Der basische Herdofenprozeß

307 Pages·1920·19.253 MB·German

by  Carl Dichmann (auth.)

Der basische
Herdofenp rozeß
Eine Studie
von
earl Dichmann
Ingenieur-Chemiker
Zweite, verbesserte Auflage
Mit 42 Textfiguren
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1920
ISBN 978-3-662-24342-8 ISBN 978-3-662-26459-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-26459-1
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen,
vorbehalten.
Copyright 1920 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1920.
Vorwort..
In mehr als 20 jähriger Praxis im Herdofenbetriebe traten mir
häufig Fragen entgegen, auf welche ich eine befriedigende Antwort
nicht zu finden vermochte. Eine Pause in der praktischen Tätigkeit
veranlaßte mich, diese Fragen im Zusammenhange zu untersuchen, und
ich zog hierzu die einschlägige Literatur zu Rate soweit sie mir zu
gänglich war. . Die dann noch verbleibenden Lücken suchte ich aus
zufüllen, so gut ich es vermochte. So entstanden diese Blätter, und
wenn ich sie hiermit der Öffentlichkeit übergebe, so geschieht das aus
dem Grunde, weil die Literatur über den Herdofenprozeß immer noch
sehr dürftig ist, trotzdem dieser Prozeß in der Eisenindustrie von Tag
zu Tag an Bedeutung gewinnt, und weil ich hoffe, hierdurch zu
weiteren AIbeiten zur Aufhellung der strittigen Probleme anzuregen.
Ich ließ mich von dem Bestreben leiten, die Bedingungen aus
findig zu machen, welche die beste Ausnützung aller Rohmaterialien
gestatten. Da nun ein Vorgang nur dann vollständig erkannt und
beherrscht wird, wenn man die Einflüsse aller Faktoren, welche sich
am Geschehen desselben beteiligen, auch quantitativ zu bestimmen
vermag, so wandte ich dieser quantitativen Seite besondere Aufmerk
samkeit zu. Hierdurch erwuchs allerdings die Notwendigkeit, zahl
reiche Rechnungen aufzunehmen, die sich mit den elementarsten Hilfs
mitteln ausführen lassen.
Im Betriebe vermißte ich die Lösung der Frage der Ausnutzung
des Brennstoffes, daher beschäftigte ich mich eingehender mit der
Theorie der Vergasungsvorgänge. Die ermittelten Resultate scheinen
mir der Beachtung wert, obgleich ich noch nicht in der Lage war,
alle Schlußfolgerungen durch eigene Versuche nachzuprüfen. Die be
treffenden Ausführungen werden vielen wohl zu breit und zu ele
mentar erscheinen, ich ließ sie dennoch ungekürzt, da sie gestatten
dürften, sich wiederum schnell zu orientieren, wenn einmal das Ge
dächtnis versagt, was bei den vielen in Betracht kommenden Werten
1*
Ir Vorwort.
leicht geschehen kann. Alle entwickelten Formeln sind überdies, so
weit sie allgemeine Gültigkeit haben, im Anhange zusammengestellt,
so daß man sich ihrer bedienen kann, auch ohne sie im Texte auf
suchen zu müssen.
Als Unterlage für die chemische Seite des eigentlichen Herdofen
betriebes selbst diente mir meine im Jahre 1905 in "Stahl und Eisen"
veröffentlichte Arbeit über die Verarbeitung flüssigen Roheisens im
basisch zugestellten Herdofen, die ich indessen erweiterte. Dabei er
schien es mir notwendig, bei der Berechnung des Eisenoxydbedarfes
für die Abscheidung der Reduktionsstoffe einiie Änderungen vorzu
nehmen, und zwar auch diejenigen Mengen an Eisenoxydul zu berück
sichtigen, welche in der Schlacke verbleiben, die durch die einzelnen
Reduktionsstoffe erzeugt werden muß. Hierdurch sind die Zahlen für
den Bedarf an Eisenoxyd für das Silizium größer, für den Kohlenstoff
aber kleiner geworden, während umgekehrt der Zubrand für das Silizium
geringer, für den Kohlenstoff aber größer erscheint, als in der er
wähnten Abhandlung.
Die meisten Anregungen verdanke ich zwei lehrreichen Büchern,
und zwar dem I. Teile des Leitfadens zur Eisenhüttenkunde, der
"Feuerungskunde" von Th. Beckert, welcher durch seine Hinweise
und seine Tabellen der Werte der spezifischen Wärmen der Gase bei ver
schiedenen Temperaturen die Möglichkeit zur Errechnung der Reaktions
temperaturen gab, und dem Buche "The Manufa.ctury of Iron & Steel"
von H. H. Camp bell, welches eine Fülle neuer Gesichtspunkte er
öffnete.
Diesen sowie den vielen übrigen Herren, welche im Texte ge
nannt sind, sage ich hiermit verbindlichsten Dank!
Riga, November 1909.
earl Dichnlann.
Y orwort zur zweiten Auflage.
Für die zweite Auflage des vorliegenden Buches mußte Verfa.sser
sich darauf besckränken, einige inzwischen gereifte Gedanken über das
Wesen der Flamme und der Reduktion des Eisens, sowie einige neuere
Erfahrungen aus dem Generatorbetriebe und dem Erzroheisenprozeß
aufzunehmen, von denen er annimmt, daß sie von Interesse sein
werden. Dagegen mußte von einer Neuberechnung aller Zahlenwerte
auf Grund neuerer Angaben für die spezifische Wärme und die Ver
bindungswärme der einzelnen Stoffe, die eigentlich geplant war, ab
gesehen werden. Es dürfte dies auch ziemlich belanglos sein, da nicht
zu erwarten ist, daß der Charakter der betrachteten Erscheinungen durch
Berücksichtigung der neueren Arbeiten auf diesem Gebiete in wesent
lich anderem Lichte erscheinen könnte.
Auch eine Umarbeitung des Kapitels "Der basische Herdofen
prozeß und die Windfrischverfahren" mußte der anormalen Zeiten
wegen unterbleiben, da es nicht möglich war, die heute geltenden
Unterlagen für diese Frage zu beschaffen. In der vorliegenden Form
ist das Kapitel allerdings nicht viel mehr als eine' historische Re
miniszenz, allein sie führt die sonst allzu leicht in Vergessenheit ge
ratende Tatsache vor, daß erst sehr kurze Zeit verflossen ist, seit
wir jene märchenhaft billigen Preise hatten, Preise, bei denen wir
doch alle unser sehr gutes Auskommen gehabt haben. Möchte die
Erinnerung daran mithelfen zu Bestrebungen anzuregen, das Wirt
schaftsleben bald wieder in gesunde Bahnen zurück zu lenken!
Im. Juli 1920.
Der Verfasser.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
1. Einleitung. . . . . . . . . . • . • . . • . . . . 1
2. Physikalische Bedingungen in einem Herdofensystem. Auftrieb. 5
3. Allgemeines über Generatorgas . . . . . . . . . . 13
4. Die Rohstoffe für den Generatorbetrieb . . . . .. 16
a) Die festen Brennstoffe . . . . . . . . . . 16
b) Der zur Vergasung erforderliche Sauerstoff 17
5. Die Reaktionen bei der Vergasnng im Generator. Stöchiometrische Be-
ziehungen ............................ . 1H
a) Kohlendioxyd CO2, Verhältnis von C zu 0 und Gasvolum, das
aus 1 kg C erhalten wird. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
b) CO-Bildung. Luftgas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :!1
c\ Gleichzeitige Bildung von COt und CO bei der Verbrennung
des C durch Luft . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
d) Verg'asung des reinen C durch Wasserdampf ..•..... 22
ei Erzeugung von CO und Haus C uud ·Wasserdampf, Wasser-
gas I .......................... . 23
f) Erzeugung von CO2 und H aus reinem C und Wasserdampf,
Wassergas II ...... . 24
g) Mischgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
h) Kohlenstoffgehalt der Gase. . . . . . . . . . 26
6. Thermische Bedingungen flir die Vergasung des Kohlenstoffes 26
7. Einfl uB der einzelnen Reaktionen auf die Reaktionstemperatur . 32
a) Energiegehalt bzw. Verbrennungswärme des Kohlenstoffes 32
b) Die Temperatur im Reaktionsraume bei der Erzeugung von
Luftgas ......................... . 34
c) Einfluß der Prodnkte der Gaserzeugung auf die Reaktions-
temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
d) Mischgas mit reiner CO-Bildung . . . . . . . . . . . . . . 38
e) Der Brennwert der erzeugten Gase und der Nutzeffekt des
Generators . . . . . . . ., ............. . 41
f) Die Erzengung von Mischgas mit höherem Wasserstoffgehalt . 43
g) Die Mischgaserzeugung mit vorgewärmter Vergasnngsluft 48
8. Einfluß der Unvollständigkeit der Reaktionen . . . . . 49
9. Das Destillationsgas . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
10. Das Generatorgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
11. Beurteilnng des Generatorganges nach der Gasanalyse. 63
12. Die Temperaturen im Generator . . . . . . . . . . . 75
Theorie und Praxis des Generatorprozesses . . . 77
Der Gehalt des Generatorgases an Wasserdampf. 82
13. Die Veränderung der Zusammensetzung des Generatorgases in Leitung
und Kammern. . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Inhaltsverzeichnis. VII
Seite
14. Luftbedarf zur Verbrennung der Gase im Herdofen . . . . . . . .. 87
Luftbedarf ftir schlechtes Gas . . . . . . . . . . . . . . .. 88
15. Die Temperaturen und die Wärmeübertragung im Herdraume des Herd-
ofens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90
Einfluß der Gasqualität auf die AusnUtzung der Wärme im
Herdraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Die Ausnutzung der Wärme in den Kammern. . . . . 99
Wärmeverlust durch die Abgase beim Herdofenbetrieb . 100
16. Gas und Luft auf ihrem Wege durch das Ofensystem . . . . 102
Die Regulierung der Temperatur im Herdraum . . . . 106
Die Chemie des basischen Herdofenprozesses.
17. Rednktions- und Oxydationsprozesse . 124
18. Die chemische Wirkung der }'Iamme. . . .. . 135
ai Die Gliihspanbildung . . . . . . . . . 135
b) Die Schlaekenbildung. . . . . . . . . 136
cl Die Hilfsstoffe ftir die Schlackenbildung 139
d) Metall und Schlacke im Herdofen . . . 141
e Die Abscheidung der Verunreinigungen aus dem Eisen und
i
das Verhalten ihrer Oxydationsprodnkte in der Schlacke 142
1. Das Silizium. 143
2. Der Phosphor . . . . . . . . . . . 145
3. Das Mangan. . . . . . . . . . . . 147
4. Der Kohlenstoff . . . . . . . . . . 100
5. Der Schwefel im basischen Herdofen 152
6. Sauerstoff im Eisen . . . . . . . . 155
fj Zusammensetzung und Eigenschaften der Schlacke 157
a; Gehalt der Schlacke an Metalloxyden . . . . 157
b) Mengenverhältnisse zwischen Säuren und Erdbasen in den
Endschlacken . 160
g~ Die Schlackenmenge . . . . . . . . . . . . . 165
h) Abbrand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
i) Das Fazit der chemischen Wirkung der Flamme 167
19. Die Wärmearbeit im Herdofen. . . . . . . . . . . . . 174
a) Der absolute Wärmegehalt von Stahl und Schlacken 174
b; Einfluß der Beimengungen des Eisens auf den Wärmebedarf
bei der Stahlerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . " 177
20. Die Erhöhung der oxydierenden Wirkung der Flamme . . . . . . . 183
a) Reaktionen zwischen Eisenoxyd und den Reduktionsstoffen im
Eisen und Eisenoxydbedarf für die Abscheidung derselben . 186
b) Energieändemngen bei der Einwirkung von Eisenoxyd auf die
Reduktionsstoffe im Eisen. . . . . . . . . . . . . . . . . 187
c) Einwirkung von Eisenoxyd auf die Reduktionsstoffe im flüssigen
Eisen 0 h n e Mithilfe äußerer Wärme . . . . . . . . . . .. 190
d) Einwirkung von Eisenoxyden auf die Reduktionsstoffe im Eisen
unter Mithilfe der Ofenwärme . . . . . . . . . . . 192
e) Eisenoxydbedarf und Abbrand bei der Stahlerzeugnng aus
flüssigem Eisen. • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
f) Einfluß der Abscheidung der Reduktionsstoffe durch Eisenoxyd
auf den Wärmebedarf ftir die Stahlerzeugnng. 202
21. Die Vorgänge im Herdofen und ihre Beurteilung . . . 202
a) Die Beurteilung der Temperatur des Metalles. 203
b; Die Beurteilung des Härtegrades des Metalles 203
VIII Inhaltsverzeichnis.
8eite
cl Gase im Eisen . . . . . . . . . . . . . . . 207
dl Desoxydation. . . . . . . . . . . . . . . . 208
eJ Die Rückkohlung . . . . . . . . . . . . . 211
fl Erscheinungen beim Vergießen und Erstarren. 211
22. Die hauptsächlichsten Arbeitsverfahren des basischen Herdofenprozesses 215
al Der Schrottroheisenprozeß. . . . . . . . . . 215
b) Der Schrottkohlenstoffprozeß . . . . . . . . 2"22
cl Der Roheisenerzprozeß mit festem Einsatz. . 223
dl Der Roheisenerzprozeß mit flüssigem Einsatz. 227
1. Der Talbot-Prozeß. . . . . . 228
2. Die kombinierten Verfahren . 230
3. Das Bertrand-Thiel-Verfahren 231
4. Der Monell-l'rozeß. . . . . . 233
5. Roheismerzprozeß mit fliissigem Roheisen im gewöhn-
lichen feststehenden Herdofen . . . . . . 233
23. Die Verwertung des PhosphorgehaItes des Roheisens. . . 258
24. Der basische Herdofenprozeß und die Windfrischverfahren 264
Anhang.
Tabellen und Formeln. . . . 273
Drnckfehlerverzeichnis.
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Dichmann, Der basische Herdofenprozell. 2 Auf!.