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Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Eisen oder seinen Kohlenstoffverbindungen
oder -legierungen und von Portlandzement oder hydraulischen Kalken Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Eisen oder seinen
Kohlenstoffverbindungen oder -legierungen und von Portlandzement oder hydraulischen
Kalken.
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Es ist bekannt, daß die Schlacken der Hochöfen basische Silikate der
Tonerde und des Kalkes sind, in welchen der Kalk sich im Zustande einer festen Lösung
zu befinden scheint. Man weiß ferner, daß die Schlacken, welche rasch abgekühlt
und gepulvert werden, durch Mischung mit einem geeigneten hydratisierten Kalk richtige
Zemente geben können.
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Ausgehend von diesen bekannten Tatsachen hat sich der Erfinder das
Ziel gesetzt, in systematischer Weise durch rationelle Behandlung von Eisenmineralien
in einem Arbeitsgang Eisen und Zement vom Typus des Portlandzementes herzustellen.
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Man muß dabei berücksichtigen, daß die Zemente eine Mischung von Calciumsilikat
und Calciumaluminat und einen geringen Anteil Eisenoxyd enthalten. Im Laufe der
üblichen metallurgischen Behandlungen sind diese Elemente qualitativ in dem Schmelzbad
zugegen; Kieselsäure und Tonerde sind in der Gangart des Minerals vorhanden und
finden sich auch in der Asche der Kohle. Der Kalk wird als Flußmittel zugesetzt,
wenn die Gangart nicht genügend enthält. In jedem Falle hat bei den gewöhnlichen
Portlandzementen das Verhältnis zwischen Ca0 einerseits und der Summe der anderen
Stoffe (Si02, A1203, Fe203) anderseits eine große Bedeutung. Dieses Verhältnis muß
notwendigerweise innerhalb sehr enger Grenzen gehalten werden, welche einem Gehalt
von 6o bis 7o % an Kalk entsprechen.
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Weiterhin ist zu beachten, daß die Bildung des Portlandzementes unvereinbar
ist mit dem Schmelzen der ihn zusammensetzenden Elemente, und der Zement kann nur
durch Vereinigung der außerordentlich feinen Einzelteile erhalten werden, wobei
nur die Sintertemperatur erreicht wird, um die Verbindung herzustellen.
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Nach dem Vorhergehenden sind die Bedingungen, welche einzuhalten,
sind, auf der einen Seite für die metallurgische Technik, auf der anderen durch
die Fabrikationstechnik des Portlandzementes nicht gegensätzlicher Natur. Sie lassen
die gebräuchlichen Bestandteile zu, wenn man aus der Technik der Herstellung von
Eisen oder seinen Kohlenstoffverbindungen bzw. -legierungen im besonderen die Herstellungsverfahren
im Drehofen berücksichtigt, bei welchem als Erhitzungsmittel eine Flamme benutzt
wird, welche entsteht durch Verbrennung von bis zu einem geeigneten Grade gepulverter
Kohle und Benutzung geeigneter Mengen Verbrennungsluft, d. h. solchen Mengen,
daß
gerade der notwendige Gehalt an Kohlenoxyd vorhanden ist, um eine Reoxydation des
Eisenerzeugnisses zu verhindern.
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Bei diesen Verfahren werden das Mineral, die Reduktionskohle und der
Kalk innig gemischt vor ihrem Eintritt in den Ofen, und diese Mischung wird dann
durch eine Flamme erhitzt, welche die oben genannten Eigenschaften besitzt.
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Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß die wesentlichen Bedingungen
der metallurgischen Behandlung eingehalten werden und gleichzeitig f auch den Bedingungen
für die Entstehung von Zement Rechnung getragen wird.
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Grundsätzlich kann das neue Verfahren wie folgt gekennzeichnet werden:
i. Man gibt'der Schlacke den notwendigen Kalkgehalt, wie ihn die chemische Analyse
des Portlandzementes erfordert.
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2. Man benutzt die- Einzelbestandteile dieses Zementes in einer für
die Verbindung, welche der Zement darstellt, geeigneten Form, d. h. im Zustande
eines durch Vermahlung bereiteten außerordentlich feinen Pulvers, eines ganz erheblich
feineren, als dies die metallurgische Technik für sich erfordern würde.
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Praktisch wird das Verfahren in einem Drehrohrofen ausgeführt, welcher
in seiner Achse geneigt angeordnet ist und kontinuierlich mit einem Gemisch von
Eisenmineral und einer Kohlenmenge beschickt wird, die notwendig und genügend ist,
um die Reduktion des Minerals und gegebenenfalls die Carburierung des Metalls zu
bewirken. Das Gemisch wird versetzt mit Kalk in solchen Mengen, welche nicht dem"'gewöhnlichen
Kalkgehalt einer Schlacke von 45 bis 5o0/" sondern einer Schlacke von 6o bis 7o
°/o entspricht, wobei die Menge auch größer gewählt werden kann, so daß die Schlacke
75 bis 8o % betragen kann, dies letztere in dem Fall, wenn man hydraulischen Kalk
herzustellen wünscht.
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Wenn die Gangart eines einzelnen Minerals von vornherein nicht einen
genügenden Gehalt an Kieselsäure und Tonerde besitzt, wird er ergänzt durch Mischung
von mehreren Mineralien oder mangels solcher durch Zugabe von Kieselsäure und Tonerde.
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Das Gemisch wird einer Vermahlung unterworfen, die verhältnismäßig
viel weiter getrieben wird als für einen metallurgischen Prozeß allein. Beispielsweise
wird das Gemisch von Erz und kalkhaltigem Rohstoff vermahlen, vorzugsweise in Wasser,
und die erhaltene Paste soll bei Naßsiebung auf einem Siebe von 4900 Maschen pro
cm2 keinen höheren Rückstand als io °/o besitzen.
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Wohl verstanden, dient diese extreme Feinmahlung des metallurgischen
Systems nicht zur Erfüllung einer metallurgischen Notwendigkeit, sondern um einer
Bedingung bei der Herstellung von Portlandzement zu genügen, und zwar der Bildung
einer festen Lösung.
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Vorzugsweise wird die Kohle zur Erhitzung dem Drehofen in- einem solchen
Zerteilungsgrade zugeführt, welcher gestattet, während der Verbrennung in dem vorderen
Teil des Ofens eine Zone der Verbrennung zu-Kohlensäure, in dem restlichen Teil
der Ofenlänge eine Zone von Kohlenoxyd zu erhalten. Die Kohle wird zu diesem Zweck
z. B. zu einer solchen Feinheit zerkleinert, daß nicht mehr als i bis 2 °/o Rückstand
auf dem 4900 Maschensieb verbleiben.
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Man erhält am Schlusse Metall, das von Körnern des Zementes eingeschlossen
erhalten wird, wenn es wenig, oder nicht gekohlt ist. Es trennt sich jedoch von
dem Zement infolge seiner Schmelzung zu 9o bis 95 %, wenn es stark gekohlt ist.
Das Erzeugnis sieht mit seinen kleineren Zusammenwachsungen ziemlich ähnlich den
Klinkern, welche man bei der üblichen Fabrikation von Zementen erhält. Unter anderen
Bedingungen befindet sich das Metall in flüssigem Zustande in dem Zementkonglomerat
und findet sich zu seinem größten Teil getrennt von Zement vor, wenn es stark gekohlt
ist.
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Das Nichtschmelzen der Schlacke macht die Verwendung beliebiger Ofenauskleidungen
möglich, da die Angriffe auf diese außerordentlich vermindert sind. Das bedeutet
aber gleichzeitig eine beträchtliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit.
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Die den Ofen verlassenden Stoffe werden in einem Zementkühler gekühlt,
und die wiedergewonnene Wärme wird dem Ofen durch die Verbrennungsluft, welche dabei
vorgewärmt wird, wieder zugeführt.
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Das Erzeugnis wird vermahlen, und das Eisen oder der Guß wird mit
Hilfe eines Magnetscheiders ausgeschieden, Es istwichtig, zubeobachten, daß die
Schlacke, obgleich sie nicht geschmolzen ist, folgende Funktion zu erfüllen hat:
Das durch Kohlenoxyd nicht reduzierbare Eisensilikat wird umgewandelt in Kalksilikat
durch den freien Kalk, und das Eisen wird so in Freiheit gesetzt. Der Kalk spielt
so eine metallurgische Rolle, aber im übrigen dient er als aufbauender Bestandteil
des Endproduktes Zement. Die Gangart dient auch als Ausgangsstoff für den Zement
und wird so nutzbar gemacht dank der Verknüpfung der beiden Techniken der Metallurgie
des: Eisens und des Portlandzementes. Der Schwefel des Schmelzbades wird in seiner
Gesamtheit aus den erzeugten Metallen entfernt.
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Das vorliegende Verfahren ist anwendbar auf alle Metalle, welche nach
dem gleichen metallurgischen Verfahren wie Eisen behandelt werden können.
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Wie man aus dem Vorstehenden sieht, ist der erhaltene Zement nicht
vergleichbar dem
Schlackenzement; denn der letztere wird lediglich
hergestellt aus der Schlacke nach ihrer Entfernung aus dein metallurgischen Ofen,
und seine Analyse, seine chemische Konstitution und seine Eigenschaften sind sehr
verschieden von dem Portlandzement, welcher erfindungsgemäß gleichzeitig mit dem
Metall erzeugt wird.
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Das erfindungsgemäß hergestellte Erzeugnis, der Zement, bzw. das neuartige
Verfahren kann auch nicht mit Tonerdezement gleichgesetzt werden, dessen Herstellung
durch Schmelzung, verbunden mit der Erzeugung von Eisen, bekannt ist. Bei dem bekannten
Verfahren wird in einem vertikalen Ofen unter Benutzung eines großen Überschusses
von Kohle aus Bauxit das Eisen freigelegt und eine flüssige Schlacke erhalten, welche
nach Erkalten und Mahlung den Tonerdezement darstellt. Erfindungsgemäß wird jedoch
Portlandzement bzw. hydraulischer Kalk hergestellt, ein Erzeugnis, welches durch
einen Sinterprozeß erhalten wird, das in einfacher wirtschaftlicher Weise im Drehofen
gewonnen wird.