CH203941A - Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von Oxyden. - Google Patents

Description

      Verfahren    und     Vorrichtung    Zur     Reduktion    von Oxyden.    Bis heute wurden Metalloxyde, wie zum  Beispiel die Eisenerze, allgemein durch Koks  im Hochofen reduziert und geschmolzen.     In     Schweden und     Norwegen    ist man dazu über  gegangen,

   die     Schmelzwärme    im     Hochofen     durch elektrische     Energie    zu erzeugen und  dem Hochofen nur noch     soviel        Koks        zuzufüh-          ren    als zur     Reduktion    des     Eisenoxydes    not  wendig ist. Man erreicht dadurch eine Sen  kung     des        Koksverbrauches    auf     -etwa    die  Hälfte.

   Trotzdem     sind    aber Länder, welche       Eisenerze,        aber    kein     Kohlenlaxer        besitzen,     auf das     Ausland        angewiesen,    was die Ver  arbeitung der     Eisenerze    mehr oderweniger       erschwert.     



  Die vorliegende     Erfindung        betrifft    nun  ein Verfahren und eine Vorrichtung, durch  welche der vorerwähnte Nachteil beseitigt  wird.  



  Gemäss dem vorliegenden Verfahren zur  Reduktion von Oxyden wird das zu reduzie  rende Oxyd unter Zuführung von Wasser  stoff in einem drehbaren, ringförmigen, ge  schlossenen Gefäss auf diejenige Temperatur    erhitzt,     die    für den Reduktionsvorgang am  günstigsten ist, wobei sich der eingeführte  Wasserstoff     mit    dem Sauerstoff des     Oxydes     unter Bildung von Wasserdampf verbindet,  welcher     abgeführt    wird.  



       Eine    zweckmässige     Vorrichtung    zur Aus  übung des     Verfahrens    besteht     aus    einem ring  förmigen, das zu     reduzierende    Oxyd enthal  tenden, geschlossenen, drehbar gelagerten Ge  fäss, in welches     wenigstens    eine durch die  Welle geführte     Leitung        einmündet,    durch  welche der die Reduktion des     Oxydes    herbei  führende Wasserstoff zugeführt wird.  



  Die beiliegende Zeichnung zeigt beispiels  weise schematisch eine Ausführungsart der       Vorrichtung.     



       Fig.    1 ist ein     Schnitt    senkrecht durch die  Achse eines Reduktionsofens;       Fig.    2 ist ein     Schnitt    durch das Gefäss  senkrecht zur Drehachse;       Fig.    3 zeigt ein Ventil in grösserem  Massstab.  



  In den     Fig.    1 und 2 bedeutet 1 das dreh  bar gelagerte Gestell     eines    Transformators,      2 die auf die zwei Schenkel verteilte     Primär-          Die    Sekundärwicklung wird durch  ein ringförmiges Metallgehäuse 3 gebildet,  das nach aussen durch wärmeisolierendes       1laterial    4 geschützt ist. Dieses ringförmige  Gefäss 3 besitzt eine verschliessbare Öffnung  5, durch welche ein aus einem Metalloxyd be  stehendes Erz, wie z. B. Eisenerz, eingebracht  und wieder aus dem Gefäss 3 entfernt werden  kann. Die rechte Seite der Drehachse des  Gefässes ist mit einem Kanal 6 versehen,  durch welchen von aussen Wasserstoff zuge  führt wird. Die Gaszuführung erfolgt mit.

    Hilfe eines Ringes 7, der mittelst eines  federnden     Zwischenstückes    8 auf die sich  drehende Welle gepresst wird. Der Kanal 6  in der Welle ist mit. einer in das Gefäss 3  und zu drei Ventilen 10 führenden Rohr  leitung 9 verbunden, die das Gas in das  Innere des Gefässes 3 ausströmen lassen. Die  drei Ventile 10 sind durch eine     ringförmige     Leitung 17 miteinander verbunden, in welche  die Leitung 9 einmündet, nachdem sie im  Gefäss 3 einen vollständigen Ring 18 be  schrieben hat. In diesem Teil 18 der Zulei  tung wird der Wasserstoff vor Einführung  in die Erzmasse vorgewärmt.  



  Die Ventile 10 werden elektrisch betätigt  und besitzen zwei Endstellungen. Wenn ein  Strom durch den jedes Ventil steuernden  Elektromagnet fliesst, wird der     Ventilkörper     11 gehoben und der Innenraum 1.2 des Ven  tils mit den     Ausströmdüsen    13 steht mit der  oben beschriebenen Gasleitung 17 in direkter  Verbindung. Wird der Strom     unterbrochen,     so wird der Ventilkörper 11 durch eine im  Elektromagnet befindliche und in der Zeich  nung nicht dargestellte Feder niedergedrückt,  bis er auf den Sitz 14 zu liegen kommt. wo  durch die Gaszufuhr abgeschnitten wird.

    Gleichzeitig öffnet der Ventilkörper 11 oben  einen Durchgang 15, so dass die Gase im  Ofen durch die Rohrleitung 16, welche mit  dem Kanal 25 im     linken    Wellenende ver  bunden ist, in den Kondensator 19 abfliessen  kann. Die     elektrische    Betätigung erfolgt in  der Weise, dass die Gaszufuhr geöffnet ist,  wenn die Ventile von der Masse des zu redu-    zierenden Erzes bedeckt sind, so     da.ss    das Gas  diese durchdringt. Für jedes Ventil 10 wird  die Gaszufuhr geschlossen und der Gasaus  tritt geöffnet, sobald es infolge der Dreh  bewegung aus der Erzmasse herausgetreten  ist.

   Die Austrittsdüsen 13 sind seitlich ange  ordnet und trichterförmig ausgebildet, so  dass der fortwährend in Bewegung befind  liche Erzstaub nicht auf sie fallen kann,  wodurch eventuell Verstopfungen eintreten  könnten. Die Düsen 13 werden vorzugsweise  in Flächen angeordnet, welche zur Drehebene  des Gefässes 3 wenigstens annähernd parallel  liegen.  



  Die     Arbeitsweise    dieser Vorrichtung ist  folgende:  Nachdem soviel Erz in den Behälter 3 ge  bracht worden ist, dass dieser nicht ganz ge  füllt ist, um ein gutes und fortwährendes  Vermischen durch die Drehbewegung zu er  reichen, wird die Primärwicklung 2 des  Transformators 1 unter Spannung gesetzt  und gleichzeitig der Ofen mit dem Transfor  mator. zum Beispiel     mittelst    der Riemen  scheibe 20. in langsame Drehung versetzt.  Der magnetische     Kraftfluss,    der durch die  mittlere Säule des Transformators hindurch  fliesst, erzeugt im Gefäss 3 einen     Kurzschluss-          sIrom,    der dieses Gefäss und damit auch das  Erz erhitzt.

   Hat die Temperatur einen be  stimmten Wert erreicht, so wird dem Ofen  von der rechten Seite her durch die Leitung  9 Wasserstoff zugeleitet. Von einer bestimm  ten Temperatur an besitzt der Wasserstoff  eine so grosse Affinität gegenüber dem Sauer  stoff, dass er sich mit dem Sauerstoff des  Erzes, z. B. des Eisenerzes, verbindet und zu  Wasserdampf verbrennt, wobei das reine  Metall, z. B. Eisen, zurückbleibt. Der ent  stehende Wasserdampf sammelt sich im  obern leeren Teil des Ofens an und wird  durch die Ventile 10 und die Leitung 16 ab  geführt.

   Da der Wasserdampf stets mit  Wasserstoff vermischt ist, lässt man diese Ab  gase nicht ins Freie entweichen, sondern  führt sie in     einen        Kondensator,    wo durch Ab  kühlung der Wasserdampf in Form von Was  ser niedergeschlagen wird und von wo     aus         ,der zurückbleibende Wasseroff     wieder    in  den     Kreis        eingeschaltet    werden kann. Aus  dem Kondensator 19     -wird    das kondensierte  Wasser durch eine     Leitung    21 abgeführt und  der zurückbleibende Wasserstoff durch die       Leitung    22 zwecks Weiterverwendung abge  leitet.  



  In     Fig.    1 sind rechts die Schleifringe 23  angeordnet für die Stromzufuhr für den  Transformator. Links befinden sich die  Schleifringe 24 zur     Steuerung    der Ventile       und    zur     Messung    der Temperatur im     Innern     des Ofens     vermittelst    eines     Thermoelementes.     Die äussern Verschalungen des Ofens müs  sen natürlich unterteilt und gegeneinander  isoliert werden, um zu     verhindern,    dass in  ihnen     Kurzschlussströme    entstehen können.  Für die Beschreibung ist der Einfachheit  halber ein     Einphasenofen    genommen worden.

    Das Verfahren lässt sich natürlich ohne wei  teres auch auf einen     Mehrphasenofen    an  wenden.  



  Zum     Vorwärmen    des Wasserstoffes aus  der Leitung 9 könnten natürlich auch die  heissen Abgase benützt werden, indem nach  dem Gegenstromprinzip die Zuleitung durch  einen     Teil    der     Ableitung    geführt würde.  



  Es können mehr als drei Ventile 10 vor  gesehen und diese könnten auch mechanisch       gesteuert    werden.  



  Es können für die Leitung 18 im Behäl  ter 3 auch mehrere     Windungen    vorgesehen  werden.  



  Die Primärwicklung 2 des Transforma  tors könnte natürlich auch auf der mittleren  Säule angeordnet werden, was aber den  Nachteil bietet, dass die Wicklung zu stark  erhitzt wird.  



  Es     können    natürlich nach dem vorliegen  den Verfahren nicht nur Eisenoxyde behan  delt werden, sondern ganz allgemeine Metall  oxyde oder auch Oxyde von Nichtmetallen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Reduktion von Oxyden, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reduzie rende Oxyd unter Zuführung von Wasser stoff in einem drehbaren, ringförmigen, ge- schlossenen Gefäss auf die günstigste Reduk- tionstemperatur erhitzt wird, wobei sich der eingeführte Wasserstoff mit dem Sauerstoff des Oxydes unter Bildung von Wasserdampf verbindet, welcher abgeführt wird. UNTERANSPRüCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das geschlos sene Metallgefäss durch einen in der Ge fässwand erzeugten Induktionsstrom auf die Reduktionstemperatur -erhitzt wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Oxyd während der Erhitzung im Gefäss selbst durch Rotation desselben fortwährend ge mischt -wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Gefäss nur zum Teil mit Oxyd gefüllt wird, um ein fortwährendes Vermischen der Masse zu ermöglichen. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff in die Masse des Oxydes selbst eingeführt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Was serstoff vor seiner Einführung in die Oxydmasse vorgewärmt wird. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Gefäss bei der Reduktion entstehende Wasserdampf mit Wasserstoff vermischt aus dem Ge fäss in einen Kondensator abgeführt wird, aus welchem der noch vorhandene Was serstoff zwecks Weiterverwendung abge leitet wird.

   PATENTANSPRUCH II: Vorrichtung zur Ausübung des Verfah rens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein ringförmiges, das zu, reduzierende Oxyd enthaltendes geschlossenes, drehbar ge- lagertes Gefäss, in welches wenigstens eine durch die Welle geführte Leitung einmündet, durch welche der die Reduktion des Oxydes herbeiführende Wasserstoff zugeführt wird. UNTERANSPRtCHE: Vorrichtung nach Patentanspruch TI, da durch gekennzeichnet, dass das das Oxyd enthaltende Gefäss als Sekundärwicklung eines Transformators ausgebildet ist.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass die Primärwicklung auf die äussern Säulen des mit dem Gefäss dreh baren Transformators verteilt ist. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und den Unteransprüchen 7 und 8, gekenn zeichnet durch im Innern des Gefässes angeordnete Ventile, welche mit den Zu führungsleitungen des Wasserstoffes und mit den Ableitungen für die bei der Reduktion entstehenden flüchtigen Pro dukte verbunden sind und derart ge steuert werden, dass die Wasserstoffzu führung stattfindet, während die Ventile von Erz umgeben sind, und die Ableitung. während sie sich im gaserfüllten Teil des Gefässes befinden. 10.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und den Unteransprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- und Ein lassöffnungen der in das Gefässinnere hin einragenden Ventile in wenigstens an nähernd zur Drehebene des Gefässes parallelen Flächen angeordnet sind, so dass sie durch das im Gefäss bewegte Erz nicht verstopft werden können. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und den Unteransprtiehen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet. dass die Aus- und Ein lassöffnungen der Ventile nach aussen trichterförmig ausgebildet sind. 1.2.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, ge kennzeichnet durch eine im Gefäss ange ordnete Rohrleitung, durch welche der zugeführte Wasserstoff vor seiner Ein führung in das Erz vorgewärmt wird.