverfahren dieser Art führten bisher nicht
zu befriedigenden Ergebnissen. Das beruht im wesentlichen darauf, daß die Flammentemperatur
mit steigendem Aschegehalt des Brennstoffs einerseits und steigendem Erzpulverzusatz
andererseits absinkt, so daß der Reduktionsvorgang unterbrochen wird. Diesen Nachteil
beseitigt die Erfindung.
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Sie besteht darin, daß der Schmelzvorgang unter Zufuhr zusätzlichen
Sauerstoffes vonstatten geht. Durch diese Maßnahme gelingt es, den eingeleiteten
endothermischen Reduktionsvorgang ständig zu unterhalten, wodurch eine kontinuierliche
Schmelze ermöglicht wird.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, das erschmolzene Metall
durch weitere Sauerstoffzufuhr zu verblasen, um auf diese Weise gegebenenfalls eine
strukturelle Umwandlung des Schmelzgutes zu erzielen. Eine Einrichtung zur Durchführung
der Verhüttungsverfahren gemäß Erfindung besteht beispielsweise aus einem Schmelzofen
mit getrennten Zuleitungen für das Brennmedium und Sauerstoff sowie für das Erzpulver.
Der Schmelzofen kann aber auch mit gemeinsamen Zuleitungen für das Brennmedium,
Sauerstoff und Erzpulver versehen sein. Die Pfanne des Schmelzofens hat zweckmäßig
die Gestalt eines Kegels mit untenliegender Spitze. Vorteilhaft ist es, die Beschickungsöffnungen
tangential nach
unten in die -Pfanne des Schmelzofens einmünden
zu lassen. Eine besondere Ausführungsform der VeX-hüttungseinrichtung besteht darin,
den Schmelzofen mit einem Dampfkessel zu vereinigen, um auf diese Weise die entstehende
Wärme unmittelbar wirtschaftlich zu nutzen. Zweckmäßig ist es auch, dem Schmelzofen
eine Trockenkammer nachzuschalten, in welcher der Wärmeinhalt der nach der Reduktion
verbleibenden Restgase zur Trocknung des Erzpulvers und/oder des Brennmediums ausgenutzt
wird. Bei einer weiteren Ausführungsform der Verhüttungseinrichtung sind in der
Pfanne des Schmelzofens Öffnungen für die Zufuhr von Blas-Sauerstoff vorgesehen.
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In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Verhüttung von Erzen beispielsweise
und schematisch dargestellt, wie sie für die Verfahren gemäß Erfindung Verwendung
finden kann.
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Fig. z zeigt einen Längsschnitt durch einen Schmelzofen und Fig. z
ist ein Schnitt nach Linie A-B der Fig. z. Bei der folgenden beispielsweisen Erläuterung
der Erfindung ist Kohlenstaub als Brennmedium zur Erzeugung der reduzierenden Atmosphäre.
vorausgesetzt, doch ist es klar, daß die Erfindung auch bei anderen Brennmedien
an Stelle von Kohlenstaub, insbesondere reduzierenden Gasen, mit gleichem Erfolg
angewendet werden kann, wie sie sich auch bei anderen als oxydischen Erzen anwenden
läßt, wenn die Reduktionsmittel auf deren Zusammensetzung in geeigneter und entsprechender
Weise abgestimmt werden.
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In die reduzierende -Zone einer solchen Kohlenstaub-Flamme
wird Erzpulver oder feinkörniges Erz hineingeblasen, wobei lediglich darauf Bedacht
zu nehmen ist, daß eine genügend hohe Anfangstemperatur vorhanden ist, damit die
Reduktion momentan vonstatten gehen kann.
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Die Verbrennung aschereicherBrennstoffe inKohlenstaubflammen ist bekannt.
Dabei nimmt mit steigendem Aschegehalt die Flammentemperatur ab, und zwar unter
Umständen bis zum Erlöschen der Flamme, wenn der Aschegehalt so hoch ist, daß die
Entzündungstemperatur nicht mehr erreicht wird. Das ist z. B. bei Aschegehalten
von etwa q0 % festgestellt worden. Bei Feuerungen dieser Art wird der Sauerstoff
der zugeführten Luft entnommen, wobei der mitgeführte Stickstoff lediglich Ballast
darstellt. Allerdings treten dabei keine extrem hohen Flammentemperaturen auf, die
schwer zu beherrschen sein würden.
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Diese Erfahrungen macht sich die Erfindung bewußt zunutze, indem dem
Brennstoff Erzstaub als Ballaststoff zugesetzt wird und die dadurch -verursachte
Erniedrigung der Flammentemperatur durch Zufuhr von sauerstoffangereichertem Winde
oder reinem Sauerstoff wieder auf diejenige Höhe gebracht wird, die für den schnellen
Ablauf der Reduktion notwendig ist. Für die Erfindung -wesentlich ist es daher,
daß das Erz in feinster Verteilung frei schwebend in reduzierende Atmosphäre bei
gleichbleibenden Temperaturen von im wesentlichen mindestens der Schmelztemperatur
des Metallanteiles des Erzes gelangt. Auf diese Weise findet eine schnelle und für
den gesamten Schmelzvorgang unterhaltene Reaktion zwischen dem Erz und dem Reduktionsmittel
statt, unddas Ergebnis ist eine gegenüber bekannten Verfahren erheblich beschleunigte
Verhüttung bei wesentlich günstigerer Struktur des Schmelzgutes; denn es leuchtet
ein, daß die Mischungsverhältnisse zwischen dem Brennmedium einerseits und dem zugeführten
Erzpulver andererseits in Verbindung mit dem zusätzlichen Sauerstoffanteil so aufeinander
abgestimmt werden können, daß die unerwünschten Beimengungen, Gas-und Schlackeneinschlüsse
im erschmolzenen Metall, die bei unvollkommener Reduktion auftreten, vermieden werden.
Wird das erschmolzene Gut darüber hinaus noch durch Verblasen mit Luft oder reinem
Sauerstoff weiterbehandelt, so läßt sich die Güte des Schmelzgutes noch weiter steigern.
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Bei der Ausführung von Öfen, in denen eine Verhüttung auf die geschilderte
Weise vorgenommen werden soll, kann man sich mit Vorteil der für Kesselfeuerungen
bereits bekannten Schmelzkammern bedienen. Dabei kommt es darauf an, den Ablauf
der Verbrennungen in dem Ofen so zu steuern, daß in der Schmelzkammer eine reduzierende
Gasatmosphäre herrscht. In dieser Reduktionskammer erfolgt die restlose Reduktion
des Erzes und die Bildung der Schlacke, die sich beide gemeinsam in einer Pfanne
ansammeln und sich in dieser auf Grund des Unterschiedes ihrer spezifischen Gewichte
trennen. Die noch nicht vollständig verbrannten Restgase gelangen dann in den eigentlichen
Feuerraum, wo sie unter Zusatz von weiterem Sauerstoff in Form von Luft oder auch
in reiner Form restlos verbrennen. Ihr Wärmeinhalt kann in der üblichen Weise zur
Dampferzeugung ausgenutzt werden, soweit nicht ein Teil zur Trocknung von Erzstaub
und Kohlenstaub oder zu deren Vorwärmung und zur Vorwärmung von Luft bzw. Sauerstoff
herangezogen wird.
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Von Zeit zu Zeit wird die in der Pfanne sich sammelnde Schlacke in
der üblichen Weise abgezogen und schließlich das erschmolzene Eisen abgestochen.
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Bei dieser Form der Anlage läßt sich das in der Pfanne sich sammelnde
Eisen in gewissen Zeitabständen verblasen. Bei entsprechender Gestaltung des Ofens
ist es dann möglich, die beim Verblasen mit Luft oder reinem Sauerstoff anfallende
Wärme ebenfalls noch für die Dampferzeugung heranzuziehen.
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Fig. z und 2 zeigen einen derartigen Schmelzofen rein schematisch,
doch ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform des Ofens beschränkt.
Es sind auch andere Ausführungen denkbar, die je nach Bedarf- in ihren konstruktiven
Einzelheiten gegenüber der dargestellten Ausführungsform abgewandelt sind. Der jeweilige
Verwendungszweck, die Art des zu verhüttenden Erzes bzw. des anzuwendenden Reduktionsmittels
werden diese Abwandlungen bestimmen.
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Die Schmelzkammer z hat die Gestalt eines Kegels mit untenliegender
Spitze. Am Umfang der Schmelzkammer sind vorzugsweise tängential in die Kammer mündende
düsenartige Beschickungsöffnungen 2 vorgesehen, durch welche Kohlenstoff und Sauerstoff
in die Schmelzkammer eingeblasen wird, während durch besondere Beschickungsöffnungen
3 Erzpulver in die Kammer eingebracht wird. Die Anordnung kann aber
auch
so getroffen sein, daß durch die Öffnungen 2 sowohl Kohlenstoff und Sauerstoff als
auch Erzpulver, also alle drei für die Reaktion notwendigen Bestandteile gleichzeitig
in die Schmelzkammer eingeblasen werden.
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Die Pfeile a deuten die Beschickungsrichtung an, während die Pfeile
b die Abzugsrichtung der Abgase kennzeichnen. Diese werden über den Stutzen q. entweder
einem mit der Schmelzkammer i vereinigten Dampferzeuger (Kessel) und/oder Trocken-
oder Vorwärmkammern zugeleitet, in welchen sie ihren Wärmeinhalt an das zu trocknende
oder vorzuwärmende Gut oder Medium abgeben. Der untenliegende spitze Teil 5 der
Schmelzkammer dient als Herd für Schlacke und reduziertes Metall. Da sich diese
Stoffe wegen ihres unterschiedlichen spezifischen Gewichtes getrennt voneinander
absetzen, können an passenden Stellen Abstichlöcher für Schlacke (beispielsweise
bei 6) und für das erschmolzene Metall (beispielsweise bei 7) vorgesehen werden.
Ebenso ist es möglich, für die Verblasung des erschmolzenen Gutes mit Luft oder
Sauerstoff an geeigneten Stellen des Herdes 5 Eintrittsöffnungen für den Blas-Sauerstoff
vorzusehen, die im gezeichneten Beispiel der Deutlichkeit halber nicht dargestellt
sind.
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Da man bei der Vermahlung von Erz keine einheitliche Korngröße erhält,
sondern meistens nur ein Gemisch verschiedener Korngrößen innerhalb beliebig festlegbarer
Grenzgrößen, und da bei tangentialer Einblasung des Kohlenstaub-Erz-Gemisches rotierende
Flammenstrahlen sich ausbilden, in denen sich die kleineren Teilchen länger in der
Schwebe. halten als die größeren, die auf Grund der Zentrifugalkraft an die Ofen-Auskleidung
geschleudert werden, treffen ein Teil der hocherhitzten, wahrscheinlich schmelzflüssigen
Teilchen auf die Ofenauskleidung, die selbst bis nahe an ihren Schmelzpunkt erhitzt
ist. Dort bildet sich eine zähflüssige Schicht aus Schlacke, teilweise reduziertem
Erz und geschmolzenem Metall. Diese Schicht hat unter der Einwirkung der Schwerkraft
die Tendenz, nach unten, d. h. in die Pfanne 5, abzulaufen. Dieser Vorgang geht
aber so langsam vonstatten, daß hier mit Sicherheit die gewünschte Reduktion der
größeren, nicht vollständig reduzierten Teilchen erwartet werden kann, wenn die
Flammengase reduzierend wirken. Somit ist in jedem Falle die Erzielung eines einwandfreien
Schmelzgutes gesichert.
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Verfahren und Anlagen gemäß Erfindung sind insbesondere dann von besonderem
Vorteil, wenn als Reduktionsmittel nur nicht verkokungsfähige Kohle zur Verfügung
steht, so daß die Verhüttung im Hochofen nicht in Betracht kommt. Ferner ist das
Verfahren für alle diejenigen Erze von Bedeutung, welche bereits in feinkörniger
Beschaffenheit anfallen und deren Vermahlung keine großen Schwierigkeiten bedeutet.