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Verfahren zur Erzverhüttung im Niederschachtofen Bei der Verhüttung
von Erzen sind durch die Verwendung von Sauerstoff an Stelle von Luft Vorteile zu
erzielen. Die Befreiung der Luft von dem großen Stickstoffballast führt zu einer
entsprechend intensiveren Verbrennung bzw. Vergasung vor den Düsen und zu einer
ausgeprägteren Wärmekonzentration in der Düsenebene. Demgegenüber fällt infolge
der starken Verringerung der erzeugten Gasmenge die Temperatur in Richtung der Gicht
sehr schnell ab. So hat man festgestellt, daß bei dem üblichen Blashochofen eine
Sauerstoffanreicherung des Windes auf etwa 30 v. H. einen Rückgang der Austrittstemperatur
des Gichtgases auf etwa ioo' C bewirkt; eine weitere Steigerung des Sauerstoffzusatzes
würde Störungen im oberen Teil des Hochofens auslösen. Durch eine entsprechende
Verkürzung der Schachthöhe kann ein Ausgleich geschaffen werden. Bei ausschließlicher
oder vorzugsweiser Verwendung von Sauerstoff tritt daher der Niederschachtofen an
die Stelle des Blashochofens.
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Im Schacht des Blashochofens wird eine erhebliche Schachtarbeit geleistet.
Die in den Hochofen eingebrachten Bestandteile der Beschickung werden durch die
in den aufsteigenden Gichtgasen enthaltenen Mengen an fühlbarer Wärme auf die im
unteren Teil des Hochofens vor sich gehende Reduktion und Ausschmelzung sowie auf
die damit zusammenhängenden Reaktionen vorbereitet. Für diese wichtige Schachtarbeit
besteht in dem ganz oder vorzugsweise mit Sauerstoff betriebenen Niederschachtofen
keine Mög-
lichkeit.
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Nach der Erfindung wird diese Schachtarbeit aus dem Niederschachtofen
herausverlegt, wobei für sie auch nicht der kostspielige Sauerstoff verwendet zu
werden braucht, vielmehr mit Abwärme od. dgl. gearbeitet
werden
kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch diese Verlegung der Schachtarbeit
und insbesondere durch Auswahl oder Herrichtung des Brennstoffes eine wesentliche
Verbesserung der Leistung des Niederschachtofens herbeigeführt werden kann.
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Bei der bisher üblichen Verhüttung von Erzen unter Verwendung von
Luft bzw. Heißwind kommen auf i Teil SauerstOff 4 Teile Stickstoff als Ballast.
Durch Übergang auf den Sauerstoffbetrieb wird in der Zeiteinheit annähernd die fünffache
Menge Sauerstoff in die Verhüttungseinrichtung eingeführt, und demgemäß könnte vor
den Düsen etwa die fünffache Menge von Brennstoff vergast werden, wenn die dem Brennstoff
eigene Reaktionsfähigkeit eine derartige Steigerung der Vergasungsgeschwindigkeit
zulassen würde. Mit dem heute praktisch ausschließlich verwendeten Hochtemperaturkoks
und seiner bekannt trägen Reaktionsfähigkeit ist dieses Ziel nicht zu erreichen.
Der beim Sauerstoffbetrieb im Niederschachtofen zum Einsatz kommende Brennstoff
muß erfindungsgemäß eine höhere Reaktionsfähigkeit besitzen, als sie dem Hochtemperaturkoks
eigen ist. Der ideale Brennstoff für diese Zwecke wäre die Holzkohle. Als brauchbarer
Ersatz können vor allem die Schwelkokse von Torf sowie von Braun- und Steinkohle
dienen. Die hohe Reaktionsfähigkeit derartiger Brennstoffe führt zu wesentlich höheren
Vergasungsgeschwindigkeiten und verursacht damit zugleich eine wesentliche Steigerung
der Durchsatzleistung im Vergleich zu dem mit Hochtemperaturkoks beschickten Niederschachtofen
mit Sauerstoffbetrieb.
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Neben dem Grade der Reaktionsfähigkeit des Brennstoffes ist das Ausmaß
der Reduktionsfähigkeit der zu verhüttenden Erze von bestimmendem Einfluß auf die
Ablaufgeschwindigkeit des Reduktionsprozesses und damit auf die Durchsatzleistung
der Verhüttungseinrichtung. Grundsätzlich wird die Reduktionsfähigkeit eines jeden
Erzes durch Vergrößerung seiner Oberfläche, d. h. durch eine Zerlegung in
kleinere Stücke, erhöht. Die Reduktionsfähigkeit erfährt eine weitere Steigerung,
wenn eine möglichst große Oberfläche des zu reduzierenden Erzes in einen unmittelbaren
Kontakt mit entsprechend großen Oberflächen des Reduktionsbrennstoffes gebracht
wird. Wenn feinkörniges Erz und feinkörniger Reduktionsbrennstoff in inniger Vermischung
in möglichst enger Kontaktberührung stehen, so wird ein Höchstmaß von Kontaktwirkung
und damit von Reduktionsgeschwindigkeit erreicht. Dieses Ziel wird um so mehr erreicht,
je reaktionsfähiger der Brennstoff ist.
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Die praktische Folgerung aus dieser Erkenntnis besteht in der Herstellung
eines Mischbriketts, in welchem sowohl der zu reduzierende Eisen- oder Metallträger,
also Feinerz, Gichtstaub u. a., als auch der feinkörnige Brennstoff enthalten sind
und mit größter Oberfläche in engstem Kontakt miteinander stehen. Die Bestimmung
der Stückgröße und Stückform dieser Mischbriketts erfolgt in Anpassung an die Dimensionen
des Niederschachtofens, weil bekanntlich eine richtige Stückgröße von günstigem
Einfluß auf den Ablauf des Vergasungs- bzw. Verhüttungsprozesses ist. Entscheidend
ist, daß die Herrichtung dieses Mischbriketts bis zum vergasungs- bzw. verhüttungsreifen
Zustand außerhalb des Niederschachtofens erfolgt, damit nach der Beschickung keinerlei
Schachtarbeit mehr zu leisten ist und der eigentliche Vergasungs- bzw. Verhüttungsprozeß
ohne Verzug beginnen kann.
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Infolge einer derart weitgehenden Einsparung der Schachtarbeit kann
die für derartige Verhältnisse erforderliche Höhe des Schachtes sehr gering sein
und braucht nicht mehr als 2 bis höchstens 3 m über Düseriebene zu betragen.
Trotz dieser geringen Schachthöhe kann die Durchsatzleistung je Quadratmeter
Querschnitt üi der Düsenebene das Mehrfache gegenüber dem mit Hochtemperaturkoks
beschickten und mit Heißwind betriebenen Blashochofen betragen.
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Der erfindungsgemäß geforderte »vergasungs- bzw. verhüttungsreife
Zustand«der Beschickung des Niederschachtofens bei ganz oder vorzugsweiser Verwendung
von Sauerstoff ist durch das vollständige oder vorzugsweise Vorliegen folgender
Merkmale für möglichst sämtliche Bestandteile der Beschickung, also einschließlich
des Brennstoffes, gekennzeichnet: a) Weitgehende Freiheit von allen Ballaststoffen,
die sich durch mechanische oder thermische Aufbereitungsmaßnahmen entfernen oder
mindern lassen. Vor allem sollen erfindungsgemäß diejenigen Ballaststoffe durch
eine Vorbehandlung entfernt werden, deren Verarbeitung stark wärmeverbrauchend ist,
wie beispielsweise das Austreiben von grobem und chemisch gebundenem sowie von Hydrat-Wasser,
ferner von Kohlensäure des Erzes und/oder des Kalkzuschlages u. a.
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Zusätzlich vorteilhaft ist es, wenn alle oder wenigstens einzelne
wesentliche Bestandteile der Beschikkung dem Niederschachtofen in erwärmtem Zustand
aufgegeben werden, wie dies z. B. bei der Zuführung mit Hilfe eines entsprechend
beheizten Trockenbandes oder im Anschluß an eine Röstung des Erzes oder eine Schwelung
des rohen bitumiriöseri Brennstoffes der Fall sein kann, oder wenn Feinerz und Feirikohle
nach vorhergehender Mischung und Brikettierung einer gemeinsamen Wärmebehandlung
als Mischbrikett unterworfen worden sind.
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b) Möglichst hohe Reaktionsfähigkeit des Brennstoffes und eine
entsprechend große Reduktionsfähigkeit des Erzes. Auf seiten des Brennstoffes ist
dies beispielsweise durch eine entsprechende Auswahl zu erreichen, indem Holzkohle,
Torfkoks oder Schwelkokse aus Braun- oder Steinkohle an der Stelle von Hochtemperaturkoks
verwendet werden. Auf seiten des Erzes kann eine Verbesserung der Reduktionsfähigkeit
durch eine an sich bekannte Wärmebehandlung, z. B. durch Erhitzen oder Rösten, oder
auch durch Behandlung mit geeigneten Stoffen, beispielsweise durch ein Imprägnieren
des Erzes mit Abfallkohlenwasserstoffen od. dgl., bewirkt werden.
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Eine weitere, gegebenenfalls zusätzliche Maßnahme kann in der Vergrößerung
der Oberfläche von Brennstoff und Erz, z. B. durch eine entsprechende Zerkleinerung,
bestehen, wobei eine anschließende irinige Verrnischung von feinkörnigem Erz und
feinkörnigem Brennstoff und eine Brikettierung dieses Gemisches mit oder ohne Zusatz
eines Bindemittels und von
sonstigen Bestandteilen des Möllers,
z. B. Kalk, vorgesehen sein kann.
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c) Die unter Beachtung der vorstehend angeführten Gesichtspunkte vorbereiteten
Bestandteile der Beschickung müssen ferner von einer möglichst gleichmäßigen, dem
Querschnitt des Niederschachtofens angepaßten Stückgröße sein, wobei die Formbeständigkeit
dieser Stücke auch bei den in der Vergasungs-bzw. Reduktionszone herrschenden hohen
Temperaturen, d. h. annähernd bis zur Auflösung des Brennstoffes vor den
Düsen und seine Umwandlung in die Gasform, erhalten bleiben muß. Insbesondere der
Brennstoff oder das den Brennstoff enthaltende Mischbrikett muß diese hinreichende
Wärmebeständigkeit besitzen, damit sich eine gleichmäßige und gut entwickelte Vergasungs-
bzw. Reduktionszone über der Düsenebene ausbilden und erhalten kann.
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Für die Auswahl des Brennstoffes und die Erzeugung von Mischbriketts
unter Beachtung der erforderlichen Wärmebeständigkeit der Stückform körmen folgende
Richtlinien gelten: Gleichmäßig stückige Schwelkokse von einer für die Verwendung
im Niederschachtofen geeigneten Stückgröße sowie von guter Wärmebe-ständigkeit dieser
Stückform, ferner von guter Reaktionsfähigkeit stehen sowohl in deri Brikett-Schwelkoksen
aus Braun- und Steinkohlen als auch in den original stückigen. Steinkohlen-Schwelkoksen
bereits zur Verfügung oder können nach erprobten Verfahren in ausreichenden Mengen
hergestellt werden.
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Die erforderliche Wärmebeständigkeit der Mischbriketts aus Feinerz
und feinkörnigem Brennstoff kann entweder durch eine entsprechende Auswahl eines
wärmebeständigen Bindemittels oder durch die bakkenden Eigenschaften des im Brikett
enthaltenen Brennstoffes oder auch durch die im Anschluß an die Brikettierung erfolgende
Erhitzung sowie durch eine geeignete Mischung dieser drei Gruppen von Maßnahmen
herbeigeführt werden. Unter »wärmebeständigen Bindemitteln« sind solche Bindestoffe
zu verstehen, die bei einer Erwärmung eintrocknen, abbinden oder sonst erhärten,
wie dies beispielsweise bei einem Gemisch von Sulfitablange und Ton der Fall ist.
Eine grundsätzlich andere Art von Bindemitteln ist in schwersiedenden. Kohlen,-wasserstoffen,
wie beispielsweise in den Rückständen der Teer- und Erdöldestillation, der Brennstoffhydrierung,
ferner in asphaltartigen Stoffen zu sehen, die bei einer sehr schnellen Erhitzung
des Briketts nicht abdestillieren können, sondern unter dieser Bedingung innerhalb
des Mischbriketts unter Bildung eines sehr festen und hinreichend wärinebeständigen
Pechkokses verkracken oder verkoken und ein Bindemittelskelett bilden, das dem Mischbrikett
die verlangte Wärmebeständigkeit für die Vergasungszone im Niederschachtoferi verleiht.
Wenn ein Brennstoff von ausreichender Backeigenschaft im Mischbrikett enthalten
ist, so wird - vor allem bei einer genügend schnellen Erhitzung des Mischbriketts
auf Schwel- oder Verkokungstemperatur - aus der Kohle ein so starkes Koks-
oder Schwelkoksgerüst gebildet, daß die Bedingung der ausreichenden Wärinebeständigkeit
in solchem Falle erfüllt ist. Als besonders geeignet für diese letzte Ausführungsform
haben sich Steinkohlen mit einer so starken Blähneigung erwiesen, daß sie aus diesem
Grunde für den Einsatz in den üblichen Kokereieinrichtungen zur Erzeugung von Hochtemperaturkoks
oder Schwelkoks ungeeignet sind.
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Wenn dem mit Sauerstoff betriebenen Niederschachtofen die Beschickung
in dem vorstehend beschriebenen *vergasungs- bzw. verhüttungsreifen Zustand« zugeführt
wird, so ist jede störende Schachtarbeit überflüssig, und die Aufgabe und der Zweck
des Niederschachtofens bleibt auf eine Vergasung oder Verhüttung mit höchstem technischem
und wirtschaftlichem Wirkungsgrad beschränkt. Die Leistung des Niederschachtofens
erreicht dadurch das höchstmögliche Ausmaß.
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Erfindungsgemäß steht nichts im Wege, dem Niederschachtofen außer
dem Sauerstoff noch andere Stoffe, z. B. Wasserdampf, Kohlensäure oder sonstige
dampf-oder gasförmige Stoffe oder auch Kohlenstaub od. dgl. entweder in unmittelbarer
Mischung oder aber getrennt vom Sauerstoff, zuzuführen, falls eine weitere Steigerung
des technischen oder wirtschaftlichen, Wirkurigsgrades des Niederschachtofens im
Einzelfall dadurch erreicht werden. karm. So kann es beispielsweise von Vorteil
sein, überhitzten Wasserdampf einzuführen, um durch seine Zerlegung einen höheren
Gehalt des Gichtgases an Wasserstoff zu bewirken, wenn dieses Gichtgas als ein Rohgas
für die Gassynthese in Aussicht genommen ist.
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Es ist bekannt, den Möller oder einige Bestandteile desselben vorzubereiten,
um den Hochofen von. einem Teil der Schachtarbeit zu entlasten. Anlaß zu derartigen
Vorschlägen und Maßnahmen waren in erster Linie die großen Mengen von Ballaststoffen,
mit denen eisenarme Erze belastet sind. Die durch eine geeignete Möllervorbereitung
erreichte Herabsetzung der Schachtarbeit hat eine beachtliche Einsparung von Hochofenkoks
zur Folge und macht in Einzelfällen die Verhüttung von minderwertigen Erzen überhaupt
erst wirtschaftlich möglich. Die bisher vorgeschlagenen Maßnahmen zur Vorbereitung
des Möllers beziehen sich in physikalischer Hinsicht hauptsächlich auf ein Klassieren
der einzelnen Möllerbestandteile, um den Hochofen mit Stoffen von möglichst einheitlicher
Korngröße beschicken zu können, und in chemischer Hinsicht auf eine Beeinflussung
der stofflichen Zusammensetzung der Beschickungsbestandteile, wobei die Wärmebehandlung
zwecks Austreibung der flüchtigen Ballaststoffe im Vordergrund steht. Rösten, Sintern,
Brennen des Kalkzuschlages usw. sind neben der naß-mechanischen und magnetischen
Aufbereitung der Erze die bekannteren der zahlreichen Maßnahmen.
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Eine besondere Auswahl oder Herrichtung des Brennstoffes, der beim
Sauerstoffbetrieb als Heiz- und Reduktionsstoff dienen soll, ist dagegen noch nicht
vorgeschlagen worden, ebensowenig der grundsätzliche Gedanke, die Schachtarbeit
in bezug auf die anderen, nicht die Zuschläge betreffenden Beschickungsteile aus
dem Niederschachtofen herauszuverlegen.
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Ausführungsbeispiel I iookg feirikörniger Braunkohlenschwelkoks von,
o bis 3 mm Korngröße mit io v. H. Wassergehalt werden
mit
8o kg naß-mechanisch aufbereitetem und angetrocknetem oder vorerhitztem Feinerz
von o bis 5 mm Korngröße sowie mit 30 kg Gichtstaub innig gemischt
und unter Zusatz von 12 kg Sulfitablauge von 3o' B6 und 3 kg Tonmehl
auf einer Eiformpresse zu Briketts von 5o g Stückgewicht verpreßt. Die Preßlinge
fallen nach dem Verlassen der Presse auf ein Förderband, das sie durch einen Kanalofen
hindurch zur Aufgabevorrichtung des Niederschachtofens bringt. In dem Kanalofen,
der mit irgendeiner Abfallwärme - zweckmäßigerweise mit inerten Rauchgasen
- beheizt wird, werden die Preßlinge vollständig getrocknet und auf etwa
25o bis 300' C erhitzt, wobei die Sulfitablauge in Zellpechkoks umgewandelt
wird und das Mischbrikett eine gute Porosität erhält. Die heißen und sehr reaktionswilligen
Mischbriketts werden in einem Ausgleichs- oder Zwischeriburiker bis zur Aufgabe
in den Niederschachtofen aufbewahrt. Dieser Ausgleichsbunker kann zur Verhütung
von Selbstentzündung unter Verschluß von Inertgasen stehen, wie dies beispielsweise
im Trocknungsteil der Braunkohlenbrikett-Spülgasschwelöferi geschieht. Zur Herstellung
des Verhältnisses i: : i von Fe : C innerhalb der Gesamtbeschickung
kann dem Niederschachtofen neben den Mischbriketts ein bestimmter Anteil an stückigem
Schwelkoks oder Stückerz oder stückigen Zuschlägen, z. B. Kalk, zugeführt werden.
Ausführungsbeispiel II iookg einer stark blähenden bituminösen Steinkohle in der
Korngröße o bis 5 mm und mit 2 v. H. Wassergehalt werden mit ioo
kg geröstetem Feinerz von o bis 3 mm Korngröße und 5o kg Gichtstaub
innig gemischt und unter Zusatz von io kg gebranntem und gemahlenem Kalk
und 14 kg Siederückstand der Teerdestillation zu 5o-g-Briketts verpreßt,
wobei das Brikettiergut vor dem Verpressen durch Einführung von überhitztem Wasserdampf
auf etwa go' C
angewärmt worden war. Die Briketts werden anschließend einer
Verschwelung oder Verkokung, beispielsweise bei 75o' C, unterworfen, wobei
besonders darauf Bedacht genommen wird, daß die angestrebte Temperaturhöhe möglichst
schnell erreicht wird. Dies kann entweder in an sich bekannter Weise durch Anwendung
von besonders schmalen Verkokungskammern oder dadurch erfolgen, daß die erforderliche
Schwel- bzw. Verkokungswärme durch einen feinkömigen inerten Stoff von hoher Wärmekapazität,
z. B. erhitzten Sand, unmittelbar an die Briketts herangetragen wird. Die heißen
verschwelten bzw. verkokten Briketts werden entweder unmittelbar in den Niederschachtofen
eingetragen oder - gegebenenfalls nach einer möglichst geringen Abkühlung
- wie im Ausführungsbeispiel I in einen Ausgleichsbunker eingebracht.