DE1758451B2 - Verfahren und vorrichtungen fuer das kontinuierliche einschmelzen von eisenschwamm - Google Patents

Description

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Eisenschwamm, das Produkt der Reduktion von Eisenerzen unterhalb des Eisenschmelzpunktes, muß «weck Umwandlung in Stahl eingeschmolzen werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrirhtungen zur Ausübung dieses Verfahrens für das kontinuierliche Einschmelzen von Eisenschwamm in einem Induktionsofen. Solche Induktionsöfen sind nach dem Stande der Technik für das Einschmelzen von Eisenschwamm bisher nicht geeignet, weil die Eigentchaften des Eisenschwammes zu besonderen Schwierigkeiten im Induktionsofen beim Einschmelzvorgang führen. Diese Schwierigkeiten beruhen einmal auf dem Gehalt des Eisenschwammes an Gangart, die in dem oo Erz, aus dem der Eisenschwamm hergestellt ist, in mehr oder minder größeren Mengen enthalten ist. Diese Gangart muß beim Einschmelzvorgang des Eisenjchwammes laufend aus dem verflüssigten Eisen entfernt werden, beispielsweise dadurch, daß sie aufgeschmolzen wird und als flüssige Schlacke laufend von der Oberfläche des verflüssigten Eisens entnommen wird. Der Induktionsofen bekannter Bauart ist für das Ausbringen von flüssiger Schlacke wenig geeignet, weü das Erhitzungsprinzip des Induktionsofens die auf der Oberfläche Jes flüssigen Eisens liegende Schlacke kalt läßt, wodurch diese zu frühzeitiger Erstarrung neigt und im Oberteil eines solchen Ofens zur Ansatzbildung und zur Verstopfung der Ausflußorgane führt.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß aus Gründen der Wirtschaftlichkeit des Reduktionsprozesses die Reduktion des einzuschmelzenden Eisenschwammes nicht bis zu einem lOO°/oigen Reduktionsgrad durchgeführt wird, sondern höchsten bei 90 bis 95 % Reduktionsgrad abgebrochen wird. Die Folge hiervon ist die Anwesenheit beträchtlicher Mengen von Eisenoxyd im Eisenschwamm. Dieses Eisenoxyd wird beim Einschmelzvorgang in die Schlacke übergeführt und übt eine starke Verschleißwirkung auf das keramische Futter des Induktionsofens aus. Des weiteren ist der Induktionsofen für das Einschmelzen von Eisenschwamm bisher auch deshalb wenig geeignet, weil bei kontinuierlicher Betriebsweise der auf die Oberfläche des flüssigen Eisens gegebene Eisenschwamm infolge seines relativ geringen spezifischen Gewichtes auf der Oberfläche schwimmt und hier nur verhältnismäßig langsam eingeschmolzen werden kann. Diese ungünstigen Verhältnisse werden insbesondere dadurch hervorgerufen, daß das Eisen im Induktionsofen an der Oberfläche verhältnismäßig kalt bleibt.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Erzielung eines vorteilhaften kontinuierlichen Einschmelzvorganges von Eisenschwamm in einem Induktionsofen bestehen darin, daß der Eisenschwamm gemeinsam mit Kohlungsmitteln oder allgemein unter Einhaltung reduzierender Bedingungen in das in dem Induktionsschmelzofen enthaltene flüssige Eisen eingeführt wird, insbesondere im Bereich der vertikalen Längsachse eines Induktionstiegelofens, wobei der Ofen mit einem — gegebenenfalls beheizten — Überlauf für flüssiges Eisen und flüssige Schlacke versehen ist. Die Abführung von Schlacke und Eisen kann erfindungsgemäß auch so vorgenommen werden, daß die Schlacke durch einen beheizten Überlauf abgeführt wird, während das flüssige Eisen am Boden des Induktionsschmelzofens, insbesondere am Boden des induktiv beheizten Tiegels, durch gesteuerte Ausflußorgane ausgetragen wird. Als solche gesteuerte Ausflußorgane werden in an sich bekannter Weise unter anderem elektromagnetisch gesteuerte Ventile oder Pumporgane eingesetzt.

Besondere Maßnahmen der Erfindung verhindern die Berührung der aus der Gangart des Eisenschwammes gebildeten Schlacke mit der keramischen \usklcidung des Ofens oder schränken diese ein. Solche Maßnahmen bestehen u. a. in der Verwendung eines von oben in das flüssige Eisen eintauchenden Schüttringes oder Schüttzylinders aus feuerfestem Material, in den das einzuschmelzende Eisen eingeschüttet wird. Das Einschmelzen erfolgt im wesentlichen im Bereich di-s Schuttringes, und die hier gebildete Schlacke schwimmt in der Randzone des Schüttringes auf und tritt nach oben durch den entsprechend breiten freien Kreisring zwischen dem Schüttring und der Ofenwandung aus dem Ofen aus.

Eine Weiterausgcstaltung dieses Teiles der Erfindung besteht darin, daß der Schüttring oder Schüttzylinder soweit erhöht wird, daß sich eine schachtförmige Schüttsäule ergibi, die unter dem Einfluß der Schwerkraft in das flüssige Eisen eintaucht und infolge der hierbei sich ergebenden größeren Oberfläche mit erhöhter Geschwindigkeit aufgeschmolzen werden

kann. Nach Maßgabe des Abschmelzen dieser Schüttsäule an ihrem unteren Ende wird diese kontinuierlich in das flüssige Eisen von oben hineinbewegt. Die Schachtwandung der Schüttsäule kann bei dieser Ausführungsform vorzugsweise dicht oberhalb der Eisenoberfläche münden, so daß sie nicht in das flüssige Eisen eintaucht und entsprechend geringeren Anforderungen an die Feuerfestigkeit ihres Materials ausgesetzt ist.

Die Schachtwandung kann dann besonders weit von der Oberfläche des flüssigen Eisens zurückgezogen wurden, wenn anstelle der Schüttsäule ein zusammenhängender verfestigter bzw. verdichteter Strang von Eisenschwamm kontinuierlich von oben in das Eisenbad abgesenkt oder hineingeschoben wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Schachtwandung bis über die Schlackenoberfläche zurückgezogen werden, gegebenenfalls kann dann auch auf einen solchen Aufgabeschacht verzichtet werden.

Der Erzielung eines solchen zusammenhängenden Stranges aus Eisenschwamm gelten besondere erfindungsgemäße Maßnahmen. Solche Maßnahmen bestehen in der Zufügung von Bindemitteln, die entweder vor der Aufgabe des Eisenschwammes in den Schmelzofen oder während des Absenkens des Eisenschwammes durch den Aufgabeschacht zu einer Verfestigung des Stranges führen. So können Eisenschwammpellets an ihrer Oberfläche mit einer dünnen Schicht von Pech bzw. pechartigen Kohlenwasserstoffen versehen werden, das oder die beim Absenken im Auigabeschacht verkoken und die einzelnen Pellets an ihren Berührungspunkten ausreichend fest miteinander verbinden. Besonders vorteilhaft ist es, die Pechmenge so zu bemessen, daß der nach der Verkokung auf der Pelletoberfläche zurückbleibende Koks gerade ausreicht, um gemäß der Erfindung die Eisenschmelze aufzukohlen und das im Eisenschwamm noch enthaltene Eisenoxyd zu metallischem Eisen zu reduzieren.

Dieser Teil der Erfindung kann auch so ausgeführt werden, daß der Eisenschwammstrang wie bei einer kontinuierlichen Söderbergelektrode mit einem Eisenmantel umgeben wird, der zusammen mit dem Strang in den Induktionsofen abgesenkt und aufgeschmolzen wird.

Eine andere erfindungsgemäße Methode zur Verfestigung des Eisenschwammstranges besteht in der elektrischen Verschweißung der den Strang bildenden Eisenschwammteilchen an ihren Berührungsstellen. Diese Methode ist besonders beim Einschmelzen von Eisenschwammpellets vorteilhaft. In der Wandung des Aufgabeschachtes sind bei einer zweckmäßigen Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens Elektroden angebracht, die an ihrer Innenfläche mit dem Schachtinhalt in Berührung treten. Durch gegenüberliegende Elektroden werden kurze Stromstöße eines Schweißstromes mit entsprechend hoher Stromstärke gegeben. Hierbei erfolgt auf dem Stromwege durch den Eisenschwammstrang hindurch ein punktförmiges Verschweißen der Eisenschwammpellets.

Der Behandlung der Schlacke wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung besondere Bedeutung beigemessen. Um die relativ großen Schiackenmengen zu bewältigen, die beim Einschmelzen von Eisenschwamm auftreten können, erhält der Induktionsschmelzofen einen besonderen Ofenteil bzw. Ofenraum, in dem die Schlacke gesammelt und warm gehalten wird und aus dem sie. vorzugsweise in kontinuierlichem Fluß, abgeführt wird. Bei der Anwendung cinev lnduktionsticgelofens für dieses Einschmelzverfahren besitzt der Tiegel an seinem oberen Ende eine muldenförmige Erweiterung, deren feuerfeste Auskleidung besonders für die Aufgabe des Sammelns und des Behandeins der Schlacke geeignet ist. Während im Bereich des Tiegels, anliegend an die wassergekühlte stromzuführende Spule: die normale keramische Tiegelauskleidung Verwendung findet, können im Bereich der Schlackensammelmulde gegen Schlackenkorrosion besonders

ίο widerstandsfähige feuerfeste Stoffe angewandt werden, wie Magnesit, Dolomit oder Kohle.

Die Beheizung der Schlackenmulde zum Zwecke der Erzielung einer guten Schlackenfluidität kann durch ölbrenner erfolgen, die im Raum oberhalb der Schliickenoberfläche angebracht sind. Besonders vorteilhaft ist aber, die Schlackenbeheizung auf elektrischem Wege durchzuführen. Erfindungsgemäß sollen insbesondere in die flüssige Schlacke Stromzuführungseieketroden eintauchen, die aus Graphit bestehen.

wobei zur Verhinderung des Abbrandes an diesen Graphitelektroden eine innere Kühlung derselben. beispielsweise durch eine eingelegte wassergekühlte Kammer vorgesehen werden kann. Der Heizstrom wird hierbei durch die flüssige Schlacke geleitet, so daß infolge des elektrischen Widerstandes der Schlacke die notwendige Wärme aufgebracht wird.

Eine andere Beheizungsform zur Vervollständigung der Erfindung ist die durch den elektrischen Lichtbogen, wobei beispielsweise im Bereich der Ausflußöffnung der Schlacke oberhalb der Schlackenoberfläche Graphitelektroden angeordnet sein können, zwischen denen ein elektrischer Lichtbogen besteht.

Schließlich wird auch die Möglichkeit herangezogen, die Schlackenbeheizung mittels eines Elektrofließbettes durchzuführen. In diesem Fall wird über die Schlacke eine Schicht feinteiliger Kohle gelegt, werden Graphitelektroden so angeordnet, daß sie in die Kohleschicht eintauchen, wobei der durch die Kohleschicht geleitete Strom als Folge des elektrischen Widerstandes dieser Schicht die erforderliche Wärme erzeugt.

Um eine bestimmte Schlackenzusammensetzung zu erzielen, was zweckmäßig sein kann, um auf der Basis der Gangart des verwendeten Eisenerzes eine möglichst niedrige Schlackenschmelztemperatur zu erzielen, oder um die chemische Aggressivität der Schlacke auf das Ofenfutter herabzusetzen, oder um das erzeugte Eisen zu entschwefeln, oder von seinem Phosphor zu befreiet! und aus dergleichen anderen Gründen werden erfindungsgemäß dem Eisenschwamm schlackenbildende Mineralien beigefügt und in dieser Form in der Induktionsofen eingeführt. Die Beifügung kann ir Stückform durch Untermischen unter den einzuschme! zeiiden Eisenschwamm erfolgen. Insbesondere bei dei Verarbeitung von Pellets können diese Mineralien abei bereits den Pellets bei der Herstellung derselben it feinverteilter Form beigefügt werden. Des weiterei sollen bei der Verwendung von Pellets solchi Mineralien auf die Eisenschwammpellets vor derei Einsatz in den Ofen aufpelletiert werden. Solche aufpelletierte Material kann beispielsweise aus Kalzi umhydroxyd bestehen, wobei auf diese Weise die zuvo beschriebene Verfestigungswirkung eines Pelletstran ges erzielt werden kann, indem diese Pellets nach der Aufgeben in den Aufgabeschacht des Induktionsofen an den Berührungsstellen miteinander abbinden.

Eine weitere vorteilhafte Variante dieser Erfindun zur Behandlung des Schlackenproblemcs besteht darii daß mit dem Eisenschwamm soviel Kalk und/odc

Dolomit — beispielsweise in anpelleüerter Form — in den Schmelzofen gegeben wird, daß aus diesen Mineralien und der Gangart des Erzes eine hochbasische Schlacke entsteht, die bei der Schmelztemperatur des Eisens nicht schmelzbar ist, sondern als sogenannte Krümielschlacke im geschmolzenen Eisen aufsteigt und *'ch oberhalb der Eisenoberfläche sammelt und von hier aus — gegebenenfalls mit mechanischen Mitteln — aus dem Olenraum entfernt wird.

Die Erfindung widmet besondere Aufmerksamkeit den Maßnahmen für die Aufkohlung des Eisens bzw. der Zuführung des Kohlenstoffes in den Schmelzraum, um das korrodierende Eisenoxyd von der feuerfesten Auskleidung des Induktionsofens fernzuhalten. Erfindungsgemäß sollen u. a. die Kohlungsmittel gemeinsam mit dem Eisenschwamm in den Induktionsofen eingeführt werden, derart, daß beispielsweise diese Kohlungskohle bereits im Eisenschwamm enthalten ist. Diese Möglichkeit besteht bei der Verwendung von Eisenschwammpellets, die durch Reduktion von Eisenerzpellets erzeugt sind. Diese Kohle wird bei der Pelletherstellung in die Erzpellets eingebunden. Die erforderliche Kohlemenge kann aber auch nachträglich in die Porosität des Eisenschwammes oder auf die Oberfläche derselben aufgebracht werden, beispielsweise, indem Spaltungskohlenstoff aus der Spaltungsreaktion von Kohlenmonoxyd oder von Kohlenwasserstoffen abgeschieden wire⁴ oder indem Kohlenstoff an den Eisenschwamm anpelletiert wird. Schließlich kann auch Kohle geeigneter Stückgröße dem einzuschmelzenden Eisenschwamm untergemischt werden.

Eine besonders gut regulierbare Möglichkeit der Zufügung von Kohlungskohlenstoff besteht in dem Einbringen von fluiden Kohlenstoffträgern, wie von aufgewirbeltem Kohlenstaub, von öl und von gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Beispielsweise kann ein öl/.uführungsrohr durch die Mitte des Beschickungsschachtes geführt werden und am Abschmelzende der Beschickung münden. Durch dieses Rohr wird in dosierter Weise Öl in die abschmelzenden Pellets, bzw. in das flüssige Eisen eingeblasen und hierbei in Kohlenstoff und Wasserstoff zerlegt. Der in der Beschickungssäule aufwärts strömende Wasserstoff wird in vorteilhafter Weise dazu ausgenutzt, den im Eisenschwamm noch enthaltenen Sauerstoff weitergehend zu entfernen.

Eine Weiterausgesialtung der Erfindung besteht darin, daß das Redukiionsaggregai für die Herstellung von Eisenschwamm direkt mit dem Einschmelzaggregat gekuppelt wird. Diese erfindungsgemäße Ausführungsfortn ist eine wesentliche Verbesserung des bisherigen Stahlerzeugungsverfahrens auf der Basis von Eisenschwamm. Während bisher der Eisenschwamm aus dem Reduktionsaggregat auf verhältnismäßig schwierige Weise ausgetragen werden mußte, wobei die Heißaustragung besondere Schwierigkeiten macht, entfällt bei einer derartigen Kombination jegliche Maßnahme für das mechanische Austragen des Eisenschwammes. Des weiteren entfallen die Vorrichtungen für den Transport des Eisenschwammes zum Einschmelzaggregat und die Chargiervorrichtungen für das Einschmelzaggregat. Transportmittel und C hargicrvorrichtungen sind dann besonders schwierig, wenn Eisenschwamm in heißer Form zum Zwecke der Einsparung von Schmelzenergie im Einschmelzaggrcgat zugeführt werden soll. Die Kombination im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt derart, daß das Rcduktionsaggrcgat direkt über dem \ inschmcl/apgrcgal angeordnet ist Handelt es sich beispielsweise um ein Schachtreduktionsverfahren, bei dem stückiges Eisenerz bzw. Eisenerzpellets im oberen Teil des Schachtes aufgegeben werden und bei dem Reduktionsgas durch seitliche Einblasestellen im unteren Teil des Schachtes von unten nach oben durch den Schacht geleitet wird, so wird dieser Reduktionsschacht direkt über dem Einschmelzaggregat angeordnet, derart, daß der Eisenschwamm vermittels der Schwerkraft direkt der Schmelzzone des Induktions-Schmelzofens zugeführt wird. Wenn beispielsweise der Induktionsschmelzofen ein Induktionseinschmelztiegel ist, so bildet dieser den Unterteil des Induktionsschachtes. Das im Einschmelzaggregat durch die Endreduklion des im Eisenschwamm verblieüenen Eisenoxydes

is gebildete Reduktionsgas, das aus CO bzw. aus CO und H2 besteht, wird durch das Reduktionsaggregat geleitet und verringert den Reduktionsmittelbedarf des eigentlichen Reduktionsprozesses.

Neben dem Induktionseinschmelztiegel sind auch Induktionsrinnenofen verschiedener Bauarten und Anordnungen für die Durchführung dieses Verfahrens nach der Erfindung geeignet. So kann das in einer Induktionsrinne aufgeheizte Eisen kontinuierlich durch die Einschmelzzone eines tiegelartigen Einsehmelzgefäßes geführt werden, wobei der Heizumlauf des flüssigen Eisens durch den Induktionsofen in horizontaler und vertikaler Richtung erfolgen kann.

In den Fig. 1 bis 4 sind Vorrichtungen für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Gerät für das kontinuierliche induktive Einschmelzen von Eisenschwamm, wobei dieser vornehmlich in stückiger Form von Eisenschwammpellets vorliegt. 1 ist ein Induktionsschmelztie-

3·; gel mit den wassergekühlten stromdurchflossenen Spulen 2 und der feuerfesten Auskleidung 3. Die feuerfeste Auskleidung bei der schematischen Darstellung ist nicht näher differenziert, in bekannter Weise wird vorausgesetzt, daß zwischen dem eigentlichen Verschleißfutter zum Tiegelinneren hin und der Wärmeisolierung nach außen hin zu unterscheiden ist. sowie daß verschiedene Qualitäten von feuerfestem Material im Bereich des flüssigen Eisens und im Bereich der Schlacke Verwendung finden. Des weiteren ist bei

4S dieser schematischen Zeichnung von der Darstellung der stählernen Ofenwandungen, der Unterstützungskonstruktionen, sowie der Zuführungsleitungen für elektrischen Strom und für das Kühlmittel abgesehen. 4 ist eine muldenförmige Erweiterung des Einschmelztiegels an seinem oberen Ende für die Aufnahme der eingeschmolzenen Schlacke. 5 ist ein abnehmbarer Ofendeckel mit Durchführungen für Hilfselektroden 6. Der Ofendeckel 5 besitzt eine große zentrale öffnung 8 für den Beschickungsschacht. Dei Einschmelztiegel besitzt im Bereich seiner muldenförmigen Erweiterung 4 am oberen Ende einen Auslaß Ί für die flüssige Schlacke, der als Überlauf arbeitet De; weiteren besitzt er an seinem unteren Ende einer Auslaß 9 für das flüssige Eisen, der von einem spezieller

Verschlußorgan 10 abgeschlossen ist. Mit Hilfe diese; Verschlußorganes 10. das in an sich bekannter Weise au

elektromagnetischem Wege einen gesteuerten Gegen

• druck gegen das ausfließende Eisen erzeugt, wird di< pro Zeiteinheit ausfließende Eisenmenge gesteuert. De Eisenausfluß wird so reguliert, daß ^rich ein konstante Eisenspiegel bzw. eine Trennfiäche zwischen flüssigen Eisen und flüssiger Schlacke in einer bestimmte! vorgegebenen Höhe selbst einstellt.

Durch die Öffnungen 6 im Ofendeckel 5 sind Gr^phitelektroden 12 hindurchgeführt, die bei 13 in die flüssige Schlacke eintauchen und dieser über die Stromzuführungsorgane 14 und die Graphitclektroden 12 einen Heizstrom zuführen.

Durch die große zentrale öffnung 8 im Deckel 5 ist der Mantel 15 des Aufgabeschachtes hindurchgeführt. Am oberen Ende besitzt dieser eine trichterförmige Erweiterung 16. Das untere Ende mündet bei 17 oberhalb der Schlackenoberfläche 18. Durch den oberen Teil der Schachtwand 15 führen Elektroden 19. die dazu dienen, zwischen jeweils zwei in der Schachtwand gegenüberliegenden Elektroden kurze Stromstöße eines Schweißstromes entsprechend hoher Stromstärke zu geben. Für die Einbringung des einzuschmelzenden Eisenschwammes in die trichterförmige Erweiterung 16 des Aufgabeschachtes 15 isl oberhalb desselben ein Zuführungsband 20 angeordnet. Durch die Mitte des Aufgabeschachtes 15 ist ein öleinblaserohr 21 geführt, dessen Mündung 22 im Bereich der unteren Abschmclzzone des Eisenschwammes liegt. Im Füllbereich des Aufgabeschachtes 15 sowie im Bereich der Verfestigung des Schachtinhaltes durch Verschweißung der Eisenschwammteilchen ist das Öleinblaserohr 21 von einem keramischen Schutzrohr 23 abgeschirmt, das durch eine Halterung 24 in seiner Lage fixiert ist.

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende: Der Eisenschwamm, beispielsweise Eisenschwammpellets, wird mittels des Bandes 20 an den Einschmelzofen herangeführt. Bei Verwendung eines Metallbandes kann der Eisenschwamm von Reduktionsaggregat auch in heißer Form herangeführt werden, beispielsweise mit einer Temperatur von 800° C. Das Band 20 wirft den stückigen Eisenschwamm 25 in den Aufgabetrichter 16 des Aufgabeschachtes 15 ab. Der Trichter 16 wird stets gefüllt gehalten, so daß die Oberfläche 26 ständig oberhalb der Ebene der Schweißelektroden 19 liegt. Durch die kurzen Schweißstromstöße, die durch die Schweißelektroden 19 gegeben werden, findet eine Punktverschweißung der Eisenschwammkörper statt, so daß unterhalb der Schweißelektroden 19 ein zusammenhängender verfestigter Strang von Eisenschwamm 27 vorliegt. Der Strang taucht bei II in das flüssige Eisen ein und wird von hieraus abwärts an seiner Berührungsfläche mit dem flüssigen Eisen 28 kontinuierlich abgeschmolzen. Die Eintauchtiefe des Eisenschwammstranges 27 in das flüssige Eisen 29 entspricht dem Gewicht des Siranges 27, da normalerweise der Strang durch den Aufgabeschacht 15 lediglich in seiner vertikalen Richtung fixiert ist, aber nicht gehalten wird. Die an der Abschmelzfläche 28 aufgeschmolzene Schlacke steigt die Fläche entlang nach oben und bildet oberhalb der Eisenfläche 11 das Schlackenbad 30. Das Schlackenbad 30 entleert sich durch die öffnung 7 nach Maßgabe der aufgeschmolzenen Mengen kontinuierlich. Durch das ölzuführungsrohr 21 wird der ölstrom 31 bis 22 in den aufschmelzenden Eisenschwammstrang 27 bzw. in das flüssige Eisen 29 eingeblasen. Der hierbei gebildete Krackkohlenstoff wird im Eisen gelöst und dient der Reduktion der gegebenenfalls aus dem Eisenschwamm in die aufsteigende Schlacke übergegangenen Eisenoxyde. Der gleichzeitig gebildete Krackwasserstoff strömt zum großen Teil innerhalb der Porosität des Eisenschwammstranges nach oben und dient hier der Verminderung des im Eisenschwamm von der Gewinnung noch enthaltenen an Eisen gebundenen Sauerstoffes. Das aufgeschmolzene Eisen wird kontinuierlich durch die öffnung 9 aus dem Schmclzaggregai abgeführt.

In der F i g. 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform für das Einschmelzen von Eisenschwamm in einen· Induktionsschmclzofen dargestellt, bei dem die Induktionsspulen sich am Boden des Schmelzgefäße! befinden. In dem Schmelztiegel 31 sind die Induktionsspulen 32 dicht über dem Boden angeordnet. De. Schmelztiegel 31 besitzt eine feuerfeste Zustellung

ίο bekannter Zusammensetzung, die Spulen 32 sind vor einer feuerfesten keramischen Schutzschicht ebenfall· bekannter Zusammensetzung umgeben. Auf der Schmelztiegel 31 ist oben ein zylinderförniigcr Ansät/ 33 aufgesetzt, der aus einem keramischen Materia

is besteht, das insbesondere gegen Schlackenangrifft widerstandsfähig ist. Das zylindrische Oberteil de; Schnieiztiegels 33 besitzt einen Überlauf für flüssige Schlacke 34 und eine Austrittsöffnung für flüssiges Eiset 35. In dem Schmelztiegel taucht von oben zentrisch eil

ίο Beschickungsring 36 ein, der aus einem gegen Schlackt und flüssiges Eisen widerstandsfähigen keramischen Material bekannter Zusammensetzung hergestellt ist Der Eisenschwamm wird von oben in den Bcsehickungs ring 36 kontinuierlich eingeschüttet, so daß er in diesen ein lockeres Haufwerk bildet, das auf dem in den Schmelztiegel befindlichen Eisen 29 schwimmt unc entsprechend seinem Gewicht in die Eiscnoberflächt eindringt und dort die Abschmelzfläche 28 bildet Gemeinsam mit dem Eisenschwamm wird Kohle 37 ir Stückform bzw. in kleinkörniger Form in den Beschik kungsring 36 gegeben. Diese Kohle dient der Endreduk tion des Eisenschwammes während des Einschmcl/vor ganges und der Einstellung einer bestimmten EndanaK se des durch die Öffnung 35 aus dem Einschmclztiege abgezogenen flüssigen Eisens. Auf der Oberfläche 1 des flüssigen Eisens liegt eine Schicht flüssiger Schkicki 30, die über den Überlauf 34 kontinuicrliclTabflicßt. Du für das Aufschmelzen des Eisenschwammes erfordern ehe Wärme wird im wesentlichen in dem Kann! 3!

zwischen den Induktionsspulen 32 erzeug!. Das heiß< Eisen strömt in dem Kanal aufwärts und wird tinte Aufschmelzen des Eisenschwammes an der Trennflächi 28 des Eisenschwammhaufwerkes 25 und des flüssige! Eisens 29 umgelenkt und abgekühlt und strömt in de

abwärts gerichteten Pfeilrichtung nach unten, um in den Kanal 38 von neuem aufgeheizt zu werden.

Für Einschmelzöfen besonderer großer Bauart is vorgesehen, daß mehrere solcher Induktionsein schmelztiegel nebeneinander angeordnet sind, so dal

die Zwischenwände zwischen jeweils benachbarte! Spulenpaaren in Wegfall kommen und sich eil !■echteckiger oder ovaler Wannenofen ergibt, bei den der Fülltrichter 36 mit einer gemeinsamen Beschik kungsvorrichtung über sämtliche Einschmelzspulei

hinwegreichen kann.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens nacl der Erfindung ist ,n den F i g. 3 und 4 dargestellt. F. handelt sieh um den Verbund einer Einrichtung zu Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerzen um einer weiteren Einrichtung zum Einschmelzen de Eisenschwammes auf induktivem Wege. 39 ist eii Reduktionssehacht für die Reduktion der Eisenerz mittels reduzierender Gase, wie Wasserstoff. Kohlen monoxyd oder Mischungen derselben. De- Reduktions

schacht besitzt an seinem oberen Ende eine Beschik kungseinrichtung 40, die hier in Form des bekannte Doppelglockengichtverschlusses dargeteilt ist Ar Schachtmantel befinden sich Einblascöffnuneen für da

Reduktionsgas 41. Im Kopf des Schachtes ist eine Auslaßöffnung für die Reduktionsabgase 42 vorgesehen. Im unteren Teil des Schachtmantels ist eine Auslaßöffnimg 7' für flüssige Schlacke vorhanden und direkt über dem Schachtboden eine Auslaßöffnung 34 für das flüssige Eisen. Etwas unterhalb der Auslaßöffnung für die flüssige Schlacke befindet sich eine Einlaßöffnung 45 für heißes induktiv erhitztes Eisen, direkt über dem Schachtboden ist in der Schachtwand eine Auslaßöffnung 46 für das durch das Einschmelzen abgekühlte flüssige Eisen vorhanden. Von der Auslaßöffnung 46 führt ein Zuiührungskanal 44 zu dem Gerät für die induktive Erhitzung des Eisens, das aus dem Spulenpaar 32 und aus dem Erhitzungskanal 38 bestellt. Der Erhitzungskanal 38 setzt sich in einem Zulcitungskanal 43 fort, mittels dessen das erhitzte Eisen der Eisenzuführungsöffnung am Schmclzschaeht 45 zugeleitet wird. Der Durchfluß durch das induktive Erhitzungsgerät für das flüssige Eisen erfolgt bei diesem Beispiel aufgrund der Thermosyphonwirkung. Es können auch Pumporgane für flüssiges Eisen vorgesehen werden, die zweckmäßig in dem kalten Zuführungskanal 44 vorgesehen sind, beispielsweise in Form einer an sich bekannten elektromagnetischen Pumpe.

Die Arbeitsweise dieses Kombinationsgerätes für Rcdukton und Einschmelzen ist die folgende:
s Infolge des großci. Gewichtes der Eisenschwammbzw. Erzsäule im Reduktionsschacht taucht der Eisenschwamm 27 tief in die Schlackeschicht 30 ein. wobei je nach der Ausbildung der Abschmelzfläche 28 auch ein Eintauchen in das unterhalb der Schlacke ίο befindliche flüssige Eisen 29 erfolgt. Durch die Öffnung

45 wird über den Kanal 43 ständig heißes flüssiges Risen in den Unterteil des Reduktionsschachtes eingedrückt dessen Wärme das Aufschmelzen des liisenschwanimes und der im Eisenschwamm enthaltenen Gangari

is bewirkt. Das infolge des Schmelzprozesses abgekühlu Eisen wird am Boden des Schachtes durch die Öffnung

46 wieder abgezogen und im Kanal 38. dem es durch der Zuführungskanal 44 zugeleitet wird, induktiv mittels dci Spule 32 erhitzt.

Eine Weitcrausgestaltung der Erfindung besteh! darin, daß an einen Reduktionsschacht mehreR induktive Heizsysteme angeschlossen sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

17 Patemansprüche:

1. Verfahren für das kontinuierliche Einschmelzen von Eisenschwamm, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm in einen Induktionsschmelzofen, insbesondere im Bereich der vertikalen Längsachse eines Induktionstiegelofens, in das in diesem enthaltene flüssige Eisei. eingeführt wird, wobei gleichzeitig Kohlungsmittel in das Eisen gegeben werden und der Ofen mit einem — gegebenenfalls beheizten — Überlauf für flüssiges Eisen und flüssige Schlacke versehen ist oder mit einem beheizten Überlauf für flüssige Schlacke, während das flüssige Eisen am Boden des Tiegels durch gesteuerte Ausflußorgane wie elektromagnetisch gesteuerte Pumporgane ausgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gv-kennzeichwet. daß der Eisenschwamm durch einen in das Eisen von oben eintauchenden Schüttring oder Schüttzylinder aus feuerfestem Material in das einzuschmelzende Eisen lose eingeschüttet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm in eine schachtförmige Schüttsäule aufgegeben wird, die sich unter dem Einfluß der Schwerkraft und nach Maßgabe des Abschmelzt is an ihrem unteren Ende in das flüssige Eisen von oben hineinbewegt und wobei die die Säule begrenzende stationäre Schachtwandung vorzugsweise dicht oberhalb der Eisenoberfläche mündet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm zu einem zusammenhängenden Strang verdichtet wird und in dieser Form kontinuierlich von oben in das Eisenbad abgesenkt oder hineingeschoben wird.

5 Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4. dadurch gekennzeichnet, daP der Strang aus Eisenschwamm und gegebenenfalls Bindemitteln wie Pech von einem Eisenmantel zusammengehalten wird, der mit dem Eisenschwamm zusammen eingeschmolzen wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhalt der den Strang bildenden Eisenschwammteilchen, insbesondere von Eisenschwammpellets durch punktförmiges elektrisches Verschweißen derselben erzielt wird, hervorgerufen durch das kurzzeitige Hindurchleiten eines elektrischen Stromes entsprechender Stärke.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionstiegelofen an seinem oberen Ende eine muldenförmige Erweiterung besitzt, in der sich die Schlacke sammelt und gegebenenfalls durch besondere Maßnahmen wie ölbrenner beheizt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß in die in der Mulde befindliche Schlacke Hilfselektroden eintauchen, mit deren Hilfe ein Heizstrom durch die flüssige Schlacke geleitet wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde in ihrem oberen Teil von einem Elektrofließbett aus feinteiliger Kohle ausgefüllt wird, in das Hilfselektroden eintauchen, mit deren Hilfe ein Heizstrom durch das Fließbett gegeben wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Eisenschwamm schlackenbildende Mineralien in den Induktionsofen eingeführt werden, die zusammen mit der Gangart des Erzes eine gewünschte Endschlacke ergeben, unter anderen eine solche, die auf das Ofenfutter keine oder nur geringe Korro-ε-onswirkungen ausübt.

Π. Verfahren nach den Ansprüchen! bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß soviel Kalk oder/und Dolomit eingeführt wird, daß eine bei der Schmelztemperatur des Eisens nicht schmelzbare Krümelschiacke entsteht.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlungsmittel gemeinsam mit dem Eisenschwamm in den Induktionsschmelzofen eingeführt werden, derart, daß entweder Kohlungskohle im Eisenschwamm enthalten ist wie bei der Verwendung von Erzpellets für das vorgeschaltete Reduktionsverfahren, in denen Kohlenstoff enthalten ist. gegeben durch Pellets mit Kokskern oder bei der Verwendung von Eisenschwammpellets, in deren Porosität und/oder auf deren Oberfläche Kohlenstoff aus der Spaltungsreaktion von CO oder von Kohlenwasserstoff enthalten ist. bzw. dadurch gekennzeichnet, daß Kohle geeigneter Stückgröße dem einzuschmelzenden Eisenschwamm untergemischt w ird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Kohlenstoffes in Form von fluiden Kohlenstoflträgern wie Kohlestaub, öl und gasförmige Kohlenwasserstoffe in das flüssige Eisen eingebracht bzw. geblasen wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen! bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß eine enge Verbindung zwischen dem Reduktionsaggregat für die Herstellung des Eisenschwammes aus den Erzer, und dem Einschmelzaggregat vorliegt, derart, daß das Redut;-tionsaggrogat. wie ein von Reduktionsgas durchflossener Schacht, direkt über dem Einschmelzaggregat angeordnet ist, u. a. derart, daß der Induktionseinschrr.dztiegel den Unterteil des Reduktionsschachtes bildet, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das im Einschmelzaggregat gebildete Gas als Teil des Reduktionsgases durch das Reduktionsaggregat geleitet wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen! bis U. dadurch gekennzeichnet, daß der Einschmelztiegel Teil eines Induktionsrinnenofen ist. derart, daß in der Induktionsrinne aufgeheiztes Eisen kontinuierlich durch die Einschmelzzone hindurchgeleitet wird.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1. 3. 4. b, 7. 8. 10. 12 und 13. gekennzeichnet durch einen Indunktionstiegclofen mit stromdurchflossenen Spulenw indungen in der zylinderförmigen Wandung, mit einer muldenförmigen Erweiterung nach oben, die von einem Deckel nut einer großen zentralen Durchführungsöffnung und mit kleineren Elektrodendurchführungsöffnungen abgeschlossen ist. des weiteren gekennzeichnet durch einen zylinderförmigen Beschickungsschacht, der durch die Durchführungsöffnung gestockt ist und der nahe seinem oberen Ende von Schweißelektroden horizontal durchbrochen ist, mit einem zentralen ölcinblaserohr. das im Bereich der Schweißelektroden von einem stationären Rohr abgedeckt ist. schließlich gekennzeichnet durch Gr;<phitelektroden. die durch die entsprechenden Durchführungsöffnungen des Deckels gesteckt sind, durch minde-

jtens eine Schlackenabführungsoffnung dicht unterhalb des Deckels und durch eine Eisenabführungsöff-Bung im Bereich des Tiegelbodens mit einer Verschluß- und Ausflußregelvorrichtung, vorzugsweise als elektromagnetische Pumpe ausgebildet.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Bach den Ansprüchen i, 2, 10_s .: 12 und 15, gekennzeichnet durch einen Induktionstiegelofen, bei dem über dem Ofenboden mindestens 2 Induktionsspulen angebracht sind mit einem Erhitlungskanal zwischen diesen Spulen, mit einem von oben in den Ofen eintauchenden Beschickungsring, mit einem Überlauf für flüssige Schlacke und mindestens einer Austragsöffnung für flüssiges Eisen

ki der Ofenwandung. ,₅

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens «ach den Ansprüchen 1. 3, 10, 11, 12. 14 und 15, gekennzeichnet durch einen Reduktionsschacht für die Reduktion stückiger Eisenerze mit reduzierenden Gasen, mit einer gasdichten Beschickungseinrichtung für die Eisenerze, mit Gaszuführungsöffnungen im unteren Schachtteil und einer oder mehrerer Abgasabführungsöffnungen oberhalb der Beschickungsoberfläche, mit mindestens einer Schlackenabführungsoffnung in der Sehachtwand unterhalb der Gaszuführungsöffnungen und mit mindestens einer Eisenabführungsöffnung im Bereich des Schachtbodens; des weiteren gekennzeichnet durch einen Eisenauslaß für aufzuheizendes Umlaufeisen im Bereich des Schachtbodens mit einem daran anschließenden Kanal für die Zuleitung des aufzuheizenden Eisens zum Erhitzungsaggregat, mit einer Eisenzuführungsöffnung für aufgeheiztes Eisen in der Schachtwar.d unte-hrih oder im Bereich der Schlackenabführungsoffnung und mit einem Zuführungskana! für das aufgeheizte Eisen vom Erhitzungsaggregat, schließlich gekennzeichnet durch ein Erhitzungsaggregat, bestehend aus mindestens 2 Induktionsspulen, die auf mindestens einen Erhitzungskanal wirken, in den das vom Schacht kommende Eisen eingespeist und aus dem das heiße Eisen in den Zuführungskanal zum Schacht gegeben wird.