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Verfahren zum Verhütten minderwertiger, saurer tonerdehaltiger Eisenerze
Es sind Verfahren zum Nutzbarmachen kieselsäure-, tonerde- und eisenoxydhaltiger
Rohstoffe bekannt, wobei diese Rohstoffe unter Zusatz von Reduktionsmitteln im Elektroofen
auf eine Eisen-Aluminium-Silizium-Legierung niedergeschmolzen werden. Anschließend
werden alsdann diese Legierungen raffiniert, und es werden daraus Ferrosilizium
und Aluminium gewonnen. Insonderheit hat man hierbei Elektrohochöfen mit zusätzlicher
Koks- bzw. Rohölbeheizung eingesetzt. Die Zusatzheizung wird oberhalb der Zone der
elektrischen Heizung vorgesehen, so daß die Rohstoffe zuerst diese Zone durchwandern.
Dabei werden die Rohstoffe für sich oder auch unter Zusatz von Reduktionsmitteln
zuvor innig gemischt und brikettiert. Durch die Zusatzbeheizung werden sie auf die
entsprechende Flammentemperatur gebracht. In der anschließenden Zone der elektrischen
Heizung erfolgt dann die Reduktion der Rohstoffe und auch schon eine gewisse Reduktion
der Tonerde.
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Bei diesem Verfahren ist diese erste Verfahrensstufe ausschließlich
darauf gerichtet, daß die Raffination der Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung zu
Ferrosilizium und Aluminium in einer zweiten Arbeitsstufe einwandfrei und wirtschaftlich
verlaufen kann. Es muß dafür gesorgt werden, daß die Baustoffe für die Seitenwände
des für die zweite Stufe benutzten Ofens nicht zu schnell zerstört werden.
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Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt,
minderwertige, saure tonerdehaltige Eisenerze mit bis 351/o Fe, bis 28% Si02, bis
250/9 A120.;, bis 101/9 Ca0, bis 5% MgO und bis 1501o TiO@ zu verhütten.
Es gibt eine große Zahl von ausgedehnten Lagerstätten und Erzen in der vorbeschriebenen
Zusammensetzung. So gehören auch die sogenannten Doggererze dazu, bei denen der
Tonerdegehalt unter 5% liegt. Die Verhüttung dieser Erze auf dem üblichen Wege,
also Einsatz in den Hochöfen, Erschmelzen eines Roheisens, das alsdann gefrischt
wird, ist unwirtschaftlich, d. h., man beutet solche Lagerstätten nur in dem Maße
aus, wie man solche Erze als Beimengung zu Magnetiteisensteinen benutzen kann. Die
Aufbereitung der Erze auf üblichem Wege, d. h. Entfernung der Berge, ist gleichfalls
bis jetzt noch nicht wirtschaftlich möglich gewesen.
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Die vorliegende Erfindung löst nun diese Aufgabe in der Weise, daß
eine Mischung dieser Erze mit Kohle in unmittelbarer Nähe der Elektroden im elektrischen
Lichtbogenofen zugeführt wird und wobei sämtliche oxydischen Bestandteile des Eisenerzes
unter Gewinnung einer der Erzzusammensetzung entsprechenden Metallegierung aus-
Eisen, Aluminium, Silizium, Titan, Kalzium, Magnesium, einem Rest an sonstigen im
genannten Eisenerz vorkommenden Metallen als Verunreinigungen reduziert werden,
und zwar derart, daß einerseits praktisch nur ein schlakkenfreies metallisches Schmelzbad
und andererseits Kohlenmonoxydgas entsteht. Die Rohstoffe werden mit Rohkohle, oder
minderwertiger Kohle gemischt. Das Mischen selbst isst bekannt. Es dient dazu, die
üblich pulverisierten Stoffe in innige Berührung zu bringen, wie es nur bei pulverisiertem
Gut der Fall ist. Die Reduktion wird in einem Elektro-Reduktionsofen vorgenommen,
und zwar in einem Lichtbogenofen. In diesem Ofen wird so gearbeitet, daß lediglich
die höchste Temperaturzone in unmittelbarer Nähe der Elektroden in Frage kommt.
Die Mischung wird also nur diesem Raum zugeführt, und es wird die restlose Reduktion
dadurch erreicht, weil die Gebiete, in denen überhaupt Schlacken entstehen können,
die zudem teigig sein würden, gemieden werden. So ergibt sich ausschließlich eine
metallische Legierung. Es entsteht praktisch keine Schlacke. Die metallische Legierung
fließt ab. Neue Erzkohlemischung wird zugeführt, ohne daß der Ofengang durch ungenügende
Wärmeverteilung gestört wird. Selbstverständlich spielt der Zeitfaktor eine bedeutsame
Rolle. Es muß die restlose Reduktion durchgeführt sein. Man kann nicht die Mischung
mit übertrieben großer Geschwindigkeit durch den Ofen schicken, denn eine solche
übertriebene Geschwindigkeit würde zwangläufig zu Schlacken führen, weil die Zeit
für die Reduktion fehlen würde.
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Es ist an sich bekannt, daß in einem elektrischen Lichtbozenofen der
höchste Temperaturbereich unmittelbar
beim Lichtbogen liegt, und
man hat auch schon bei Ferrosilizium davon Gebrauch gemacht, indem man mit reinsten
Mineralien, wie Erz und Eisenoxyd, gearbeitet hat. überraschend und nicht zu erwarten
war, daß man aber minderwertige Rohstoffe mit allen möglichen Beimengungen zu wertvollen
Legierungen verarbeiten könnte, ohne Schwierigkeiten sowohl bezüglich der Vermeidung
von Karbiden einerseits und von Schlacken andererseits. Bei der restlosen Reduktion
erhält man eine metallische Legierung, die einmal einen sogar etwas niedrigeren
Schmelzpunkt als den der üblichen, meist hochtonerdehaltigen Schlacken aufweist
und die andererseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Es ist durchaus möglich,
in störungsfreier Weise laufend Erz-Kohle-Gemische aufzugeben und das Metallbad
in bestimmten Zeitabständen abzustechen, ohne daß der Ofengang durch ungenügende
Wärmeverteilung gestört wird. Die erschmolzene Legierung hat eine bestimmte Wärmetönung,
die nutzbar gemacht werden kann, und ist daher für alle Zwecke geeignet, wo es auf
die Ausnutzung der Wärmetönung und der Wiederoxydation, also eine Wiederverbindung
mit Sauerstoff ankommt. Selbstverständlich kann man die Legierung auch noch mit
anderen mehr oder weniger hochwertigen Aluminium- ode.rAluminium-Silizium-Legierungen
mischen.
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Die erschmolzene Legierung eignet sich gut für die Herstellung von
Stahl auf metallothermischem Wege, und es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung, diese. Legierung, die sich vorzugsweise im flüssigen Zustand befindet,
zu benutzen, um damit Eisenerz mit Eisengehalten von über 50"1o derart zu reduzieren,
daß ein aus flüssigem Eisen oder Stahl und flüssiger Schlacke bestehendes Schmelzbad
mit hohem Wärmegehalt gebildet wird, das durchgewirbelt wird, um zu einem guten
Gleichgewicht und zu einer eisenarmen Schlacke zu kommen.
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Anschließend werden dann Eisen oder Stahl und Schlacke in flüssigem
Zustand aus der Reaktionskammer abgestochen. Unter Anwendung dieses erfindungsgemäßen
Verfahrens wird also ein Weg gezeigt, neue große Lagerstätten für die Eisengewinnung
zu erschließen, wobei die heutigen elektrothermischen Herstellungsverfahren für
Legierungen verbessert werden. Wird die Schlackenmenge bei der Stahlstufe nicht
verringert und liegt bis zum Schluß des Verfahrens in gleicher Höhe vor, wie es
dem Bergegehalt der eingesetzten Erze entspricht, so ist dieses jedoch kein Nachteil,
denn durch das Durchwirbeln von Bad und Schlacke nach den an sich bekannten Verfahren
kann nunmehr in besonders vorteilhafter Weise auf eine restlose Reduktion etwa noch
vorhandener Eisenoxyde hingearbeitet werden. Die Stahlstufe macht sich hierbei den
Vorteil der Legierungssehmelzstufe zunutze, indem auch hierbei kaum Gase entstehen.
Es entwickelt sich nur wenig reines CO, welches gewonnen werden kann oder oberhalb
des Bades zum Zwecke der Wärmeentwicklung verbrannt wird. Die Wärmeverluste durch
Abgase sind weitestgehend herabgesetzt.