DE246183C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- Ju 246183 KLASSE 40 a. GRUPPE- Ju 246183 CLASS 40 a. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Mai 1911 ab.Patented in the German Empire on May 21, 1911.

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. _; The present method of direct metal production is based on the simultaneous action of solid and gaseous reducing agents at a temperature at which the gangue of the ore cannot melt or form a slag, while avoiding contact with the metals being reduced or already reduced the exhaust gases from the furnace or ίο other gases which, in certain quantities, can have an oxidizing effect. _;

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.As solid reducing agents are carbon or carbon-containing substances, as gaseous Reducing agent mainly carbon oxide, which can also be mixed with other gases such as hydrogen, hydrocarbons, Nitrogen, etc., can be applied.

Die Reduktion der Metalloxyde verläuft nur bei einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Reduktionstemperatur. Es ist also notwendig, dem Vorgang Wärme zuzuführen.The reduction of the metal oxides only takes place at a certain temperature, the so-called Reduction temperature. It is therefore necessary to add heat to the process.

Eine weitere Wärmezuführung ist erforderlich, wenn die Reaktion endothermisch ist, also Wärme verbraucht.Further supply of heat is required if the reaction is endothermic, so heat consumed.

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.In the reduction of certain metal oxides, especially iron oxides, especially by gases, play the composition of the atmosphere in which the reduction process takes place, as well as the temperature play a major role.

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.It is known that on the one hand carbon oxide and hydrogen metal oxides are formed of carbon dioxide and water vapor, on the other hand, that carbon dioxide and water vapor oxidize reduced metals capital.

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.It is also known that for a certain temperature there is a certain ratio between Carbon dioxide and hydrogen on the one hand and carbon dioxide and water vapor on the other in which neither reduction nor oxidation take place.

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.Any change in such a mixture at a certain temperature, as well as any Changing the temperature for a given mixture causes a change in the Oxidation and reduction processes.

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.If a reducing effect is to take place, one must when the temperature rises greater excess of the reducing agent may be present than when the Temperature within certain limits.

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.The direct contact of the combustion products to comply with the necessary Temperature required heating materials on the body to be reduced has a disadvantageous Effect both on temperature and on the composition of the gas mixture, in which the reduction is going on.

Diese nachteilige Einwirkung hört aber in einer Temperatur, welche unterhalb der eigentlichen Reduktionstemperatur liegt, auf.This adverse effect stops at a temperature which is below the actual Reduction temperature is on.

Unter Berücksichtigung aller dieser Umstände stellt sich heraus, daß, um eine rationelle Reduktion zu erzielen, diese ReduktionTaking into account all these circumstances, it turns out that in order to make a rational To achieve reduction, this reduction

bei verhätnismäßig niedriger Temperatur und unter Einhaltung eines möglichst günstigen Verhältnisses C OJC O₂ H₂/H, O stattfinden muß.must take place at a relatively low temperature and while maintaining the most favorable C OJC O ₂ H ₂ / H, O ratio.

Das vorliegende Verfahren ist nach Ansicht der Erfinder das einzige, welches alle diese Bedingungen erfüllt, wie aus folgenden Erwägungen hervorgeht.The present method, in the inventors' opinion, is the only one which does all of these Conditions met, as can be seen from the following considerations.

Die Anwendung von reduzierenden Gasen, hauptsächlich des Kohlenoxyds und nebenbei ίο Wasserstoff und Kohlenwasserstoff, z. B. Generatorgas, hat folgende Vorteile. Sie gestattet:The use of reducing gases, mainly carbon monoxide and incidentally ίο hydrogen and hydrocarbon, e.g. B. generator gas, has the following advantages. It allows:

1. einen genügenden Überschuß von reduzierenden Gasen ständig zu halten, d. h. das Verhältnis COfCO₂ H₂/H₂O möglichst günstig zu gestalten,1. to keep a sufficient excess of reducing gases at all times, ie to make the ratio COfCO ₂ H ₂ / H ₂ O as favorable as possible,

2. die Abkühlung des reduzierten Metalls in reduzierender Atmosphäre vorzunehmen,2. to cool the reduced metal in a reducing atmosphere,

3. die Wärmemengen, welche der Reduktionsvorgang erfordert, herabzusetzen.3. Reduce the amount of heat required by the reduction process.

Die gleichzeitige Anwendung von festem Kohlenstoff bietet folgende Vorteile. Sie gestattet: The simultaneous use of solid carbon offers the following advantages. It allows:

1. die Temperatur der in der Reaktion befindlichen Körper über eine bestimmte Höhe nicht hinausgehen zu lassen,1. the temperature of the body in the reaction above a certain level not to let go

2. durch die Bildung von Kohlenoxyd als Reduktionsprodukt das Verhältnis C 0/CO₂ H₂/H₂ O zu verbessern.2. to improve the C 0 / CO ₂ H ₂ / H ₂ O ratio by the formation of carbon oxide as a reduction product.

Die Anwendung der indirekten Heizung hat folgende Vorteile. Sie verhindert:The use of indirect heating has the following advantages. It prevents:

i. daß durch Beimischung von Verbrennungsprodukten das Verhältnis C OjCO₂ H₂/H₂ O ungünstig beeinflußt wird,
.2. daß die Temperatur zu hoch gesteigert wird.i. that the admixture of combustion products has an unfavorable effect on the ratio of C OjCO ₂ H ₂ / H ₂ O,
.2. that the temperature is raised too high.

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 einenCarrying out the preheating of the material to be reduced to the reduction temperature outside the reduction zone, which is done by mixing the combustion exhaust gases of the heating materials with the exhaust gases from the reduction and subsequently by burning these last, no longer has a harmful effect on the reduction, and it allows full utilization of the Warmth.
The summary of these facts and their consideration in the reduction process according to the method and in the furnace of the inventors allows the reduction of metal oxides to be carried out under the most favorable conditions and causes one

'50 neuen technischen Effekt.'50 new technical effect.

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.The process itself consists in that the with a certain amount of solid reducing agent, which depends on the amount and composition of the gaseous reducing agent to be used, briquetted Ores - as iron, copper, lead, etc. oxides - in a specially constructed channel or Tunnel furnace are exposed to the action of a reducing gas stream, wherein Ore and gas move in opposite directions in a manner known per se.

Zur Ausführung des Verfahrens dient der auf der beiliegenden Zeichnung dargestellte Ofen, und zwar veranschaulicht:The method shown in the accompanying drawing is used to carry out the process Furnace, namely:

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. Ι in sections the plan of the preheating chamber A, the reduction chamber B and the heating chamber D with the entry points of the heating gas into the heating chamber and the heating exhaust gases into the preheating chamber,

Fig. 2 im Längsschnitt die Eintrittsstelle des Heizgases in die Heizkammer,Fig. 2 in longitudinal section the entry point of the heating gas into the heating chamber,

Fig. 3 einen Grundriß des ganzen Ofens.Fig. 3 is a plan view of the entire furnace.

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.The furnace is divided into four different compartments: a preheating chamber A, a reduction chamber B, a cooling chamber C, which are in direct communication with each other, and finally a heating chamber D, which is only in direct communication with the preheating chamber A.

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.The briquetted ores first pass through the preheating chamber A and are then preheated under the direct action of the partly burnt, partly burning exhaust gases from the heating chamber and the reduction chamber up to the temperature of the beginning reduction.

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. When entering the reduction chamber, due to the construction of the chamber, the ores are withdrawn from the effect of the combustion exhaust gases and from then on are only exposed to the reducing effect of generator gas. The reduction chamber B is designed as an externally heated muffle that is open at the front and rear. This type of muffle is surrounded by the heating chamber D , in which the temperature necessary for the reduction is generated by means of gas firing. The exhaust gases from this heating chamber brush the walls of the reduction chamber from the sides and from above, give off some of their heat and enter the preheating chamber A at the end of the reduction chamber, where they combine with the reduction exhaust gases. Since these last exhaust gases still contain combustible components, it is expedient to generate a strongly oxidizing flame in the heating chamber, so that the excess reducing gases are burned when entering the preheating chamber, thus causing the ores to be preheated vigorously. These combined flue gases are fed to the chimney after they have given off heat, but can be used further if they still contain combustible components.

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-From the reduction chamber B , the hot, almost completely reduced briquettes pass into the cooling chamber C, which is set up for the purpose of intensive cooling according to patent 228432. A continuous flow of generator gas also enters this cooling chamber, which is produced on the hot briquettes.

wärmt, denselben die letzten Sauerstoffspuren entzieht nnd sie kühlt. Die Gefahr einer Wiederoxydation ist hiermit vollständig ausgeschlossen. warms, deprives it of the last traces of oxygen and cools it. The danger of a Reoxidation is completely excluded.

Das Kühlen reduzierter Metalle in reduzierenden Gasen zwecks Vermeidung einer Wiederoxydation ist an sich bekannt.The cooling of reduced metals in reducing gases to prevent reoxidation is known per se.

Die reduzierten Briketts können direkt dem Martinofenprozeß zugeführt oder versandt werden. The reduced briquettes can be fed directly into the Martin oven process or shipped.

Claims

Patent Claims:

i. Process for the direct production of metals, which are not volatile at the reduction temperature, from oxidic or oxidized ores without melting or slagging of gangue by means of solid carbon and reducing Gases, characterized in that those briquetted with carbonaceous substances and ores fed into a stream of reducing gases first by direct exposure to combustion exhaust gases preheated to a temperature sufficient to initiate the reduction, then to complete Reduction of exposure to a stream of reducing gases, to the exclusion of direct flame action and finally be cooled in the stream of reducing gas.

2. Furnace for carrying out the process of direct metal production from with carbonaceous Substances of briquetted oxidic ores according to claim 1, characterized characterized in that the middle part in which the reduction takes place, the so-called reduction chamber, as open muffle is formed and surrounded by a gas-heated heating chamber, whereby the in the reduction chamber located briquettes are protected from direct exposure to combustion gases are, while the front part of both the exhaust gases from the heating chamber and from those in the reduction chamber which still contain combustible components Preheating of the incoming briquettes is coated, further that the rear part, which is used for cooling according to patent 228432 is designed with a device for the continuous passage of a current reducing gases is provided.

1 sheet of drawings.