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Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm Die Erfindung bezieht sich
auf die Herstellung von Eisenschwamm, insbesondere aus solchen Erzen, die sich wegen
ihrer Gangart nicht zum Verschmelzen eignen. Eisenschwamm ist bekanntlich rein,
da er bei verhältnismäßig niedriger Temperatur hergestellt ist. Zum Unterschied
von im Kokshochofen erzeugtem Eisen ist es möglich, mit Eisenschwamm hochwertige
Fertigerzeugnisse zu erzeugen.
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Es ist bekannt, Eisenschwamm aus Eisenerzen .durch Reduktion der Eisenoxyde
mittels heißer reduzierender Gase zu gewinnen. Die zur Reduktion benutzten Gase
werden bei diesem bekannten Verfahren im Kreislauf nacheinander durch eine Erhitzereinrichtung,
einen zum Umwandeln der Kohlensäure in Kohlenoxyd dienenden Gaserzeuger und danach
durch den Erzreduktipnsraum geleitet. Die in dem Erzreduktionsraum entstehenden
kohlen säurereichen Gase werden ,durch Umsetzen mit dem Kohlenstoff des Gaserzeugers
bei ,geeigneten Temperaturen in Kohlenoxyd umgewandelt, und das auf diese Weise
erzeugte reduzierende Gas wird dann von neuem in .den Erzreduktionsraum eingeführt.
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Bei den bisherigen Versuchen zur praktischen Durchführung eines solchen
Eisenschwammherstellungsverfahrens (vgl. Stahl und Eisen 1932, Seite 457
ff.) hat man zum Umwandeln der Kohlensäure in Kohlenoxyd einen mit Steinkohlenkoks
beschickten Gaserzeuger benutzt. Dadurch ergab sich die Notwendigkeit, die Gastemperatur
zwecks hinreichender Umwandlung der Kohlensäure in Kohlenoxyd sehr hoch zu halten
und zur Erhitzung des im Kreislauf gehaltenen Wälzgases elektrische Lichtbogenöfen
zu benutzen. Das gesamte Verfahren mußte infolgedessen auf einer Temperaturstufe
ausgeführt
werden, die nicht nur wärmewirtschaftlich ungünstig
war, sondern bei der auch die Reduktion der Eisenoxyde durch Kohlenoxyd unvollständig
ist bzw. nur sehr, langsam vor sich geht.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, .das aus dem Erzreduktionsschacht
oben abziehende heiße Wälzgas zunächst durch einen Wärmespeicher zu leiten, der
die fühlbare Wärme des Gases so weit aufnimmt, daß es mit Lüftern gefördert werden
kann. Das abgeküldte Gas wird dann durch einen zweiten, vorher aufgeladenen Wärmespeicher
geführt und nach dieser Vorwärmung durch einen elektrisch beheizten, mit Koks o.
dgl. gefüllten Schachtofen geleitet, wo die Kohlenoxydbildung stattfindet. Auch
bei diesem Verfahren wird also auf einer Temperaturstufe gearbeitet, welche die
Anwendung elektrischer Beheizungsmittel, wie Lichtbogenöfen, voraussetzt.
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Die Erfindung erreicht nun eine Verbesserung der bisherigen Eisenschwammherstellung
grundsätzlich dadurch, daß von leicht reaktionsfähigem Brennstoff, wie Braunkohle,
ausgegangen wird, wobei die Umsetzung des in der Braunkohle enthaltenen Kohlenstoffs
mit dem kohlensäurereichen Wälzgas und die Gewinnung wertvoller öliger und teeiiger
Bestandteile und Gas aus dem Rohbrennstoff so miteinander verbunden werden, daß
der beim Schwelen des Rohbrennstoffs entstehende ,äußerst reaktionsfähige Koks mit
dem kohlensäurereichen Wälzgas zur Reaktion gebracht wird, während die bei der Schwelurig
entstehenden gasförmigen Bestandteile zur Deckung des Wärmebedarfs des Verfahrens
und zur Beeinflussung der Gasreaktionen im Erzreduktionsraum ausgenutzt werden.
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Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von Eisenschwamm mittels reduzierender heif?er Gase, dessen wesentliches Kennzeichen
darin besteht, daß das vom Gaserhitzer kommende Beiße Wälzgas vor dem Einführen
in den Erzreduktionsraum durch einen mit Braunkohlenkoks gefüllten Gaserzeuger geleitet
wird, der eine von der Zone für die Umwandlung des Wälzgases getrennte 'Diestillationszone
für ,die Entgasung des bituminösen Rohbrennstoffes mittels eines Teilstromes ,des
heißen Wälzgases besitzt, wobei das Destillationsgas und das überschußgas aus dem
Wälzgaskreislauf nach Abscheiden von teeiigen und öligen Bestandteilen zur Beheizung
im Wälzgaserhitzer dienen.
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Der wesentliche Vorteil des vorstehend kurz ,gekennzeichneten neuen
Verfahrens zur Herstellung von Eisenschwamm ist darin zu sehen, daß die Umwandlung
der kohlensäurereichen Gase in reduzierende kohlenoxydreiche Gase an dem reaktionsfähigen
Braunkohlenkoks bereits bei vergleichsweise nied-"."riger Temperatur gelingt, so
daß man einerzur Aufheizung der Wälzgase sich der "@e#öhlfeilen, mit Gas beheizten
regenerativen Erhitzer bedienen und andererseits den Erzred'üktionsraum in einer
Temperaturlage betreiben kann, in der das Reduktionsvermögen des Kohlenoxyds groß
ist bzw. die Bildung von Kohlensäure mit hoher Geschwindigkeit vor sich geht.
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Ein weiterer bedeutender Vorteil ergibt sich durch die Verbindung
von Schwelurig und Gasumwandlung insofern, als der bei ,der Schwelurig entstandene
Koks äußerst reaktionsfähig ist. Die für die Schwelurig aufzuwendende Wärrrie wird
in der Gasumwandlungszone des Gaserzeugers teilweise vorteilhaft für das Erzreduktionsverfahren
ausgenutzt, während andererseits durch Verwertung der bei der Schwelurig entstehenden
Nebenerzeugnisse die Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens wesentlich verbessert
wird. Der bei der Schwelurig anfallende Braunkohlenkoks, für ,den bisher eine ausreichende
Verwendungsmöglichkeit kaum vorhanden war, wird vorteilhaft ausgenutzt. Ferner hat
das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil der Gewinnung von praktisch reinem Co-Gas,
welches als Nebenerzeugnis aus der Anlage abgezogen werden kann zur Verwendung in
Gasreaktionen als solches oder in Vermischung mit H. usw. zur Erzeugung von Synthesegas
o. dgl.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bedeutet also sowohl vom Standpunkt
der Erzverhüttung schlechthin, d. h. einerseits für die Herstellung von Eisenschwamm
und andererseits auch für die Verarbeitung geringwertiger Erze, die sich nicht zum
Niederschmelzen im Hochofen eignen, wie auch für die Braunkohlenschwelung einen
erheblichen Fortschritt.
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Auf der Zeichnung ist die Durchführung des neuen Verfahrens schematisch
dargestellt. Zur Erhitzung des Wälzgases dienen nach Art der bekannten Cowper gebildete
Regeneratoren i. Beispielsweise werden drei Regeneratoren i mit einem Erzreduktionsraum
gekuppelt, wobei die drei Regeneratoren, wie üblich, abwechselnd in den Gaskreislauf
eingeschaltet bzw. aufgeheizt werden.
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Das im Gaserhitzer i auf eine hohe Temperatur, beispielsweise i3oo°,
erhitzte Gas strömt durch die Ruhrleitung 2 in einen Gaserzeuger 3. Der Gaserzeuger
3 wird zweckmäßig mit zwei Gasabgängen 4., 5 ausgestattet, die aus verschiedenen
Höhen des Gaserzeugers abgehen. Das vom Cowper i kommende Gas wird unten im Gaserzeuger
eingeleitet. Unterhalb des Heißgaseintrittes ist
noch eine Kühleinrichtung
7 vorgesehen, durch welche gegebenenfalls .ein Teil des erzeugten Kokses ausgetragen
werden kann. Dieser Teil des ausgetragenen Kokses: kann vorteilhaft in einem besonderen
Gaserzeuger zur Bereitung von Brenngas für die Behei= zung der Gaserhitzer i dienen.
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Der zu vergasende Brennstoff, der in an sich bekannter Weise beispielsweies
aus Braunkohlenbriketten bestehen kann, wird aus einem Bunker 8 durch ein Füllrohr
9 oben, wie üblich, in den Gaserzeuger aufgegeben.. Der Brennstoff kommt mit dem
im Gaserzeuger aufsteigenden heißen Wälzgas in Berührung. Der bituminöse Brennstoff
wird dadurch im Oberteil des Gaserzeugers 3 zunächst eiit;gast. Der Gasabzug 6 :dient
dazu, die entstehenden Destillations,gase und -dämpfe aus dem Gaserzeuger abzuziehen.
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Der untere Gasabzug ¢ ist so angeordnet, daß das durch ihn abziehende
Wälzgas nur mit Braunkohlenkoks in Berührung gekommen ist, so :daß es praktisch
frei von teengen Bestandteilen ist. Der Gasabgang 4. führt zu dem Erzreduktionsraum
io. Das Gas hat beim Eintritt in den Raum io eine Temperatur von beispielsweise
85o bis goo°. Der Erzreduktionsraum i o wird mit dem zu verarbeitenden Eisenerz,
gegebenenfalls auch mit einem Gemisch von Eisenerz und leicht reaktionsfähigem Brennstoff,
beispielsweise einem Teil :des aus der Einrichtung abgezogenen Braunkohlenkokses,
beschickt. Das Erz wird, wie bekannt, entweder stückig oder brikettiert aufgegeben.
Das in den Raum i o eingeleitete heiße, stark reduzierende Gas reduziert die Eisenoxyde
in an sich bekannter Weise zu Eisenschwamm. und gibt dabei seine Wärme ab. Im Erzreduktionsraum
i o werden auch die Eisenkarbonate gespalten, und die Kohlensäure zieht mit dem
ausgebrauchten Reaktionsgas durch die Rohrleitung i i ab. Durch die Rohrleitung
i i kommt das heiße Wälzgas zu einer ebenfalls an ;sich bekannten Wascher- und Kühlergruppe
12 und von .dort zu einem Gebläse 13, von :dein das gekühlte und gereinigte Wälzgas
durch die Rohrleitung 1.4 zum Gaserhitzer i zurückbewegt wird.
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Bei Erzen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt müßte die den Erzreduktionsraum
i o durchstreichende Gasmenge nicht nur die Reduktionsarbeit übernehmen, sondern
auch die Erzbeschickung :durch Trocknen und Anwärmen vorbereiten. Es kann also der
Fall eintreten, daß die Wälzgasmenge aus diesem Grunde übermäßig groß gewählt werden
muß, wenn der Wärmebedarf der Vorbereitungszone eine derartige Höhe erreicht, daß
:er in keinem Verhältnis mehr steht zu jener für die Reduktionsarbeit notwendigen
Gasmenge. Für diesen Fall ist es zweckmäßig, oberhalb des Reduktionsraumes i o einen
vom Erzred'uktionsraum unabhängigen Trockenraum 25 anzuordnen, dessen Aufgabe es
ist, die Erze in bekannter Weise durch Entfernung oder Feuchtigkeit :des lose gebundenen
Wassers auf eine Temperatur von beispielsweise i oo bis i 5o' vorzuwärmen. Zur Beheizun_g
dieses Trockenraumes 25 'können Abgase, z. B. die des Gaserhitzers i, genommen werden.
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Unter dem Erzreduktionsraum i o ist eine Einrichtung 15 zum Kühlen
des gebildeten Eisenschwammes und :der sonstigen Rückstände der Reduktionsbehandlung
vorgesehen.
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Die Einrichtung i o wird vorzugsweise fortlaufend betrieben. Erz oder
ein Gemenge von Erz und Brennstoff wird laufend durch den Trichter 16 :eingeführt
und gekühlter Eisenschwamm und sonstige Rückstände ständig aus der Einrichtung 15
ausgetragen.
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Das zur Reduktion benutzte Gas mag beispielsweise beim Eintritt in
den Erzreduktionsraum i o 87 0% C O, 9 % C 02, 1i/2 % N2, 21/2% N2 aufweisen. Seine
Zusammensetzung beim Austritt aus dem Reduktionsraum i o mag, ein bestimmtes Erz
vorausgeestzt, folgende sein 65 % CO, 300'o C O., Rest inerte Gase. Dieses
Gas wird dann in dem Gaserzeuger 3 durch Inberührungbringen mit Braunkohlenkoks
bei .geeigneter Temperatur` wieder auf diejenige Zusamin.ensetzung gebracht, die
für -das in den Reduktionsraum io frisch eintretende Gas im vorstehenden erwähnt
ist.
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Die aus dem Gasabzug 6 austretenden Gase gelangen in Reinigereinrichtungen
18, wo teerige und ölige Bestandteile entfernt werden. Die Gase strömen dann gemeinsam
oder getrennt in eine Kühler- und Wascheinrichtung i g, wie sie in der Schwel- und
Destil-Iationsin:dustrie üblich ist. Das Gas gelangt dann in die Rohrleitung 20.
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Zur Verhinderung ,der Bellschen Reaktion wird ein wasserdampfhaltiges
Gas, b.eis:pielsweise ein Teil des entteerten Schwelgases aus :der Leitung 20, durch
die Rohrleitung 21 in eine mittlere Zone des Erzreduktionsraumes i o zurückgeleitet,
und zwar an einer Stelle, die im Temperaturbereich zwischen 40o bis 6oo' liegt,
wo also die Reaktion 2 C O = C -f- C 02 eintreten könnte. Das Gas aus dem Rohr 2o
enthält meist eine erhebliche Menge Wasserdampf und Kohlensäure, andernfalls kann
dem Gas auch noch Wasserdampf gesondert zugeführt werden. Anstatt des wass.erdampfhaltigen
Schwelgases aus Leitung 20 kann man aber auch nur Wasserdampf in den Reduktionsraum
an der betreffenden Stelle einblasen. Führt man dieses Gas in die genannte Temperaturzone
des
Erzreduktionsraumes ein, so wird dort die Bellsche Reaktion
und damit ein nachteiliger Verlust von Kohlenstoff verhindert. Das Gas, das durch
die Leitung 2o in den Erzreduktionsraum eingedrückt wird, steht unter Ventilatordruck.
Der Ventilator dient als Teerscheider (18). Da- das gesamte Schwelgas durch den
Teerscheider strömt, kann man die Menge des in der Leitung 21 unter Druck stehenden
Gases regeln.
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Der Rest :des Destillatiönsgases kann beispielsweise durch die Rohrleitung
22 einem Gebläse 23 zugeführt werden, welches das Gas zu anderer Verwendung weiterbefördert,
vorzugsweise zur Beheizung der Gaserhitzer i und anderer beheizter Einrichtungen
der Anlage.
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In ,ähnlicher Weise kann das im Wälzgaskreislauf entstehende überschußgas
durch die an den Gassauger 13 sich anschließende Rohrleitung 24 zur Beheizung der
Gaserhitzer i benutzt werden. In dem Gaserzeuger 3 und dem Erzreduktionsraum io
können .die Gasein- und -austritte zweckmäßig mit brückenartigen Körpern verbunden
«erden, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden Wänden der Räume erstrecken und
eine gute Verteilung der Medien über den ganzen Querschnitt :der Reaktionsräume
erleichtern.
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Anstatt in den Erzreduktionsraum i o durch die Rohrleitung 21 ein
Gas zum Verhindern der Bellschen Reaktion einzuleiten, kann man auch durch die Rohrleitung
21, 2 ia aus einer ,geeigneten Zone @ des Reduktionsraumes einen Teil Gas abziehen,
so daß der gefährliche Temperaturbereich innerhalb des Erzreduktionsraumes io von
dem Gas verhältnismäßig schnell .durchlaufen wird.
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Am vorteilhaftesten ist jedoch die Zugabe von Wasserdampf zu den den
Reduktionsraum durchströmenden Gasen, wodurch die Bellsche Reaktion mit Sicherheit
verhindert wird.
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Ein Teil des überschußgases oder auch :das ;gesamte überschußgas kann
aus dem Wälzgaskreislauf unmittelbar hinter dem Gaserzeuger 3 durch eine an die
Leitung angeschlossene Leitung q" als Kohlenoxydgas abgezogen werden.