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Verfahren zur Erzeugung von Eisen oder Eisenlegierungen oder ähnlichen
schwerschmelzbaren Metallen durch Reduktion von Eisenerzen o. dgl. im chargenweise
betriebenen Trommelofen Es ist bekannt, Eisen oder Eisenlegierungen durch Reduktion
von Eisenerzen in chargenweise betriebenen Trommelöfen herzustellen, in denen die
Beschickung, die aus Eisenerzen und Reduktionsmitteln besteht und die auch noch
Zuschläge wie Kalk u. dgl. enthalten kann, unmittelbar mit heißen Feuergasen erhitzt
wird, bis das Eisen oder die Eisenlegierungen geschmolzen sind. Bei diesem Verfahren
strömen die Ofengase mit sehr hoher Temperatur aus dem Ofen ah. Um ihren hohen Wärmeinhalt
auszunutzen, wurden sie schon zur Vorwärmung'des Erzes, oder der Beschickung in
Muffeln oder kontinuierlich betriebenen Drehrohröfen oder auch zur Beheizung von
Winderhitzern verwertet, in denen die für den Betrieb des Reduktionsofens notwendige
Verbrennungsluft erwärmt wurde. Die Ausnutzung der heißen Abgase des Reduktionsofens
stößt indessen auf erhebliche Schwierigkeiten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß
in allen bisher bekannten Einrichtungen, in denen man die Wärme der Gase ausnutzen
wollte, sich erhebliche Ansätze bildeten oder auch ein Abschmelzen des Mauerwerkes
eintrat. Diese Schädigungen waren darauf zurückzuführen, daß aus dem Reduktionsofen
mit den Abgasen staubförmige Beschickungsanteile und gegebenenfalls Aschen der für
den Betrieb der Ofenfeuerung
verwendeten Brennstoffe bzw. aus der
Beschickung verflüchtigte Stoffe fortgeführt -werden. Diese in den Abgasen fein
verteilten Stoffe treten mit dem Mauerwerk der dem Ofen nachgeschalteten Einrichtung
in Reaktion, wobei entsprechend den jeweiligen Verhältnissen entweder gesinterte
oder geschmolzene Reaktionsprodukte auftreten.
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Es hat sich nun gezeigt, daß diese Sinter-oder Schmelzerscheinungen
nicht mehr auftreten, wenn die Abgase des Reduktionsofens nach Verlassen desselben
zunächst durch eine Vorrichtung geführt «erden, in der sie zur unmittelbaren Erhitzung
von schwerschmelzbaren Stoffen, wie Kalkstein, Dolomit, Magnesit, zu brennendem
Zement-, Schamotteo. dgl. feuerfestem Rohgut, zu sinterndem Zinkoxyd o. dgl. verwendet
werden. Nachdem auf diese Weise die Temperatur der Abgase des Reduktionsofens wesentlich,
z. B. um einige ioo°, herabgesetzt worden ist, können sie, selbst wenn sie noch
erhebliche Staubmengen enthalten sollten, unbedenklich zur Vorwärmung der Beschickung
bzw. des Erzes oder der Verbrennungsluft, z. B. in bisher üblichen Einrichtungen
oder nacheinander zu beiden Zwecken und gegebenenfalls auch noch zur Erhitzung des
Reduktionsmittels, falls dieses gesondert vom Erz und den sonstigen Bestandteilen
der Beschickung vorgewärmt werden soll, benutzt werden.
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Die Vorrichtungrwin denen die schwerschmelzbaren Stoffe mit den heißen
Abgasen des Reduktionsofens erhitzt werden, können als umlaufende, d. h. entweder
ständig in der gleichen Richtung oder abwechselnd hin und her gedrehte Ofen ausgebildet
sein. Vorteilhaft werden Trommelöfen mit chargenweisem Betrieb verwendet, weil sich
gezeigt hat, daß in einem derartigen Ofen störende Sinter-oder Schmelzerscheinungen
am besten vermieden werden können, selbst wenn im Reduktionsofen Erze verarbeitet
werden, die leicht schmelzende Flugstäube liefern oder aus denen bei der Reduktion
große Mengen flüchtiger Stoffe, wie Zinkoxyde, Bleioxyde u. dgl., ausgetrieben werden.
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Der Ofen oder Wärmeaustauscher für die Erhitzung der schwerschmelzbaren
Stoffe w i ' r d zweckmäßig in der Richtung der Reduk# tionsofenachse aufgestellt,
so daß die Ofengase ohne Umlenkung durch den Reduktionsofen und den anschließenden
Wärmeaustauscher strömen können. In manchen Fällen empfiehlt es sich, diesen Wärmeaustauscher
mit vom Eintrittsende zum Austrittsende der Gase abnehmendem Querschnitt auszubilden.
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Werden Kalk, Kieselsäure, Tonerde o. dgl. Stoffe oder Stoffgemische
in dem Wärmeaustauscher mit den Abgasen des Reduktionsofens erhitzt, so können diese
Stoffe anschließend heiß in den Reduktionsofen gebracht werden, falls der Betrieb
des Reduktionsofens derartige Zuschläge erfordert.
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Nach Durchtritt durch den Ofen für die Erhitzung schwerschmelzbarer
Stoffe, ztt denen auch unter Umständen sehr schwer schmelzbare Eisenerze gerechnet
«-erden können, können die Gase des Reduktionsofens z. B. durch ein geneigtes Drehrohr
geführt werden, in dem das Erz für sich oder zusammen mit einem oder mehreren anderen
Bestandteilen der Beschickung im Gegenstrom oder Gleichstrom zu ihnen hindurchgeführt
wird. Anschließend können sie zur Erhitzung des Windes verwendet werden, der dem
Brenner des Reduktionsofens als Verbrennungsluft zugeführt wird. Sie können aber
auch zunächst zur Winderhitzung und dann gegebenenfalls zur Vorwärmung des Erzes
bzw. der Beschickung dienen. Ist danach ihre Temperatur noch hoch genug, so können
sie in weiteren Wärmeaustauschern verwertet werden, z. B. zur Vorwärmung des Reduktionsmittels,
wie Koks oder Magerkohle u. dgl., falls die Vorwärmung des Reduktionsmittels getrennt
von der Erzvorwärmung erfolgen soll, zur Dampferzeugung o. dgl.
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Es steht aber auch nichts im Wege, die Erhitzung der schwerschmelzbaren
Stoffe mit dem aus dem Reduktionsofen austretenden hocherhitzten Gase in einem geneigten
kontinuierlichen Drehrohr durchzuführen oder die Wärmeausnutzung so zu gestalten,
daß im untersten Teil eines derartigen Drehrohres hochschmelzende Stoffe, im oberen
Teil das Erz für sich oder zusammen mit weiteren Beschickungsbestandteilen erhitzt
wird.
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Die Vorwärmung des Erzes bzw. der Beschickung und des Windes kann
auch in anderen bekannten Vorrichtungen geschehen.
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Werden die Beschickungsbestandteile nicht gemeinsam bzw. ein Teil
der Beschickung getrennt von einem anderen Teil vorgewärmt, so erfolgt ihre Mischung
zweckmäßig, bevor sie in den Reduktionsofen eingeführt werden, z. B. dadurch, daß
sie gleichzeitig in einen Bunker oder in ein Beschickungsgefäß gebracht werden oder
auch durch gleichzeitige Einführung in den Reduktionsofen selbst.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung. In dieser
ist beispielsweise eine für die Erfindung geeignete Ofenanlage dargestellt.
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Abb. i ist ein Grundriß, Abb. 2 ein Aufriß, Abb. 3 ein Seitenriß der
Anlage.
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i ist der Trommelofen, in dem die Reduktion der Eisenerze, Nickelerze,
Kupfererze o. dgl. erfolgt. Der Ofen, der, wie an sich bekannt, auf zwei Laufringen
22 in entsprechenden Lagerungen rotiert, ist mit diesen auf einer Drehscheibe 2
angeordnet. so
daß die beiden Stirnseiten des Ofens je nach Bedarf
abwechselnd an den Brenner 3 gebracht werden können. Der Brenner 3 ist ein Kohlenstaubbrenner.
Der Kohlenstaub fließt aus dem Bunker 4 der Leitung 6 zu, durch die er mittels der
durch die Leitung 6 strömenden Erstluft in den Brenner und weiter in die Feuerung
gedrückt wird. Aus der Leitung 5 tritt die Zweitluft zu. Der Ofen i kann entweder
nach Schrägstellen aus hochstehendem Bunker, Kübel o. dgl. oder in der horizontalen
Lage durch eine Beschickungsvorrichtung 7 in bekannter Weise beschickt werden.
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Die Abgase aus dem Ofen i treten mit Temperaturen von etwa 130o bis
1q.00° C in die Trommel 8 ein, in der schwerschmelzbare Stoffe, die bei der Abgastemperatur
noch nicht merklich schmelzen oder verschlacken, erhitzt werden. Beispielsweise
wird Kalkstein in der Trommel 8 erhitzt und gebrannt. Eine besondere Abdichtung
zwischen der Trommel 8 und dem Ofen i ist nicht erforderlich. Es kann hier, insbesondere
wenn die Abgase des Reduktionsofens i noch brennbare Bestandteile enthalten, ein
Spalt bestehenbleiben. Der Ofenzug bewirkt dann, daß durch den Spalt zwischen Ofen
i und Ofen 8 Falschluft eingesogen wird, die zur Nachverbrennung der aus der Reduktionstrommel
i austretenden Gase dient. Der Kalkstein o. dgl. wird zweckmäßig chargenweise z.
B. aus einem darüberliegenden Bunker in die Trommel 8 durch Öffnungen im Mantel
oder in den Stirnseiten der Trommel, die etwa großen Stichlöchern entsprechen, eingelassen.
Der Austrag des totgebrannten Kalkes kann durch dieselben Öffnungen erfolgen.
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Aus der Trommel 8 treten die auf etwa 100o° C abgekühlten Abgase durch
eine Leitung, z. B. den Krümmer g, in die mit einer erweiterten Zone i i versehene
Trommel i o ein. Die Leitung g endigt zweckmäßig erst in der erweiterten Zone i
i oder noch weiter im Innern des Drehofens io: Die Trommel io ist ein langgestreckter
Drehofen, der kontinuierlich arbeitet. In ihm werden beispielsweise die für den
Reduktionsprozeß -vorgesehenen Erze zuerst getrocknet und dann hoch vorgewärmt.
Sie gelangen darauf durch den Zwischenbunker 12 in den darunterstehenden Beschickwagen
13, mit dem das hoch vorgewärmte Erz in die Trommel i gebracht wird.
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Die Aufgabe des Erzes in den Ofen io erfolgt durch das Einlaufrohr
14. Aus dem Drehofen io gelangen die Gase mit Temperaturen von etwa 70o bis 80o°
C durch den Fuchs in einen Winderhitzer, z. B. den Metallrekuperator 16 und von
diesem in den Reduktionsstofftrockner 17. Die Rohrleitung 18 führt die auf etwa
Zoo bis 300° C abgekühlten Gase weiter in die Esse oder, falls die Erze verflüchtigungsfäh.ige
Metalle enthalten, in ein Filter und dann in die Esse. Die zur Verbrennung erforderliche-
Luft wird durch den Ventilator ig und die Kaltluftleitung 2o in den Rekuperator.
16 gedrückt und tritt als vorgewärmte Luft durch die Heißwindleitung 21 in die beiden
Leitungen 5 und 6.
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Der erhitzte Kalk aus der Trommel 8 wird gleichfalls in den Beschickkübel
13 entleert, desgleichen auch der Reduktionsstoff aus dem Vorwärmer 17. Die zugeteilten
Mengen werden genau gewogen und dann unmittelbar oder über einen Zwischenbunker
in den Reduktionsofen i chargenweise eingefüllt.
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Der Vorwärmofen io und die weiter nachgeschalteten Einrichtungen können
so bemessen werden, daß auch ein zweiter oder weitere Eisenreduktionsöfen an diese
Einrichtungen angeschlossen werden können, wie das in der Zeichnung durch die punktierte
Gasleitung 23 angedeutet ist. Diese Gasleitung entspricht dann etwa dem Krümmer
g. Es ist also zwischen ihr und dem zugehörigen Reduktionsofen ebenfalls eine Trommel
8 vorhanden. 24 und 25 sind die Laufringe der Öfen 8 und io, die in bekannter Weise
gelagert und angetrieben werden können.
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Die Arbeitsweise ist beispielsweise wie folgt: Nachdem der Ofen i
beispielsweise mit hoch vorgewärmtem Erz und hoch vorgewärmtem Kalkstein sowie vollkommen
getrocknetem und vorgewärmtem Reduktionsstoff beschickt ist, wird die Feuerung 3
eingestellt. Zu Anfang des Prozesses rotiert der Ofen z langsam. Wenn eine gewisse
Frittung der feinen Erzteilchen erfolgt ist, kann er in schnelleren Umlauf gebracht
werden. Zu Beginn der Charge sind die Abgastemperaturen aus .dem Ofen noch nicht
sonderlich hoch, es empfiehlt sich daher, den Ofen 8 erst später zu beschicken.
Dabei ist es nicht notwendig, daß die Dauer der Behandlung des im Ofen 8 befindlichen
Gutes mit der Chargendauer im Ofen i übereinstimmt. Man kann den Ofen 8 unabhängig
von Ofen i während des Betriebes entleeren und beschicken und das nicht nur einmal,
sondern wenn notwendig zwei- und mehrmals.
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Die Aufgabe für den Drehofen io richtet sich in erster Linie nach
der Menge des im Ofen i verarbeiteten Eisenerzes .oder, falls zwei oder mehrere
Reduktionsöfen mit dem Drehofen io arbeiten, der Menge des in den angeschlossenen
Reduktionsöfen verhütteten Gutes. Der Rekuperator 16 kann so reichlich bemessen
werden, daß er ebenfalls die Verbrennungsluft für zwei Öfen oder mehrere Ofen vorwärmen
kann, dasselbe gilt vom Reduktionsstofftrockner 17. Die Fassung des Kokstrockners
17 kann ebenfalls beliebig gewählt werden, und der Abzug des getrockneten
und
vorgewärmten Gutes hieraus kann unabhängig von der Arbeit des Ofens i erfolgen.
Es können auch vorgewärmtes Erz, heißer gebrannter Kalkstein oder Reduktionskohle
oder zwei oder alle diese Stoffe während der Dauer der Charge in den Reduktionsofen
nachgesetzt werden.
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Die Umgangszahl der Trommel 8 richtet sich ebenfalls nach der in ihr
durchgeführten Arbeit. Sie ist beispielsweise bei dem Entsäuern von Kalkstein außerordentlich
gering, z. B. 1/4 Umdrehung/6 Minuten.
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Die Ausfütterung des Reduktionsofens i kann basisch, neutral oder
sauer sein. Die Ausfütterung der Trommel 8 richtet sich ebenfalls nach der in ihr
zu leistenden Arbeit, dasselbe gilt von der Trommel io. Allgemein kommt man bei
den Trommeln 8 und io mit einfachen feuerfesten Materialien (Chamotte) aus, da der
Verschleiß sehr gering ist und die Kühlung durch das in den Trommeln zu behandelnde
Gut das Futter ausgezeichnet schützt. Da die Abgase den Ofen 8 mit Temperaturen
von etwa iooo° C verlassen, ist auch die Beanspruchung der Verbindungsrohrleitung
bezw. des Krümmers 9 sehr gering. Statt. Eisenerzen können auch andere Erze höher
schmelzender Metalle, z. B. oxydische Nickelerze oder Kupfererze oder entsprechende
Hüttenprodukte oder Abfälle o. dgl., im Reduktionsofen verarbeitet werden.