DE2754988A1

DE2754988A1 - Verfahren zur herstellung von ferrochrom in einem hochofen

Info

Publication number: DE2754988A1
Application number: DE19772754988
Authority: DE
Inventors: Saitama Chichibu; Tamekazu Saito; Yutaka Saito; Kenich Sakaue; Mithunobu Tanaka
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2373613B1; FR2373613A1; PH13739A; JPS5372718A; SE441101B; IN147145B; US4106929A; DE2754988C2; ZA777320B; SE7713817L; JPS6110545B2

Description

Möhlstraße 37

ei. «i «■ i- ni ^ rr :, ,. D-8000 München 80

Showa Denko Kabushiki Kais ha

Tar.«« ^Tel" 089/982085-87

, Japan Telex:0529802hnkld

—————————^-—— Telegramme: ellipsoid

9. Dez. 1977 .

Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom, insbesondere in einem Hochofen.

Ferrochrom wird im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß ein Chromerz, ein Reduktionsmittel, wie Koks, und ein schlackebildendes Mittel, wie Kalk, in einen Elektro- oder Lichtbogenofen eingegeben und darin geschmolzen werden. Dieses Vorgehen erfordert große Investitionskosten für Ausrüstungen, wie Transformatoren und Elektrodenvorrichtungen, sowie einen hohen Grad an Geschicklichkeit und Erfahrung für das Schmelzen. Der größte Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß kostspielige elektrische Energie verbraucht wird.

Mit zunehmender Notwendigkeit für Energieeinsparungen sind in jüngster Zeit verschiedene Verbesserungen dieses Elektroofenverfahrens vorgeschlagen und zum Teil bereits (in Japan) industriell angewandt worden. Beispielsweise wird gemäß einem dieser Vorschläge ein Chromerz in einem Dreh(rohr)-ofen ο.dgl. behandelt, um die im Chromerz enthaltenen Eisen-

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und Chromoxide in festem Zustand teilweise zu reduzieren, bevor das Chromerz dann in einem Elektroofen verschmolzen wird. In letzterem wird dann die Reaktion an dem teilweise reduzierten Chromerz zur Gewinnung von Ferrochrom abgeschlossen. Dieses Drehofenverfahren ist insofern vorteilhaft, als ein Teil der elektrischen Energie durch billigere Energie aus Schweröl o.dgl. ersetzt werden kann. Für die Durchführung dieser Teilreduktion auf industrieller Basis muß Jedoch ein Dreh- oder Schachtofen mit einer durch Schweröl o.dgl. gespeisten Verbrennungsflamme benutzt werden, wobei die Entstehung einer gewissen oxidierenden Atmosphäre in einem solchen Ofen nicht zu vermeiden ist. Hieraus ergibt sich das Problem der Wiederoxydation des bereits reduzierten Eisens oder Chroms. Bei Verwendung eines Dreh(rohr)ofens o.dgl. ist es schwierig, die Reduktionsrate des Chromoxids in fester Phase unter atmosphärischem Druck zu erhöhen. Infolge dieser Schwierigkeit beträgt das Reduktionsgradverhältnis des Chromerzes im Drehofen o.dgl. bestenfalls etwa 7096. Daher werden die teilreduzierten Pellets oder Briketts in einen Elektroofen eingegeben, in welchem der Schmelzvorgang durchgeführt wird. Weiterhin ist dieses Verfahren auch mit zahlreichen Schwierigkeiten bezüglich der Ausrüstung verbunden, da nämlich ein Drehofen mit einer Zusatzausrüstung zusätzlich zu dem Elektroofen vorgesehen sein muß, in welchem der Schmelzvorgang ausschließlich erfolgt. Zur wirksamen Wärmeausnützung werden die reduzierten Pellets noch mit hoher Temperatur in den Elektroofen überführt, wobei es zur Verhinderung einer Reoxydation bei diesen hohen Temperaturen sowie der anschließenden Verschmelzung und Zusammenballung nötig ist, die Speicher- und Überführvorrichtungen abzudichten und andere umständliche Vorkehrungen zu treffen.

Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen sind bereits in einigen Patentschriften offenbart, doch erwiesen sich diese Verfahren als auf industrieller Basis nicht durchführbar.

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Beispielsweise ist es bei dem Verfahren gemäß der US-PS 2 238 078 durch Erwärmung des in einen Hochofen eingeblasenen Winds auf eine Temperatur von mehr als etwa 980⁰C, um die Erzteilchen im Bereich der Windformen teilweise zu verflüssigen, beabsichtigt, die Reaktion zwischen dem verflüssigten Erz und Kohlenstoff wesentlich zu begünstigen und O, zu Cr zu reduzieren.

Da die gemäß der genannten US-PS vorgeschlagene Windtemperatur bei den bisherigen Hochofenanlagen schwierig zu erzielen ist, schlägt die US-PS 2 286 577 ein Verfahren vor, bei dem in einer ersten Stufe ein Chromerz in einem Hochofen verflüssigt, d.h. aufgeschmolzen, die Schmelze sodann zum Erstarren gebracht und das Schmelzen in einer zweiten Stufe abgeschlossen wird.

Da bei diesen beiden Verfahren ein Hochofen eingesetzt wird, wird selbstverständlich ein stückiges Erz verwendet. Der Grund dafür, daß diese beiden Verfahren in der Praxis nicht industriell angewandt wurden, besteht darin, daß dabei keine ausreichenden Maßnahmen zur Berücksichtigung der speziellen Probleme aufgrund des Unterschieds in den Reduktionsmechanismen zwischen Chromerz und Eisenerz getroffen wurden, so daß auch keine ausreichende Reduktion des Chromoxids erzielt werden konnte. Beim zweitgenannten Verfahren wird die vollständige Durchführung des Schmelzvorgangs durch Behandlung im Hochofen als unmöglich angesehen.

Bei der Reduktion eines Eisenerzes schreitet die Reduktion mit CO und H₂ in dem Bereich, in welchem sich das Eisenerz in fester Phase befindet, zu einem außerordentlich hohen Grad fort. Diese indirekte Reduktion findet dabei im Oberteil des Hochofens statt. Infolgedessen wird das beträchtlich reduzierte Eisenerz in einen Hoohtemperaturbereloh des

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Hochofens eingeleitet, in welchem die Reduktion des restlichen Eisenoxids und das Schmelzen 3-cattfinden. Im Fall von Eisenerz geht die Hauptreduktion im Oberteil des Hochofens nämlich in einem mit dem in seinem Unterteil stattfindenden Schmelzen gut ausgewogenen Zustand vor sich. Aus diesem Grund sinkt das Mölleraatcrial i-a Hochofen gleichmäßig nach unten. Außerdem liegen die Sch-iaeizpunkte von Eisenerz ;-nd Roheisen vergleichsweise niedrig t.-: daß Eisenerz im Hoenofen zufriedenste] lc-nd aufgeschmolzen werden kann·

Im Fall v~n Chromerz kc:on air. seiches sufrieden^xsllendes Aufschmelzen im Hochofen nicht erwartet werden. ~;ie Hauptkomponentc eines Chrcmerzes :Ut Cr₀O-,, * cbe.l ύ.ε.2 Cr/Fe-Gewichtsverhältnis des Sr^es üblicherweise iia Bereich von 1»5 - ?;- liegt νχιά <ier ChrcEgeha.lt wesentlich hoher ist als der Eiaecs"*?h.alt_e Außeuxss let CTvO₅. cobser ^u reduzieren, und es findet nahezu g&r K^xiie '..ruiirsKta Reduktion siit CO-Gas ο «dgl. j.r. Hochofen iit^.tt« Wenn daher ein Chromerz und Koksstücke ^!."gegeben werden, findet salbst dtna_f wenn ein Teil das Eisenczids im Erz. indirekt vs-iuzierr v.ird_; nahezu überhaupt ksir.v indirekte Reduktion das Chrcaerzes sls Ganzes statt.

Bei einerc Hochofen ist dsr Oberteil ein Festphasen/Gasphasen». Bereichf vrährend der Mittelteil einen Bereich darstellt, in welchem die feste, die flüssige und die gasförmige Phase gleichzeitig vorliegen, und der Unterteil ein Festphasen-(Kokso.dgl.)/Flüssigphasen-Bereich ist. Wie erwähnt, wird das Chromerz im Festphasen/Gasphasenbereich nicht ausreichend reduziert und (daher) .Ir. einem praktisch imreduzierten Zustand in den die feste, die flüssige und die gasförmige Phase enthaltenden Bereich und sodann in den Festphasen/-Flüssigphasen-Bereich eingeführt» In diesen Bereichen ist der Kontakt zwischen dem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel

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und dem Erz ungenügend, so daß ein erheblicher Teil des Erzes nicht umgesetzt wird und in Form von Schlacke zurückbleibt. Weiterhin bildet sich beim Erschmelzen von Ferrochrom aus einem Chromerz eine wesentlich größere Schlackenmenge als beim Erschmelzen von Roheisen aus einem Eisenerz. Infolgedessen wird kein zufriedenstellender Kontakt zwischen dem nicht umgesetzten Chromerz und dem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel erreicht, so daß es sehr schwierig ist, die reduzierende Reaktion in der Flüssigphase mit hohem Wirkungsgrad durchzuführen.

Da außerdem der Schmelzpunkt von Cr₂O, sehr hoch liegt, erhöht sich der Schmelzpunkt der Schlacke ganz beträchtlich, wenn nicht umgesetztes Cr₂O, in der Schlacke enthalten ist. Hierdurch werden die Abtrennung des metallischen Ferrochroms von der Schlacke und die Rückgewinnung des metallischen Ferrochroms aus der Schlacke sehr erschwert.

Wenn ein Hochofen daher nur mit einem Chromerz und mit Koks in Stückform beschickt wird, geht aus den genannten Gründen der Ausgleich bzw. das Gleichgewicht zwischen der reduzierenden Reaktion und dem Schmelzvorgang verloren, wobei ein übermäßig großer Anteil an nicht umgesetzter Schmelze anfällt und der Schmelzvorgang daher nicht gleichmäßig durchgeführt werden kann.

Auch wenn die Windtemperatur auf einen wesentlich höheren Wert als den erhöht wird, der beim Beschicken gemäß der genannten US-PS 2 238 078 erzielt werden kann, lassen sich die vorstehend geschilderten, mit dem Schmelzen von Ferrochrom in einem Hochofen zusammenhängenden Probleme nicht lösen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen zu schaffen, bei dem das Erschmelzen des Ferrochroms aus einem Chromerz gleichmäßig und mit hohem Grad der Reduktion der Ferro-

chromerze stattfindet.

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JAMIOfRO CJAtI

Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Ferrochrom, das einen Chromgehalt von 4096 oder mehr, vorzugsweise von 5096 oder mehr besitzt. Dieses Ferrochrom soll dabei mit hohem Ausbringen von 9096 oder mehr, vorzugsweise 9596 oder mehr, bezogen auf den Chromgehalt in den Chromerzen, gewinnbar sein.

Bei diesem Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen soll der Herstellungsvorgang ohne Schwierigkeiten, nämlich ohne Hängen oder mangelhafte Gasdurchlässigkeit, durchführbar sein.

Erfindungsgemäß wird also die Gewährleistung sowohl einer beträchtlichen Senkung des Energiebedarfs durch Übergang von elektrischer Energie auf Koks als Energiequelle als auch einer Vereinfachung der Verfahrensschrite angestrebt. Da das Erschmelzen von Ferrochrom aus einem Chromerz in einem Hochofen im Hinblick auf das genannte Ziel anzustreben ist, wurden erfindungsgemäß verschiedene Untersuchungen und Forschungen bezüglich dieses Schmelzverfahrens durchgeführt, auf deren Grundlage die Erfindung entwickelt wurde.

Die genannte Aufgabe wird also bei einem Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst Agglomerate aus einem Gemisch aus einem pulverförmigen Chromerz und einem pulverigen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel geformt werden, daß die Agglomerate zusammen mit stückigem Koks in den Hochofen eingegeben werden und daß ein vorgewärmtes, sauerstoffhaltiges Gas über Windformen bzw. -düsen in den Hochofen eingeblasen wird und eine Schmelze aus metallischem Ferrochrom und Schlacke gebildet wird.

Die sog. Pellets und Briketts werden in der folgenden Beschreibung gemeinsam als "Agglomerat" bezeichnet.

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j_f,0

Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung wird eine zweckmäßige Beziehung zwischen der Eingabe der Ausgangsstoffe und der Temperaturregelung hergestellt« Dies wird dadurch erreicht, daß der Mengenanteil an kohlenstoffhaltigem Material in den Agglomeraten und die durch das vorgewärmte, sauerstoff haltige Gas bestimmte theoretische Verbrennungstemperatur an den Windformenden so eingestellt werden, daß (a) die Agglomerate im Hochofen nicht nennenswert pulverisiert werden und (b) das im Chromerz enthaltene Chromoxid in einem oberen Bereich des Hochofens, in welchem sich die Agglomerate in fester Phase befinden, teilweise reduziert wird, und dieses Chromoxid in einem unteren Bereich des Hochofens, in welchem die Agglomerate in flüssiger Phase vorliegen, la wesentlichen vollständig reduziert wird.

Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren Im einzelnen erläutert.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst Agglomerate aus einem Pulver aus Chromerz und einem Pulver aus kohlenstoffhaltigem Material hergestellt« Chromerze werden gewöhnlich in einem stückigen oder pulverförmigen Zustand gewonnen· Im ersteren Fall werden dl· Erzstücke zunächst pulverisiert, und das so erhaltene Erzpulver wird für die Herstellung der genannten Agglomerate benutzt« ErfIndungsgemäß werden Chromerze mit einem Cr/Fe-Verhältnis von 1,5 - 3,5 verwendet, wie sie bisher üblicherweise für das Schmelzen In einem Elektro- bzw. Lichtbogenofen ο«dgl· eingesetzt wurden, doch ist das Cr/Fe-Verhältnls beim erf 1 ndtmgs gemäßen Verfahren nicht auf den angegebenen Bereich beschränkt« Ein typisches Beispiel für die Zusammensetzung (in Gew.-Jt) des Chroaerzes ist folgendes :

Cr₂O₃ 44,6

FeO 18,8

Al₂O₃ 13,0 809824/0880

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MgO	9,7
SiO₂	7,3
CaO	Spuren

Vorzugsweise beträgt die Teilchengröße des Chromerzpulvers etwa 0,35 mm (46 U.S. mesh) oder weniger, insbesondere etwa 0,09 mm (150 mesh) oder weniger.

Das als Reduktionsmittel verwendete kohlenstoffhaltige Pulver nimmt an der Festphasenreduktion im Oberteil des Hochofens teil. Im Fall eines Eisenerzes schreitet die Gasphasenreduktion, wie erwähnt, sehr schnell fort, wobei die Eingabe des pulverförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials in dem in die Agglomerate eingearbeiteten Zustand, wie erwähnt, demgegenüber bedeutungslos ist. Als kohlenstoffhaltiges Material werden erfindungsgemäß an sich bekannte Produkte verwendet, etwa Kohle, Koks, Petrolkoks und kalzinierte Anthrazitkohle. Vorzugsweise beträgt die Teile* ■■■: «.größe des kohlenstoffhaltigen Materials in Pulirerfor* ; : ; ν »35 am (45 mesh) oder weniger und vorteilhaft j . i ^:-"sm (150 mesh) oder weniger.

Das Chromerzpulver und das Material werden gründli-·* ständlich kann ein ^v? <'; stückige Chromers, · . nächst gründl-.:-h ·* ~ verisier*

λ s rjb te .Γ i:i.t-,... '. *,&.

.ütoffhaltige , Selbstverjöi dem das -ι Se rial zu- --ii sodann pul·

Kcbieiistnffsaterial zu -Ziu-omtr-z besitzt .äXluß nicht nur auf die Festigkeit d«s Agglomerate, ?,uch auf die Reduktion der Agglomerate im Hochofen.

Zur Ssütiaamung des Anteils Reduktionsstandpunlct suß d

So hlenste f£aate rial vom
lisaktionaforael für ein Chromerz

0 9 8 2 4/0 a 3 %

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und Kohlenstoff betrachtet werden. Diese Reaktion umfaßt verschiedene Einzelreaktionen· Erfindungsgemäß kann vorausgesetzt werden, daß die nachstehenden Formeln die Hauptreaktionen darstellen, und die theoretisch notwendige Kohlenstoffmenge wird anhand dieser Formeln berechnet·

7Cr₂O₃ + 27C > 2Cr₇C₃ + 21C0 (1)

7FeO + 10C > Fe₇C₃ + 7C0 (2)

Bei der Reaktion gemäß Formel (1) sind 27 Mole Kohlenstoff für 14 Mole Cr nötig, d.h. es sind 27/14 Mole Kohlenstoff pro Mol Cr erforderlich. Ausgedrückt auf Gewichtsbasis bedeutet dies, daß etwa 0,45 kg Kohlenstoff pro Kg Cr erforderlich sind. Ebenso erfordert die Umsetzung nach Formel (2) 10/7 Mole Kohlenstoff pro Mol Fe bzw., ausgedruckt auf Gewichtsbasis, etwa 0,31 kg Kohlenstoff pro kg Eisen.

Die Reduktion nach Formel (2) läuft zwar gegenüber derjenigen nach Formel (1) bevorzugt ab, doch trifft es nicht zu, daß die Reduktion nach Formel (1) erst nach Beendigung der Reduktion gemäß Fig. (2) einsetzt. Vielmehr besteht eine gewisse Gleichgewichtsbeziehung zwischen den Reduktionen nach diesen beiden Formeln. Selbst wenn daher die Kohlenstoffmenge der theoretischen Menge nach Formel (2) entspricht oder kleiner als diese Menge ist, wird die Reaktion nach Formel (1) zu einem gewissen Grad begünstigt. Die im Agglomerat enthaltene Mindestmenge an Kohlenstoff sollte daher die theoretische Menge nach Formel (2) übersteigen. Da ein Teil des Kohlenstoffs im Hochofen verbrannt wird, kann die maximale Kohlenstoffmenge größer sein als die Sunae der theoretischen Mengen nach Formeln (1) und (2). Da jedoch die kohlenstoffhaltigen Agglomerate beim erfindungsgemäßen Verfahren ohne begünstigende Erwärmung in den Hochofen eingebracht werden, muß die maximale Kohlenetoffmenge eingestellt

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werden. Im allgemeinen beträgt die maximale Kohlenstoffmenge im Agglomerat das 1,2-fache der Summe der theoretischen Mengen nach obigen Formeln (1) und (2); vorzugsweise entspricht diese Menge dieser theoretischen Menge, obgleich die maximale Kohlenstoffmenge je nach der Größe des Hochofens variiert. Wenn der Kohlenstoffgehalt im Agglomerat diese maximale Menge übersteigt, verringert sich die Festigkeit des Agglomerate, und es treten Probleme im Hochofen auf. Mit anderen Worten: wenn der Kohlenstoffgehalt auf einen Wert unter dieser Höchstmenge eingestellt wird, kann der Hochofenbetrieb ohne Schwierigkeit durchgeführt werden. Bei Verwendung von Kohle, Koks o.dgl. als pulveriges Kohlenstoffmaterial ist der Kohlenstoff(anteil) nach den Formeln (1) und (2) selbstverständlich fester Kohlenstoff.

Die Mindestmenge an Kohlenstoff liegt in Übereinstimmung mit der theoretischen Menge nach Formel (1) vor, so daß mindestens 80# Cr₂O, reduziert werden, bevor das Chromerz, wie noch näher erläutert werden wird, zum Oberteil der Erweichungszone herabsinkt.

Zur Herstellung des Agglomerate aus einem Gemisch aus den vorgenannten Pulvern wird dem Gemisch mindestens ein anorganisches Bindemittel, nämlich Bentonit, Wasserglas und/oder Zement, und/oder auch ein organisches Bindemittel zugesetzt, nämlich Stärke, CMC (Carboxymethylcellulose) und/oder PVA (Polyvinylalkohol). Das so erhaltene Gemisch wird mittels einer Pelletisiermaschine ο.dgl. zu einem Granulat oder mittels einer Brikettiermaschine, eines Extruders o.dgl· zu Stücken bzw. Klumpen oder Pellets geformt bzw. stückig gemacht. Die Form des Agglomerate ist nicht speziell auf eine kugelige Gestalt beschränkt.

Vorzugsweise liegt die Größe der Agglomeratteilchen im Bereich

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von 10 - 15 mm, um dadurch sicherzustellen, daß die Agglomerate schmelzflüssig werden und dann absinken. Zur Gewährleistung einer guten Durchlässigkeit zwischen den gepackten Teilchen der Agglomerate sollte deren Teilchengröße vorteilhaft innerhalb des genannten Bereichs gleichmäßig sein, so daß eine übermäßige Packungsdichte vermieden wird.

Durch Granulieren ο.dgl. gebildete, "grüne" Agglomerate bzw. Pellets werden anschließend getrocknet oder ausgehärtet (bei Verwendung von Zement als Bindemittel). Dieses Trocknen kann in der MBller-Vorwärmzone im Oberteil des Hochofens erfolgen. Falls jedoch speziell Agglomerate mit hoher Festigkeit angestrebt werden oder ein spezielles Bindemittel verwendet wird, wird vorteilhaft eine getrennte Trocknungszone vorgesehen, in welcher die Agglomerate im voraus getrocknet werden. Das Trocknen erfolgt hierbei bei einer Temperatur, bei welcher das Kohlenstoffmaterial nicht nennenswert verbrannt wird, nämlich unter 500⁰C. Als Trocknungsvorrichtung kann ein an sich bekannter Feuerrost (grate kiln) ο.dgl. Verwendung finden.

Wie beim Erschmelzen von Roheisen aus einem Bisenerz ist es vorteilhaft, daß die zusammen mit dem stückigen Erz und dem gesinterten Erz in den Hochofen einzubringenden Koksstücke eine hohe Festigkeit besitzen. Da jedoch die indirekte Reduktion, die beim Erschmelzen von Roheisen aus einem Eisenerz im Spiel ist, beim erflndu&fSgemäBen Verfahren nicht auftritt und soait die HShe des Hochofens nicht vergrößert werden kann, ist der Festigkeitazustand der Koksstü cke nicht so kritisch wie beim Erschmelzen von Robeisen aus einem Eisenerz. Die GrOBe der Keksstttoke oder -pellets selbst 1st nicht besonders kritisch! dies· OrOBe ändert sieh je nach der GrOBe des Hochofens, dooh liegt die Stückgröße des Kokses vorzugsweise 1« Bereich von 10 - 100 mm, wobei

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diese Größe Innerhalb dieses Bereichs möglichst gleichmäßig sein sollte. Die Menge an StUckkoks beträgt vorzugsweise etwa 150 - 300 kg pro Tonne der Agglomerate, obgleich die bevorzugte Menge an stückigem Koks bzw. Kokspellets zu einem gewissen Grad In Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt der Agglomerate variiert.

Als schlackebildendes Material wird In erster Linie Kalk (Ätz- bzw. Löschkalk oder Kalkstein) verwendet, doch kann In einigen Fällen für denselben Zweck auch Siliziumoxid zugegeben werden. Das schlackebildende Material kann die Additive bzw. Zuschläge enthalten, die üblicherweise beim Erschmelzen von Ferrochrom aus einem Chromerz in einem Elektroofen zur Erhöhung der Fließfähigkeit der Schlacke oder zur Begünstigung der Festphasenreduktion bei der Vorreduktion in einem Drehofen eingesetzt werden, etwa Fluoride und Carbonate von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen. Weiterhin können die genannten Agglomerate auch Kalk, Siliziumoxid und die vorstehend genannten Zuschlagsstoffe enthalten. Der oder die Schlackebildner wird (werden) getrennt vom Agglomerat oder nach Einverleibung in das Agglomerat in den Hochofen eingegeben; wahlweise können beide Beschickungeverfahren gemeinsam angewandt werden. Beim Schmelzen im Elektroofen ist die Zusammensetzung des schlackebildenden Materials engen Einschränkungen unterworfen, weil diese Zusammensetzung den elektrischen Widerstand beeinflußt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zusammensetzung des schlackebildenden Materials dagegen unter Erwägung der Viskosität und des Schmelzpunkts der entstehenden S_ohlacke bestimmt. Vorzugsweise wird die Zusammensetzung des schlackebildenden Materials so festgelegt, daß das C00/SiO₂-Verhältnis (I_n folgenden "C/S-Verhältnis" genannt) der entstehenden Sohlacke im Bereich von 0,4 - 1,3 und das (Al₂0₃+Mg0)/(Ca0+Si0₂+Mg0+Al₂0₃)-Verhältnls (im folgenden als "AMF-Wert" bezeichnet) der entstehenden

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Schlacke im Bereich von 0,4 - 0,8 liegt· Wenn der AMF-Wert kleiner ist als 0,4, vergrößert sich das Schlackevolumen, und die von der Schlacke entnommene fühlbare bzw. Eigenwärme nimmt zu, während der Kontakt zwischen den effektiven Komponenten (Kohlenstoff, Chromoxid und Eisenoxid) ungünstig beeinflußt wird, so daß bezüglich der Begünstigung der Reaktion keine vorteilhaften Wirkungen zu erwarten sind. Wenn der AMF-Wert über 0,8 liegt, erreicht der Schmelzpunkt der Schlacke einen hohen Wert, und die Fließfähigkeit der Schmelze verschlechtert sich, so daß sich eine Schwierigkeit bezüglich der Abtrennung des Metalls von der Schmelze ergibt. Das C/S-Verhältnis wird so gewählt, daß eine Schlacke mit niedrigem Schmelzpunkt und niedriger Viskosität gebildet wird. Im allgemeinen sollte das C/S-Verhältnls bevorzugt im Bereich von 0,4 - 1,3 liegen.

Erfindungsgemäß kann ein zufriedenstellender Hochofenbetrieb erreicht werden, wenn eine Schlacke verwendet wird, die im wesentlichen aus CaO, SiOp, AIpO,, MgO und weniger als 5% Cr₂O, besteht.

Im folgenden ist die Temperaturregelung im Hochofen beschrieben. Diese Temperaturregelung stellt eine der wichtigsten Bedingungen der Erfindung dar· Diese Regelung erfolgt Im allgemeinen auf der Grundlage der theoretischen Temperatur am Windformende, und sie wird im folgenden als "Temperatur in der Verbrennungszone" bezeichnet. Diese Temperatur bestimmt sich durch die Windtemperatur und den Feuchtigkeitsgehalt der Luft bei Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft, und sie bestimmt sich weiterhin neben der Windtemperatur und dem Luftfeuchtigkeitsgehalt durch das Sauerstoff-Anreicherungsverhältnis· Die Temperatur in der Verbrennungszone entspricht der höchsten Temperatur in dieser Zone; sie läßt sich nach folgender Formel nach Ramm berechnen:

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Tgas<

36,7+Tblast[θ,3605+0,595W+0,0225(O₂ )J-1728W+2297(0₂) 0,38b+0,0i5l0₂;+0,7ibW

worin Tblast die Temperatur (⁰C) des Winds, W den Feuchtigkeitsgehalt (kg) in 1 m Luft und (O₉) das Sauerstoff/Gasvolu-

'Z men-Verhältnis im Heißwind bedeuten.

Als Heißwind oder Blasluft wird ein Gas, wie Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet.

Die in der Verbrennungszone herrschende Temperatur stellt eine Wärmequelle für die vollständige Durchführung der Reduktion des Chromoxids und für die endgültige Bildung einer Schmelzschlacke sowie einer Ferrochromschmelze hoher Temperatur dar, weshalb in dieser Zone selbstverständlich eine hohe Temperatur herrschen muß. Falls jedoch die Temperatur in der Verbrennungszone zu hoch ist, ergeben sich verschiedene Probleme. Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß ein bevorzugter Temperaturbereich in der Verbrennungszone zwischen etwa 2000⁰C und etwa 2600⁰C liegt. Wenn die Temperatur in der Verbrennungszone unter 2000°C liegt, wird nicht genügend Wärme zugeführt, so daß die Fließfähigkeit der Schmelze unzureichend ist. Falls die Temperatur in der Verbrennungszone dagegen 2600⁰C übersteigt, bildet sich eine übermäßige Menge an Dämpfen, die an der Oberfläche des pelletförmigen Kokses oxidieren und zur Bildung von am Koks haftendem Siliziumoxid führen, wodurch ein oberflächliches Zusammenbacken der Koksstücke hervorgerufen wird. Diese Erscheinung hat das sog. Hängenbleiben (der Charge) und andere Betriebsprobleme zur Folge, etwa Korrosion der feuerfesten Ausmauerung des Ofens. Die Temperatur in der Verbrennungszone bestimmt sich duroh die drei vorstehend genannten Veränderlichen, nämlich Tblast, W und (O₂), die daher zweckmäßig so gewählt werden, daß die Temperatur in der Verbrennungszone auf einem vorteilhaften Wert gehalten wird. Aus

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praktischen Gesichtspunkten wird Luft bzw. Heißwind mit einer Windtemperatur (Tblast) von 200 - 1200⁰C verwendet. Bei Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft sollten der Sauerstoffgehalt weniger als 41 Vol.-96 und der Feuchtigkeitsgehalt 3-30 g/m³ betragen.

Erfindungsgemäß wird das gesamte oder praktisch das gesamte Chromerz in Form von Briketts in den Hochofen eingegeben, ohne dabei Schwierigkeiten bezüglich des Hochofenbetriebs auf zuwerf en. Die Windmenge wird auf 10-30 nr/min pro m Querschnittsfläche des Hochofens in Höhe der Windformen eingestellt. Die Windmenge hat einen Einfluß auf die Atmosphäre innerhalb des Hochofens, und sie erhöht oder verringert die Menge des reduzierenden Gases· Da jedoch nahezu keine indirekte Reduktion der Chromerze auftritt, ist die Erhöhung oder Verringerung der Reduktionsgasmenge für die Reduktion der Chromerze unwesentlich. Der Zweck der Zufuhr von Heißwindluft beim erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, die Temperatur im Hochofen so einzustellen, daß die Reduktion des Chromerzes in einer dem Erweichungsbereich entsprechenden Höhe oder Ebene des Hochofens ausreichend begünstigt wird« Wenn die Heißwindmeng· weniger als 10 a^/aln/a² beträgt, wird die gewünschte Temperaturverteilung la Hochofen nicht erreicht. Wenn diese Menge andererseits 30 a*/ain/a übersteigt, tritt eine AufwärtsVerlagerung der Agglomerate und anderer, eingegebener Ausgangsstoffe auf, alt dea Ergebnis, daß ein zufriedenstellender Hochofenbetrieb nicht aehr möglich 1st.

Der In den Hochofen eingeblasene Heißwind hat einen großen Einfluß auf die Wärmemenge, die sowohl für das Schmelzen der Charge als auch für die Reaktion zwischen den Komponenten der Charge erforderlloh ist. Zur Erhöhung der Produktionsleistung des Hochofens muß daher das Volumen des Heißwinds (die Wärmemenge) vergrößert werden· Mit zunehmender Heißwindmenge erhöht

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sich auch die Windgeschwindigkeit·

Wenn bei der Eisenerzreduktion die Gasgeschwindigkeit in einem solchen Bereich erhöht wird, daß die bekannte, nachteilige Überflutung (flooding) nicht auftritt, erhöhen sich die Reduktionsreaktionsgeschwindigkeit und die Produktionsleistung entsprechend. Die Zunahme der Geschwindigkeit der reduzierenden Reaktion beruht auf der in beträchtlichem Ausmaß auftretenden indirekten Reduktion der Eisenerze· Da Jedoch bei der Reduktion der Chromerze die direkte Reduktion weitgehend überwiegt, werden durch Erhöhung der Gasgeschwindigkeit das Schmelzen des Chromerzes und die Geschwindigkeit der reduzierenden Reaktion nicht begünstigt. Bei der Reduktion von Chromerz ist es daher nicht wirtschaftlich, das Volumen des Heißwinds auf eine Größe zu erhöhen, welche die erforderliche Wärmemenge übersteigt, um dadurch die Produktionsleistung zu steigern«

Bei der direkten Reduktion der Chromerze wird außerdem CO-Gas erzeugt, dessen Anteil auf bis zu etwa 20# der Gesamtgasmenge ansteigt. Dieses anfallende Gas wird erhitzt und bei der Verbrennung des Kokses verbraucht. Wie erwähnt, ergeben sich während der Reduktion der Chronerze im Hochofen eine Vergrößerung des Gasvolumens und eine Zunahme der Gasmenge·

Beide Prozesse gewährleisten dieselbe Wirkung wie bei einer Vergrößerung des Windvolumens. Infolgedessen kann eine Vergrößerung des Windvolumens,wie vorstehend erwähnt, nachteilig sein·

Aus den genannten Gründen sollte der Ofenbetrieb für die übertragung einer größeren Wärmemenge auf die bereite in den Hochofen eingegebenen Materialien nicht bei einem größeren Heißwindvolumen, sondern vielmehr bei einem höheren Gasdruck im Hochofen durchgeführt werden« Dieser Druck sollte, ausgedrückt als Absolutdruck an der Oberseite des Hochofens, im Bereich von 1-3 kg/cm liegen·

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Bei Anwendung eines hohen Drucks im Hochofenbetrieb kann das Gas leichter durch die Zwischenräume der in den Ofen eingebrachten Stoffe hindurchtreten· Infolgedessen kann hierbei die Größe der verwendeten Agglomerate verringert werden, und der Hochofen kann auch dann betrieben werden, wenn ein Teil der Agglomerate aufgebrochen ist· Da die Reduktion des Chromoxids, wie noch erläutert werden wird, in erster Linie das Ergebnis der direkten Reduktion ist, müssen sich die Chromerze im Hochofen zum Erweichungsbereich abwärts verlagern. Daher kann bei Betrieb unter hohem Druck bzw. Überdruck eine gute Durchlässigkeit für das Gas gewährleistet werden, auch wenn die Chromerze bei dieser Abwärtsbewegung aufbrechen bzw. zerbrechen. Durch eine vergleichsweise schnelle Schmelzverflüssigung der Chromerze im Erweichungsbereich kann diese Durchlässigkeit innerhalb des Hochofens verringert werden. Durch Betrieb unter hohem Druck bzw. Überdruck wird dagegen eine zufriedenstellende Arbeiteweise des Hochofens während der Chromerzreduktion gewährleistet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Perrochrom umfaßt die folgenden Schritte: Beschickung eines Hochofens mit (a) Agglomeraten aus einem Chromerzpulver und einem Pulver eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels sowie (b) Koks in stückiger Form, wobei der Verhältnisanteil an kohlenstoffhaltigem Material im Agglomerat so eingestellt ist, daß der Hindestwert dieses Verhältnisses der für die Reduktion des Eisenoxids im Chromerz nach folgender Formel

7FeO + 1OC ^Fe₇C₃ + 7CO

erforderlichen Menge entspricht und der Höchstwert dieses Verhältnisses das 1,2-fache der für die Reduktion von Eisenoxid und Chromoxid im Chromerz nach den Formeln

7Cr₂O₃ + 27c > 2Cr₇C₃ + 21C0

7FeO + 1OC > Fe₇ C₃ + 7CO

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nötigen Menge beträgt, wobei die schlackebildende Masse in
den Beschickungsmaterialien so gewählt ist, daß das Verhältnis

CaO (Gew.-96) in der Schlacke SiO₂(GeW.-96; in der Schlacke

im Bereich von 0,4 - 1,3 liegt, und weiterhin das Verhältnis

Al₂O₃ (Gew.-96) + MgO (Gew.-96) ^^^

CaO (Gew.-96; + SiO₂ (Gew.-96) + MgO (Gew.-96) + Al₂O, (Gew.-96;

im Bereich von 0,4 - 0,8 liegt; Einstellung des Gasdrucks an

der Oberseite des Hochofens auf einen Überdruck von 1-3
₂

kg/cm , wobei das Chromerz durch das kohlenstoffhaltige Material in einem Bereich des Hochofens, in welchem das Chromerz erweicht, mit einem Reduktionsgrad von mehr als 8096
zu einem Chromkarbid reduziert wird; Schmelzen und Absinkenlassen des reduzierten Chromkarbids aus dem Erweichungsbereich zum Gestell des Hochofens; und Gewinnung von Ferrochrom mit mehr als 40 Gew.-96 Chrom und von Schlacke mit weniger
als 596 Cr₂O, am Bodenstein bzw. Gestell.

Im folgenden ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Hochofens, wie er für erfindungsgemäß durchgeführte Schmelzversuche eingesetzt wurde, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Hochofens zur Veranschaulichung der Temperaturen und der Probenentnahme-Positionen des Hochofens.

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Der verwendete Hochofen ist eine lotrechte Reaktionssäule ähnlicher Bauart, wie sie für das Schmelzen eines Eisenerzes benutzt Wird^^bei der innere Reaktionsraum durch einen Bodenstein/1 und eine Seitenwand bzw. einen Mantel 2 festgelegt wird. Im unteren Bereich des Hochofens sind Windformen oder -düsen 3 um den Außenumfang des Mantels herum auf gleiche Abstände verteilt angeordnet· Das Gestell kann beispielsweise aus Kohlenstoff, Graphitsteinen oder Siliziumkarbidsteinen bestehen, während der Mantel aus feuerfesten Steinen aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid oder Schamarbtte bestehen kann. Die Länge des Mantels im Vergleich zum Innendurchmesser kann dabei kleiner sein als bei einem Hochofen für Eisenerz.

Das Beschickungsgut wird nach einem bei der Herstellung von Roheisen bekannten Verfahren chargiert. Gemäß Fig. 1 werden die Ausgangsmaterialien insbesondere schichtweise eingegeben. Da nämlich die Teilchengröße des Agglomerate 5 üblicherweise von der Größe der KoksstUcke 4 verschieden ist, wird bei Vermischung dieser Materialien eine hohe Packungsdichte erreicht» wodurch die Durchlässigkeit für das Gas vermindert wird. Die Agglomerate und der stückige Koks werden durch Sieben ο«dgl. auf möglichst gleichmäßige Teilchengröße eingestellt, doch ist eine gewisse Größenstreuung unvermeidlich. Beim Hochofen ist die Gasdurchlässigkeit im Umfangsbereich größer als im Mittelbereich· Infolgedessen wird der Gasstrom bevorzugt unter Ausnutzung der genannten Größenstreuung gleichmäßig geführt, indem vorteilhaft das Agglomerat oder der Koks kleinerer Teilchengröße im Umfangsbereich des Hochofens abgesetzt werden· Zu diesem Zweck kann eine an sich bekannte Gichtglocke benutzt werden·

Die Windformen oder -düsen 3 sind mit einer Windleitung verbunden, so daß die von einem Winderhitzer 11 gelieferte Luft um den Ofen herum gleichmäßig erwärmt werden kann. Der

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Regeneiati\fcWinderhitzer 11 ist über ein Ventil bzw. einen Schieber 14 mit einem Gebläse 9 und einem Sauerstoffbehälter 12 verbunden. Bei entsprechender Einstellung der Temperatur in der Verbrennungszone mit Hilfe des Sauerstoffbehälters und des Winderhitzers 11 werden im Betrieb praktisch alle Chrom- und Elsenkomponenten des Erzes reduziert, so daß sie in ein Schmelzgefäß 10 herabfließen· Im Chromerz enthaltenes Ganggestein und schlackebildendes Material werden aufgeschmolzen und lagern sich auf der Metallschmelze im Schmelzgefäß 10 ab. Auf diese Weise laufen die Reduktion und das Schmelzen gleichmäßig ab, wobei die Ausgangsmaterialien im Verlauf der Reaktion selbstverständlich absinken und frisches Beschickungsgut entsprechend diesem Absinken der Gutschichten nachgefüllt wird. Sobald bestimmte Mengen an Schlacke und Metallschmelze vorhanden sind, werden sie über ein Schlackenabstichloch 16 und ein Metall-Abstichloch 15 abgelassen· Das Ausbringen an Chrom beträgt dabei vorteilhaft 90% oder mehr, d.h. es werden 90% oder mehr des im Ausgangserz enthaltenen Chroms in der Schmelze gewonnen. Der Cr₂0,-Gehalt der Schlacke ist niedriger als 5%·

Ein oberster Bereich 6 gemäß Fig. 1 stellt einen Indirektreduktionsbereich dar, in welchem die feste Phase und die gasförmige Phase gleichzeitig vorliegen. In diesem Bereich wird ein Teil des im Chromerz enthaltenen Eisenoxids durch das aus dem unteren Bereich des Hochofens hochsteigende CO-Gae reduziert. Da jedoch der Eisenoxidgehalt des Chromerzes gering ist und Eisenoxid im allgemeinen im gebundenen Zustand vorliegt, z.B. al« Cr₂O₅-FeO, tritt die indirekte Reduktion nicht so betont auf wie im Fall von Eisenerz, so daß vorausgesetzt werden kann, daß nur ein Teil des Eisenoxids an der Oberfläche der Agglomerate reduziert wird. In diesem Bereich wird die Temperatur auf weniger als 1200⁰C geschätzt. Der Bereich 7 unter dem Bereich 6 ist ein Direktreduktionsbereich für Festphase/Festphase. Dieser Bereich 7 1st insofern wichtig, als darin die Wirkung der Agglomerate am auffälligsten ist. Die

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Temperatur In diesem Bereich wird auf 1200 - 165O°C geschätzt. In diesem Bereich besitzen die Agglomerate praktisch noch Ihre ursprüngliche Form, wobei nicht nur Eisenoxid, sondern auch Chromoxid umgesetzt und durch den Kohlenstoff in den Agglomeraten reduziert wird. Das Reduktionsprodukt von Chromoxid besteht hauptsächlich aus einem Karbid. Da pulverförmiges Chromerz und pulverförmiges Kohlenstoffmaterial praktisch gleichmäßig miteinander vermischt sind und in engem Kontakt miteinander stehen, ist die Reaktionsfläche groß, so daß die Reaktion ausreichend stark abläuft. Selbstverständlich ist die Reaktion in diesem Bereich 7 noch nicht abgeschlossen. Die noch nicht umgesetzte Oxide enthaltenden Agglomerate werden sodann zu einem Bereich 8 verlagert, in welchem die feste Phase, die flüssige Phase und die gasförmige Phase gleichzeitig vorliegen. Da dieser Bereich in der Nähe der Enden der Windformen bzw. -düsen liegt, beginnt das Aufschmelzen der Agglomerate in diesem Bereich. An dieser Stelle werden bereits reduziertes Eisen und Chrom ebenfalls aufgeschmolzen, um in das Schmelzgefäß 10 herabzusinken, während die noch nicht reduzierten Eisen- und Chromoxide durch das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel Im Agglomerat bzw. den Stückkoks reduziert werden, um dann zwischen den Koksteilchen hindurch in das Schmelzgefäß 10 herabzufließen· Im oberen Abschnitt des Schmelzgefäßes 10 bzw. in der Schlackeschicht ist ebenfalls noch Koks vorhanden, wobei angenommen werden kann, daß dieser Koks mit dem noch nicht umgesetzten O, in Berührung gelangt und dieses reduziert.

Im Rahmen der Erfindungsversuche wurde der Betrieb der Versuchs -Hochofenanlage unterbrochen, um den Zustand des Beschickungsguts im Hochofen zu untersuchen. Die Hochofentemperatur wurde anhand von Proben geschätzt, die an den in Fig. mit "oⁿ bezeichneten Stellen entnommen wurden.

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1. Stückigkeitsbereich

Der in Fig. 2 mit A bezeichnete obere Bereich des Hochofens erwies sich als Stückigkeitsbereich, in welchem die Agglomerate ihre Form, die sie vor der Beschickung besaßen, beibehielten, während FeO durch indirekte Reduktion teilweise reduziert war. Die Temperatur in diesem Stückigkeitsbereich lag bei 1650⁰C oder darunter.

2. Erweichungsbereich

Der in Fig. 2 mit B bezeichnete Hochofenabschnitt bildete einen Erweichungsbereich· Da dessen Temperatur im Bereich von 1700 - 1800⁰C variierte, erfolgte eine Erweichung der Agglomerate. Diese Temperatur ist jedoch nicht hoch genug, um eine Verflüssigung und ein Herabsinken der Agglomerate zu bewirken, wenn der Cr^O,-Gehalt der Agglomerate hoch ist. Da die Temperatur im Erweichungsbereich andererseits den Schmelzpunkt des Chromkarbids übersteigt, wird das reduzierte Chrom verflüssigt und zum Herabsinken gebracht*

Im Erweichungsbereich waren nur eine kleine Menge des nicht reduzierten Teils der Agglomerate und Schlacke vorhanden, jedoch kein zu Karbid reduziertes Chrom.

Hieraus läßt sich schließen, daß bei Weiterführung des Hochofenbetriebs der genannte, nicht reduzierte Teil der Agglomerate weiter reduziert und verflüssigt worden und dann herabgesunken wäre.

3. Sinkbereich

Der mit C bezeichnete Bereich des Hochofens enthielt im wesentlichen stückigen Koks, da nämlich das gesamte metallische Material und die Schlacke in verflüssigtem Zustand aus dem Sinkbereich C zwischen den KoksstUcken herabgesunken waren

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und das Absinken bei Unterbrechung des Hochofenbetriebs und Zerlegung des Hochofens abgeschlossen war·

4. Gestell.

Der mit D bezeichnete Teil des Hochofens enthielt metallisches Ferrochrom und Schlacke, deren Cr₂0,-Gehalt weniger als % betrug, sowie eine geringe Menge an Restkoks. Es wird daher angenommen, daß der Koks im Sinkbereich das in noch nicht reduziertem Zustand aus dem Erweichungsbereich eingeführte Chromoxid in der Schlacke zu einem wesentlichen Teil reduziert. Außerdem kann angenommen werden, daß der im Gestell vorhandene Restkoke die kleine Restmenge an Chromoxid weiter reduziert, so daß das in der Schlacke enthaltene Chromoxid schließlich bis auf eine sehr kleine Menge reduziert wird·

Aus dem beschriebenen Zustand des Beschickungsguts im Hochofen wird geschlossen, daß es zur Gewährleistung des kontinuierlichen Durchgangs des Möllers wesentlich ist, die Agglomerate im Oberteil des Erweichungsbereichs stark zu reduzieren und dadurch die Viskosität der das nicht reduzierte restliche Cr₂O, enthaltenden Schlacke herabzusetzen· Der Reduktionsgrad im Erweichungsbereich sollte 60Ji oder mehr, vorzugsweise 80S oder mehr, bezogen auf das Gewicht der Chromoxide im Chromerz, betragen.

Gemessen an der Tatsache, daß das Ausbringen bei der Herstellung von metallischem Perrochrom durch Eingabe eines Agglomerate aus einem Chromerz und einem kohlenstoffhaltigen Material erhöht wird, ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren offensichtlich, daß sich dabei die Reaktion erheblieh von der Reaktion beim Schmelzen von stackigem Erz in einem Hochofen unterscheidet· Gemessen an der Tatsache, daß das Ferrochrom in hoher Ausbeute gewonnen wird, kann weiterhin angenommen werden, daß die Schmelz- und Reduktionavorgänge im Hochofen in einem gut ausgewogenen Zustand ablaufen·

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Nachstehend ist die Erfindung anhand von speziellen Beispielen näher erläutert. Die dabei angewandten Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien sind in Tabelle 1 angegeben.

Der bei den Beispielen verwendete Hochofen besaß die Konstruktion gemäß Fig. 1. Sein Herd- bzw. Gestelldurchmesser (Innendurchmesser am Ofenboden) betrug 1000 mm, seine Höhe, gemessen von den Windformen bis zur Ofenoberseite, 4000 mm

und sein Fassungsvermögen etwa 3»2 m .

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Tabelle

co β» co

	°3	Analyseergebnisse	-	I	MgO	(Gew.	-#) der Ausgangsstoffe	-	VM	Fe₂	°3	, Cr/Fe	30-70 mm Größe	-	20-40 mm Größe	-
Stoffe Cr₂	6	FeO Al₂O₃	4,9	12,0	SiO₂	CaO F-C	65,6	-	-		3,3
Chromerz A 54,	7	14,5 11,9	12,5	11,1	4,2	0,4	1,4 -	-	-		1,57
Chromerz B 44,		25,1 14,7	0,2	2,7	0,5	1,8	1,	4
Pulverför miger Koks		3,7	—	8,1	0,7 82,9	0,6	«■
Stückiger Koks		2,8	-	5,3	88,2	-
Kalkstein		-	- CaCOy 98 -	-
Siliziumoxid		1,3	97,2	Brand verlust 0,9	2,	9
S ebnelibinden- der Portland- Zement		1,9	20,9	Brand verlust 6,3	1.	9
Bentonit	75,7

Anmerkung: "F-C" - Fester Kohlenstoff ^WV-M" . Flüchtige Stoffe

K?

cn -C-CD CXS GO

Beispiel 1

Die in Tabelle 1 aufgeführten, in den Hochofen einzugebenden Ausgangsstoffe wurden in der Reihenfolge gemäß Tabelle 2 zubereitet.

Arbeitsgang Mischen des Erzes

Pulverisieren Bindemi tte1zugabe Wasserzugabe Granulation

Trocknung

Mengenanteile der in den Hochofen eingegebenen Ausgangsstoffe

Tabelle 2 Bedingungen

100 Gewichtsteile Erz A, 24,2 Teile pulverförmiger Koks (Kohlenstoffaktor*) - 0,1)

-0,09 mm (-150 mesh), 9896 6,2 Gewichtsteile Bentonit Wassergehalt von 13 - 1896 Herstellung eines Konglomerats von 10 - 25 mm mittels einer Pfannen-Pelletisiervorrichtung getrocknet bei 100 - 500⁰C auf Feuerrost

100 Gewichtsteile Pelitets, 23,0 Gewichtsteile StUckkoks, 11,5 Gewichtsteile Kalkstein und 4,8 Gewichtsteile Siliziumoxid

Anmerkung: ' Kohlenstoffaktor von 1,0 bedeutet die Kohlenstoff menge im Pellet, welche der Summe aus den Kohlenstoffmengen entspricht, die für die Reaktionen nach den eingangs angegebenen Formeln (1) und (2) erforderlich sind.

Bei den genannten Mengenanteilen der Ausgangsstoffe betrugen das C/S-Verhältnis 0,5 und der AMF-Wert 0,5· Der Gasmeßdruck an der Oberseite des Hochofens entsprach 0,1 kg/cm · Die Auegangsstoffe wurden bei einer Heißwindtemperatur von 700⁰C

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schichtweise eingegeben. Es wurde mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von 30 Vol.-% verwendet, die in einer Menge von 10 m-Vmin pro m der Innenquerschnittsfläche des Hochofens in Höhe der Windformen oder -düsen eingeblasen wurde. Bei Durchführung des Betriebs unter den angegebenen Bedingungen wurden metallisches Ferrochrom und Schlacke in Mengen von 38,5 Gewichtsteilen bzw. 40,2 Gewichtsteilen erhalten. Das Ausbringen bzw. die Ausbeute an Chrom lag bei 90%. Eine Analyse ergab, daß das Metallprodukt aus hochkohlenstoffhaltigem Ferrochrom mit 68,7% Cr, 8,8% C, 0,8% Si, 0,01% S und 0,04% P, Rest Eisen, bestand. Die Produktionsleistung betrug 3 Tonnen pro Tag.

Beispiel 2 Die in Tabelle 1 angegebenen Beschickungsmaterialien für

den Hochofen wurden in der Reihenfolge gemäß Tabelle 3

zubereitet.

Arbeitsgang Mischen von Erz und Koks

Pulverisierung

Zugabe von Bindemittel und Wasser

Granulation Verweilzeit

Mengenanteile der Beschickungsetoffe für den Hochofen

Tabelle 3
Bedingungen

100 Gewichtateile Erz B, 23,7 Gewichtsteile pulveriger Koks (Kohlenstoffaktor - 1,0)

0,149 mm (100 mesh), 100%

12,4 Gewichtsteile Portland-Zement, zweckmäßige Menge an Wasser

Mittels Brikettiermaschine zu mandel- und brikettartiger Form von 30 mm Größe granuliert

7 Tage lang zur Alterung gelagert 100 Gewichtsteile Pellets, 15,6 Gewichtstelle Stückkoks, 9,1 Gewichtstelle Kalkstein, 3,6 Gewichtsteile Siliziumoxid

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Bei den oben angegebenen Mengenanteilen der Avisgangsstoffe betrugen das C/S-Verhältnis 1,25 und der AMF-Wert 0,5. Das Beschickungsgut wurde schichtweise in den Hochofen eingegeben. Die Heißwindtemperatur betrug 500⁰C. Das Sauerstoffanreicherungsverhältnis war so eingestellt, daß die theoretische Verbrennungstemperatur am Windformende 2400⁰C betrug. Der Heißwind wurde in einer Menge von 30 m /min/m eingeblasen. Der Gasmeßdruck an der Oberseite des Hochofens lag bei 2 kg/cm . Bei Durchführung des Ofenbetriebs unter den vorgenannten Bedingungen wurden 39,6 Gewichtsteile metallisches Ferrochrom und 41,0 Gewichtsteile Schlacke erhalten. Eine Analyse ergab eine Zusammensetzung des Ferrochroms von 55,296 Cr, 7,996 C, 0,596 Si, 0,0296 S und 0,0296 P, Rest Eisen. Die Chromausbeute betrug 9596. Die Produktionsleistung lag bei 6,5 Tonnen pro Tag.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)

Bei diesem Beispiel wurden Briketts hergestellt, denen kein kohlenstoffhaltiges Material einverleibt worden war. Die In Tabelle 1 aufgeführten Beschickungsmaterialien für den Hochofen wurden in der in Tabelle 4 angegebenen Reihenfolge zubereitet.

Tabelle 4 Arbeitsgang Bedingungen Mischen des Erzes 36,3 Gewichtsteile Erz A, 63,7 Ge

wichteteile Erz B (Cr/Fe-Verhältnis . 2,0)

Pulverisieren -0,09 mn (-150 mesh), 9896 Bindemittelzugabe 5 Gewichts teile Bentoni t Wasserzugabe Wassergehalt von 9-1296 Granulation Herstellung von Pellets von 10-25 mm

Größe mittels Pfannen-Pelletisiervorrichtung Trocknung bei 100 - 500⁰C auf Feuerrost

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Arbeitsgang Bedingungen

Mengenanteile der Be- 100 Gewichtsteile Pellets, 80,0 Geschickungsstoffe für wichtsteile Stückkoks, 16,0 Gewichtsden Hochofen teile Kalkstein und 7,9 Gewichts

teile Siliziumoxid

Im Fall der obigen Mengenanteile der Ausgangs- oder Beschickungsstoffe betrugen das C/S-Verhältnis 0,5 und der AMF-Wert 0,5. Der Hochofen wurde unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen betrieben. Diese Arbeitsweise erwies sich als nicht erfolgreich, weil ein Abstechen der Schmelze überhaupt nicht möglich war. Nach Abschluß des Betriebs wurde der Hochofen zerlegt. Im Oestefcfcw. Bodenstein befand sich nur eine kleine Metall- und Schlackenmenge, wobei etwas Metall in Tropfenform in der Schlacke suspendiert war.

Bei diesem Beispiel konnte die Reaktion nicht über das angegebene Ausmaß hinaus weitergeführt werden.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)

In diesem «Fall wurden stückige Chromerze mit den Zusammensetzungen gemäß Tabelle 5 verwendet.

Tabelle 5 Gewichts-

verhältnis Cr₂O₃ FeO Al₂O₃ MgO SiO₂ CaO Cr/Fe

ErzC 51,8 12,7 7,6 20,0 5,6 Spuren 3,59 Erz D 29,3 12,6 25,6 19,6 7,8 1,5 2,05

Die Mengenanteile der Beschickungsmaterialien waren folgendet

Erz C 35,6 Gewichtsteile Erz D 64,4 Gewichteteile

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Gewichtsverhältnis Cr/Fe ■ 2,6
Stückkoks 100,0 Gewichtsteile Kalkstein 23,6 Gewichtsteile Siliziumoxid 16,0 Gewichtsteile AMF-Wert - 0,5 und C/S-Verhältnis =0,5

Die Betriebsbedingungen des Hochofens entsprachen denen nach Beispiel 1. Der Betrieb wurde als erfolglos beendet, weil es sich als unmöglich erwies, Schmelze abzustechen. Darüber hinaus fand sich im Gestell des Hochofens nahezu kein Metall oder Schlacke.

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Le e rs e i te

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Ferrochrom in einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Agglomerate aus einem Gemisch aus einem pulverförmigen Chromerz und einem pulverigen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel geformt werden, daß die Agglomerate zusammen mit stückigem Koks in den Hochofen eingegeben werden und daß ein vorgewärmtes, sauerstoffhaltiges Gas über Windformen bzw. -düsen in den Hochofen eingeblasen wird und eine Schmelze aus metallischem Ferrochrom und Schlacke gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil an kohlenstoffhaltigem Material in den Agglomeraten und die durch das vorgewärmte, sauerstoffhaltige Gas bestimmte theoretisch· Verbrennungstemperatur an den Windformenden so eingestellt werden, daß (a) die Agglomerate im Hochofen nicht nennenswert pulverisiert werden und (b) das in Chromerz enthaltene Chromoxid in einem oberen Bereich des Hochofens, in welchem sich die Agglomerate in fester Phase befinden, teilweise reduziert wird und dieses Chromoxid in einem unteren Bereich des Hochofens, in welchem die Agglomerate in flüssiger Phase

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Ke/Bl/ro

vorliegen, im wesentlichen vollständig reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil an kohlenstoffhaltigem Material in den Agglomeraten so eingestellt wird, daß der Mindestwert dieses Mengenanteils mit der Menge Übereinstimmt, die für die Reduktion des Eisenoxids im Chromerz nach der Formel

7FeO + 1OC VFe₇C₃ + 7CO

erforderlich ist, und der Höchstwert dieses Mengenanteils das 1,2-fache der Menge beträgt, die für die Reduktion von Eisenoxid und Chromoxid im Chromerz nach den Formeln

7Cr₂O, + 27C ^2Cr₇C, + 21C0

7FeO + IOC ^Fe₇C₃ + 7CO

nötig ist, und daß die theoretische Verbrennungstemperatur an den Windformenden auf einen Wert im Bereich von 2000 - 2600⁰C eingestellt wird, so daß mindestens 9096 des Chromoxids reduziert und im metallischen Ferrochrom gewonnen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als einzublasendes Gas Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von unter 41 VoI.-# und einem Feuchtigkeitsgehalt von 3-50 g/ar auf 200 - 1200⁰C erwärmt und in den Hochofen eingeblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in einer Menge von 10-30 m^/min pro η der (Innen-)Querschnittsfliehe des Hochofens in Höhe der Windformenden eingeblasen wird·

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-3- 2754983

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutgasdruck an der Oberseite des Hochofens auf 1-3 kg/cm eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromerzpulver aus Teilchen einer Größe von 0,33 mm (45 mesh) oder weniger gebildet wird, daß das Pulver des kohlenstoffhaltigen Materials aus Teilchen einer Grüße von 0,35 mm (45 mesh) oder weniger gebildet wird,daß die Teilchengröße der Agglomerate im Bereich von 10 - 50 mm liegt, daß die Größe der Koksstücke im Bereich von 10 - 100 mm liegt und daß der Stückkoks in einer Menge von 150 - 500 kg pro Tonne der Agglomerate eingegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Schlacke so eingestellt wird, daß das Verhältnis /CaOj//SiO₂J, wobei fCaOjden CaO-Gehalt (in Gew.-#) der Schlacke und SiO₂ den S1O₂-Gehalt (in Gew.-tf) der Schlacke bedeuten, im Bereich von 0,4 - 1,3 liegt und daß das Verhältnis

(£ai₂o₃7 +ßigoj)/(ZcaoJ +ZSiO₂J ₊ßfgo7 +/Ai₂O₃J),

worin /"caojund /SiO₂J die obige Bedeutung besitzen und /MgOJ und /Xl₂O,Jden Gehalt der Schlacke an MgO bzw. Al₂O₃ (Ln Gew.-#) angeben, im Bereich von 0,4 - 0,8 liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Zusammensetzung der Schlacke ein schlackebildendes Material in den Hochofen in Form eines in die Agglomerate eingearbeiteten Zuschlagpulvers und/oder getrennt von den stückigen Agglomeraten eingegeben wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als schlackebildendes Material Siliziumoxid, Ätz- bzw. Löschkalk und/oder Kalkstein verwendet werden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des pulverförmigen Chromerzes im wesentlichen der für die Gewinnung von Ferrochrom mit mehr als 4O#, vorzugsweise 5096 Chrom benötigten Chrom.erzmenge entspricht.

90982Λ/0609