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Verfahren zum Sintern von Feinerzen oder Gichtstaub Um Feinerze oder
erzhaltigen Gichtstaub in eine für die weitere Behandlung in einem metallurgischen
Ofen geeignete Form zu bringen, kann man die betreffenden Ausgangsmaterialien entweder
brikettieren bzw. pelletisieren oder aber einem Sinterungsprozeß unterwerfen.
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Es besteht dabei ein prinzipieller Unterschied zwischen brikettierten
und pelletisierten Erzen und Sinterungsmassen, da erstere beim Trocknen und einer
eventuellen thermischen Nachbehandlung ihre Form nicht verlieren, sondern höchstens
bei einem nachgeschalteten Schwel- oder Röstprozeß (Temperaturen zwischen etwa 600
und 700° C) im Falle beigemischten Brennstoffs ein Kohlenstoffskelett ausbilden,
welches die Einzelteilchen zusammenkittet, wodurch sich unter Umständen auch die
mechanische Festigkeit der Formlinge erhöht. Hingegen findet beim Sintern ein partielles
Aufschmelzen der Erzteilchen unter dem Einiluß der Verbrennungswärme des Bindemittels
statt, wodurch die ursprünglich vorliegenden Pellets oder Granulate aus Feinerz
bzw. Gichtstaub und Bindemitteln ihre Form vollständig verlieren und zu porösen
Massen umgewandelt werden, die sich anschließend zu der gewünschten Stückgröße zerkleinern
lassen.
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Das Sinterungsverfahren, welches sich besonders für die Verarbeitung
von Erzen mit verhältnismäßig geringem Metallgehalt eignet, wurde bisher praktisch
ausschließlich unter Verwendung von Erz-Kohle-Gemischen durchgeführt, welche mittels
Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz eines Flußmittels, angeteigt und dann pelletisiert
wurden, worauf man die Pellets entzündete, wobei die Kohle die zum teilweisen Aufschmelzen
der Erzteilchen erforderliche Wärme lieferte. Diese Arbeitsweise bietet jedoch verschiedene
Nachteile. Insbesondere liegt die Entzündungstemperatur des üblicherweise verwendeten
Kokses ziemlich hoch, so daß ein kräftiges, hohe Wärmeenergien lieferndes Heizmittel
zum Ingangsetzen des Verbrennungsvorganges angewendet werden muß. Außerdem muß während
der Verbrennung selbst ein hoher Sauerstoffüberschuß zugeführt werden, wodurch sich
unerfreuliche Wärmeverluste ergeben. Infolge der hohen Entzündungstemperatur von
Koks bereitet es außerdem Schwierigkeiten, die Entzündungszeiten kurz zu halten
und ein vollständiges Aufschmelzen der Pellets zu vermeiden.
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Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten
beim Sintern von Feinerzen und Gichtstaub durch Verblasen auf einem Sinterrost nach
vorheriger Pelletisierung behoben werden können, indem aus dem zu sinternden Gut
bestehende Pellets zur Anwendung kommen, welche einen Wassergehalt aufweisen, der
bei Eisenerzen 10 bis 25 % und bei Nichteisenerzen bis zu 35 %, bezogen auf das
Erzgewicht, beträgt, wobei diese Pellets in an sich bekannter Weise mittels eines
bituminösen Bindemittels mit einer Penetration von weniger als 220 hergestellt worden
sind und der Sintervorrichtung ohne weiteren Brennstoffzusatz aufgegeben werden.
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Das bituminöse Bindemittel kann z. B. ein Erdöldestillationsrückstand
(asphaltisches Bitumen oder geblasenes Bitumen), Kohlenteer und Kohlenteerpech,
bituminöser Kalk oder bituminöser Schiefer sowie Teer oder Pech sein, die durch
Spalten erhalten worden sind.
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Es ist wesentlich, daß das bituminöse Bindemittel, das beim vorliegenden
Verfahren verwendet wird, eine Penetration (100 g/5 Sek., 25°) nicht über 220 aufweist,
da die weicheren Sorten nicht in befriedigender Weise verbrennen, sondern dazu neigen,
beim Sintern Gase, wie Methan und schwere Kohlenwasserstoffe,
zu
bilden. Durch Anwendung eines verhältnismäßig schweren bituminösen Bindemittels
wird diese Spaltung vermieden und eine befriedigende Verbrennung erzielt.
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Die Anwendung- eines bituminösen Bindemittels sichert auch einen guten
Erfolg bei der Pelletisierung. In der Praxis ergibt sich nur ein sehr niedriger
Prozentsatz an zu kleinen Agglomeraten, d. h. Pellets, die einen Durchmesser unter
2 mm aufweisen. Diese Pellets können direkt ohne vorausgehendes Sieben auf die Sinterroste
gebracht werden, z. B. mit Hilfe eines Förderbandes in Formeines Metallrostes.
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Die Pelletisierung wird üblicherweise in Anwesenheit von Wasser durchgeführt.
Die erforderliche Wassermenge hängt ab von der Natur des zu verarbeitenden Erzes,
und sie liegt im allgemeinen im Bereich von 10 bis 25 Gewichtsprozent, berechnet
auf das Erz, obwohl gewisse Erze die Anwendung größerer Wassermengen erfordern können.
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Bei dem vorliegenden Verfahren kann die Porosität der bei der Sinterungsbehandlung
gebildeten Schlacke wirksam reguliert werden durch Einstellen des Wassergehaltes
der beim Sintern verwendeten Pellets. Für Eisenerze liegt der optimale Wassergehalt
zwischen 10 und 25 Gewichtsprozent, berechnet auf das Erz.
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Für Nichteisenerze, wie Kobalt-, Nickel- und Manganerze, soll der
Wassergehalt der für die Sinterung verwendeten Pellets 35%, berechnet auf das Gewicht
des Erzes, nicht überschreiten.
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Die Pelletisierung des pulverisierten Erzes (mit einer Teilchengröße
nicht über 10 mm, das in der Praxis aus einem Gemisch besteht, welches Teilchen
mit einer Größe von weniger als 7 mm enthält, wobei 10 bis 30 Gewichtsprozent der
Teilchen eine Größe zwischen 0,1 und 0,2 mm haben) mit dem bituminösen Bindemittel,
mit oder ohne Zusatz eines Flußmittels, kann in verschiedener Weise erfolgen, z.
B.: a) Das bituminöse Bindemittel ist hart und spröde und kann fein zermahlen werden.
Das Erz kann dann in Anwesenheit von Wasser mit dem zerkleinerten bituminösen Binder
in der gleichen Weise wie bei dem bekannten Verfahren unter Anwendung von pulverisiertem
Koks pelletisiert werden. Das Gemisch aus pulverisiertem Erz und bituminösem Bindemittel
(in geeigneter Weise befeuchtet) kann auch in Spezialpressen zwecks Erzeugung von
Formlingen gepreßt werden, welche dann während sehr kurzer Zeit auf eine Temperatur
erhitzt werden, die wenig höher liegt als der Schmelzpunkt des Bindemittels, z.
B. auf 100° C, wenn ein Bindemittel mit einem Schmelzpunkt von 110 bis 105° C verwendet
wird.
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b) Der bituminöse Binder ist versprühbar. Er wird darum auf die Erzteilchen
(nachdem er auf eine geeignete Temperatur erhitzt worden ist) beispielsweise mittels
einer üblichen Sprühvorrichrichtung aufgesprüht und in diesen dispergiert, wobei
letztere auf einer Temperatur gehalten werden, die derjenigen des versprühten Bindemittels
entspricht. Das Gemisch wird vor, während oder nach der Pelletisierung befeuchtet.
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c) Das bituminöse Bindemittel ist emulgierbar. Es wird in Wasser in
beliebiger Weise emulgiert, und diese Emulsion wird mit den Erzteilchen vermischt.
Bei dieser Methode des Pelletisierens, welche bevorzugt wird, kann die zur Herstellung
der -Emulsion verwendete Wassermenge so eingestellt werden, daß die optimale Menge
(je nach der Natur des Erzes) vorliegt.
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Bei den Fällen b) und c) kann das Pelletisieren z. B. durchgeführt
werden in einer zylindrischen Trommel, die um eine Welle rotiert, welche gegenüber
der Horizontalen schwach geneigt ist, wobei die Abmessungen der Trommel der Menge
der Beschickung angepaßt ist, so daß die Verweilzeit der Erzteilchen zur Bildung
von Pelletts mit einem Durchmesser von etwa 5 mm ausreicht. Das geschmolzene oder
emulgierte Bindemittel wird in die Trommel mittels Zerstäubungsvorrichtung eingeführt,
die längs der rohrförmigen Rotationsachse angeordnet sind. Der Durchmesser der Öffnung
der Zerstäubungsvorrichtungen schwankt je nach der Leistung der Anlage. Gewünschtenfalls
kann ein Benetzungsmittel an der Eintrittsöffnung der Trommel zugesetzt oder mit
der Emulsion vermischt werden, um das Vermischen während der Pelletisierungsbehandlung
zu verbessern.
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Es ist auch möglich, die Arbeitsweisen nach a), b) und c) zu kombinieren.
Beispielsweise kann das bituminöse Bindemittel teilweise in Form von festen Teilchen
und teilweise in Form einer Emulsion zugeführt werden.
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Wie der Koks bei den bekannten Verfahren wird das bituminöse Bindemittel
bei der Arbeitsweise gemäß der Erfindung in einer solchen Menge verwendet, welche
für ein teilweises Schmelzen des Erzes erforderlich ist. Da der Heizwert des bituminösen
Bindemittels im allgemeinen wesentlich höher ist als derjenige von Koks, ist die
zu verwendende Menge des bituminösen Bindemittels im allgemeinen gewöhnlich geringer.
Insbesondere bei der Methode c) verteilt sich das bituminöse Bindemittel ganz gleichmäßig
in dem Erz und ermöglicht so die vollständige Ausnutzung der Verbrennungswärme des
bituminösen Bindemittels beim Sintern. Die Menge des bituminösen Bindemittels beträgt
im allgemeinen 2 bis 6 Gewichtsprozent, berechnet auf das Erz.
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Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Verbrennungstemperatur des bituminösen
Bindemittels beträchtlich niedriger liegt als diejenige von Koks, ist es viel leichter,
bei Beginn des Sinterungsprozesses die Pellets in kurzer Zeit zu erhitzen. Außerdem
baucht für die Einleitung des Glühprozesses nicht unbedingt ein Heizöl verwendet
zu werden, daß einen hohen Heizwert hat.
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Im Falle der Eisenerze soll die Sinterungstemperatur gewöhnlich mindestens
1400°C betragen, um ein teilweises Schmelzen der Erzteilchen zu gewährleisten, sie
soll aber 1500° C im allgemeinen nicht überschreiten. Im Falle der Nichteisenerze
kann, im Hinblick auf ihre im allgemeinen niedrigere Schmelztemperatur, die Sinterungstemperatur
auf einen etwas niedrigeren Wert eingestellt werden.
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Bei den üblichen Sinterungsprozessen unter Verwendung von Koks als
Wärmelieferant ist es immer erforderlich, Sauerstoff im überschuß über die theoretisch
zur Verbrennung des Kokses erforderliche Menge zu verwenden. Wenn man jedoch erfindungsgemäß
ein bituminöses Bindemittel verwendet, genügt die Sauerstoffmenge, die theoretisch
zur Verbrennung des Bitumens erforderlich ist, um den gewünschten
Verbrennungsvorgang
zu erzielen. So ist es, insbesondere im Falle der Nichteisenerze möglich, die Sinterungsbedingungen
in solcher Weise einzustellen, daß eine teilweise Reduktion des Erzes sogar schon
während der Sinterungsbehandlung erfolgt.
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Wegen der geringen Menge des beim vorliegenden Verfahren erforderlichen
Sauerstoffs kann die latente Wärme der Verbrennungsgase auch in zweckmäßiger Weise
wiedergewonnen werden, z. B. indem man die Sinterungsbehandlung in einer Anlage
durchführt, bei welcher es möglich ist, sowohl die Menge der Verbrennungsluft als
auch die Zusammensetzung der Verbrennungsgase zu regeln.
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Die fühlbare Wärme dieser Gase und ihr latenter Wärmewert, der in
Form von brennbaren Gasen zur Verfügung steht, kann dann zum Vorerhitzen der Verbrennungsluft
und gegebenenfalls zum Vorerhitzen und teilweisen Trocknen der Pellets ausgenutzt
werden.
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Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für die Aufarbeitung
von pulverisierten Eisenerzen; sie kann aber auch bei pulverisierten Nichteisenerzen,
wie Nickel-, Kobalt-, Mangan-, Zink-, Zinn-, Chrom-und Molybdänerzen, mit Vorteil
angewandt werden. Beispiel 1 Ein lothringisches Eisenerz, welches zu Körnern von
weniger als 7 mm Durchmesser pulverisiert war, wobei ein Anteil von 20 Gewichtsprozent
eine Teilchengröße von weniger als 0,125 mm aufwies, und das eine natürliche Feuchtigkeit
von 4 Gewichtsprozent besaß, wurde in eine zylindrische, mit Schaufeln versehene
Trommel eingeführt, die um eine Welle, die um etwa 10° gegenüber der Horizontalen
geneigt war, mit einer Geschwindigkeit von etwa 120 U/min rotierte. Eine asphaltische
Bitumenemulsion wurde am oberen Teil der Trommel mittels einer Reihe von festen
Zerstäubungsvorrichtungen eingeführt, die längs der rohrförmigen Welle angeordnet
waren.
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Die Emulsion hat folgende Zusammensetzung: 21 Gewichtsprozent asphaltisches
Bitumen (Penetration 190; Ring- und Kugelerweichungspunkt 38° C); 78 Gewichtsprozent
Wasser; 1 Gewichtsprozent Emulgator" (Gemisch aus Kasein und Soda).
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Die Verweilzeit des Erzes in der Trommel betrug etwa 3 Minuten, so
daß der durchschnittliche Durchmesser der Pellets 5 mm betrug. Der Durchmesser der
Öffnungen der Zerstäubungseinrichtungen war so eingestellt, daß 22 Gewichtsteile
der Emulsion auf 100 Teile Erz zugeführt wurden.
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Die so erhaltenen Pellets wurden an der freien Atmosphäre bis zu einem
Wassergehalt von 15 Gewichtsprozent getrocknet. Dadurch wurde gleichzeitig die mechanische
Festigkeit erhöht und eine maximale Porosität der bei der nachfolgenden Sinterungsoperation
anfallenden Schlacke erzielt.
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Diese Pellets wurden dann in einer Schicht von 300 mm Dicke auf einen
Rost gelegt. Sie wurden im unteren Teil der Schicht durch einen Gasbrenner erhitzt.
Nachdem eine gleichmäßige Erhitzung erzielt war, wurde die Gaszufuhr abgestellt
und die Zufuhr von Verbrennungsgas aufrechterhalten, so daß eine Sinterung der Pellets
eintrat. Unter diesen Bedingungen war die Zusammensetzung des durchschnittlich abströmenden
Gases wie folgt: C02 . . . . . . . . . . . . . . 16,8 bis 17,4 Volumprozent C O
. . . . . . . . . . . . . . . 4,5 bis 5,0 Volumprozent O, ...... . . . .
. . . . . . 3,5 bis 4,8 Volumprozent C H4 und schwere Kohlenwasserstoffe keine H2
. . . . . . . . . . . . . . . . 0,2 bis 0,6 Volumprozent Rest .............. Stickstoff
Nach dem Abkühlen lag eine poröse Masse vor, die leicht in Stücke von 50 bis 100
mm für die direkte Anwendung als Blasofenbeschickung zerbrochen werden konnte.
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Beispiel 2 Pulverisierte Nickel- und Kobalterze wurden zwecks Herstellung
eines Sinters behandelt.
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Die Zusammensetzung dieser Erze schwankte zwischen den folgenden Grenzen:
Ni . . . . . . . . . . . . . . . . 2 bis 4 Gewichtsprozent Co . . . . . . . . .
. . . . . . . 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Eisen (Fe2 03) ..... 19 bis 40 Gewichtsprozent
Cr2 03 . . . . . . . . . . . . 0 bis 5 Gewichtsprozent A1203 '*"'**'***«' 1,5 bis
12 Gewichtsprozent Mn 02 . . . . . . . . . . . . 0 bis 19 Gewichtsprozent
Mg 0 . . . . . . . . . . . . . 4 bis 22 Gewichtsprozent Si O, . . . . . .
. . . . . . . . 4 bis 35 Gewichtsprozent Cad . . . . . . . . . . . . . . 0 bis 2
Gewichtsprozent Feuchtigkeit bei 110° C ...... 4 bis 10 Gewichtsprozent Korngröße
über 2 mm ...... keine über 0,5 mm .... 7 bis 10% über 0,125 mm .. 30 bis
45 % weniger als 0,125 mm ..... Rest Das Erz wurde in einen zylindrischen
Mischer mit senkrechter Welle und Schabern geschüttet, in dessen Mitte ein Rührer
mit Rührschaufeln angeordnet war. Das Mischergehäuse und die Rührvorrichtung rotierten
in entgegengesetzter Richtung. Das Gehäuse hatte eine Geschwindigkeit von 30 U/min
und der Rührer von 90 U/min. Die Schaberbleche führten das Produkt von der Wandung
aus immer wieder der Mitte des Mischers zu. Es wurde eine asphaltische Bitumenemulsion
(Penetration 90; Ring- und Kugelerweichungspunkt 45° C; C in Gewichtsprozent 85,7;
H in Gewichtsprozent: 10,2; S in Gewichtsprozent: 3,7) mit Hilfe einer Zerstäubungsvorrichtung
in den Mischer eingeführt. Diese Vorrichtung bestand aus drei Düsen, die auf einem
Radius des horizontalen Abschnittes des Behälters und 15 cm entfernt von der Oberfläche
der Erzschicht angebracht waren.
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Die verdünnte Emulsion, hergestellt aus einer konzentrierten Emulsion,
die 55 % Bitumen enthält, hatte die folgende Zusammensetzung: 27,0 Gewichtsprozent
asphaltisches Bitumen 72,7 Gewichtsprozent Wasser 0,3 Gewichtsprozent Emulgatoren
(4 Gewichtsteile Harz und 1 Gewichtsteil Pottasche) Die Leistungsfähigkeit der Zerstäubungsvorrichtung
war derart bemessen, daß 20 Gewichtsteile verdünnter
Emulsion auf
100 Teile Erz verwendet wurden. Die Menge Wasser im Bitumen war für das Pelletisieren
und für ein teilweises Schmelzen des behandelten Erzes ausreichend. Das Sinterungsprodukt
wurde erhalten durch Verbrennen des Bitumens in der Sintermischung, welche in einer
Schicht von 35 cm Dicke vorlag bei einer Verbrennungsgeschwindigkeit von 3 cm pro
Minute, gerechnet von der Brennzone aus: Die Verbrennungsluft wurde auf 350° C vorerhitzt.
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Analyse des abströmenden Gases: C o2 . . . . . . . . . . . . . . 14
bis 16 Volumprozent C O . . . . . . . . . . . . . . . 4 bis 5 Volumprozent 02 .
. . . . . . . . . . . . . . . 3 bis 4 Volumprozent C H und schwerere Verbindungen
.... keine Rest . . . . . . . . . . . . . . . Stickstoff Das so erhaltene Sinterungsprodukt
war kompakt und sehr druckfest. Weniger als 10 Gewichtsprozent der Stücke, berechnet
auf das Ausgangsmaterial, hatten einen Durchmesser von weniger als 10 mm.