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Verfahren zur Reduktion von Oxyden inittels Wasserstoffes Im Hauptpatent
ist ein eisengeschlossener Induktionsofen. zur Reduktion von Metalloxyden beschrieben,
bei dem zur gemeinsamen Aufgabe des Minerals und das Reduktionsmittels ein hohlringfürmiger,
all.seitig geschlossener Metallbehälte.-r dient, in dem die sekundären Heizströme
induziert werden und der während des Relduktionsvurganges langsam um seine waagerecht
liegende Achse gedreht wird.
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Es zeigt sich, daß, und hierin besteht die vorliegende Erfindung,
ein derartiger Ofen mit besonderem Erfolg angewendet werden kann, um die an sich
bekannte Reduktion von Oxyden mittels Wasserstoffes durchzuführen, und zwar so,
daß der Wasserstoff vor seiner Einführung in die zu reduzierende Masse im Ofen selbst
vorgewärmt wird. Die Reduktion von Oxyden mit Wasserstoff ist bisher, soweit ersichtlich,
in grbßerem Maßstabe nicht durchgeführt worden, teils weil der Wirkungsgrad völlig
unwirtschaftlich war. wegen der Gefahr von Explosionen. Es zeigt sich tatsächlich,
daß ein guter Wirkungsgrad nur zu erreichen ist, wenn der Wasserstoff und das zu
reduzierende Oxyd in einem vollständig geschlossenen Gefäß innig gemischt werden,
wobei die Gase ununterbrochen in die zu, reduzierende Masse selbst eingeführt werden
und der entstehende Wasserdampf fortlaufend abgeleitet werden muß.
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Eine Ofenbauart, die diesen Bedingungen genügen würde und dabei auch
jedes offene Feuer vermeiden würde, hat es bisher nicht gegeben. Dagegen erweist
sich der Ofen nach
dem Hauptpatent zur Durchführung des geschilderten
Reduktionsverfahrens als besonders geeignet. Duirch die fortwährende Drehung des
geschlossenen Ofens um c-inewaagerecht liegende Achse findet eine auljerordentlich.
innige und gleich--mäßige Mischung der Oxyde -und des Reduktionsmittels statt. Dabei
arbeitet das Verfahren besonders wärrne wirtschaftlich gut, da durch die Vorwärmung
des Wasserstoffes im Reduktionsofen selbst jeder Wärmeverlust, wie er bei überführung
des Wasserstoffes au#3 einem Erhitzer auftreten würde, ausgeschlossen ist. Schließlich
-wird beim erfind-ungsgemäßen Verfahren auch mit einfachsten Mitteln ein unmittelbarer
Zu-#ammenhang zwischen der Vorwärmung des Reduktionsmittels und der Arbeitstempieratur
irn Ofen geschaffen und die MöglIchk-eft von Explosionen so gut wie ausgeschlossen.
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Das Verfahren nach der Erfindung sichaff-t somit insgesamt die Mögliclü#zei-t,
die übliche Art der Oxydreduktion, z.B. bei Eisenerzen, bei welcher das Belhandlungsgut
im Hochofen durch Koks reduziert und geschmolzen wird, erfolgreich zu ersetzen und
daher z.B. Länder, welche Eisenerze, aber keine Kohlenlager besitzen, vom Ausland
unabhängig zu. machen.
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- Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung
dienende Vorrichtung sollen an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert werden.
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Abb. i ist ein Schnitt senk-recht durch die Achse eines Reduktionsofens;
Abb. 2 ist ein Schnitt durch das Gefäß senkrecht zur Drehachse; Abb. 3 zeigt
ein Ventil in größerem. Maßstab. In den Abb. i -und 2 bedeutet 41 das drehbar gelagerte
Gestell eines Transformators, 42 die a-uf die zwei Schenkel verteilte Primürwicklung.
Die Sekundärwicklung wird durch ein iingförmiges Metallgehäuse43 gebildet, das nach
außen du-rch wärmeisolierenden StOff,44 geschützt ist. Dieses ringfrörmige Gefäß43
besitzt eine verschließbare öffnung 45, duirch welche, ein Erz, -wie z. B. Eisenerz,
eingebracht und wieder aus dem Gefäß 43 entfernt werden kann. Die rechte Seite der
Drehachse des Gefäßes ist mit einem Kanal 46 versehen, durch welchen von außen Wasserstoff
zugeführt wird. Die Gaszuführung erfolgt mit Hilfe eines Ringes47, der mittels eines
federnden Zwischenstückes 48 auf die drehende Welle gepreßt wird. Der Kana146 in
der Welle ist mit einer in das Gefäß 43 -und zu drei Ventilen 5 o
f ührenden Rohrleitung 49 verbunden, die das Gas in das Irmere des Gefäßes43
ausströmen lassen. Die drei Ventile 5o sind duTch eine ringförmige Leitung
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miteinander verbunden, in welche die Leitung 49 einmändet, nachdem sie
im Gefäß 43 einen vollständigen Ring 58 beschrieben hat. In
diesern
Teil58 der Züleitung wird der eingeführte Wasserstoff vor Einführung in die Erzmasse
vorgewärmt.
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Die Ventile So werden elektrisch betätigt und besitzen zwei Endstellungen.
Wenn ein Strom durch den jedes Ventil steu-crndein Elektromagnet fließt, wird der
Ventilkö%rper 5 1 gehoben-, und der Innenraum 52 des Ventils mit den
Ausströmdüsen 53 steht mit der oben beschriebenen Gasleitung 57 in
direkter Verbindung. Wird der Stroni unterbrochen, so wird der Ventilkörper Si durch
eine im Elektromagnet befindliche und in der Zeichnung nicht dargestellte Feder
niedergedrückt, bis er au#f den Sitz 54 zu liegen kommt, wodurch die Gaszufuhr abgeschnitten
wird. Gleichzeitig öffnet der Ventilkörper 5 1 oben einen Durchgang
5 5, so daß die Gasie im Ofen duirch die Rohrleitung 56, welche
mit dem Kanal 65 im linken Wellenende verbunden ist, in den Kondensator
59 abfließen kann. Die elektrische Betätigung erfolgt in der Weise, daß die
Gaszufuhr geöffnet ist, wenn die Ventile von der Masse des zu reduzierenden Erzes
bedeckt sind, so daß das Gas diese duirchdringt. Für jedes Ventil 50 wird
die Gaszufuhr geschlossen und der Gasaustritt O'eöffnet, sobald es infolge der Drehbewegungg
Z> b b
aus der Erzmasse herausgetreten ist. Die Austrittsdüsen 53 sind
seitlich angeordnet und tlichterförmig ausgebildet, so daß der fortwährend in Bewegung
befindliche Erzstaub nicht auf sie fallen kann, wodurch möglicherweise Verstopfungen
eintreten könnten. Die Düsen 53 werden vorzugsweise in Flächen angeordnet,
welche zur Drehebene des Gefäßes 43 wenigstens annähernd parallel liegen.
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Die Arbeitsweise dieser Ausführungsart ist felgende: Nachdem so viel
Erz in den Behälter 43 gebra-cht worden ist, daß dieser nicht ganz gefüllt ist,
um ein gutes und fortwährendes Vermischen durch die Drehbewegung zir, erreichen,
wird die Primärwicklung 42 des Transformators 41 unter Spannung ge--etzt und gleichzeitig
der Ofen mit dem Transformator z. B. mittels der Riemenscheibe 6o in langsame Drehung
versetzt. Der magnetische Kraftfluß, der duTch die mittlere Säule des Transformators
hindurchfließt, erzeuTgt im Gefäß 43 einen ' Kurzschlußstrom, der dieses
Gefäß und damit auch das Erz erhitzt. Hat die Temperatur einen bestimmten
Wert erreicht, so wird dem Ofen von der rechten Seite her durch die Leitung 49 WasserstOff
zuggeleitet. Von einer bestimmten Temperatur an besitzt der Wasserstoff eine so
große Verwandtschaft gegenüber dem Sauerstoff, daß er sich mit dem Sauerstoff des
Erzes, z. B. des Eisenerzes, verbindet und zu, Wasserdampf
verbrennt,
wobei das reine Eisen zurückbleibt. Der entstehende Wasserdampl sammelt sich im
oberen leeren Teil des Ofens an und wird durch die Ventile 43 und die Leitung
56 abgeführt. Da der Wasserdampf stets mit Wasserstoff vermischt ist, läßt
man diese Abgase nicht ins Freie entweichen, sondern führt sie in einen Kondensator,
wo durch Abküblung der Wasserdampf in Form von Wasser niedergeschlagen wird und
von.wo aus der zurückbleibende Wasserstoff wieder in den Kreis eingeschaltet werden
kann. Aus dem K ' ondensator 59 wird das kondensierte Wasser durch
eine Leitung6i abgeführt und der zurückbleibende Wasserstoff durch die Leitung
62 zwecks WeiterveTwendung abgeleitet.
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In Abb. i sind rechts die Schleifringe 63
angeordnet für dieStromzufuhr
fürdenTransformaitor. Links befinden sich die Schleifringe64 zur Steuerung der Ventile
und zur Messung Z> der Temperatur im Innern desOfens vermittels eines Thermoelements.
Die äußeren Verschalungen des Ofens müssen natürlich unterteilt und gegeneinander
isoliert werden, um zu verhindern, daß in ihnen Kurzschlußströme entstehen können.
Für die Beschreibung ist der Einfachheit halber ein Einphasenoffen genommen worden.
Das Verfahren läßt sich natürlich ohne weiteres auch auf einen Mdhrphasenofen anwenden.
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Zum Vorwärmen des Wasserstoff es aus der Leitullg 49 könnten natürlich
auch die heißen Abgase benutzt werden, indem nach dem Gegenstromprinzip #ie Zuleitung
durch einen Teil der Ableitung geführt würde.
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Es können mehr als drei Ventile 5o vorgesehen werden, und diese könnten
auch mechanisch gesteuert werden, und anstatt den Einlaß des Wasserstoffes sowie
den Auslaß des Wasserda,nipfes durch den gleichen Ventilkörper steuern zu lassen,
kann für jede dieser Funktionen ein besonderes Ventil vorgesehen würden.
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Es können für die Leitung 58 im Beihälter 43 auch mehrere Windungen
vorgesehen werden.
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Die Primärwicklung 42 des Transformators könnte natürlich auch auf
der mittleren Säule angeordnet werden, was aber den Nachteil bietet, daß die Wicklung
zu stark erhitztwird. Es können natürlich nach dem vorliegenden Verfahren nicht
nur Eisenoi#yde behandelt werden, sondern ganz allgemein Metalloxyde oder auch Oxyde
von Nichtnietallem