DE69130959T2

DE69130959T2 - Kontinuierliche Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Legierung aus Eisenkarbid

Info

Publication number: DE69130959T2
Application number: DE69130959T
Authority: DE
Inventors: Gordon H. Geiger
Original assignee: Cargill Inc
Current assignee: Gerdau Ameristeel US Inc
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2011-10-10
Also published as: RU2060281C1; CA2072572C; EP0607137B1; CA2072572A1; CN1071202A; CN1035334C; ATE177156T1; US5139568A; EP0607137A1; DE69130959D1; WO1993007300A1; AU8860291A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen auf dem Gebiet der Pyrometallurgie von Eisenmetallen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenkohlenstoff-Legierungen.

Beschreibung des Standes der Technik

Verfahren zur Umwandlung von Eisenerz in Stahl im diskontinuierlichen Betrieb sind wohlbekannt. Das Eisenerz wird zuerst in einem Hochofen zu Roheisen reduziert, das dann zusammen mit Alteisen oder Stahlschrott einem Aufblaskonverter oder einem Elektroofen im diskontinuierlichen Betrieb zugeführt wird. Historisch wurden für diese Verfahren große Mengen an Energie verwendet. Sie werden auch mit Umweltproblemen in Verbindung gebracht, die durch Emissionen aus den Verarbeitungsanlagen entstehen. Bemühungen, die Produktionskosten zu vermindern, waren auf diese beiden Probleme gerichtet; zuerst auf die Reduktion der mit dem Energieverbrauch verbundenen Aufwendungen und als zweites auf die Reduktion der Aufwendungen als Ergebnis von Verbesserungen der Handhabung oder Minimierung von Umweltverschmutzungen.
Stephens (U.S.-Patent Nr. RE 32 247) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Eisencarbid aus Eisenerz unter Verwendung eines Wirbelschichtverfahrens, das die Notwendigkeit für einen Hochofen vermeidet. Das Eisencarbidprodukt wird dann entweder einem Aufblaskonverter oder einem Elektroofen in einem diskontinuierlichen Verfahren zugeführt. Es gibt jedoch keine Lehre zur Verwendung des Eisencarbids als Beschickung für ein kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von Eisenkohlenstofflegierungen.
Die diskontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik unter Verwendung entweder eines Aufblaskonverters oder eines Elektroofens sind offen zur Atmosphäre. Die Notwendigkeit, Gase und andere Emissionen einzufangen und zu behandeln, die von diesem offenen Verfahren emittiert werden, haben den Einbau einer verbesserten Emissionskontrolleinrichtung notwendig gemacht. Diese Einrichtung muß nicht nur so ausgebildet sein, daß Emissionen, die aus den diskontinuierlichen Verfahren selbst stammen, behandelt werden, sondern auch für große Volumina von Luft, die aus der Umgebung in die Einrichtung gezogen werden. Dies erhöht die Kapitalkosten, die zur Errichtung und Unterhaltung von diskontinuierlich arbeitenden Stahlherstellungsanlagen erforderlich sind, beträchtlich.
Queneau et al. (U.S.-Patent Nr. 4 085 923) offenbart eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Verarbeitung von Nichteisenmetallerzen, die erhebliche Mengen an Schwefel enthalten, in einem geschlossenen Reaktor. Dieses System befaßt sich mit dem Problem, daß für die Umgebung schädliche Reaktionsproduktabgase, wie Schwefeldioxid und dgl., enthalten sind. Queneau et al. schlagen vor, daß dieses System für die direkte Herstellung von Stahl aus Eisenoxiderzen verwendet werden könnte. Es wird jedoch angenommen, daß die Notwendigkeit, große Mengen an Kohlebrennstoff dem Reaktor zuzugeben, um die Eisenoxide vollständig zu reduzieren, das Interesse an der Entwicklung und Verwendung eines solchen Verfahrens begrenzt hat. Es wird weiter angenommen, daß der Queneau-Schuhmann-(Q-S)-Reaktor, der von Queneau et al. offenbart wird, niemals erfolgreich für solch eine Reaktion verwendet wurde. Dies beruht auf der offensichtlichen Schwierigkeit, einem solchen Reaktor genug Wärme zuzuführen, um das Eisenoxidreduktionsverfahren abzuschließen. Weiterhin wird, wenn Kohle als Kohlebrennstoff zur Erzeugung von Wärme verwendet wird, die Kohle wahrscheinlich Schwefel in das System eintragen, was es dann notwendig machen würde, teure Emissionskontrolleinrichtungen zu verwenden, wie vorher erwähnt, und Schwefel in das Metallprodukt einführen würde.
Paul E, Queneau beschreibt in "The QSL-Reaktor for Lead and Its Pros-pects for Ni, Cu and Fe", Journal of Metals, Dezember 1989, Seiten 30-35 Ausblicke auf die Verwendung des Queneau-Schuhmann-Reaktors für Fe. Insbesondere in Fig. 9 dieses Artikels wird angegeben, wie der Q-S-Konverter modifiziert werden könnte für eine kontinuierliche Stahlherstellung. Er schlägt vor, daß dieser Reaktor für die direkte Herstellung von Stahl aus Eisenoxiderzen verwendet werden könnte. Es ist jedoch zumindest fraglich, ob der Queneau-Schuhmann-Reaktor für eine solche Reaktion verwendet werden kann, wegen der offensichtlichen Schwierigkeit, einem solchen kontinuierlichen Reaktor genug Wärme zuzuführen, um das Eisenoxidreduktionsverfahren abzuschließen. Der Autor selbst nimmt Bezug auf ungelöste Probleme mit seinem Vorschlag, eine Beschickung von Eisenoxid, Kohlenstoff und Sauerstoff "direkt" in Stahl umzuwandeln.
In dem U.S.-Patent US-A 4 053 301 wird ein diskontinuierliches Herstellungsverfahren für Stahl offenbart: Das Verfahren gemäß diesem Dokument verwendet den Aufblaskonverter (BOF) oder den Lichtbogenofen (EAF) zur Stahlherstellung. In einer ersten Stufe werden die Oxide in einer Wirbelbetteinheit in Eisencarbid umgewandelt. In einer zweiten Stufe wird das Eisencarbid in einem Aufblaskonverter in Stahl umgewandelt.
Somit besteht ein Bedarf für ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen unter Verwendung eines geschlossenen Reaktors. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und löst auch andere Probleme, die mit der Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen verbunden sind. Die vorliegende Erfindung bietet auch weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik und löst andere damit verbundene Probleme.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen in einem kontinuierlichen, energieeffizienten und für die Umwelt fortschrittlichen Verfahren. Dieses Verfahren schließt die Stufe ein, daß man
(a) eine Reaktoreinrichtung zur Aufnahme und Reaktion von mineralischem Material bereitstellt, wobei die Reaktoreinrichtung einen geschlossenen Reaktor einschließt, der ein geschmolzenes Bad aus metallischem Material enthält, wobei der geschlossene Reaktor das Eintreten und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten beschränken kann und ist gekennzeichnet durch die Stufen, daß man
(b) festes mineralisches Material dem geschmolzenen Bad aus metallischem Material innerhalb des geschlossenen Reaktors kontinuierlich zuführt, so daß das feste mineralische Material mit dem geschmolzenen Bad aus metallischem Material vermischt wird und ein Teil davon wird, wobei das feste mineralische Material sowohl Eisencarbid als auch mindestens Spurenmengen von Eisenoxid enthält, wobei der Eisencarbidgehalt des festen mineralischen Materials mindestens 50 Gew.-% ist und wobei das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 2 oder mehr ist und
(c) das geschmolzene metallische Material gleichzeitig mit Sauerstoff umsetzt bei einer Temperatur, die ausreicht, um Kohlenmonoxid als gasförmiges Reaktionsprodukt zu bilden, wobei die Stufe des gleichzeitigen Umsetzens einschließt, daß man Sauerstoff in das geschmolzene Bad aus metallischem Material innerhalb des Reaktors einbläst, um die Reaktion des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff des Eisencarbids zu erleichtern, um ein Kohlenmonoxidreaktionsprodukt zu bilden, das anschließend in einen Dampfraum innerhalb des Reaktors, der oberhalb des geschlossenen Bades angeordnet ist, eintritt.
Bevorzugt hat der Reaktor ein Beschickungsende und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende und der Reaktor ist der Länge nach geneigt, so daß das Eisenkohlenstofflegierungsreaktionsprodukt in dem geschmolzenen Bad zu dem Entfernungsende hin fließt.
Der Ausdruck "mineralisches Material" und/oder "mineralisches Beschickungsmaterial", wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bedeutet ein Material, das Mineralien und/oder Metalle in irgendeiner Form enthält und kann verarbeitetes mineralisches Material, z. B. Eisencarbid und dgl., einschließen, das als Metall oder metallisches Material gekennzeichnet werden könnte. Es ist offensichtlich, daß dann, wenn die Menge an Eisenoxid kleiner und kleiner wird, das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid sich dem Unendlichen annähern kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch Sauerstoff in den Dampfraum des Reaktors eingeblasen, wo er mit dem Kohlenmonoxidreaktionsprodukt reagiert unter Erzeugung von Kohlendioxid und Wärme, um die Reaktion anzutreiben. Bevorzugt ist das Gewichtsverhältnis von festem mineralischem Material ausreichend, daß das Eisencarbid ausreichend Kohlenmonoxid erzeugt, um Wärme zu erzeugen, um die Reaktion ohne weitere wesentliche Zuführung weiterer Wärme oder einer Quelle von Wärme anzutreiben. Es ist anzunehmen, daß weniger zusätzliche Wärme oder Wärmequellen erforderlich sind, wenn die relative Menge an Eisenoxid, im Vergleich zu Eisencarbid, vermindert wird. Wenn das Gewichtsverhältnis groß genug ist, ist die Reaktion innerhalb des geschlossenen Reaktors bevorzugt eine autogene Reaktion, die unbegrenzt fortschreiten kann ohne die Zuführung von Wärme aus äußeren Quellen oder die wesentliche Zuführung von Wärmequellen außer zufällig vorhandenen Kohlenwasserstoffen, bevorzugt Methan, die in das geschmolzene Bad mit Sauerstoff eintreten, der in das geschmolzene Bad durch abgeschirmte Savard-Lee-Injektoren für Kohlenwasserstoff eingeblasen wird.
Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Eisenkohlenstofflegierung, wobei die Vorrichtung eine erste Reaktoreinrichtung, um Eisenoxid in Eisencarbid umzuwandeln, und eine zweite Reaktoreinrichtung, um Eisencarbid in Eisenkohlenstofflegierung umzuwandeln, umfaßt, wobei die zweite Reaktoreinrichtung dazu vorgesehen ist, kontinuierlich das in der ersten Reaktoreinrichtung erzeugte Eisencarbid aufzunehmen und einen geschlossenen Reaktor einschließt mit einer Gehäuseeinrichtung, um das Ein- und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten zu beschränken, wobei der abgeschlossene Reaktor ein Gehäuse aufweist mit einem geschmolzenen Bad aus metallischem Material und einem Dampfraum oberhalb des geschmolzenen Bades, der gasförmige Reaktionsprodukte ent hält, wobei der abgeschlossene Reaktor weiterhin ein Beschickungsende und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende aufweist, aus dem Eisenkohlenstofflegierung kontinuierlich entnommen werden kann.
Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung viele Vorteile gegenüber der bekannten Technologie zur Herstellung von Eisenkohlenstofflegierungen schafft. Der größte dieser Vorteile ist damit verbunden, daß das Verfahren kontinuierlich ist und der Tatsache, daß das Verfahren einen geschlossenen Reaktor verwendet, der das Ein- und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten verhindert. Ein kontinuierliches Reaktorsystem vermeidet zusätzliche Rüstzeiten und Anfahrzeiten, die mit allen diskontinuierlich arbeitenden Verfahren verbunden sind. Das geschlossene Reaktorsystem läßt die Kontrolle der Abgase in einer solchen Weise zu, daß eine weitere Reaktion dieser Gase mit anderen chemischen Verbindungen möglich ist und auch die Gewinnung von Wärme, die durch diese Reaktionen erzeugt wird. Weiterhin minimiert das vorliegende Verfahren den Bedarf für große, teure Luftbehandlungsvorrichtungen, die notwendig sind für Einrichtungen, die zur Atmosphäre offen sind, wie bei den derzeit bekannten diskontinuierlichen Stahlherstellungstechnologien.
Bei der vorliegenden Erfindung wird festes mineralisches Material, das Eisencarbid, bevorzugt sowohl Eisencarbid als auch Spurenmengen an Eisenoxid, enthält, dem geschlossenen Reaktorsystem, das ein geschmolzenes Bad aus mineralischem Material enthält, zugeführt. Eine Vielzahl von Methoden kann verwendet werden, um dieses anfängliche geschmolzene Bad für das Anfahren des Reaktorsystems bereitzustellen. Wenige, nicht beschränkende Beispiele schließen ein, daß man äußere Brenner bereitstellt, um den Reaktorinhalt zu erwärmen oder einen Beschickungsvorwärmer bereitstellt, der das Beschickungsmaterial in den geschmolzenen Zustand überführen kann. Bevorzugt wird das geschmolzene Bad erzeugt, indem Stahlschrott erwärmt wird, der ein geeignetes geschmolzenes metallisches Material liefert, um das Verfahren zu starten.
Sauerstoff wird in das geschmolzene Bad aus metallischem Material in dem Reaktor eingeblasen. Es wird angenommen, daß Sauerstoff effizient mit dem Eisencarbid in der Beschickung unter Bildung von Eisenkohlenstofflegierungen und Kohlenmonoxid reagiert. Das Kohlenmonoxid wandert dann in den Dampfraum innerhalb des Reaktors, wo es mit weiterem Sauerstoff, der dem Reaktor zugeführt wird, reagiert, um Wärme zu erzeugen, um die Reaktion anzutreiben. Es ist offensichtlich, daß es bevorzugt ist, daß das Eisencarbid den notwendigen Kohlenstoff liefert, um die Reduktion von Eisenoxid effektiv abzuschließen und daß das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Beschickungsmaterial variiert wird, um die Energieeffizienz der Reaktion zu verbessern. Die Gegenwart von ausreichend Kohlenstoff in dem nichtschwefelhaltigen mineralischen Beschickungsmaterial minimiert den Bedarf für eine wesentliche Zuführung von zusätzlicher Energie. Obwohl ergänzende Energie bereitgestellt werden könnte, indem eine ergänzende Kohlenstoffquelle bereitgestellt wird, führen einige ergänzende Kohlenstoffquellen, wie Kohle, Holzkohle oder dgl., dem System Schwefel zu. Es ist anzunehmen, daß es unerwünscht wäre, solche Zugaben zu machen, da dies die Einrichtung von teuren Behandlungssystemen, entweder um die Schwefelemissionen aus dem Verfahren zu kontrollieren oder um Schwefel aus dem Stahlendprodukt zu entfernen, erfordern würde.
Das in dem geschmolzenen Bad erzeugte und anschließend im Dampfraum des Reaktors vorhandene Kohlenmonoxid wird mit Sauerstoff umgesetzt, um Wärme und Kohlendioxidgas zu erzeugen. Dieser Sauerstoff kann aus irgend einem Überschuß, der in das geschmolzene Bad injiziert oder eingeblasen wird und anschließend in den Dampfraum strömt, stammen, obwohl dies eine unwahrscheinliche Quelle ist. Bevorzugt wird jedoch Sauerstoff direkt in den Dampfraum des Reaktors durch vorgesehene Düsen eingeblasen. Die Sauerstoffinjektion in beide Bereiche kann auch entlang der Länge des Reaktors variiert werden, um Variationen in der Reaktivität des geschmolzenen metallischen Materials und des Kohlenmonoxids im Dampfraum zu kompensieren.
Die Reaktion von Kohlenmonoxid mit Sauerstoff im Dampfraum ist eine exotherme Reaktion, die Wärme erzeugt, die mindestens teilweise in das geschmolzene Bad zurück absorbiert wird, um die Reaktion von Eisencarbid mit Sauerstoff und die Reaktion von Eisenoxid unter Bildung von geschmolzenen Eisenkohlenstofflegierungen weiter anzutreiben. Etwas von der Wärme, die in dem Kohlendioxidgas, das den Dampfraum verläßt, zurückbleibt, kann auch gewonnen werden, indem ein Beschickungsvorwärmer verwendet wird, der den Austausch von Wärmeenergie aus Kohlendioxidgas, das den Reaktor entläßt, zu dem festen mineralischen Material in dem Beschickungsvorwärmer, bevor die Beschickung in den geschlossenen Reaktor eintritt, zuläßt. Das molare Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der festen mineralischen Materialbeschickung wird bevorzugt variiert, um ausreichend Kohlenstoff, im Verhältnis zu der Menge an vorhandenem Eisenoxid, zuzuführen, so daß ausreichend Wärmeenergie aus den nachfolgenden Oxidationsreaktionen unter Bildung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid erzeugt werden kann, um das Reaktionsverfahren ohne weitere wesentliche Zuführung von Wärme aus einer äußeren Quelle oder Brennstoff zur Erzeugung von Wärme anzutreiben.
Es wird angenommen, daß innerhalb des geschlossenen Reaktors ein Gleichgewichtszustand erreicht werden kann. Der Inhalt des geschmolzenen Bades besteht aus zwei Schichten mit einer Grenzfläche zwischen den beiden Schichten. Die untere dichtere Schicht enthält geschmolzenes Eisencarbid/Eisenmaterial am Beschickungsende und das Eisenkohlenstofflegierungsreaktionsprodukt am Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende. Es ist offensichtlich, daß es eine Stufenbildung dieser Materialien entlang des Reaktors gibt, wenn die untere Schicht zum Entfernungsende hin fließt und weiter mit Sauerstoff umgesetzt wird, um die gewünschte Eisenkohlenstofflegierung zu erzeugen. Die obere Schicht oder "Schlacke"-Schicht wird aus Eisenoxid und anderen Verunreinigungen zusammengesetzt sein, die in dem festen mineralischen Beschickungsmaterial vorhanden waren. Diese Verunreinigungen können Siliciumdioxid, Magnesiumoxid und dgl. enthalten. Die Bildung der Schlackeschicht kann gefördert werden durch Zugabe eines basischen Oxids, bevorzugt von gebranntem Kalk, oder Calciumoxid, das wirksam ist, um eine Schlacke mit geringer Viskosität und geringem Schmelzpunkt zu bilden.
Sowohl die Eisenkohlenstofflegierung als auch die Schlackeschicht werden kontinuierlich entfernt, bevorzugt von entgegengesetzten Enden des Reaktors, um so eine Gegenströmung zwischen der unteren Eisenkohlenstofflegierungsschicht und der oberen Schlackeschicht an der Grenzfläche zu erzeugen. Indem die Entfernungsrate von Eisenkohlenstofflegierung variiert wird, kann der Grenzschichtpegel zwischen Eisenkohlenstofflegierung und Schlackeschicht kontrolliert werden. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann geschmolzene Eisenkohlenstofflegierung, die aus dem Reaktor abgezogen wird, weiter mit legierenden Verbindungen, wie Nickel, Molybdän, Mangan, Aluminium oder dgl., legiert werden, um physikalische Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierungsprodukte in wohlbekannten Verfahren zu verändern.
Diese und verschiedene andere Vorteile und Merkmale der Neuheit, die die vorliegende Erfindung kennzeichnen, werden ausgeführt im Hinblick auf die beigefügten Ansprüche und bilden einen Teil davon. Für ein besseres Verständnis der Erfindung und ihrer Vorteile und der bei ihrer Verwendung erhaltenen Gegenstände wird jedoch Bezug genommen auf die Zeichnungen, die einen weiteren Teil bilden, und auf die begleitende Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert und beschrieben werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern entsprechende Teile oder Elemente von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ansichten angeben, ist
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Produktionssystems für Eisenkohlenstofflegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung eines geschlossenen Eisencarbidreaktors der vorliegenden Erfindung der in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 3 ein Fließdiagramm von Verfahrensstufen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung der Kohlenmonoxiderzeugung zu dem Prozentanteil an Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt bei einer Beschickungszusammensetzung von 92% Eisencarbid und 4% Eisenoxid zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Kohlenmonoxiderzeugung und Prozentanteil Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt bei einer Beschickungszusammensetzung von 88% Eisencarbid und 8% Eisenoxid zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm, das die Wirkung der Gesamtenergiebilanz bei einem Vorwärmen der festen mineralischen Materialbeschickung zeigt und
Fig. 7 ein Diagramm, das die Beschickungstemperatur des mineralischen Materials an dem Punkt darstellt, wo keine zusätzliche Wärmequelle notwendig ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die erforderlich werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier offenbart. Es versteht sich jedoch, daß die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen Systemen ausgeführt werden kann. Daher sollen spezifische hier offenbarte Details nicht so interpretiert werden, daß sie beschränkend sind, sondern nur als Basis für die Ansprüche und als beispielhafte Basis für die Lehre, die dem Fachmann gegeben wird, dienen, um die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise durchzuführen.
Bezugnehmend auf die Figuren zeigt Fig. 1 allgemein eine schematische Darstellung eines bevorzugten Gesamtherstellungssystems (2) der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung von Eisenkohlenstofflegierungen und das nachfolgende Legieren davon. Ein Eisenoxidreaktor (4) wird vorgesehen, um Eisenoxid in Eisencarbid umzuwandeln, in einem Verfahren, das ähnlich dem ist, das von Stephens (U.S.-Patent Nr. RE 32 247) offenbart wird. Es versteht sich jedoch, daß andere Verfahren, als das von Stephens offenbarte verwendet werden können, und daß dieses Verfahren nur ein einziges nicht beschränkendes Beispiel für ein solches Verfahren ist.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Beschickungsvorwärmer (6) bereitgestellt, um das Eisencarbid vorzuwärmen, bevor es einem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Es ist jedoch selbstverständlich, daß es nicht notwendig ist, die Eisencarbidbeschickung vorzuwärmen, bevor sie dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Es ist weiterhin offensichtlich, daß die Eisencarbidbeschickung nur ein Teil des festen mineralischen Materials (20) sein wird, das dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Obwohl das Eisencarbid mindestens die Hälfte des festen mineralischen Materials (20) ausmacht und bevorzugt mehr, werden andere mineralische Komponenten dem geschlossenen Reaktor (10) mit dem Eisencarbid zugeführt. Eine der wichtigeren mineralischen Komponenten ist eine Menge an Eisenoxid, die in dem Eisenoxidreaktor (4) nicht vollständig zu Eisencarbid reduziert wurde. Es ist selbstverständlich, daß zusätzliches Eisenoxid mit dem hauptsächlich Eisencarbid enthaltenden Produktreduktionsverfahrens des Eisenoxidreaktors (4) vereinigt werden kann. Alternativ kann der Betrieb des Eisenoxidreaktors (4) so verändert werden, das ein Eisencarbidprodukt erzeugt wird mit einem gewünschten Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid. Auf diese Weise kann eine Beschickung aus festem mineralischem Material (20) dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt werden, die ein gewünschtes Verhältnis Eisencarbid zu Eisenoxid hat, wie unten weiter diskutiert.
Bezugnehmend auf Fig. 2 weist der geschlossene Reaktor (10) ein Reaktorgehäuse oder eine Umhüllung (11) auf, das/die die feste mineralische Materialbeschickung (20) aufnimmt. In bevorzugten Ausführungsformen wird auch ein basisches Oxid (30) vorgesehen, ebenso wie Sauerstoff (21 und 23). Das Reaktionsverfahren erzeugt Eisenkohlenstofflegierung (36) und Schlacke (42), die bevorzugt an entgegengesetzten Enden des geschlossenen Reaktors (10) entfernt werden. In bevorzugten Ausführungsformen wird die entnommene Eisenkohlenstofflegierung (36) anschließend weiter mit legierenden Verbindungen in einem Legierungreaktor (13) legiert, um legierte Produkte zu erzeugen mit Legierungsverfahren, die im Stand der Technik wohlbekannt sind.
Die Reaktion in dem geschlossenen Reaktor (10) erzeugt auch heißes Kohlendioxidgas (CO&sub2;). In bevorzugten Ausführungsformen wird das Kohlendioxidgas (32) aus dem Reaktorgehäuse (11) durch eine Abgasleitung (15) geleitet, die das heiße Kohlendioxid in den Beschickungsvorwärmer (6) leitet, wo die Wärme aus dem heißen CO&sub2; verwendet wird, um das feste mineralische Material vorzuwärmen, bevor das feste mineralische Material in den geschlossenen Reaktor (10) geführt wird.
Die feste mineralische Materialbeschickung (20) wird in das Reaktorgehäuse (11) über einen Mineralbeschickungeinlaßmechanismus (22) geführt. Sobald die feste Materialbeschickung (20), bevorzugt vorgewärmt, in dem Reaktorgehäuse (11) ist, tritt sie in ein geschmolzenes Bad (12), aus geschmolzenem Material ein. Das Bad (12) besteht aus einer unteren, dichteren Eisenkohlenstofflegierungs- oder Metallschicht (14) und einer oberen, leichteren Schlackeschicht (16). Das feste mineralische Material (20) vermischt sich mit dem geschmolzenen Material des geschmolzenen Bades (12) und wird ein Teil davon. Es wird angenommen, ohne daran gebunden zu sein, daß die Komponenten Eisencarbid und Eisenoxid des mineralischen Materials sich tatsächlich in dem geschmolzenen metallischen Material lösen.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird Sauerstoff (21) in das geschmolzene Bad (12) durch unter der Oberfläche liegende oder eingetauchte Injektionsdüsen (24) eingeblasen. Diese Injektionsdüsen (24) sind bevorzugt mit einem Fluid geschützte, unter der Oberfläche liegende Savard-Lee-Sauerstoffinjektoren, wie von Knuppel et al. (U.S.-Patent Nr. 3 932 172), offenbart, dessen Lehre hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Der Sauerstoff (21) wird bevorzugt mit gasförmigem Kohlenwasserstoff, bevorzugt Methangas (CH&sub4;) (nicht gezeigt), geschützt. Beim Eintreten in das geschmolzene Bad (12) reagiert der Sauerstoff (21) exotherm mit Kohlenstoff aus dem Eisencarbid unter Erzeugung von Kohlenmonoxidgas, das in den Dampfraum (17) über dem geschmolzenen Bad (12) eintritt. Gasförmiger Kohlenwasserstoff wird verwendet um den Sauerstoff (21) zu schützen, um das Ausmaß, in dem diese Reaktion direkt benachbart den Injektionsdüsen (24) stattfindet, zu minimieren, damit die Wärme der exothermen Reaktion nicht die Injektionsdüsen (24) beschädigt. Es versteht sich, daß etwas von dem in das geschmolzene Bad (12) injizierten Sauerstoff (21) aus dem geschmolzenen metallischen Material und in den Dampfraum (17) über dem geschmolzenen Bad (12) geleitet werden kann, aber dies ist äußerst unwahrscheinlich. Es ist weiterhin anzumerken, daß obwohl das Kohlenwasserstoffgas, oder Methan, das in das geschmolzene Bad (12) mit dem Sauerstoff (21) eingeblasen wird, technisch eine Quelle für Wärmeenergie ist, dieses Kohlenwasserstoffgas eine nebensächliche Quelle für Wärmeenergie ist und nicht als wesentliche Quelle entweder für Kohlenstoff oder Wärmeenergie der vorliegenden Erfindung angesehen wird. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Methangas (CH&sub4;)(nicht gezeigt) oder andere Kohlenwasserstoffe in beträchtlichen Mengen in den Reaktor (10) eingeblasen werden, bevorzugt in den Dampfraum (17), um eine zusätzliche Energiequelle bereitzustellen, um die Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) anzutreiben. Weitere Energiequellen können auch vorgesehen werden. Diese Quellen schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Kohle, Holzkohle und andere Kohlenstoffquellen, ebenso wie elektrische Energie aus einem Lichtbogen oder anderen elektrischen Einrichtungen ein. In bevorzugten Ausführungsformen ist jedoch zusätzliche Energie nicht notwendig, solange das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid hoch genug ist, um eine autogene Reaktion im Reaktor (10) zu erzeugen. Bevorzugt liefern die exothermen Reaktionen von Sauerstoff und Kohlenstoff aus dem Eisencarbid und Sauerstoff und Kohlenmonoxid mindestens etwa 90%, bevorzugt etwa 95%, bevorzugter etwa 97% und noch bevorzugter etwa 99% und am meisten bevorzugt etwa 100% der Energie, die für die unendliche Fortsetzung der Reaktion in dem Reaktor (10) erforderlich ist.
Sauerstoff (23) wird auch in den Dampfraum (17) über Sauerstoffeinlässe (26) in bevorzugten Ausführungsformen eingeblasen. Der Sauerstoff (23), der in den Dampfraum (17) eingeblasen wird, reagiert mit dem Kohlenmonoxidreaktionsprodukt aus dem geschmolzenen Bad unter Erzeugung von Kohlendioxid in einer exothermen Reaktion. Die Wärme aus dieser Reaktion treibt andere Reaktionen innerhalb des Reaktorgehäuses (11) an.
Die feste mineralische Materialbeschickung (20) wird dem geschmolzenen Bad (12) kontinuierlich zugeführt. Das Beschickungsmaterial (20) kann durch die Oberfläche der Schlacke (16) in die obere Schicht (11) des geschmolzenen Bades (12) zugegeben werden und kann auch (nicht gezeigt) direkt der Metallschicht (14) unter der Oberfläche zugegeben werden. Die Eisenkohlenstofflegierung (36), die durch die Reaktion entsteht, die in dem geschmolzenen Bad (12) stattfindet, wird kontinuierlich über eine Legierungsauslassöffnung (38) an einem Legierungsentfernungsende (39) der Reaktorgehäuse (11) entnommen, das bevorzugt das untere von zwei Enden ist und das Ende, das dem Beschickungsende (40) des Reaktorgehäuses (11) gegenüberliegt. Gleichzeitig wird Schlacke (42) kontinuierlich aus dem Beschickungsende (40) des Gehäuses (11) über eine Schlackeentfernungsöffnung (44) entnommen. Da die Schlacke (42) aus dem entgegengesetzten Ende des geschlossenen Reaktors (10), als die Eisenkohlenstofflegierung (36) entnommen wird, wird eine kontinuierliche Gegenströmung an einer Grenzfläche zwischen der Eisenkohlenstofflegierungsschicht (14) und der Schlackeschicht (16) erzeugt. Dies ist wünschenswert für eine effiziente Entfernung von mineralischen Verunreinigungen aus der Eisenkohlenstofflegierung und die Reduktion des Eisenoxidgehaltes der Schlacke auf einen unteren Pegel, der dem entspricht, der bei der Herstellung von vergleichbaren Konkurrenzprodukten entsteht.
Bevorzugt wird ein basisches Oxid (30), z. B. gebrannter Kalk oder dgl., dem geschlossenen Reaktor (10) über einen Beschickungseinlassmechanismus (28) für basisches Oxid zugeführt. Das basische Oxid (30) ist notwendig, um die Erzeugung der Schlackeschicht (16) zu fördern. Es versteht sich, daß jeder wohlbekannte Einlassmechanismus, um einen Beschickungszugang zu einem geschlossenen Raum zuzulassen, während das Einwandern und Auswandern atmosphärischer Gase und gasförmiger Reaktorprodukte begrenzt wird, verwendet werden kann, um den mineralischen Beschickungsmechanismus (22) und den Beschickungseinlassmechanismus für basisches Oxid (28) zu bilden, einschließlich von Drehluftschleusen, die für diesen Zweck geeignet sind und anderen bekannten Einlasseinrichtungen, die für diesen Zweck geeignet sind, ohne darauf beschränkt zu sein.
Der Reaktor (10) ist soweit geschlossen, wie es notwendig ist, um das Ein- und Auswandern von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten zu verhindern. Heißes Kohlendioxidgas (32) kann aus dem Dampfraum (17) in die Abgasleitung (15) über einen Gasauslassmechanismus (35) strömen. Die Form des Reaktorgehäuses (11) kann variieren, vorausgesetzt, daß eine entsprechende innere Kapazität besteht, um die Bildung eines zweischichtigen oder doppelschichtigen geschmolzenen Bades (12) zuzulassen. Die untere, dichtere Schicht (14) des geschmolzenen Bades enthält die geschmolzene Eisenkohlenstofflegierung, während die leichtere, obere Schicht (16) aus Schlackematerial zusammengesetzt ist. Das Reaktorgehäuse (12) ist bevorzugt so ausgebildet, daß das Entfernungsende (39) etwas unter dem Beschickungsende (40) liegt, so daß der Reaktor (10) leicht entleert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Reaktor (10) aus einer länglichen zylindrischen Reaktorkonstruktion, ähnlich dem Queneau-Schuhmann-(QS)-Reaktor oder einem kontinuierlichen Sauerstoffkonverter, der von Queneau et al. (U.S.-Patent Nr. 4 085 923) offenbart wird. Es versteht sich jedoch, daß andere bekannte Reaktorkonstruktionen die Erfordernisse der Erfindung erfüllen und daß Variationen in der Form des Reaktors nicht als wesentlich für die hier offenbarte Erfindung angesehen werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist der geschlossene Reaktor (10) mit einem Mechanismus (nicht gezeigt) ausgestattet, mit dem das Reaktorgehäuse (11) um 90º um eine Längsachse (nicht gezeigt) gedreht werden kann, um eine Reinigung und Reparatur der eingetauchten Düsen (24) zuzulassen. Auf diese Weise kann das geschmolzene Bad (12) verschoben werden, um einen besseren Zugang zu den Injektionsdüsen (24) zu liefern.
Die bevorzugte mineralische Materialbeschickung (20) für den geschlossenen Reaktor (10) ist ein fein verteiltes festes Material, das Eisencarbid, bevorzugt sowohl Eisencarbid als auch mindestens Spuren von Eisenoxid, zusammen mit geringen Mengen an Ganggestein und anderen Verunreinigungen enthält. Diese Verunreinigungen können Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, metallisches Eisen, freien Kohlenstoff und dgl., einschließen ohne darauf beschränkt zu sein. Das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der festen mineralischen Beschickung kann variieren abhängig von dem Verfahren, das verwendet wurde, um das Eisencarbid in dem Beschickungsmaterial herzustellen. Wenn die Menge an Eisenoxid in dem mineralischen Material (22) kleiner und kleiner wird, kann sich das Gewichtsverhältnis dem Unendlichen annähern. Es gibt jedoch praktisch immer eine geringe Menge an Eisenoxid, auch wenn nur in Spurenmengen. Die mineralische Materialbeschickung für das Reaktorsystem ist bevorzugt in Pulver- oder Körnchenform, mit einer Teilchengrößenverteilung, die bevorzugt in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 10 um liegt, obwohl die Teilchengröße kein beschränkender Faktor für die Durchführung der Erfindung ist.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der mineralischen Materialbeschickung (20) mindestens etwa 2 oder mehr, bevorzugter etwa 3 oder mehr, noch bevorzugter etwa 4 oder mehr. In bevorzugteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann dieses Verhältnis etwa 6 : 1, bevorzugt etwa 8 : 1, und bevorzugter etwa 10 : 1 oder mehr sein. Wenn das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid etwa 18 : 1, bevorzugt etwa 20 : 1 ist, und das mineralische Beschickungsmaterial (20) mindestens etwa 75%, bevorzugt etwa 85%, bevorzugter etwa 90 Gew.-% Eisencarbid enthält, wird angenommen, daß genug Kohlenstoff in dem mineralischen Beschickungsmaterial (20) vorhanden ist, daß keine Notwendigkeit besteht, zusätzliche Energie oder Energiequellen dem Reaktor (10) zuzuführen, um die Reaktionen darin anzutreiben. Es wird jedoch anerkannt, daß das Reaktorsystem (10) betrieben werden kann, wenn ein Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid von weniger als etwa 18 verwendet wird, vorausgesetzt, daß zusätzlicher Kohlenstoff in Form von Kohle, Holzkohle oder dgl., oder irgendeine andere Quelle für Wärmeenergie dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt wird. Wie oben angegeben, ist es jedoch unerwünscht, eine weitere Quelle für Kohlenstoff zuzugeben, aufgrund der Gegenwart von Schwefel und anderen Verunreinigungen in den meisten Kohlenstoffquellen. Solche Verunreinigungen könnten die Verwendung von teuren Emissionskontrollsystemen notwendig machen und könnten zu unerwünschten Verunreinigungen in den Endprodukten führen. Es versteht sich jedoch, daß die Reaktion im Hinblick auf die Energie, die notwendig ist um die Reaktion anzutreiben, um so autarker wird, je größer das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ist.
Kürzlich wurde von Professor Paul Queneau die Möglichkeit vorgeschlagen, einen QSL- Reaktor zu modifizieren (Siehe "The QSL Reactor for Lead and its Pros-pects for Ni, Cu, Fe", Journal of Metals, Dezember 1989, Seiten 30 bis 35), so daß Stahl kontinuierlich aus Eisenoxid hergestellt werden kann. Es versteht sich jedoch, daß vor der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer festen mineralische Materialbeschickung (20), die aus mindestens etwa 50, bevorzugt etwa 60, bevorzugter etwa 70, noch bevorzugter etwa 75, noch weiter bevorzugt etwa 80, noch weiter bevorzugt etwa 90 und am meisten bevorzugt etwa 95 Gew.-% oder mehr an Eisencarbidmaterial besteht, nicht in Betracht gezogen wurde. In bevorzugten Ausführungsformen kann das feste mineralische Material (25) bis zu etwa 98%, bevorzugt etwa 100 Gew.-% Eisencarbid mit Spu renmengen anderer Komponenten, wie Eisenoxid und dgl., enthalten. Der Eisencarbidgehalt kann etwa 50 bis etwa 100%, bevorzugter etwa 65 bis etwa 99%, noch bevorzugter etwa 80 bis etwa 98% und am meisten bevorzugt etwa 85 bis etwa 97 Gew.-% des festen mineralischen Materials (20) sein. Es ist bevorzugt, den Eisenoxidgehalt der festen mineralischen Materialbeschickung (20) zu minimieren, um die Menge an zusätzlicher Energie, die erforderlich ist, um die Reaktionen in dem geschlossenen Reaktor anzutreiben, zu minimieren. Eisenoxide, die in dem Eisencarbid gefunden werden, können Fe&sub3;O&sub4;, FeO und dgl., oder irgendeiner Kombination davon, einschließen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Der Betrieb des Reaktorsystems erfordert die Gegenwart des geschmolzenen Bades (12) aus mineralischem Material innerhalb des geschlossenen Reaktors (10), bevor die feste mineralische Materialbeschickung (20) kontinuierlich zugeführt wird. Dieses Anlaufbad kann mit verschiedenen Mitteln vorgesehen werden. In alternativen Ausführungsformen kann feste mineralische Materialbeschickung (20) dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt werden, um eine Anfangsbeladung von mineralischem Material vorzusehen; es wird jedoch angenommen, daß eine große Menge an Wärme erforderlich ist und dies, wenn überhaupt, nicht leicht erreicht werden kann. Eine solche Anfangsbeladung könnte in den geschmolzenen Zustand durch Zuführung von Wärme aus einer äußeren Wärmequelle umgewandelt werden. Bevorzugt wird jedoch das geschmolzene Bad (12) anfangs aus Schrottmetall, hauptsächlich Stahl, Eisen oder dgl., erzeugt, der geschmolzen wird, um zuerst ein geschmolzenes Bad (12) zu bilden. Alternativ könnte Wärme der festen mineralischen Materialbeschickung aus einer äußeren Wärmequelle zugeführt werden, wenn das mineralische Material (20) dem Reaktor (10) zugeführt wird. Es versteht sich jedoch, daß irgendein System, das ausreichend Wärme zuführt, um ein geschmolzenes Anfangsbad (12) aus metallischem Material in dem geschlossenen Reaktor (10) zu erzeugen, zur Durchführung der vorliegenden Erfindung gehören würde.
Sauerstoff, ein notwendiger Reaktant für dieses System, wird in das geschmolzene Bad (12) aus mineralischem Material, innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) eingeblasen, um die Reaktion von Sauerstoff mit Eisencarbid unter Bildung von Kohlenmonoxid zu erleichtern. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Menge an Sauerstoff (21), die durch verschiedene Injektionsdüsen (24) unter der Oberfläche des geschmolzenen Bades (12) eingeblasen wird, entlang des Reaktors (10) variiert, um ein erhöhtes Oxidationspotential der Metall- und Schlackeschichten (14 bzw. 16) am Entfernungsende (39), verglichen mit dem Beschickungsende (40) des geschlossenen Reaktors (10), zu kompensieren.
Das in dem geschlossenen Reaktor (10) erzeugte Kohlenmonoxid wandert von dem geschmolzenen Bad (12) zu dem Dampfraum (17) innerhalb des Reaktors (10). In bevorzugten Ausführungsformen wird dieses Kohlenmonoxidgas mit Sauerstoff im Dampfraum (17) in einer exothermen Reaktion unter Bildung von Kohlendioxid umgesetzt. Die Quelle für Sauerstoff, um diese Reaktion zu erzielen, kann überschüssiger Sauerstoff sein, der unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Bades (12) eingeblasen wurde, obwohl dies eine unwahrscheinliche Quelle ist, und/oder zusätzlicher Sauerstoff (23), der durch Sauerstoff Injektionseinlässe (26) eingeblasen wird.
Die von der Kohlenmonoxid/Sauerstoffreaktion unter Bildung von Kohlendioxid erzeugte Wärme wird teilweise wieder in das geschmolzene Bad (12) zurückgeführt, um die Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) zu fördern. Kohlendioxid kann den Dampfraum (17) durch den Abgasauslass (35) verlassen. Das in dem Dampfraum (17) gebildete Kohlendioxid, das noch Wärmeenergie enthält, die nicht dem geschmolzenen Bad (12) übertragen wurde, kann weiter verarbeitet werden, um verbleibende Wärmeenergie zu gewinnen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das heiße Kohlendioxidgas in dem Dampfraum (17) durch den Abgasauslass (35) über die Abgasleitung (15), zu dem Vorwärmer (6) geleitet, damit überschüssige Wärmeenergie auf die feste mineralische Materialbeschickung (20) übertragen werden kann. Bevorzugt ist der Vorwärmer (6) ein doppelwandiger Ofen. Es versteht sich jedoch, daß jede Vorwärmkonstruktion, die die Übertragung von Wärmeenergie aus dem heißen Kohlendioxid auf die mineralische Materialbeschickung zuläßt, ausreichend ist.
Die Menge an Kohlenmonoxid, die durch die Reaktion von Eisencarbid mit Sauerstoff, der unter der Oberfläche des geschmolzenen Bades (12) eingeblasen wurde, erzeugt wird, variiert mit dem Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der mineralischen Materialbeschickung (20) und dem gewünschten Kohlenstoffgehalt des Eisenkohlenstofflegierungsproduktes. Es versteht sich, daß daher dieses Verhältnis die Menge an Kohlenmonoxid, das für die exotherme Reaktion mit Sauerstoff unter Bildung von Kohlendioxid verfügbar ist, von der Eisencarbidkonzentration der mineralischen Materialbeschickung abhängt. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in der Beschickung etwa 2 : 1, bevorzugter etwa 4 : 1, noch bevorzugter etwa 8 : 1, noch bevorzugter etwa 10 : 1, noch bevorzugter etwa 15 : 1, noch bevorzugter etwa 18 : 1 oder mehr. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform ist das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ausreichend, daß genug Kohlenstoff dem Reaktorsystem zugeführt wird, um eine ausreichende Wärmeerzeugung in der nachfolgenden Reaktion von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid zu liefern, so daß kein Bedarf für weitere Zuführung von Wärme aus einer äußeren Quelle besteht, um die Reaktion von Eisencarbid/Sauerstoff oder andere Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) anzutreiben. Der Betrieb mit einer äußeren Wärmequelle ist möglich. Es wird jedoch angenommen, daß ein Gleichgewichtszustand innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) erreicht werden kann. So kann das feste mineralische Material (20) kontinuierlich einem Ende (40) des geschlossenen Reaktors (10) zugeführt werden, während Eisenkohlenstofflegierung (36) kontinuierlich aus dem anderen Ende (39) des geschlossenen Reaktors (10) entnommen wird. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Versorgung von Eisenkohlenstofflegierung mit konsistenten physikalischen Eigenschaften und konsistentem Kohlenstoffgehalt erzeugt. Es wird angenommen, daß die Schlackeschicht (16) sich innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) bildet und eine Schicht über der geschmolzenen Eisenkohlenstofflegierungsschicht (14) bildet. Weiterhin kann Schlacke (42) kontinuierlich aus dem geschlossenen Reaktor (10) an dem Beschickungsende (40) des Reaktors (10) entnommen werden. Es wird angenommen, daß das basische Oxid (30) wirksam ist, um eine Schlackeschicht (16) mit geringer Viskosität und geringem Schmelzpunkt aus den Verunreinigungen des metallischen Materials in der Legierungsschicht (14) zu bilden.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird ein bevorzugtes Verfahren für die kontinuierliche Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung beschrieben. Dieses Verfahren schließt die folgenden Stufen ein. Zuerst wird ein geschlossener Reaktor (10) für das Umsetzen des geschmolzenen Mineralmaterials bereitgestellt, wobei der Reaktor (10) den Einlass und Auslass von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten beschränken kann. Der geschlossene Reaktor (10) weist ein geschmolzenes Bad (12) aus metallischem Material und einen Dampfraum (17) über dem geschmolzenen Bad (12) zur Aufnahme gasförmiger Reaktionsprodukte aus dem geschmolzenen Bad (12) auf. Der geschlossene Reaktor (10) schließt weiterhin ein Beschickungsende (40) und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende (39) ein. Als Zweites wird ein festes mineralisches Material (20) kontinuierlich dem geschmolzenen Bad (12) aus metallischem Material in dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt. Als Drittes wird gleichzeitig ein basisches Oxid (30) in das geschmolzene Bad (12) in den geschlossenen Reaktor (10) zugeführt. Als Viertes wird gleichzeitig Sauerstoff (21) mit Kohlenwasserstoff als Schutzgas, bevorzugt mit Methan als Schutzgas, in das geschmolzene Gas (12) aus metallischem Material eingeblasen. Als Fünftes wird gleichzeitig Sauerstoff (23) in den Dampfraum (27) des geschlossenen Reaktors (10) eingeblasen. Als Sechstes wird kontinuierlich Eisenkohlenstofflegierung aus dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende (39) des geschlossenen Reaktors (10) entnommen. Als Siebtes wird kontinuierlich Schlacke aus dem Beschickungsende (40) des geschlossenen Reaktors (10) entnommen. Als Achtes wird heißes Kohlendioxidgas aus dem Dampfraum (17) aus dem geschlossenen Reaktor (10) geleitet, um festes mineralisches Material im Vorwärmer (6) zu erwär men, bevor der Reaktor mit dem festen mineralischen Material (20) beschickt wird. Es versteht sich, daß weitere Stufen und Modifikationen der oben beschriebenen Stufen, die mit der vorliegenden Erfindung, die hier offenbart wird, und den bekannten Herstellungsverfahren, die in den breiten Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, im Einklang sind.
Theoretische thermochemische Berechnungen im Hinblick auf die Eisenkohlenstofflegierungsherstellung mit den hier offenbarten Verfahren wurden durchgeführt. Es wird angenommen, daß diese Berechnungen den chemischen und thermodynamischen Betrieb einer tatsächlichen Ausführungsform der Erfindung darstellen.
Als Basis für diese Berechnungen wird angenommen, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung aus den notwendigen Mengen an Reaktanten auf Basis eines Massenausgleichs oder einer Massebilanz des gesamten Systems erzeugt werden. Die notwendigen Reaktanten werden weiterhin definiert, indem angenommen wird, daß die stöchiometrisch ausgeglichenen Reaktionen, die direkt anschließend gezeigt werden, in dem Reaktor erfolgen. Nach der Liste von Reaktionen ist eine Zusammenfassung anderer Bedingungen und Annahmen, die zu der Berechnung des theoretischen thermochemischen Betriebs des Reaktorsystems verwendet wurden, angegeben. Es ist davon auszugehen, daß die hier abgeleiteten Projektionen, verlässliche Projektionen sind, daß man sich aber nicht vollständig auf sie verlassen kann, ohne weitere Versuche.

Reaktionen, von denen angenommen wird, daß sie in dem Reaktor auftreten

a) 4 Fe&sub3;C(s) + Fe&sub3;O&sub4;() 15 Fe () + 4 CO im Bad
b) Fe&sub3;C(s) + O&sub2;(g) 3 Fe () + CO im Bad
c) CH&sub4; + O&sub2; CO + 2H&sub2; im Bad
d) CaO (s) + SiO&sub2; () CaSiO&sub3; () in der Schlacke
e) Fe () + ½ O&sub2; (g) FeO () in der Schlacke
f) CO (g) + ½ O&sub2; (g) CO&sub2; (g) im freien Raum
g) H&sub2; (g) + ½ O&sub2; (g) H&sub2;O (g) im freien Raum

Andere Annahmen und Basisbedingungen, die verwendet wurden

1. Thermochemische Berechnungen wurden abgeschlossen unter der Annahme von zwei Materialbeschickungszusammensetzungen:

Zusammensetzung 1 Zusammensetzung 2

88% Fe&sub3;C 92% Fe&sub3;C
8% Fe&sub3;O&sub4; 4% FesO&sub4;
1% CaO (MgO) 1% CaO (MgO)
3% SiO&sub2; 3% SiO&sub2;
Weiterhin wurden thermochemische Berechnungen durchgeführt für die Beschickungszusammensetzung 2 bei zwei verschiedenen Beschickungstemperaturen, nicht vorgewärmt bei 298 K und vorgewärmt bei 773 K.
2. Das schlackebildende Oxid, das in diesen Berechnungen verwendet wurde, ist 100% CaO, das mit einer Temperatur von 298 K zugeführt wurde.
3. Der Sauerstoff, der durch Injektoren (24) in das geschmolzene Bad (12) oder den Dampfraum (17) geblasen wird, ist 100% O&sub2; mit einer Beschickungstemperatur von 298 K.
4. Methan (natürliches Gas) wird als Schutzfluid verwendet, um die O&sub2;-Injektoren (24) zu schützen, beeinflusst die thermochemischen Berechnungen jedoch als Kohlenstoff- und Wärmequelle. Es wird angenommen, daß das natürliche Gas 100% Methan ist, das mit 298 K zugeführt wird.
5. Der Kohlenstoffgehalt der erzeugten Eisenkohlenstofflegierung variiert stufenweise von 0,1 bis 0,4%. Der Eisengehalt ist somit 100% minus des Prozentanteils an Kohlenstoff in der Eisenkohlenstofflegierung. Es wird angenommen, daß die Eisenkohlenstofflegierung, die den Reaktor (10) verläßt, eine Temperatur von 1873 K hat.
6. Es wird angenommen, daß das Schlackeprodukt dasselbe CaO : SiO&sub2;-Verhältnis, wie das der Beschickung aufweist: 67 Gew.-% CaO/33 Gew.-% SiO&sub2;. Es wird davon ausgegangen, daß die Schlacke den Reaktor (10) mit einer Temperatur von 1923 K verläßt.
7. Abgase aus dem Reaktor (10) können aus O&sub2;, CO, CO&sub2; und H&sub2;O zusammengesetzt sein, um etwa 100% der Abgase auszumachen. Die relative Konzentration variiert jedoch mit der Beschickungszusammensetzung. Es wird angenommen, daß die Abgase den Reaktor (10) mit 2000 K verlassen.

Stöchiometrische Beziehungen zur Massebilanz

Die Masse muß in dem Reaktorsystem für jedes Element erhalten bleiben. Somit muß die Gesamtsumme der Masse jeden Elements, das in den hereinkommenden Strömen gefunden wird, gleich sein der Gesamtsumme der Masse für jedes Element, die in allen Ausgangsströmen gefunden wird. Die theoretische Massebilanz für jedes Element, das in dem Reaktorsystem gefunden wird, ist unten aufgeführt, wobei hereinkommende Ströme auf der linken Seite der Gleichung aufgeführt sind und herausgehende Ströme auf der rechten Seite. Der Strom, in dem das Element enthalten ist, ist als Index des Elements gezeigt. 1. Fe-Massebilanz: 2. C-Bilanz 3. Sauerstoffbilanz

4. SiO&sub2;-Bilanz

W = W
SiO&sub2; SiO&sub2;
in Mineralbeschickung in Schlacke 5. CaO-Bilanz

6. Wasserstoffbilanz

W = W
H&sub2; H&sub2;
in CH&sub4; in H&sub2;O
injiziert im Abgas
über Injektoren
7. Schlackezusammensetzung (unter der Annahme, daß zugegebenes CaO in diesem Anteil erhalten bleibt):
[Gew.-% CaO/Gew.-% SiO&sub2;]Schlacke = 2.0
8. Es wird angenommen, daß die Gleichgewichtsdaten für die Beziehung des Prozentanteils an Kohlenstoff in der geschmolzenen Eisenkohlenstofflegierung (14) zu dem Prozentanteil an Eisenoxid (FeO), das in der Schlackeschicht (16) gebildet wird, die folgenden relativen Beziehungen zeigen:

%C in Stahl %FeO in Schlacke

0,05 35%
0,10 25%
0,20 12%
0,40 6%
0,80 6%

Theoretische Wärmebilanz

Eine theoretische Gesamtenergiebilanz für das Reaktorsystem wird unten angegeben. Wenn das System als Ganzes betrachtet wird, muß die Energie gleich bleiben. Die Summe aller Wärmezuführungen und Verluste, ob aus Veränderungen der Temperatur der Verbindung oder durch Freisetzung oder den Verbrauch von Wärmeenergie einer chemischen Reaktion, muß gleich Null sein. Ein weiterer Term ΔHVerlust über Reaktorwände wird auch eingeschlossen, um den Wärmeverlust über die Reaktorwand an die Umgebung zu berücksichtigen. Es wird angenommen, daß die Eisenkohlenstofflegierung eine Ausgangstemperatur von 1873 K hat.
[H1873 - H298]Kalk + [H1873 - H298]O&sub2; + [H1873 - HTEinlaß]Fe&sub3;C + [H1873 - HTEinlaß]Fe&sub3;O&sub4; + [H1873 - HTEinlaß]SiO&sub2; + [H1873 - HTEinlaß]Ca + [H1873 - H298]CH&sub4; + ΔHRx&sub1;&sub8;&sub7;&sub3; + ΔHVerlust über Reaktorwände + [H2000 - H1873]Co + [H2000 - H1873]CO&sub2; + [H2000 - H1873]H&sub2;O + [H1923 - H1873]Schlacke
Eine gleichzeitige Lösung der Massebilanzen mit den Zahlen 1 bis 6 plus der oben gezeigten Wärmebilanz kann unter Berücksichtigung der Massebilanz Nummer 7 und der Gleichgewichtsbedingungen Nummer 8 verwendet werden, um Projektionen für den thermochemischen Betrieb des geschlossenen Reaktors (10) zu erzeugen. Um diese Bilanzen aufzulösen, wurden zwei Variable für jede einzelne Gleichung fixiert, dann stufenweise über einen erwarteten Betriebsbereich variiert. Dies sind der Prozentanteil Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt und der Prozentanteil an Wärmeverlust über die Reaktorwände. Der Wärmeverlust über die Reaktorwände variiert von 5 bis 10 bis 15% der Wärmezufuhr aus ΔHRx&sub1;&sub8;&sub7;&sub3; und der Prozentgehalt an Kohlenstoff in der Eisenkohlenstofflegierung wird variiert von 0,1 bis 0,4%. Dies führt zu abhängigen Variablen für Extra-Sauerstoff, der in dem Dampfraum eingeführt wird, der variierende Mengen an CO, die aus dem geschmolzenen Bad (12) stammen, in CO&sub2; und H&sub2; zu H&sub2;O umwandelt. Wenn die Wärmebilanz nicht ausgeglichen ist (z. B. mehr Wärme notwendig ist, als aus den obigen Reaktionen innerhalb des Reaktors (10) verfügbar ist) wird der Bilanz erreicht, indem zusätzliches überschüssiges CO zugegeben wird, um CO&sub2; zu erzeugen. Dies zeigt sich als negativer CO-Austrag.
Bezugnehmend auf die Fig. 4 bis 7 sind die Ergebnisse der Computerprojektionen für diese Masse- und Energiebilanzen über die angegebenen Bereiche graphisch in diesen Figuren gezeigt. Fig. 4 ist eine graphische Darstellung von Projektionen der gleichzeitigen Lösung der Masse- und Energiebilanz, wie oben angegeben, für eine mineralische Materialbeschickungszusammensetzung von 92% Eisencarbid, 4% Eisenoxid und 4% Verunreinigungen. Die Temperatur der mineralischen Materialbeschickung ist 773 K. Die drei Linien zeigen den angenommenen Wärmeverlust über die Reaktorwände von 5, 10 und 15% der erzeugten Wärme. Entlang der horizontalen Achse von Fig. 4 variiert der Prozentanteil an Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt von 0,1 bis 0,4 % für jeden angenommenen Wärmeverlust. Wie oben angegeben, wird davon ausgegangen, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung erzeugt werden. Die vertikale Achse wird verwendet, um den entstehenden Kohlenmonoxidaustrag oder -eintrag, der die Masse- und Energiebilanz erfüllt, aufzutragen. Ein negativer Austrag deutet darauf hin, daß Kohlenmonoxid zugegeben werden muß und mit Sauerstoff umgesetzt werden muß, um die Energiebilanz auszugleichen. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Energiebilanz bei allen Bedingungen, die aufgetragen wurden, ausgeglichen, ohne daß die Zuführung von Wärme aus einer äußeren Quelle notwendig ist.
Fig. 5 ist ähnlich wie Fig. 4, wobei Projektionen für die Lösung der Masse- und Energiebilanz graphisch dargestellt werden und die Variablen doppelt graphisch dargestellt werden; die Beschickungszusammensetzung für das mineralische Material wurde jedoch verändert, um das verfügbare Eisencarbid in der mineralischen Materialbeschickung auf 88% Eisencarbid zu senken. Das in der mineralischen Materialbeschickung vorhandene Eisenoxid wird auf 8% erhöht, während die Verunreinigungen auf 4% gehalten werden. Die Beschickungstemperatur von 773 K und die Annahme, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung erzeugt werden, werden aufrecht erhalten.
Die Wirkung des in der Beschickung vorhandenen Eisencarbids auf die Energiebilanz ist graphisch in den Fig. 4 und 5 dargestellt. An vielen Punkten ist der Austrag von Kohlenmonoxid negativ, was die Notwendigkeit zeigt, weiteren Brennstoff oder Wärme zuzuführen, um die gewünschten Reaktionen zu erhalten.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung von Projektionen, die die nützliche Wirkung einer Vorwärmung der festen mineralischen Materialbeschickung (20) vor der Zuführung in den geschlossenen Reaktor (10) darstellen. Für diese Berechnung wird angenommen, daß die feste Beschickungszusammensetzung 92% Eisencarbid, 4% Eisenoxid und 4% Verunreinigungen aufweist. Es wird weiterhin angenommen, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung erzeugt werden. Der Wärmeverlust über die Reaktorwände wird entweder mit 5% oder mit 10%, wie angegeben, angenommen. Der Prozentanteil Kohlenstoff in der Eisenkohlenstofflegierung variiert von etwa 0,05% bis 0,4% und die Berechnungen werden durchgeführt für Temperaturen der mineralischen Materialbeschickung von 298 K und 773 K. Die vertikale Achse zeigt den Kohlenmonoxidausstoß bei den Reaktionen in dem geschlossenen Reaktor (10), was ein Hinweis ist auf die Notwendigkeit, Wärme oder Brennstoff dem System zuzuführen, wenn der Kohlenmonoxidausstoß negativ ist. In vielen Fällen liefert die Verwendung von Abgasen, um die mineralische Materialbeschickung vorzuwärmen, ausreichend Energie, um die Reaktionen in dem geschlossenen Reaktor fortzusetzen.
Fig. 7 stellt graphisch die Temperaturen der mineralischen Materialbeschickungen dar, bei denen kein zusätzlicher Brennstoff oder keine zusätzliche Wärme dem geschlossenen Reaktor (10) zugeführt werden muß, unter der Annahme, daß der Wärmeverlust verschieden groß ist, wie oben definiert. Wie in den Berechnungen für Fig. 6 ist die Beschickungszusammensetzung 92% Eisencarbid, 4% Eisenoxid und 4% Verunreinigungen, unter der Annahme, daß 1000 kg Eisenkohlenstofflegierung hergestellt werden. Der Prozentanteil an Kohlenstoff in dem Eisenkohlenstofflegierungsprodukt wird auf 0,2% festgelegt. Wenn der Ausstoß an Kohlenmonoxid gleich 0 wird, wird angenommen, daß die Temperatur der mineralischen Materialbeschickung ausreichend ist, damit genug Energie vorhanden ist, um die Reaktionen innerhalb des geschlossenen Reaktors (10) ohne zusätzliche Wärme oder zusätzlichen Brennstoff aus äußeren Quellen fortzusetzen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt, daß man:

(a) eine Reaktoreinrichtung zur Aufnahme und Reaktion von mineralischem Material bereitstellt, wobei die Reaktoreinrichtung einen geschlossenen Reaktor einschließt, der ein geschmolzenes Bad aus metallischem Material enthält, wobei der geschlossene Reaktor das Eintreten und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten beschränken kann;

(b) festes mineralisches Material dem geschmolzenen Bad aus metallischem Material innerhalb des geschlossenen Reaktors kontinuierlich zuführt, sodaß das feste mineralische Material mit dem geschmolzenen Bad aus metallischem Material vermischt wird und ein Teil davon wird, wobei das feste mineralische Material sowohl Eisencarbid als auch mindestens Spurenmengen von Eisenoxid enthält, wobei der Eisencarbidgehalt des festen mineralischen Materials mindestens 50 Gew.-% ist und wobei das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 2 oder mehr ist und

(c) das geschmolzene metallische Material gleichzeitig mit Sauerstoff umsetzt bei einer Temperatur, die ausreicht um Kohlenmonoxid als gasförmiges Reaktionsprodukt zu bilden, wobei die Stufe der gleichzeitigen Reaktion einschließt, daß man Sauerstoff in das geschmolzene Bad von metallischem Material innerhalb des Reaktors einbläst, um die Reaktion des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff des Eisencarbids zu erleichtern, um ein Kohlenmonoxidreaktionsprodukt zu bilden, das anschließend in einen Dampfraum innerhalb des Reaktors, der oberhalb des geschmolzenen Bades angeordnet ist, eintritt.

2. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 1, worin Stufe (c) weiterhin einschließt, daß man gleichzeitig in dem Dampfraum des Reaktors Kohlenmonoxid mit Sauerstoff umsetzt, um Kohlendioxid zu bilden und Energie in Form von Wärme freizusetzen, um die Reaktionen der Stufen (b) und (c) weiter zu treiben.

3. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 2, worin Stufe (c) weiterhin beinhaltet, daß man Sauerstoff in den Dampfraum des Reaktors oberhalb des geschmolzenen Bades einbläst.

4. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 3, worin heißes Kohlendioxidgas, das in dem Dampfraum des Reaktors erzeugt wurde, aus dem Reaktor geleitet wird und verwendet wird, um das feste mineralische Material zu erwärmen vor der Zuführung des festen mineralischen Materials in das geschmolzene Bad.

5. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 2, worin der in Stufe (a) bereitgestellte Reaktor weiterhin ein Beschickungsende und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende aufweist und worin die Reaktion eine Eisenkohlenstofflegierung erzeugt, wobei das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig kontinuierlich einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung aus dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende des Reaktors entnimmt.

6. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 5, worin die kontinuierlich entfernte Eisenkohlenstofflegierung weiterhin mit legierenden Verbindungen vereinigt wird, um physikalische Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.

7. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 5, worin Stufe (b) weiterhin beinhaltet, daß man gleichzeitig ein basisches Oxid in den Reaktor einführt, das wirksam eine Schlackenschicht mit geringer Viskosität und niedrigem Schmelzpunkt aus Verunreinigungen in dem metallischen Material erzeugt und worin ein Teil der Schlacke kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt wird.

8. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 1, worin Eisencarbid im wesentlichen die einzige Quelle für Kohlenstoff in dem festen mineralischen Material ist und worin das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 18 oder mehr ist.

9. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 8, worin das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig Sauerstoff in den Dampfraum des Reaktors oberhalb des Bades einbläst, wobei der Sauerstoff mit dem Kohlenmonoxid in dem Dampfraum reagiert unter Erzeugung von Wärmeenergie.

10. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 9, worin das Kohlenmonoxid und Sauerstoff reagieren unter Bildung von Kohlendioxid, das verwendet wird, um festes mineralisches Material vor dem Eintreten in das geschmolzene Bad aus metallischem Material vorher zu erwärmen.

11. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 1, worin das geschmolzene Bad zwei generell verschiedene Schichten enthält, eine Metallschicht und eine Schlackenschicht, und worin die Menge an Sauerstoff, die in das geschmolzene Bad eingeblasen wird, variiert wird entlang der Länge des Reaktors von einem Beschickungsende für mineralisches Material bis zu einem Ende zur Entfernung von Eisenkohlenstofflegierung durch Verwendung mehrfacher Injektoren, sodaß ein erhöhtes Oxidationspotential innerhalb der Metall- und Schlackenschichten des geschmolzenen Bades am Entfernungsende, verglichen mit dem Beschickungsende, besteht.

12. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 11, worin das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material ausreicht, um ausreichend Kohlenmonoxid herzustellen, wenn das geschmolzene metallische Material mit Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt wird, sodaß das dabei erzeugte Kohlenmonoxid ausreicht, um ausreichend Wärme innerhalb des geschlossenen Reaktors zu liefern, wenn es mit Sauerstoff im Dampfraum umgesetzt wird, um zu bewirken, daß das Verfahren relativ unbegrenzt ohne zusätzliche Zuführung von Wärmeenergie aus einer externen Quelle weiterläuft.

13. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Eisencarbidgehalts des festen mineralischen Materials mindestens 85 Gew.-% ist, und worin das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 18 oder mehr ist und das Eisencarbid im wesentlichen die einzige Quelle für Kohlenstoff in dem festen mineralischen Material ist.

14. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 13, worin das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ausreicht, um eine Menge an Eisencarbid bereitzustellen, die ausreicht, um eine Menge an Kohlenmonoxid zu erzeugen, die ausreichend ist, um eine Menge an Wärmeenergie zu erzeugen, wenn es mit Sauerstoff in dem Dampfraum umgesetzt wird, um die Reaktionen der Stufen (b) und (c) kontinuierlich anzutreiben, ohne weitere wesentliche Zuführung von Wärmeenergie aus einer äußeren Quelle.

15. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 14, worin das Verfahren weiterhin die Stufen umfaßt, daß man gleichzeitig in dem Dampfraum des Reaktors erzeugtes heißes Kohlendioxidgas aus dem Reaktor leitet, um das feste mineralische Material vor der Zuführung des festen mineralischen Materials in das geschmolzene Bad zu erwärmen.

16. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 14, worin bei der Reaktion eine geschmolzene Eisenkohlenstofflegierung und eine geschmolzene Schlacke erzeugt werden, wobei das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig und kontinuierlich einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung aus dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende des Reaktors und einen Teil der Schlacke aus dem Beschickungsende entfernt.

17. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 16, worin sich an die Stufe, bei der man gleichzeitig und kontinuierlich einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung entfernt, eine weitere Stufe anschließt, in der eine legierende Verbindung mit der aus dem abgeschlossenen Reaktor entnommenen Eisenkohlenstofflegierung vereinigt wird, um physikalische Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.

18. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 14, worin Stufe (b) weiter beinhaltet, daß man gleichzeitig ein basisches Oxid, das wirksam eine Schlackenschicht mit geringer Viskosität und niedrigem Schmelzpunkt bilden kann, oberhalb des geschmolzenen Bades aus Verunreinigungen des metallischen Materials in den Reaktor einführt, wobei ein Teil der Schlackenschicht kontinuierlich aus dem Beschickungsende des Reaktors entfernt wird.

19. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 13, worin die Menge an Sauerstoff, die in das geschmolzene Bad eingeblasen wird, entlang der Länge des Reaktors variiert wird von dem Beschickungsende zu dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende unter Verwendung von mehreren Injektoren, sodaß ein erhöhtes Oxidationspotential innerhalb des geschmolzenen Bades am Entfernungsende, verglichen mit dem Beschickungsende, vorhanden ist.

20. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofliegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüch, worin das feste mineralische Material mindestens 60 Gew.-% Eisencarbid enthält.

21. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 20, worin das feste mineralische Material sowohl Eisencarbid als auch mindestens Spurenmengen an Eisenoxid enthält und worin das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 2 oder mehr ist.

22. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 21, worin der Gehalt des festen mineralischen Materials 60 bis 100 Gew.-% Eisencarbid und Spurenmengen von Eisenoxid bis etwa 25 Gew.-% Eisenoxid umfaßt.

23. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 22, worin das Verhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid ausreichend ist, um eine Menge an Eisencarbid bereitzustellen, die ausreicht, um eine Menge an Kohlenmonoxid zu erzeugen, die ausreichend ist um eine Menge an Wärmeenergie zu erzeugen, wenn es mit Sauerstoff im Dampfraum umgesetzt wird, um die Reaktionen der Stufen (b) und (c) kontinuierlich anzutreiben, ohne weitere wesentliche Zuführung von Wärmeenergie aus einer äußeren Quelle.

24. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 23, worin das Gewichtsverhältnis von Eisencarbid zu Eisenoxid in dem festen mineralischen Material mindestens 18 oder mehr ist und das Eisencarbid im wesentlichen die einzige Quelle für Kohlenstoff in dem festen mineralischen Material ist.

25. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 24, worin die Reaktion eine Eisenkohlenstofflegierung erzeugt, wobei das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig und kontinuierlich einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung aus dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende des Reaktors entnimmt, wobei sich an die Stufe, in der man gleichzeitig und kontinuierlich einen Teil der Eisenkohlenstofflegierung entnimmt, eine weitere Stufe anschließt, in der man eine legierende Verbindung mit der aus dem abgeschlossenen Reaktor entnommenen Eisenkohlenstofflegierung vereinigt, um physikalische Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.

26. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 24, worin Stufe (b) weiter beinhaltet, daß man gleichzeitig ein basisches Oxid, das wirksam eine Schlackenschicht mit geringer Viskosität und geringem Schmelzpunkt bildet, oberhalb des geschmolzenen Bades aus Verunreinigungen in dem metallischen Material dem Reaktor zuführt, wobei das Verfahren weiterhin umfaßt, daß man kontinuierlich mindestens einen Teil der Schlackenschicht aus dem Beschickungsende des Reaktors entfernt und wobei die Menge an Sauerstoff, die in das geschmolzene Bad eingeblasen wird, entlang der Länge des Reaktors von dem Beschickungsende zu dem Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende variiert wird unter Verwendung mehrerer Injektoren, sodaß ein erhöhtes Oxidationspotential innerhalb des geschmolzenen Bades am Entfernungsende vorhanden ist, verglichen mit dem Beschickungsende, und wobei das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, daß man gleichzeitig heißes Kohlendioxidgas, das im Dampfraum des Reaktors erzeugt wurde, aus dem Reaktor leitet, um das feste mineralische Material vor der Zuführung des festen mineralischen Materials in das geschmolzene Bad zu erwärmen.

27. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung, wobei die Vorrichtung eine erste Reaktoreinrichtung, um Eisenoxid in Eisencarbid umzuwandeln, und eine zweite Reaktoreinrichtung, um Eisencarbid in Eisenkohlenstofflegierung umzuwandeln, umfaßt, wobei die zweite Reaktoreinrichtung dazu vorgesehen ist, kontinuierlich das in der ersten Reaktoreinrichtung erzeugte Eisencarbid aufzunehmen und einen abgeschlossenen Reaktor einschließt mit einer Gehäuseeinrichtung, um das Ein- und Austreten von atmosphärischen Gasen und gasförmigen Reaktionsprodukten zu beschränken, wobei der abgeschlossene Reaktor ein Gehäuse aufweist mit einem geschmolzenen Bad aus metallischem Material und einem Dampfraum oberhalb des geschmolzenen Bades, der gasförmige Reaktionsprodukte enthält, wobei der abgeschlossene Reaktor weiterhin ein Beschickungsende und ein Eisenkohlenstofflegierungsentfernungsende aufweist, aus dem Eisenkohlenstofflegierung kontinuierlich entnommen werden kann.

28. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 27, worin die zweite Reaktoreinrichtung weiterhin eine Sauerstoffeinlaßeinrichtung aufweist, um Sauerstoff in das geschmolzene Bad und den Dampfraum einzublasen.

29. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 28, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Vorwärmeinrichtung umfaßt, um das Eisencarbid vorzuwärmen, wobei die Vorwärmeinrichtung mit dem Dampfraum des abgeschlossenen Reaktors in Beziehung steht, wobei in dem Gehäuse erzeugte Wärme aus dem Gehäuse durch die Vorwärmeinrichtung geleitet werden kann, um das Eisencarbid vor dem Eintritt in das Gehäuse vorzuwärmen.

30. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Eisenkohlenstofflegierung nach Anspruch 28, wobei die Vorrichtung weiterhin eine dritte Reaktoreinrichtung umfaßt, wobei die dritte Reaktoreinrichtung dazu vorgesehen ist, Eisenkohlenstofflegierung aufzunehmen, die in der zweiten Reaktoreinrichtung erzeugt wurde, um sie mit legierenden Verbindungen zu vereinigen, um die physikalischen Eigenschaften der Eisenkohlenstofflegierung zu verändern.