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Verfahren zur Gewinnung von Metallen durch Reduktion ihrer Erze im Schachtofen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das in erster Linie zur Gewinnung von Eisen aus Eisenerzen geeignet ist, wobei man das Metall in Form von Eisenschwamm, Roheisen, Stahl oder Schmiedeeisen erhalten kann, das sich aber auch zur Herstellung anderer Metalle eignet, wobei diese direkt oder indirekt mittels beigemengter Kohle, z. B. Holzkohle, Koks, Anthrazit, Torfkohle usw., durch Reduktion gewonnen werden.
Es ist bekannt, die Reduktion von Erzen im Schachtofen mit Hilfe von untermischtem festen kohlehaltigen Material durchzuführen, wobei die bei der Reduktion entstehenden, zum Zirkulieren gebrachten Gase nach Entfernung ihres Kohlensäuregehaltes vor ihrer Wiedereinführung in die Schmelzzone des Ofens mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft verbrannt werden. Die Erfindung besteht nun darin, dass diese Gase nur zum Teil verbrannt werden und der Rest, der nach Abgabe seiner fühlbaren Wärme an die Beschickung als Kohlenoxyd unverändert durch den Ofen strömt, mit den bei der Reduktion entstandenen Gasen von der Gicht zu neuerlichem Kreislauf abgezogen wird.
Dadurch, dass man einen Überschuss von Kohlenoxyd im Ofen zirkulieren lässt, kann man die Verbrennungstemperatur und die sich daraus ergebende Erhitzungstemperatur auf der gewünschten Höhe halten. Werden z. B. 13.5 O2 in 115 CO eingeblasen, so erhält man ein Gas, bestehend aus 88 CO + 27 CO2 von 17000 C. In diesem Falle verläuft die Reduktion in folgender Weise.
9 Fe, 03 + 88 CO + 27 C + 27 CO, = 18 Fe + 115 CO + 27 CO2.
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oder durch Ausfrieren nach dem Linde-Verfahren oder durch Absorption in Wasser unter Druck oder durch chemische Absorption in Alkalikarbonat, das in bekannter Weise zurückgewonnen wird. Das gereinigte Gas, nun aus 115 CO bestehend, wird, entweder kalt oder vorgewärmt, in den Ofen zurückgeleitet und wieder teilweise mit 13'5 O2 verbrannt, worauf der obenerwähnte Verlauf wiederholt durchgeführt wird, d. h. die Gase werden in Zirkulation durch die Beschickung versetzt.
Im praktischen Betrieb ist es nicht notwendig, die Kohlensäure gänzlich auszuwaschen ; wenn man sieh mit einer Absorption von 85% CQ : begnügt, wird Gleichgewicht eintreten, sobald das Gas aus 115 CO + 4-75 CO2 besteht. Durch Änderung der Menge der Zirkulationsgase sowie der Menge von Sauerstoff und Kohle kann man die Reduktions-und in vorkommenden Fällen die Schmelztemperatur regeln.
In der Zeichnung sind im Längsschnitt zwei verschiedene Hochöfen dargestellt, die für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens geeignet sind.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den Ofenschacht, der wie gewöhnlich aus feuerfesten Ziegeln besteht, 2 die
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das Zirkulationsgas, das mit einem Ringrohr 6 verbunden ist. Das Gas wird durch Zweigrohre 7 in Kanäle 8 eingeblasen, wo es auf den unteren Teil der Schachtwandung und das darunterliegende Gewölbe abkühlend wirkt. 9 ist ein Einlassrohr für Sauerstoff, das an das Ringrohr 10 anschliesst. Durch Zweigrohre 11 wird der Sauerstoff in den Verbrennungsraum in einer derart bemessenen Menge eingeblasen, dass nach dem Mischen mit dem Zirkulationsgas bloss ein Teil dieses Gases verbrennt. 13 bezeichnet das Gestell und 14 dessen Boden. 15 bezeichnet radiale Zwischenwandungen, die den Schacht stützen und ausserdem Kanäle und Verbrennungsraum in Abschnitte teilen.
Das Gestell ist, wie gewöhnlich, mit Tiimpel und Stichloch versehen.
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Die Ausführung nach Fig. 2 ist besonders für die Herstellung von Stahl oder Schmiedeeisen geeignet. 16 ist der Ofenschacht, 17 die Beschickungsbühne, 18 die Gicht, 19 ein Auslassrohr für das Zirkulationsgas, 20 ein Einlassrohr für das Zirkulationsgas, das mit dem Verteilerrohr 21 verbunden ist.
Durch Zweigrohre 22 wird das Gas in den Kanal oder die Kanäle 23 eingeblasen, wo es den unteren Teil der Schachtwandung und das darunterliegende Gewölbe abkühlt und gleichzeitig etwas vorgewärmt wird. 24 ist ein Einlassrohr für Sauerstoff, das mit dem Verteilerrohr 25 verbunden ist. Der Sauerstoff wird durch die Zweigrohre 26 in den Verbrennungs- und Schmelzraum 27, der zweckmässig mit Gewölbeboden versehen ist, eingeblasen. 28 ist eine Klappe für Reparaturen und 29 ein Stichloch zum Ablassen von Eisen und Schlacke. 30 ist der aus hochfeuerfestem und schlackenbeständigem Material, z. B.
Zirkoniumerz, ausgeführte Boden des Ofens.
In manchen Fällen kann die Beschickung zum Zusammenbacken oder Stauen neigen ; spröde Briketts, besonders solche mit Holzkohle, zerfallen leicht zu früh durch den Druck im Schacht. Um dies zu verhindern, kann man dem Schachte quadratischen oder rechteckigen Querschnitt geben und in dem Schachte an geeigneten Stellen rotierende oder drehbare Organe in solcher Weise anordnen, dass sie wohl teilweise den Druck des Materialstapels aufheben oder aufnehmen, aber infolge ihrer Drehung das Material am Stauen oder Festsitzen während der Bewegung durch den Schacht hindern. Auf diese Weise kann man den Widerstand gegen die wärmeabgebenden und teilweise reduzierenden Gase während ihrer Strömung durch die Beschickung innerhalb mässiger Grenzen halten. Diese Schachtanordnung ist besonders für das Herstellen von Eisenschwamm geeignet.
Für eine mehr pulverförmige Beschickung kann man einen niedrigen Schachtofen in bekannter Weise mit einem oder mehreren liegenden rotierenden Vorwärmungs-bzw. Reduktionstrommeln kombinieren.
Durch richtige Einstellung des Verhältnisses zwischen Kohlenstoff und Erz kann man nach vorliegendem Verfahren Eisen oder Stahl von annähernd gewünschtem Kohlenstoffgehalt oder auch praktisch kohlenstoffreien Eisenschwamm herstellen.
Der für das Verfahren erforderliche Sauerstoff kann entweder durch Rektifikation von ì1üssiger Luft oder durch elektrolytische Zersetzung von Wasser, wobei auch Wasserstoff erhalten wird, erzeugt werden. Elektrolytische Herstellung ist am besten geeignet, wenn eine besondere Verwertung des Wasserstoffes möglich ist, so. dass der Sauerstoff billig wird. In solchen Fällen, in welchen elektrischer Strom billig und Kohle teuer ist, kann man den Wasserstoff oder wenigstens einen Teil davon in den Ofen einblasen und auf diese Weise den Kohlenverbrauch herabsetzen. Der Sauerstoff kann entweder in Gasform oder in flüssiger Form in geeigneten Behältern aufbewahrt werden.
Auf solche Weise kann man einen Vorrat anschaffen, so dass kürzere Unterbrechungen der Sauerstoffherstellung keine unmittelbare Einwirkung auf den Betrieb des Ofens haben.
Gegenüber dem gewöhnlichen Hochofen bietet ein nach dem vorliegenden Verfahren arbeitender Hochofen eine beträchtliche Kohlenersparnis. Dadurch, dass der Sauerstoff vor dem Eintritt des Gases in den Beschiekungsstapel völlig verbraucht ist und ein grosser Überschuss von Kohlenoxyd vorhanden ist, kann eine Oxydation von bereits ausreduziertem Eisen nicht stattfinden, wie dies in gewöhnlichen Hochöfen der Fall ist.
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über den bereits bekannten elektrothermischen Verfahren die Vorteile wesentlich geringeren Kraftverbrauches und niedrigerer Maximaltemperatur, wodurch der Ofen weniger beansprucht wird, gleichmässigerer Temperaturverteilung im Schmelzraume und besserer Möglichkeit, die Schmelztemperatur zu regulieren.
Bei der Herstellung von Eisenschwamm ist die Möglichkeit, eine konstante Reduktiontemperatur zu erreichen, von grossem Wert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Gewinnung von Metallen durch Reduktion ihrer Erze im Schachtofen mit Hilfe von untermischtem festen kohlehaltigen Material und durch Verbrennung der zum Zirkulieren gebrachten brennbaren Gase, die bei der Reduktion der Erze entstehen, nach Entfernung ihres Kohlensäuregehaltes, mit reinem Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft vor ihrer Wiedereinführung in die Schmelzzone des Ofens, dadurch gekennzeichnet, dass diese Gase nur zum Teil verbrannt werden und ihr restlicher Teil, der nach Abgabe seiner fühlbaren Wärme an die Beschickung als Kohlenoxyd unverändert durch den Ofen strömt, mit den bei der Reduktion entstandenen Gasen von der Gicht zu neuerlichem Kreislauf abgezogen wird.