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Verfahren zum Vergasen von Kohle im Schachtofen bei gleichzeitiger
Gewinnung von Eisen In dem Patent 940:228 ist ein Verfahren und eine Einrichtung
für den Betrieb eines Schachtofens beschrieben, bei denen ein Teil der Beschikkung
in einem zentralen Rohr im Schachtofen niedergeführt wird, so daß eine Vermischung
des innerhalb des Rohres und des außerhalb des Rohres geführten Teiles der Beschickung
möglichst weitgehend vermieden wird.
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Es hat sich gezeigt, daß die Einrichtungen .des Hauptpatentes bei
bestimmter Abwandlung des Verfahrens auch dazu dienen können, hochwertige Legierungen
in einem Schachtofen, speziell einem solchen, der mit Sauerstoff betrieben wird,
zu gewinnen.
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Die Bedingungen für die Gewinnung hochwertiger Metallegierungen, wie
Ferro-Silizium, Ferro-Mangan, Ferro-Chrom, Ferro-Aluminium, Ferro-Silizium-Aluminium,
Aluminium-Silizium usw. sind die folgenden: a) Die betreffenden Metalloxyde und
die Reduktionskohle müssen bei möglichst hoher Temperatur miteinander in Berührung
gebracht werden. Die Reduktionstemperatur ist in den meisten Fällen 2ooo° C und
darüber.
b) Die stark oxydierenden Gase 02, C 02 und 1d20 dürfen
im Bereich der Reduktionszone nicht anwesend sein.
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c) Bevor das reduzierte Metall aas dem heißesten Teil des Reduktionsapparates
in kältere Zonen eintritt, in denen es vor der Einwirkung von C O unterliegt, muß
sich das reduzierte Gut zu größeren Partien der Legierung zusammengeschlossen haben.
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d) Tritt eine der Legierungskomponenten infolge .der hohen Reduktionstemperatur
dampfförmig auf, so muß eine andere feste oder flüssige Legierungskomponente im
Reduktionsraum anweseno sein, die den Metalldampf zu einer festen oder flüssigen
Phase zu lösen vermag.
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Ist eine dieser Bedingungen nicht oder nur unvollkommen erfüllt, so
ist der Reduktionsprozeß gestört, und es lassen sich keine oder nur niedrigprozentige
der genannten Legierungen erzielen.
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In hervorragender Weise lassen sich die gestellten Bedingungen für
die meisten der technisch gebräuchlichen Legierungen im elektrischen Niederschachtofen
erfüllen, weshalb dieser für diesen Zweck bisher allein angewandt wird. Die Reduktion
im elektrischen Niederschachtofen kostet aber große Mengen elektrischer Energie
und ist deshalb teuer und kann wirtschaftlich nur in Gebieten mit sehr geringen
Strompreisen betrieben werden. Es ist deshalb ein großer Fortschritt, daß durch
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die genannten Legierungen auch in einem
mit Sauerstoff betriebenen Niederschachtofen hergestellt werden können.
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Obwohl in einem mit Sauerstoff betriebenen Niederschachtofen sich
die gleichen hohen Temperaturen erzielen lassen wie in einem Elektroschachtofen,
hat man doch bisher nur Legierungen mit verhältnismäßig geringem Gehalt an schwer
zu reduzierenden Bestandteil erzielen können, z. B. Ferro-Silizium mit etwa 35'/o
Si, während man im Elektroofen bis zum Siliziummetall kommt. Da man die Eigenschaften
der 1-Iöllerbestandteile und deren Verteilungsverhältnis in beiden Ofentypen genau
gleich einrichten kann, kann das Versagen des Sauerstoffofens offenbar nur daran
liegen, daß in dessen Gestell O, und dessen erstes Verbrennungsprodukt C02 -anwesend
sind. In der Tat müssen .diese Gaskomponenten eine stark oxydierende Wirkung auf
die Legierungsbestandteile mit hoher Sauerstoffaffinität ausüben. Zwar wird primär
unter dem Einfluß der hohen Temperatur und vor allem, wenn man mit Erz-Kohle-Briketts
arbeitet, in denen die Reaktionsbestandteile innig miteinander gemischt sind, die
Bildung hochprozentiger Legierungen sich einstellen. Diese werden aber beim 14indurchtropfen
durch die Oxy dationsz.one sekundär zu niedrigprozentigen Legierungen abgebaut.
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In di.esem_ Punkt setzt die Erfindung ein. Ein geblasener Schachtofen
hat in der Formebene eine sehr variierende Gaszusammensetzung. Bei der üblichen
Windpressung reicht z. B. die Zone mit sauerstoffhaltigem Gas von der Formenschnauze
bis etwa ein i m in den Ofen hinein. Die Zone mit CO,- bzw. H2 O-haltigem
Gas reicht sogar noch -etwas darüber hinaus. Der ganze innere Ofen aber ist von
02, CO, und H2 O frei. Zum Beispiel würde bei einem Ofen mit 5 m Innendurchmesser
eine innere Säule mit etwa 3 m Durchmesser eine nur Kohlenoxyd bzw. etwa vorhandenen
inerten Gasen bestehende Gasphase haben. Bei Verringerung der Windpressung (und
Vergrößerung des Formenquerschnittes) könnte der Raum, der frei ist von oxydierenden
Gasen, noch erweitert werden.
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Im Innern des Schachtofens, insbesondere, wenn er mit hochkonzentriertem
Sauerstoff gefahren wird, liegen demnach grundsätzlich die gleichen Verhältnsse
vor bzw. können so herbeigeführt werden wie in einem Elektroschachtofen, gekennzeichnet
durch hohe Temperatur, CO-Gasphase und ein die Reduktion begünstigender Verteilungsgrad
zwischen Oxyd und Reduktionsmittel. Um die günstigsten Verhältnisse für die Gewinnung
zier genannten Legierungen in einem geblasenen Schachtofen zu erzielen, werden erfindungsgemäß
die folgenden Vorkehrungen getroffen: Es wird ein Schachtofen mit zentralem Führungsrohr
für die Beschickung verwandt. Die untere Mündung des Beschickungsrohres liegt mÖglich.st
dicht über der Schmelzzone des Ofens, so daß der Inhalt des Beschickungsrohres im
wesentlichen unvermischt mit dem außerhalb des Rohres geführten Teil der Beschickung
in die Schmelz-und Reduktionszone eintritt. Das Verhältnis .des Führungsrohrdurchmessers
zum Gesamtinnendurchmesser des Ofens wird so mit dem Einblasedruck .des Windes und
dem Formenquerschnitt abgestimmt, daß die innere Begrenzungsfläche der 02,C 02 und
H2 0 ,enthaltenden Zone etwa mit der Mantelfläche der durch das Führungsrohr niedergehenden
Beschickungssäule zusammenfällt. In das Führungsrohr wird ein Gemisch des zu reduzierenden
Erzes mit der Reduktionskohle chargiert, in den Ringraum darum herum die Heizkohle.
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Durch besondere Maßnahmen muß zweckmäßig dafür gesorgt werden, daß
die durch die Verbrennung der Heizkohle erzeugte Wärme in die Reduktionszone des
Ofens gelangt. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man in dem zentralen Führungsrohr
derartige Bedingungen schafft, daß hier der Strömungswiderstand beträchtlich geringer
ist als in dem Ringraum. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß die Beschickung im
Zentralraum grobstöckiger ist als im Ringraum oder daß sie im Zentralrohr eine geringere
züdurchströmende Schichthöhe hat. Schließlich kann man den Strömungswiderstand im
Ringraum durch mechanische Mittel vergrößern, z. B. durch eine bewegliche und entfernbare
Abdeckung desselben. Alle diese Mittel dienen dazu, das hocherhitzte Gas, das sich
vor den Formen bildet, in die Mitte des Ofens zu leiten, so daß es seine Wärme zur
Leistung der Reduktionsarbeit abgibt.
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Eine weitere wichtige Maßnahme, insbesondere zur Erzielung hochkonzentrierter
Legierungen ist die, daß man in das Zentralrohr nicht ein grobstückiges
Gemisch
der Reaktionsbestandteile chargiert, sondern Briketts, in denen diese, im richtigen
Verhältnis innig gemischt miteinander, enthalten sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Zeichnung dargestellt: i
ist der Mantel eines Schachtofens, 2 sind die Düsen, 3 ist der Abstich, 4 die Beschickungseinrichtung,
5 das Zentralrohr.
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In den Ringraum um das Zentralrohr wird die vorwiegend kleinstöckige
bis feinkörnige Heizkohle 6 chargiert; in das Zentralrohr selbst wird ein Gemisch
von grobstöckigem Erz mit gleichfalls grobstöckiger Reduktionskohle oder von Erz-Kohle-Briketts
7 gegeben. Unterhalb der Formenebene separieren sich nach dem spezifischen Gewicht
die Schlacke 8 und,das metallische Produkt 9.
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Vor den Düsen befindet sich ein Raum i o, indem neben den Verbrennungsprodukten
freier Sauerstoff enthalten ist. Um diesen Raum herum liegt eine Zone ii, in der
kein freier Sauerstoff mehr, aber das primäre Verbrennungsprodukt der Kohle, Kohlensäure,
neben geringen Mengen Wasserdampf vorhanden ist. Im übrigen Ofenraum 12 besteht
die Gasphase nur aus Kohlenoxyd bzw. unter Umständen vorhandenen inerten Gasen.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Verhütten von Erzen in einem Schachtofen
vorbekannt, bei dem Erz und Kohle getrennt durch den Ofen geführt werden. Bei .diesem
vorbekannten Verfahren wird das Erz ohne festes Reduktionsmittel in den äußeren
Ringraum und der Brennstoff in das Zentralrohr eines Schachtofens chargiert; beim
vorliegenden Verfahren dagegen wird .der Brennstoff in den äußeren Ringraum und
das Erz einschließlich des Reduktionsmittels in .das Zentralrohr gegeben. Während
also bei dem vorliegenden Verfahren durch .das Chargieren des Reduktionsgutes in
der Mittelzone des Ofens die oxydierenden Gase vor den Blasformen von diesem ferngehalten
werden, ist eine gleiche oder auch nur ähnliche Wirkung beim vorbekannten Verfahren
ausgeschlossen; das in der Außenzone des Ofens niedergehende Reduktionsgut wird
beim v orbekannten Verfahren im Gegenteil in verstärktem Maße der oxydierenden Wirkung
der Verbrennungsgase vor den Blasformen ausgesetzt.
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Bei einem weiteren vorbekannten Verfahren zum Verhütten von Erz, bei
dem Erz und Kohle getrennt durch Öfen geführt werden, sind mehrere Öfen erforderlich,
während das erfindungsgemäße Verfahren mit einem einzigen Ofen auskommt. Außerdem
ist das vorbekannte Verfahren für die praktische Hüttentechnik ungeeignet, weil
es eine im erweiterten Schmelzraum frei stehende Schmelzgutsäule vorsieht, was praktisch
unmöglich ist. Schließlich ist beim vorbekannten Verfahren die Herstellung von hochprozentigen
Ferrolegierungen nicht in Vorschlag gebracht; das vorbekannte Verfahren ist übrigens
aus dem angegebenen Grunde zu einer solchen Herstellung auch nicht zu verwenden.