DE246183C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Ju 246183 KLASSE 40 a. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Mai 1911 ab.

Das vorliegende Verfahren der direkten Metallerzeugung beruht auf der gleichzeitigen Einwirkung von festen und von gasförmigen Reduktionsmitteln in einer Temperatur, bei weleher die Gangarten des Erzes nicht schmelzen oder eine Schlacke nicht bilden können, unter Vermeidung der Berührung der in der Reduktion begriffenen oder bereits reduzierten Metalle mit den Abgasen der Feuerung oder ίο anderen Gasen, welche in gewissen Mengen oxydierend wirken können. _;

Als feste Reduktionsmittel sind Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltige Substanzen, als gasförmige Reduktionsmittel hauptsächlich Kohlenoxyd, welches auch in Mischungen mit anderen Gasen, wie Wasserstoff, Kohlenwasserstoff, Stickstoff usw., angewandt werden kann, zu betrachten.

Die Reduktion der Metalloxyde verläuft nur bei einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Reduktionstemperatur. Es ist also notwendig, dem Vorgang Wärme zuzuführen.

Eine weitere Wärmezuführung ist erforderlich, wenn die Reaktion endothermisch ist, also Wärme verbraucht.

Bei der Reduktion von gewissen Metalloxyden, insbesondere von Eisenoxyden, speziell durch Gase, spielen die Zusammensetzung der Atmosphäre, in welcher der Reduktionsvorgang sich abspielt, sowie die Temperatur eine große Rolle.

Es ist bekannt, daß einerseits Kohlenoxyd und Wasserstoff Metalloxyde' unter Bildung von Kohlendioxyd und Wasserdampf reduzieren, anderseits, daß Kohlendioxyd und Wasserdampf reduzierte Metalle zu oxydieren vermögen.

Weiter ist bekannt, daß für eine bestimmte Temperatur es ein bestimmtes Verhältnis zwischen Kohlenoxyd und Wasserstoff einerseits und Kohlendioxyd und Wasserdampf anderseits gibt, bei welchem weder Reduktion noch Oxydation stattfinden.

Jede Änderung eines solchen Gemisches bei einer bestimmten Temperatur, wie auch jede Änderung der Temperatur bei einem bestimmten Gemisch bewirkt eine Veränderung in den Oxydations- und Reduktionsvorgängen.

Soll eine Reduktionswirkung eintreten, so muß bei einer Erhöhung der Temperatur ein größerer Überschuß des Reduktionsmittels vorhanden sein als bei Erniedrigung der Temperatur innerhalb bestimmter Grenzen.

Die direkte Berührung der Verbrennungsprodukte der zur Einhaltung der nötigen Temperatur erforderlichen Heizstoffe auf die zu reduzierenden Körper hat eine nachteilige Wirkung sowohl in bezug auf Temperatur wie auf Zusammensetzung des Gasgemisches, in welchem die Reduktion vor sich geht.

Diese nachteilige Einwirkung hört aber in einer Temperatur, welche unterhalb der eigentlichen Reduktionstemperatur liegt, auf.

Unter Berücksichtigung aller dieser Umstände stellt sich heraus, daß, um eine rationelle Reduktion zu erzielen, diese Reduktion

bei verhätnismäßig niedriger Temperatur und unter Einhaltung eines möglichst günstigen Verhältnisses C OJC O₂ H₂/H, O stattfinden muß.

Das vorliegende Verfahren ist nach Ansicht der Erfinder das einzige, welches alle diese Bedingungen erfüllt, wie aus folgenden Erwägungen hervorgeht.

Die Anwendung von reduzierenden Gasen, hauptsächlich des Kohlenoxyds und nebenbei ίο Wasserstoff und Kohlenwasserstoff, z. B. Generatorgas, hat folgende Vorteile. Sie gestattet:

1. einen genügenden Überschuß von reduzierenden Gasen ständig zu halten, d. h. das Verhältnis COfCO₂ H₂/H₂O möglichst günstig zu gestalten,

2. die Abkühlung des reduzierten Metalls in reduzierender Atmosphäre vorzunehmen,

3. die Wärmemengen, welche der Reduktionsvorgang erfordert, herabzusetzen.

Die gleichzeitige Anwendung von festem Kohlenstoff bietet folgende Vorteile. Sie gestattet:

1. die Temperatur der in der Reaktion befindlichen Körper über eine bestimmte Höhe nicht hinausgehen zu lassen,

2. durch die Bildung von Kohlenoxyd als Reduktionsprodukt das Verhältnis C 0/CO₂ H₂/H₂ O zu verbessern.

Die Anwendung der indirekten Heizung hat folgende Vorteile. Sie verhindert:

i. daß durch Beimischung von Verbrennungsprodukten das Verhältnis C OjCO₂ H₂/H₂ O ungünstig beeinflußt wird,
.2. daß die Temperatur zu hoch gesteigert wird.

Die Vornahme der Vorwärmung des zu reduzierenden Gutes auf Reduktionstemperatur außerhalb der Reduktionszone, welche durch Mischung der Verbrennungsabgase der Heizmaterialien mit den Abgasen der Reduktion und nachträglich durch Verbrennung dieser letzten geschieht, hat keinen schädlichen Einfluß mehr auf die Reduktion, und sie gestattet eine vollständige Ausnutzung der Wärme.
Die Zusammenfassung dieser Tatsachen und deren Berücksichtigung beim Reduktionsvorgang nach dem Verfahren und in dem Ofen der Erfinder gestattet die Vornahme der Reduktion von Metalloxyden unter den möglichst günstigen Bedingungen und bewirkt einen

'50 neuen technischen Effekt.

Das Verfahren selbst besteht darin, daß die mit einer gewissen Menge fester Reduktionsmittel, welche sich nach der Menge und Zusammensetzung des anzuwendenden gasförmigen Reduktionsmittels richtet, brikettierten Erze — als Eisen-, Kupfer-, Blei- usw. Oxyde — in einem besonders konstruierten Kanaloder Tunnelofen der Einwirkung eines reduzierenden Gasstromes ausgesetzt werden, wobei Erz und Gas in an sich bekannter Weise sich in entgegengesetzter Richtung bewegen.

Zur Ausführung des Verfahrens dient der auf der beiliegenden Zeichnung dargestellte Ofen, und zwar veranschaulicht:

Fig. ι in Ausschnitten den Grundriß der Vorwärmkammer A, der Reduktionskammer B und der Heizkammer D mit den Eintrittsstellen des Heizgases in die Heizkammer und der Heizungsabgase in die Vorwärmkammer,

Fig. 2 im Längsschnitt die Eintrittsstelle des Heizgases in die Heizkammer,

Fig. 3 einen Grundriß des ganzen Ofens.

Der Ofen ist in vier verschiedene Abteilungen eingeteilt: eine Vorwärmkammer A, eine Reduktionskammer B, eine Kühlkammer C, welche untereinander in direkter Verbindung sind, und endlich eine Heizkammer D, welche nur mit der Vorwärmkammer A in direkter Verbindung steht.

Die brikettierten Erze durchfahren zuerst die Vorwärmkammer A und werden da unter der direkten Einwirkung der zum Teil ver-* brannten, zum Teil brennenden Abgase aus der Heizkammer und der Reduktionskammer bis zur Temperatur der beginnenden Reduktion vorgewärmt.

Beim Eintritt in die Reduktionskammer werden infolge der Baua/t der Kammer die Erze der Einwirkung der Verbrennungsabgase entzogen und von da ab nur noch der reduzierenden Wirkung von Generatorgas ausgesetzt. Die Reduktionskammer B ist als eine von außen geheizte und vorn und hinten offene Muffel ausgebildet. Diese Art Muffel ist von der Heizkammer D umgeben, in welcher mittels Gasfeuerung die für die Reduktion nötige Temperatur erzeugt wird. Die Abgase dieser Heizkammer bestreichen von den Seiten und von oben die Wandungen der Reduktionskammer, geben dieser einen Teil ihrer Wärme ab und treten am Ende der Reduktionskammer in die Vorwärmkammer A ein, wo sie sich mit den Reduktionsabgasen vereinigen. Da diese letzten Abgase noch brennbare Bestandteile enthalten, erzeugt man zweckmäßig in der Heizkammer eine stark oxydierende Flamme, so daß beim Eintritt in die Vorwärmkammer eine Verbrennung der überschüssigen Reduktionsgase eintritt und so eine lebhafte Vorwärmung der Erze bewirkt wird. Diese vereinigten Abgase werden, nachdem sie Wärme abgegeben haben, dem Schornstein zugeführt, können aber, falls sie noch brennbare Bestandteile enthalten, weiter ausgenutzt werden.

Aus der Reduktionskammer B treten die heißen, fast vollständig reduzierten Briketts in die Kühlkammer C, welche zwecks intensiver Abkühlung nach Patent 228432 eingerichtet ist. In diese Kühlkammer tritt außer- dem ein kontinuierlicher Strom von Generatorgas, welches an den heißen Briketts sich er-

wärmt, denselben die letzten Sauerstoffspuren entzieht nnd sie kühlt. Die Gefahr einer Wiederoxydation ist hiermit vollständig ausgeschlossen.

Das Kühlen reduzierter Metalle in reduzierenden Gasen zwecks Vermeidung einer Wiederoxydation ist an sich bekannt.

Die reduzierten Briketts können direkt dem Martinofenprozeß zugeführt oder versandt werden.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren der direkten Erzeugung von Metallen, welche bei der Reduktionstemperatur nicht flüchtig sind, aus oxydischen oder oxydierten Erzen ohne Schmelzung oder Verschlackung der Gangart mittels festen Kohlenstoffs und reduzierender Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die mit kohlenstoffhaltigen Substanzen brikettierten und einem Strome von reduzierenden Gasen entgegengeführten Erze zuerst durch die direkte Einwirkung von Verbrennungsabgasen bis zu einer Temperatur, die zur Einleitung der Reduktion genügt, vorgewärmt werden, dann bis zur vollständigen Reduktion der Einwirkung eines Stromes von reduzierenden Gasen, unter Ausschluß einer direkten Flammenwirkung, ausgesetzt werden und endlich in dem Strom des reduzierenden Gases abgekühlt werden.
2. 2. Ofen zur Ausführung des Verfahrens der direkten Metallerzeugung aus mit kohlenstoffhaltigen Substanzen brikettierten oxydischen Erzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil, in welchem die Reduktion stattfindet, die sogenannte Reduktionskammer, als offene Muffel ausgebildet und von einer mit Gas geheizten Heizkammer umgeben ist, wodurch die in der Reduktionskammer befindlichen Briketts vor direkter Einwirkung von Verbrennungsgasen geschützt sind, während der vordere Teil sowohl von den Abgasen aus der Heizkammer wie von denjenigen der Reduktionskammer, welche noch brennbare Bestandteile enthalten, behufs Vorwärmung der eintretenden Briketts bestrichen wird, weiter daß der hintere Teil, der zur Kühlung nach Patent 228432 ausgebildet ist, mit einer Einrichtung zur beständigen Durchleitung eines Stromes reduzierender Gase versehen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.