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Verfahren zur Herstellung von Eisen aus vorgewärmtem, feinkörnigem
Eisenerz. Bei dem Hochofenverfahren wird das Reduktionsgas für die Oxyde erhalten
durch Verbrennung von Kohle mittels Luft; bei der Oxydation des Kohlenstoffs zu
Kohlenoxyd wird die Wärmemenge frei, die zur Schmelzung des reduzierten Eisens sowie
der Schlacke notwendig ist.
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Ein großer Nachteil des Hochofenverfahrens ist aber, daß der Sauerstoff,
welcher zur Bildung des Kohlenoxyds notwendig ist, der I.,uft entnommen wird, und
daß sehr große Stickstoffmengen, welche bei dem Verfahren nicht mitwirken, als Ballast
durch den Ofen und die weiteren Apparate mitgeführt wer-. den.
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Die Erfindung bezweckt diesen Nachteil aufzuheben, indem bei dem Verfahren
für die Reduktion des Erzes und das Niederschmelzen des Metalles keine Luft verwendet
wird, Es hat sich herausgestellt, daß beim Zusammenbringen von fein gekörntem Erz
mit fein gekörntem Brennstoff bei einer Temperatur, welche r roo° C nicht zu übersteigen
braucht, eine sehr schnelle Reaktion erhalten wird, wobei als Erzeugnisse einerseits
nicht geschmolzenes metallisches Eisen und anderseits eine große Menge Gas gebildet
werden, dessen Zusammensetzung durch die verwendete Kohle bedingt ist, jedoch in
allen Fällen einen großen Brennwert besitzt, weil es außer einer kleinen Menge von
aus der Kohle stamtuendem Stickstoff ganz- aus Kohlenoxyd, Wasserstoff und evtl.
Kohlenwasserstoffen besteht.
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Diese Beobachtung führte zu dem vorliegenden neuen Verfahren zur Herstellung
von Eisen aus Eisenerzen.
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Die Berechnung ergibt, daß das erhaltene Gas von sehr hohem Brennwert
zur Lieferung der Reaktionswärme für die Einwirkung von Kohle auf Eisenoxyd sowie
zur Schmelzung des erhaltenen Eisens und V erschlakkung der Beimischungen genügt.
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Da die eigentliche Reaktion, durch welche das Eisen reduziert und
das Heizgas gebildet wird, ohne Zutritt von Luft oder von Verbrennungsgasen, also
in indirekter Weise durch Zufuhr von Wärme durch die Wand des Ofenraumes erfolgt,
ist es vorteilhaft, die Beschickung durch direkte Erhitzung vorzuwärmen, was durch
Verbrennung eines Teiles des gebildeten Gases vorteilhaft geschieht.
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Bei dieser selbstverständlich oxydierenden V orheizung wird außerdem
erreicht, daß die schwierig reduzierbaren Oxyde, wie Magnetit und Titaneisensand,
in sauerstoffreichere, doch leichter zu reduzierende Verbindungen umgesetzt und
wasserhaltige Erze, wie das Lehmerz von Celebes oder Kuba, entwässert werden. Auch
werden Eisenkarbonate, welche sonst vorher geröstet werden und dann abkühlen
müssen,
bevor sie in den Hochofen gelangen, unmittelbar mit ihrer Eigenwärme verarbeitet
werden können.
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Obschon es nicht unmöglich sein wird, das Verfahren in den bestehenden
Ofen auszuführen, z. B. in einem »Wedge«-\lut'telofen, wobei die Beschickung von
den Verbrennungsgasen getrennt bleibt, wird es am l-esten in einem Drehofen ausgeführt,
in welchem die Verbrennungsgase von der Beschickung getrennt gehalten werden.
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Die bisherigen Versuche, ]-,ei der Herstellung von Eisen den Hochofen
auszuschalten, haben zu einem wirtschaftlichen Erfolg nicht geführt. Im allgemeinen
wurde mit einem hohen Aufwand an Brennstoff nur ein Eisenschwamm erhalten, welcher
sich schwer einschmelzen läßt.
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Nach einem bekannten Verfahren wird das Erz zunächst in einem Ofen
vorgewärmt und dann in einem zweiten Ofen nach Zusatz eines Reduktionsmittels reduziert.
Die Vorwärmung jedoch, ebenso wie die Heizung des Reduzierofens, findet iii@;l'irekt
statt unter schlechter Ausnutzung der Wärme und ohne Oxydation des Erzes. Dabei
ist die Temperatur, in welcher das `-erfahren ausgeführt werden soll, so niedrig,
daß die Reduktion nur langsam unter großen Wärmeverlusten erfolgen kann, und daß
die erzeugten brennbaren Gase zur Beheizung des Reduzier-, Vorwärme- und Schmelzofens
nicht entfernt ausreichen.
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Nach einem anderen Verfahren wird metallisches Eisen aus reinen Eisensauerstoffverbindungen
durch Erhitzung der mit Kohlenstoff gemengten Eisensauerstoffverbindungen in einer
Muffel erhalten, wobei die Reduktionstemperatur unterhalb des Sinterungspunktes,
jedoch oberhalb etwa i ooo° C liegen muß. Hier wird zwar die richtige Reduktionstemperatur
angegeben, doch findet keine oxydierende Vorheizung des von der Kohle noch getrennten
Erzes statt, und über die Verwendung des entstehenden Gases wird nichts bemerkt.
Dazu wird die Reduktion derart geleitet, daß die entstehenden Gase so viel Kohlensäure
enthalten, daß sie für die Heizung der Reduktionsretorte und für die Vorheizung
nicht ausreichen würden; auch ist das Verfahren nur mit reinem Erz und reiner Kohle
ausführbar, weil sonst die Reaktion schon weit unterhalb i ooo° C anfangen würde.
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Schließlich hat man vorgeschlagen, Eisen in einem von außen geheizten
Schacht zu erzeugen, wobei aber weder eine gesonderte Vorwärmung des Erzes noch
die Verwendung der entstandenen Gase zur Beheizung des Reduktionschachtes, zur Vorheizung
des Erzes oder zum Schmelzen des erzeugten Eisens vorgesehen ist, weshalb die wärmewirtschaftlichen
Vorteile des vorliegenden Verfahrens nicht verwirklicht wurden.
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Schließlich ist es bekannt, ein besonderes Erz, welches aus einer
Mischung von Eisen mit einem überschuß bituminöser Kohle besteht, zu verkoken und
die dabei entstehenden Gase zur Behandlung des Erzes zu benutzen. Es ist dabei jedoch
keine Vorheizung des Erzes vorgesehen, und das erhaltene Produkt ist kein Eisen,
sondern eine Mischung von Koks und Eisen, welche erst getrennt werden müssen, ehe
das Eisen weiterverarbeitet werden kann.
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Die Ausführung des Verfahrens, das den Gegenstand der Erfindung bildet,
findet demgegenüber in folgender Weise statt: Das Eisenerz wird in feinkörnigem
Zustande, also nötigenfalls vorher gemahlen, z. B. in einen Drehofen bekannter Bauart
eingebracht, in dem es durch direkte Erhitzung auf eine Temperatur von i ioo= C
oder höher gebracht wird, worauf es zusammen mit dem ebenfalls auf diese Temperatur
gebrachten Zuschlag, welcher auch vorher mit dem Erz gemischt sein kann, in einen
Reduzierofen gelangt, in dem die Heizgase von dem Reduktionsraum getrennt gehalten
werden und dem zugleich die zur Reduktion notwendige Kohlenmenge zugeführt wird.
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Das dabei gebildete, nicht geschmolzene Eisen wird am Auslaßende des
Reduktionsofens ohne Zutritt von Luft in einen Flammofen übergeführt, wo es geschmolzen
und von der Schlacke getrennt wird, um darauf entweder abgegossen oder in einen
zweiten Flammofen übergeführt zu werden, wo die letzte Reinigung und gegebenenfalls
Kohlung stattfindet.
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Ein Teil des gebildeten Gases verbrennt in den Heizkanälen des Reduzierofens.
Ein anderer Teil wird zur Erhitzung des Flammofens und ein dritter Teil zur Vorheizung
des Erzes und des Zuschlags in dem direkt geheizten Drehofen verwendet.
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Die Vorteile des Verfahrens sind folgende: Man arbeitet mit feinkörnigem
Erz, weshalb die Brikettierung von Feinerz, wie es zum Verschmelzen im Hochofen
notwendig ist, wegfällt.
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Die Erze aus Java (auch Titaneisenerz), das Lehmerz von Kuba und Celebes,
aus magnetithaltigem Gestein abgeschiedener Magnetit, abgerösteter und entkupferter
Pyrit u. dgl. können unmittelbar verarbeitet werden. Für grobe Erze scheint ein
Nachteil darin zu bestehen, daß diese erst gemahlen werden müssen, aber die Kosten
dieser BearLeitung werden völlig oder teilweise gedeckt durch das leichtere Beschicken
und Vermischen von feinem Gut. Da kein Hochofenkoks
gebraucht wird,
müssen besondere Anforderungen an den Brennstoff nicht gestellt werden. Man kann
jeden halb verkohlten oder unverkohlten Brennstoff verwenden, wenn nur der Wassergehalt
nicht zu hoch ist; andernfalls muß ;eine Trocknung des Brennstoffs vorausgehen.
Auch schlechter, wenig zusammenhängender oder sandförmiger Koks, der bei der Tieftemperaturverkokung
von Steinkohle entsteht, kann benutzt werden. Weitere Vorteile des Verfahrens sind,
daß der Hochofen durch weniger große und zuverlässigere Apparate ersetzt wird. Dadurch
wird die Zufuhr einer großen Menge Luft von hohem Druck vermieden, wie auch die
Aufstellung großer Winderhitzer. Der Heizwert des Gases, welches die notwendige
Wärme liefert, ist so hoch, daß die Erhitzung der Verbrennungsluft höchstens für
den Schmelzofen notwendig sein wird.
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Man ,erhält kein Roheisen mit hohem Kohlenstoffgehalt, weil die Temperatur
des Reduzierofens zu hoch ist, um bei dem kurzen Aufenthalt des Eisens im Ofen eine
beträchtliche Kohlung herbeizuführen. Die Entkohlung im Konvertor kann damit auch
fortfallen.
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Der Feuchtigkeitsgrad der Luft hat keinen Einfluß auf den Gang des
Verfahrens wie beim Hochofen, wo man selbst dazu ü4erge-Bangen ist, die Feuchtigkeit
der Luft durch vorangehende Abkühlung mittels teurer Einrichtungen herabzusetzen.