DE86875C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 18: Eisenerzeugung.

Die direkte Erzeugung schmiedbaren Eisens hat bisher zu keinem wirthschaftlicheh Erfolge geführt, weil man bei langer Gangdauer und grofsem Kohlenverbrauch nur zu einem mit Schlacken durchsetzten Eisenschwamm gelangte, dessen weitere Bearbeitung nicht nur umständlich und kostspielig war, sondern auch die vorzügliche Qualität des Erzeugnisses der nicht auszuschli eisenden oxydirenden Einwirkungen wegen in unzulässiger Weise herabsetzte. Zur Beseitigung dieser Mängel bedarf es einer Ofenfeuerung, welche das erzeugte Eisen im Reductionsraum in neutraler Atmosphäre zum Schmelzen bringt, den eigentlichen Reductionsvorgang aber in kurzer Zeit bei so niedriger Temperatur vollendet, dafs die unvergleichliche Reinheit des Eisens gewahrt bleibt und dafs zugleich der Verschlackung vorgebeugt wird. Durchaus zu verwerfen ist die jetzige Anschauung, dafs eine Mischung von Eisenerz und Kohle in hoher Temperatur, einer direkten Reduction unterliegt, d. h. dafs der Kohlenstoff unmittelbar an den Sauerstoff des Erzes herantritt. Der Vorgang ist vielmehr dahin aufzufassen, dafs die Reduction, wie schon bei ähnlichen Processen angenommen wird, durch zuvor gebildetes Kohlenoxydgas vermittelt wird. Damit offenbart sich als ein Fehler des alten Verfahrens, dafs man das Kohlenoxydgas in offener Feuerung hoch erhitzt ungehindert expandiren und so in ungenügender Dichte auf das Erz einwirken liefs. Schon im Hinblick hierauf kann bei der Verbesserung des Verfahrens nur eine Feuerung in Frage kommen, bei welcher Verbrennung und Reduction sich unter Druck vollziehen. Ist damit ein mit comprimirter Luft betriebener Ofen gegeben, so ist zugleich die Bedingung der Schmelzung des Eisenschwammes erfüllt, da in solchen Oefen, wie aus Bessemer's Versuch bekannt ist, sich schon bei einem Ueberdruck von ι Atmosphäre höchste Schmelztemperatur schnell und sicher erreichen läfst. Die Dissociation des Eisenoxyds, d. h. die Zerlegung desselben durch Zuführung derjenigen Wärmemenge, welche bei der Bildung des Oxyds aus metallischem Eisen und Sauerstoff entbunden wurde, kann nicht ohne Leistung äufserer Arbeit erfolgen, da der in den gasförmigen Aggregatzustand zurückkehrende Sauerstoff den Druck der Atmosphäre zu überwinden hat. Bei Beschränkung dieser, einen besonderen Wärmeaufwand bedingenden Arbeitsleistung durch höheren Druck hält man die der unvollführten Arbeit äquivalente Wärme als solche zurück und nöthigt dieselbe, diejenige Wärmemenge decken zu helfen, welche bei Zersetzung des noch unzerlegt gebliebenen Erzvorrathes absorbirt werden mufs. Das Wärmemanco, welches bei Herstellung atmosphärischer Pressung im weiteren Verlaufe des Verfahrens entsteht, deckt sich bei dem schnellen Sinken der Temperatur in dem expandirenden Gase später, mit Leichtigkeit aus der Abhitze. Unter Druck wird also ein Theil der letzteren noch für die Reduction verwendbar, was ökonomisch wichtig ist. In demselben Mafse, in welchem zur Beschleunigung der Gangdauer die Wärme-

erzeugung im Hochdruckofen gesteigert wird, nimmt der Wärmeverbrauch der durch den Druck geförderten Reduction zu, es braucht also diejenige mäfsige Ofenhitze, welche Bedingung der direkten Eisenerzeugung und des Verbleibens von Silicium, Schwefel und Phosphor in der Schlacke ist, nicht überschritten zu werden. Der Anforderung vermehrter Wärmeabgabe wird der Ofen im Wesentlichen gerecht, nicht durch Steigerung des pyrometrischen, sondern des absoluten Wärmeeffects der Feuergase, welche — auf den Raum bezogen — verdichtet eine gröfsere Wärmemenge aufnehmen als im expandirten Zustande. Uebrig bleibt nur noch, das Reductionsgefäfs so zu gestalten, dafs der Sammelraum des zu erzeugenden Flufseisens der comprimirten Flamme nahe ist, d. h. sich in derjenigen durch den Druck beschränkten Ofenzone befindet, in welcher die höchste zum Schmelzen des Eisenschwammes hinreichende Temperatur besteht. Im allgemeinen wird letztere erst eintreten, wenn der Wärmeverbrauch der Reduction nachlasst, also am Schlüsse des Processes. Ein Schmelzbad an betreffender Stelle vorzusehen, ist vortheilhaft. Läfst man solches aus hochgekohltem Eisen hervorgehen, so ist damit die Stahlerzeugung erreicht. Besonders wirthschaftlich wird das neue Verfahren, sobald man die abziehenden comprimirten Essengase nach Popp'scher Art zum Betriebe von Druckluftmotoren verwendet oder deren treibende Kraft auf sonstige Weise ausnutzt, wozu die Gasentbindung bei der Reduction nach obiger Darlegung besonders auffordert. Es kann dies geschehen nach Herabsetzung der Temperatur der Gase durch Beimischung kalter Luft oder durch Anordnung von Kammern, in welchen man, die Abhitze auf gröfsere Körpermassen vertheilend, Wärme verbrauchende oder verlangende Processe sich vollziehen läfst, z. B. das Cementiren von Stabeisen oder das Tempern von Roheisen. Ohne Frage wird die meisten Vortheile ein Hochdruckofen bieten, dessen Gasfeuerung zur Herstellung jeder gewünschten Temperatur leicht regulirbar ist und in welchem selbst äufserste Temperaturen mit dem geringsten Brennstoffaufwande erreicht werden können. Ein solcher für die direkte Eisen- und Stahlerzeugung im Kleinen brauchbarer, dem Patent Nr. 62017 nachgebildeter Ofen ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Derselbe ist durch das Rohr E mit einer vorausgesetzten Druckluftleitung verbunden und von einem auf der Grundplatte P durch Verschraubung befestigten Mantel umgeben, welcher einem inneren Druck von mehreren Atmosphären zu widerstehen vermag. Aus dem Generator G G₁, in welchen der auf dem Wege u U₁ vorgewärmte Unterwind tritt, führen die Gasabzugskanäle gg zum Feuerraum d, in welchen weiter oberhalb auch der aus den vier Düsen O₂ austretende Oberwind mündet. Der durchbohrte konische Körper c, welcher mit der Basis in einer durch χ mit O₁ in Verbindung stehenden Luftkammer k steckt, läfst sich mit Hülfe der durch eine Tropfbüchse gehenden Stange C₁ zur Herstellung der nöthigen Zuggeschwindigkeit bei zunehmendem Druck in den Kanal unterhalb d schieben. Die aufsteigende Flamme entwickelt sich unter dem Tiegel T, welcher in feuerfeste Formsteine derartig eingesetzt ist, dafs der spiralförmig aufsteigende Heizkanal h entsteht. Die Tiegelöffnung ist den seitwärts abziehenden Feuergasen gegenüber geschlossen. Ein lose aufliegender, nicht hermetisch schliefsender Deckel gestattet dem entwickelten Kohlenoxydgase den Austritt aus dem Tiegel. Aus dem Gasabfang R gelangt dasselbe durch den Kanal s in den Gasabzug des Generators. Das Rohr r führt die abziehenden comprimirten Feuergase den Kammern B B₁ zu, welche zur Herabstimmung der Temperatur der Abhitze in verschiedener Weise, beispielsweise durch Einsetzen von Cementirungskasten AA₁, beschickt werden können. Durch T₁ strömen die Feuergase bei offenem Ventil \ schliefslich in das Reservoir, aus welchem die aufserhalb angeordneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Druckluftmotoren gespeist werden. Eine Beimischung kalter Druckluft ist bei r₂ möglich. Die Inbetriebsetzung des Ofens geschieht in folgender Weise: Nachdem der Mantel zur Freilegung des inneren Ofenbaues abgehoben und letzterer durch Entfernung der Decke DRN und der Einsatzstücke e O₁ e₃ zugänglich gemacht ist, erfolgt die Beschickung und Anfeuerung desselben. Die Füllung des Tiegels T besteht aus einem möglichst innigen Gemisch von Erz und Kohle mit den zur Bildung einer flüssigen Schlacke erforderlichen Zuschlägen, event, noch aus einem Bodeneinsatz von Eisenbrocken zur Herstellung eines Schmelzbades. Sind alle benutzten Oeffnungen wieder geschlossen, so wird der Mantel herabgelassen und mit der Grundplatte, dicht verschraubt, worauf die Oeffhung der Ventile ν und V₁ erfolgt, um durch E bei vorläufig geschlossenem Rohr T₁ Druckluft einzulassen, die sich in Ober- und Unterwind theilt. Letzterer steigt durch das Rohr u nach oben und gelangt, sechsmal im Halbkreise abwärts sich bewegend, aus den Düsen U₁ U₁ austretend, erheblich vorgewärmt von unten in den Generator, während der Oberwind, der in ähnlicher Weise geführt wird, zunächst in den Ringkanal O₁ tritt, um demnächst durch die vier Oeffnungen 0., und durch die Bohrung des Kegels c — mit den aus g g ausströmenden Gasen gemischt — in den Feuerraum d zu gelangen. Der Gang der Feuerung kann durch eine Glimmerlinse am Ende eines Schau-,

rohres beobachtet werden, so dafs es leicht ist, den Kegel c zur Regulirung der Zuggeschwindigkeit auch dann noch richtig einzustellen , wenn nicht einfach den Druckveränderungen gefolgt werden kann. Da die Anfangstemperatur eine mäfsige sein mufs und ferner die Generatorgase durch das Kohlenoxyd des Reductionsprocesses einen Zuwachs erhalten, ist der Oberwind zunächst verstärkt zu halten, dann aber allmälig zu vermindern, bis endlich eine intensive Verbrennung ohne Luftüberschufs erfolgt, welche die Schmelzung des gebildeten Eisens sichert. Ist der Procefs damit vollendet, was die steigende Temperatur der Abhitze erkennen läfst, so wird der Ofen — nach Abschliefsung des Ventils bei E und Beseitigung des noch vorhandenen Druckes — geöffnet, um den Tiegel zur Ausführung des beabsichtigten Gusses nach Abschöpfen der Schlacke herausnehmen zu können.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Ein Verfahren zur direkten Eisen- und Stahlerzeugung in einem von aufsen befeuerten, den Feuergasen gegenüber geschlossenen Reductionsgefäfs, dadurch gekennzeichnet, dafs innerhalb und aufserhalb desselben eine Hochdruckatmosphäre unterhalten und das im Reductionsraum erzeugte Gas der Feuerung zugeführt wird.

2. Zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ι ein Hochdruck ofen, bei welchem über dem Tiegeldeckel (N) eine Haube (R) angeordnet ist, welche die im Tiegel erzeugten Gase durch den Kanal s zum Brenner c d leitet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.