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Verfahren zur Reduktion von körnigen oder pulverförmigen Erzen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von pulverigen oder körnigen
Erzen ohne vorhergehende Stückigmachung, und Ist besonders geeignet zur direkten
Herstellung von Stahl aus dem Erz in einem einzigen Arbeitsgang ohne Unterbrechung
dies Prozesses bei der Roheisenherstellung.
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Das Verfahren findetVerwendung für die Reduktion von Erzen (oder industriellen
Produkten oder Abfällen) verschiedener Art, und es gründet sich auf dem Prinzip
eines Pulverisierens solcher Stoffe, einer innigen Mischung derselben mit reduzierenden,
Stoffen, z. B. Kohle, schlackenbildenden Stoffen, z. B. Kalkstein, und Korrektionsstoffen,
Aufgabe der Mischung auf ein Bad von geschmolzener Schlacke (oder von .Salzen),
wobei das Bad mit Hilfe von elektrischem Strom durch Eigenwiderstand auf einer hohen
Temperatur gehalten wird. Das entstehende Metall sinkt in den. unteren Teil des
Bades, und die sich bildende neue Schlacke vereinigt sich mit der schon vorhandenen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann man z. B. 65 Gewichtsteile
Eisenerz, 2o Teile Koks und 15 Teile Kalkstein mit kleinen Zusätzen von Pyrolusit
bei z5oo° C verarbeiten und dabei' eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung erhalten, die
sich zur Weiterverarbeitung eignet.
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Der Stromverbrauch ist in der Größenordnung von 25oo kWh pro Tonne
des Erzeugnisses.
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Das Verfahren ermöglicht auch, arme Stoffe zu verwenden, wie Pyritabbrände
und kohlenstoffhaltige Reste, z. B. Holzspäne, Kohlenstaub ad. dgl., verschiedener
Art.
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Der Hauptvorteil des vorliegenden Verfahrens besteht in der Möglichkeit,
Stahl unmittelbar aus Eisenerz (oder aus eisenhaltigen Resten) in einem einzigen
Arbeitsgang herzustellen. .
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht
darin, daß der Kohlenverbrauch vermindert wird, daß Erze und kohlenstoffhaltige
Materialien kleiner und kleinster Stückart (einschließlich Pulver) und minderwertiger
Qualität verwendet werden können, sowie in dien Möglichkeit, mit einer verhältnismäßig
einfachen Einrichtung eine Legierung im flüssigen Zustande zu erhalten, deren Zusammensetzung
nur wenig von der des Enderzeugnisses abweicht, welches durch den bekannten Vorgang
des Frischens in bekannten Stahlöfen gewonnen wird.
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Der erhaltene Stahl fällt sehr rein aus, weil die Möglichkeit besteht,
besonders Phosphor und Schwefel auszuschalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen aus folgenden
Arbeitsvorgängen: a) Man bereitet, entweder unmittelbar im Ofen oder .in einem besonderen
Behälter, eine den Prozeß einleitende Schlacke vor, die einer Hochofenschlacke ähnlich
ist und z. B: durch Einschmelzen einer bestimmten Mischung aus Kalk, Kieselsäure
und Tonerde hergestellt ist.
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b) Man zerkleinert, falls notwendig, zu Pulver oder kleinen Stücken:
Eisenerz (oder eisenhaltigen Industrieabfall), zur Reduktion geeignete Materialien
(im besonderen Kohle) und schlackenbildende Mittel, wie Kalkstein, unter evtl. Hinzusetzen
anderer Mineralien, z. B. Pyrolusit.
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c) Man vermischt mit. entsprechenden Mitteln die unter b genannten
- Materialien innig miteinander. , d) Man schüttet vorstehende Materialien. auf
ein im Ofen: vorbereitetes Bett von schmelzflüssigen Schlacken (s. Arbeitsvorgang
a), die auf hoher Temperatur gehalten werden, so daß eine Schicht von beinahe gleichmäßiger
Stärke entsteht. Man muß dafür sorgen, daß die Beschickung die Oberfläche des Schmelzbades
vollständig bedeckt, im besonderen aber, daß sie in Berührung mit den Wänden gelangt
und nicht allzu stark zusammengepreßt ist, um den Durchgang der Gase nicht zu beeinträchtigen,
daß sie allerdings auch nicht so lose ist, daß sich darin Abzugswege bilden, wodurch
die Gase entweichen können, ohne reagiert zu haben.
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e) Man erhitzt die Schlacke und hält sie auf hoher Temperatur vermittels
Durchgang elektrischen Stromes. Die Schlackenhitze geht auf die darüberliegende
Beschickung über, .deren Bestandteile reagieren, die Erze werden reduziert,,der
Kalkstein geht in Calciumoxyd über und setzt sich mit der Gangart um; es bilden
sich Metall- und Schlackentröpfchen, die durch das Eigengewicht bis auf die Schmelze
gelangen, wobei sie sich zufolge verschiedenen spezifischen Gewichts trennen.
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f) Aus dem unteren Teil des Ofens entnimmt man, fortlaufend oder mit
Unterbrechungen, das sich allmählich bildende Metall.
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g) Durch ein Schlackenstichloch zieht man, fortlaufend oder mit Unterbrechungen,
die Schlacke ab, und zwar so, daß die Stärke der Schlackenschicht im Ofeninnern
ungefähr gleich bleibt. h) Die Beschickung des Ofens wird so durchgeführt, daß die
Stärke der Beschickung im normalen Betrieb z. B. 50 cm beträgt, wenn der
Ofenherd einen Durchmesser von 4 m hat.
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i) Das dem Ofen entnommene Metall kann man erstarren lassen, um es
daraufhin in einen Stahlofen zu bringen. Um Wärme einzusparen und zwecks besseren
Ausbringens ist es jedoch vorzuziehen, das dem Reduktionsofen entnommene flüssige
Metall unmittelbar in einen Stahlofen, z. B. einen vom Heroult-, Siemens-Martin-
oder ähnlichem Typ, zu bringen, wo die Frischung erfolgt, die, wenn sie auch nach
denselben allgemeinen Grundsätzen ausgeführt wird, -die für die Stahlerzeugung aus
Roheisen, Erz und Schrott gültig sind, doch sehr schnell vor sich geht, weil .das
in den Ofen eingeführte Material schon eine Zusammensetzung besitzt, die der des
Endprodukts nahe kommt.
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Wünscht man Spezialstähle herzustellen, so gibt man zweckmäßig Zusätze
zu, während das Material sich noch im Frischofen befindet.
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Ein Salzbad kann beispielsweise derart 'hergestellt werden, @daß Chloride
oder Nitrate (des Natriums oder Kaliums) oder Silikate (vorzugsweise Calciumsilicat)
geschmolzen werden.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
schematisch dargestellt.
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Eine Mischmasehine i erhält,die Materialien aus einem Trichter 2 und
führt sie einem Kanal 3 zu, der sie zu einem Reduktionsofen 4 bringt, worin die
Elektroden 5 eine Schmelze 6 beheizen, auf die .eine Einsatzschicht 7 gelegt ist.
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Die Sehlacke kann durch das Stichloch 8 abgezogen werden, während
,das Metall, das sich bei 9 absetzt, .durch die Öffnung io abgezogen und dem Kanal
i i entlang zum Stahlofen 12 geführt wird, der zur gegebenen Zeit, wie in. der Zeichnung
.durch Strichlinien angedeutet, kippt und das enthaltene Metall in die Gießpfanne
13 gießt. Beispielsweise Anwendung des Verfahrens Zur Inbetriebsetzung -schmilzt
man eine Mischung aus 44% Calciumoxyd, 37% Kieselsäure, 12o/0 Tonerde (Rest Verunreinigungen).
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Man erhält eine Schlacke mit folgernder ungefährer Zusammensetzung:
43,7'/o Ca O, 2,98% Mg O, 36,5'/0 Si 02, !i 1,5 % A12 0s.
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Man führt zur Erzeugung von i t frischfähigen Rohstahls in den Ofen
eine Beschickung ein, die aus folgenden innig vermischten Stoffen besteht: 170o
kg Eisenerz mit 59,5 % Fe, @.io % Si 02, 30/0 Ale 03, 0,7% Mn, i % S -F P -I- weitere
Verunreinigungen, 30o kg Kohle oder Koks in Stückgröße o bis io mm mit 80% gebundenem
Kohlenstoff, 8% Si 02, 3% A1203, 2% Mg O, 6% flüchtige Bestandteile und i %, S -h
P, 46o kg Kalkstein mit 5 i % Ca O, 40 0/a C02, 1, 5 % A12 03, 3 % S i 02 und :2,5
% Mg O.
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Aus dem Ofen tritt ein Gas aus, welches 540 kg Kohlensäure (wovon
40o aus der Reduktion und 14o aus der Zersetzung des Kalksteins stammen)
sowie
:270 kg Kohlenoxyd, dazu noch verschiedene Verunreinigungen und kleine Mengen
Wasserdampf enthält.
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Die Gastemperatur am Austritt beträgt nur einige Zehnergrade über
Raumtemperatur.
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Aus, ,dem Reduktionsofen gewinnt man i t Rohstahl mit folgender Zusammensetzung:
97,20/0 Eisen, 1,5% Kohlenstoff, 0,70/a Mangan, 0,5% Silicium, weniger als 0,1%
Schwefel -I- Phosphor.
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Das Metall verläßt den Ofen. mit einer Temperatur von ungefähr 140o°
C und die Schlacke mit einer solchen von ungefähr I550°' C.
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Im Falle, daß die Überführung des Metalls zum Frischofen vermittels
einer Gießpfanne erfolgt, muß das Metall bei einer höheren Temperatur abgezogen
werden, um der Abkühlung auf dem Transport Rechnung zu tragen.
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Die abgezogene Schlacke hat eine Zusammensetzung von ungefähr 43,7%
Ca0, :2,:28'/0M90, 36,5 % Si 02, I I,5 % A12 03, 2,62 % Fe O, I,75 % MnO und
0,870/0 Schwefel.
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Bemerkenswert ist der niedrige Gehalt an Eisenoxyd in der Schlacke,
was auf eine gute Ausnutzung des Eisengehalts des Ausgangsmaterials hindeutet.
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Bei der Erzeugung von i t Stahl entstehen ungefähr 570 kg Schlacke.
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Das Frischen in einem Ofen .des Heroult- oder Flammenofentyps unter
Zusatz von ausgelesenem Schrott oder Erz ist mit Rücksicht auf die erhebliche Reinheit
der Schmelze und den verhältnismäßig niedrigen Gehalt von Kohlenstoff von kurzer
Dauer.
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Das Frischen im Stahlofen erfolgt nach der bekannten Technik.
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Die Vorteile des Verfahrens sind die Wirtschaftlichkeit des Betriebes,
die Möglichkeit der Verwendung von pulverförmigem Erz, -das ev t1. einen Anreicherungsprozeß
durchgemacht hat und daher arm an Gangart ist, die Möglichkeit der Verwendung eines
billigen kohlenstoffhaltigenMaterials als Reduktionsmittel. Außerdem gestattet das
gewonnene Erzeugnis, dank seinem sehr niedrigen Gehalt an Schwefel und Phosphor,
eine rasche Überführung in die gewünschte Stahlart.
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Die vorliegende Erfindung ist lediglich beispielsweise an Hand der
vorstehenden Beschreibung einer bevorzugten, aber keineswegs einzig möglichen Ausführungsform
erläutert worden.