Die Reduktion der Eisenerze

Die Reduktion der Eisenerze Wissenschaftliche Grundlagen und

technische Durchfiihrung

Von

Prof. Dr.-Ing. Ludwig von Bogdandy

und

Prof. Dr. rer. nat. Hans-Jiirgen Engell

Mit 381 Bildern und 54 Tafeln

1967

Verlag Stahleisen mbH I Diisseldorf

Springer-Verlag Berlin I Heidelberg I New York

Prof. Dr.-lng. LUDWIG VON BOGDANDY

Huttenwerk Oberhausen AG, Oberhausen

Prof. Dr. rer. nat. HANS JURGEN ENGELL

Max-Planck-lnstitut fiir Metallforschung, lnstitut fur Metallkunde, Stuttgart

DK 669.051 669.046.46 : 669.162.12 669.162.263.23

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@ by Verlag Stahleisen m.b.H., Dllsseldorf and Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1967 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1967

Library of Congress Catalog Card Number: 66-29246

ISBN -13:978-3-642-92936-6 e-ISBN -13:978-3-642-92935-9 DOl: 10.1007/978-3-642-92935-9

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezelchnungen usw. In dlesem Buche berechtlgt auch ohne besondere Kennzeichnung nlcht zu der An­nahme, daB solche Namen 1m Sinne der Warenzeichen- und lIIarkenschutz-Gesetz­gebung als frel zu betrachten wAren und daher von jedermann benutzt werden diirften

Bestell·Nummer 106 Titel Nr. 1354 Verlag Stahlelsen m.b.H., Dusseldorf Springer· Verlag, Berlin/Heidelberg/New York

Vorwort

1m Jahre 1838 erstieg ROBERT BUNSEN den Hochofen der Herrschaft. lichen Eisenwerke Veckerhagen und senkte in die Begichtung eine Rohre, die aus mehreren zusammengeschweiBten Flintenlaufen bestand und mit einer feuerfesten Bekleidung versehen war. Mit Hilfe eines Bleirohres, mehrerer Glasrohrchen, etwas Gummischlauch und einer Luftpumpe ent· nahm BUNSEN uber dieses Rohr dem Schacht des Of ens Gasproben, die er auf Kohlensaure, Kohlenoxyd, Wasserstoff und Grubengas analysierte. Er stellte fest, daB es sich durchaus lohnen wiirde, diese Gase aufzufangen und zur Beheizung der Henschelschen Dampfmaschine zu verwenden, die das Geblase des Of ens antrieb und bei der bisherigen Betriebsweise 35 Pfund Buchenholz stundlich verbrauchte. BUNSEN selbst sagte: "Sind auch die darin angefiihrten Versuche keineswegs als den Gegenstand er· schopfend zu betrachten, so durften sie doch schon einer vorlaufigen Mittheilung nicht unwerth seyn, da sie die wichtigsten Momente umfassen, welche bei practischen Untersuchungen uber diesen, fur die gesammte Metallurgie so wichtigen Gegenstand zur Basis dienen konnen."

Niemand, der den damaligen Stand der Dinge in Wissenschaft und Technik und die von dieser Sachlage ausgehende Entwicklung vor Augen hat, kann dieser Ansicht widersprechen. Wege und Ziele der metallurgischen Forschung werden in diesem Beispiel klar. Das Ziel ist die Verbesserung der Ausnutzung der eingesetzten Rohstoffe und die Erhohung der Er. zeugungsleistung, der Weg besteht in der Entwicklung geeigneter MeB. verfahren - hier der Gasanalyse - in Verbindung mit einer wissenschaft. lich grundlegenden Auswertung der Versuchsergebnisse. Zusammen mit der theoretischen Durchdringung des Verfahrensablaufs und mit der Ent· wicklung besserer Anlagen und leistungsfahiger Hilfsaggregate fur den Hochofen, ist hier die Grundlage zu suchen fur die Entwicklung des nacho sten Jahrhunderts. Zahlreiche Forscher und Ingenieure haben sich in der Folgezeit um das Hochofenverfahren bemiiht mit dem Ergebnis, daB der Hochofen heute als eine der leistungsfahigsten verfahrenstechnischen Apparaturen anzusehen ist.

In der vorliegenden Monographie werden zunachst die thermodyna­mischen und reaktionskinetischen Grundlagen der Erzreduktion zusammen·

VI Vorwort

gefaBt. Dann folgt ein trberblick iiber die Gesetze der Gasstromung und des Warmeiibergangs in Schiittschichten. Mit diesen Grundlagen wird ver­sucht, den technischen ProzeB im Hochofen wissenschaftlich zu beschreiben und seine Leistungsgrenzen zu berechnen. Dabei werden besonders die Vorbereitung des Moners nach verlahrenstechnischen und reaktionskine­tischen Gesichtspunkten, die Bedeutung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Einsatzstoffe und die Verlahren zu ihrer Ermittlung sowie das Verhalten von Austauschbrennstoffen ausfiihrlich erortert. Be­sonders eingehend behandelt wird hierbei der "trockene" Teil des Hoch­of ens, in dem Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen vorherrschen.

Mit Hilfe dieses theoretischen Riistzeugs ist es in vielen Fallen moglich, Zufalliges yom Grundsatzlichen zu unterscheiden, die Wirkung bestimmter Eigenschaften der Einsatzstoffe und der betrieblichen Parameter auf die Herstellkosten und die Betriebsergebnisse, z. B. Erzeugungsleistung und spezifischen Brennstoffverbrauch, im voraus zu berechnen und damit die Grundlage fiir eine Optimierung und Automatisierung des Hochofen­betriebs zu schaffen und abzuschatzen, ob und welche Verbesserungen in Zukunft moglich sind.

Neben dieser Aufgabenstellung, die im wesentlichen der Verleinerung des zur Zeit dominierenden Hochofenprozesses dient, wird auch die Re­duktion auBerhalb des Hochofens, die sogenannte direkte Reduktion, be­handelt. Seit Jahrzehnten hat man sich bemiiht, die Reduktion der Eisen­erze zum Metall in anderen Apparaturen als dem Hochofen vorzunehmen, wobei als Produkt entweder fliissiges Roheisen oder Eisen in fester Phase, z. B. als Eisenschwamm, gewonnen wird. Zwar hat noch keines dieser Ver­fahren die Leistungsfahigkeit des Hochofens erreicht. Die steigende Ver­fiigbarkeit preisgiinstiger gasformiger und fliissiger Brennstoffe, besonders von Erdgas, z. B. in Nahost, Mittel- und Siidamerika, laBt jedoch die Aus­arbeitung von Verfahren zur Reduktion der Eisenerze mit diesen Energie­trag ern und Reduktionsmitteln an Stelle des Kokses immer wichtiger werden. Die Reduktion der Eisenerze auBerhalb der Hochofens konnte die Losung der Aufgabe sein, die Nationalwirtschaften dieser Lander unter Nutzung ihrer heimischen Roh- und Brennstoffe zu auBerst wirtschaftlichen Bedingungen mit dem Eisen zu versorgen, das zum Aufbau der einheimischen Industrie und zur Steigerung des allgemeinen W ohlstands unerlaBlich ist.

Wir hoffen, daB diese Monographie dem Wissenschaftler ebenso wie dem Praktiker eine Hille bei der Losung dieser und anderer Aufgaben sein kann und ihm Anregungen geben wird, durch sinnvolle und gezielte Anderung der Betriebsweise die Eisenerzeugung zu verbessern und zu verbilligen. Wir wenden uns mit diesem Beitrag aber auch an den Studierenden und mochten ihm die Moglichkeit geben, mit den Grundlagen der Reduktion von Eisen­erzen und ihrer Anwendung auf den technischen ProzeB naher bekannt

Vorwort VII

zu werden und die oft recht verwickelten Zusammenhange leichter zu uberblicken.

Es war nicht beabsichtigt, ein Handbuch zu verfassen, das alle Mei­nungen, Anschauungen und Versuche berucksichtigt. Wir haben vielmehr aus dem Schrifttum ausgewahlt, was wir als weiterfuhrende Ansatze an­sahen und was uns fur die dargestellte Arbeits- und Denkrichtung als beispielhaft erschien und hieran eigene Betrachtungen, BerechnungeIi und Bewertungen angeknupft. Damit ist gesagt, daB die Auswahl des behandel­ten Schrifttums nach subjektiven Gesichtspunkten erfolgte; es ist hinzu­zufugen, daB sie im einzelnen auch nicht ganz frei von Zufalligkeiten ist.

Fur die Kapitell und 2 zeichnet der zweitgenannte'Verfasser, fUr die Kapitel3 bis 5 der erstgenannte Verfasser verantwortlich.

Zu danken haben wir unseren Mitarbeitern, die uns bei der Zusammen­stellung des Schrifttums, bei den Berechnungen, der sprachlichen Dar­stellung und den Korrekturen geholfen haben. Besonders hervorheben mochten wir die tatkraftige Unterstutzung durch die Herren Dr.-Ing. G. GROSS und Dr.-Ing. U. PucKoFF-Dortmund, Dr.-Ing. H.-D. PANTKE, Dipl.-Ing. H. SINGER und Dr.-Ing. D. TERLAAK - Oberhausen sowie Dipl.­Ing. W. PLUSCHKELL - Stuttgart. FUr die Bekanntgabe von nicht ver­offentlichten Ergebnissen und fruchtbare Diskussionen danken wir einer groBen Anzahl von Fachgenossen in der eisenschaffenden Industrie, an den Hochschulen und Forschungsinstituten. Herr Dipl.-Ing. H. KEGEL, Dussel­dorf, hat durch manches vermittelnde und klarende Gesprach zum Ge­lingen des Vorhabens beigetragen. Die Anregung zur Abfassung der vorliegenden Monographie ging aus von dem Vorsitzenden des Vereins Deutscher Eisenhuttenleute, Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. H. SCHENCK, dem wir hierfur herzlichen Dank aussprechen mochten.

Oberhausen u. Stuttgart, im Oktobe.r 1966

L. von Bogdandy und H.-I. Engell

Inhaltsverzeichnis Seite

ZU8ammenstellung baufig verwendeter Symbole XIII

Tbermodynamiscbe Tafeln . . . . I

"Ubersicht . . . . . . . . . . . I Abkurzungen und Bezeichnungen I Tafeln fur 17 Verbindungen . 2

1. Grundlagen . . . . . . . . 18

1.1. Gleichgewichte. . . . . 18

1.1.1. Das System Eisen-Sauerstoff 18 1.1.2. Die Systeme Eisen-Sauerstoff-Wasserstoff und Eisen-Sauerstoff­

Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.1.3. Reduktionsgleichgewichte von Mischkristallen mit Eisenoxyden und

von eisenoxydhaltigen Verbindungen . . . . . . . . . . . . . 38 1.1.4. Das System FeO-CaO-Si02 und die Gleichgewichte bei der Erzeugung

von Sinter. . . . . . . . . 40

1.2. Grundlagen der Reduktionskinetik 47 1.2.1. Die Erzreduktion als Reaktionsfolge 47 1.2.2. Gasdiffusion in der Stromungsgrenzschicht und den Poren 49 1.2.3. Adsorption 60 1.2.4. Chemisorption . . . 65 1.2.5. Phasengrenzreaktion 72 1.2.6. Keimbildung. . . . 79 1.2.7. Transportvorgange in festen Phasen 83

1.2.7.1. Grundgesetze der Festkorperdiffusion 83 1.2.7.2. Die Stabilitat der Oberflachengestalt des Oxyds bei der Re-

duktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 1.2.7.3. Transportvorgange bei der Reduktion von Mischoxyden und

Oxydverbindungen ., . . . . . . . . . . . . . . . 93 1.2.8. Die "direkte Reduktion": Festkorperreaktion zwischen Kohlenstoff

und Eisenoxyden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98

2. Ergebnisse der experimentellen Untersucbungen der Reduktionskinetik 99

2.1. Verfahren und Versuchseinrichtungen zur Messung des Reaktionsablaufs 99

2.1.1. Gravimetrische MeBverfahren . . . . . . . 101 2.1.2. Gasanalytische und volumetrische Verfahren . . 103 2.1.3. Sonderverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 106 2.1.4. Herstellung und Untersuchung der Oxydproben . 107

2.2. Stoff- und Wil.rmeubergang durch die Stromungsgrenzschicht . 109

Inhaltsverzeichnis IX Seite

2.3. Gas- und Festkorperdiffusion in Schichten der Reaktionsendprodukte 119

2.4. Untersuchungen der Phasengrenzreaktion. . . . . . . . . . . . . . 128

2.5. Gekoppelter Ablauf von Phasengrenzreaktion und Diffusion . . . . . 138 2.5.1. Phasengrenzreaktion und Diffusion in den Reaktionsendprodukten 138 2.5.2. Phasengrenzreaktion und Diffusion in reagierenden Schichten .. 144 2.5.3. Zusammenfassende Betrachtung der Uberlagerungen von Phasen-

grenzreaktion, Gasstromung, Diffusion in reagierenden Schichten und Diffusion in Reaktionsendprodukten . . . . 151

2.6. Beobachtungen von Keimbildung und Keimwachstum. . . . .. 156

2.7. Reduktionskinetik von Mischoxyden, Oxydverbindungen und Sinter 164

2.8. Reaktionskinetik der Vergasung von Kohle und Koks .

3. Gasstriimung und Wiirmeiibergang in kiirnigen Giitern .

3.1. Ruhende Schiittgutschicht

174

181

182

3.1.1. Stromung in ruhender Schiittgutschicht. 182 3.1.1.1. Gleichkomschiittungen. . . . . 182 3.1.1.2. Mehrkomschiittungen . . . . . 188

3.1.2. Warmeiibergang in ruhender Schiittgutschicht . 193

3.2. Wirbelschicht und tJbergang zur Flugstaubwolke • . 195 3.2.1. Existenzbereich der Wirbelschichten und Flugstaubwolken 198 3.2.2. Besonderheiten der technischen Reaktionsfiihrungin Wirbelschichten 201

'4. Technische Durchfiihrungsmiiglichkeiten der Eisenerzreduktion (auBer-halb des Hochofens) 204

4.1. Aufgabenstellung. • • • . . 204 4.1.1. Verfiigbare Rohstoffe . 207

4.1.1.1. Erze. . . . . 207 4.1.1.2. Brennstoffe. . 207

4.1.2. Einteilung der auBerhalb des Hochofens arbeitenden Reduktions­verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

4.1.3. Grenzbetrachtung zum Bedarf an Reduktionsmitteln und Warme 210 4.1.4. Produkte der auBerhalb des Hochofens arbeitenden Reduktions-

verfahren und ihre Weiterverarbeitung . . . . 213

4.2. Erzreduktion in Flugstaubwolken und Rieselwolken . 217 4.2.1. Grenzen des Anwendungsbereichs. . . . . . . 217

4.2.1.1. Maximale Reduktionsgeschwindigkeiten 217 4.2.1.2. Giinstigste Betriebsdaten und maximale Belastung des Re­

aktionsraumes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 4.2.1.2.1. Verbrauch an Reduktionsgas fiir die chemische

Reaktion. . . . . . . . , . . . . 220 4.2.1.2.2. Verbrauch an Warmetragem ..... 221 4.2.1.2.3. Maximale Belastung des Reaktionsraumes .. 221

4.2.2. Moglichkeiten einer technischen Durchfiihrung der Erzreduktion in Flugstaubwolken und Rieselwolken . . . . . . . . . . . . 223

x Inhaltsverzeiohnis

4.3. Reduktion in der Wirbelsohioht . . . . . Seite

225 4.3.1. Einsatzmogliohkeiten und Grenzen . . 225 4.3.2. Verfahrensiibersioht. . . . . . . . . 234 4.3.3. Energieverbrauoh der Wirbelsohiohtverfahren und Leistungsver-

gleioh mit dem Hoohofen . . . . . . . . 239

4.4. Reduktion in Retorten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

4.4.1. Grundlagen des Umsatzes in der Retorte. . . . . . . 244 4.4.2. Numerisohe Bereohnung der Reduktion in der Retorte 249 4.4.3. Experimentelle Untersuohung . . . . . . . . . . . . 253 4.4.4. Teohnisohe Durohfiihrung der Reduktion in der Retorte 255

4.5. Reduktion im DrehgefaB . . . . . . . . . . . 259 4.5.1. Arbeitsmogliohkeiten und Problemstellung 259 4.5.2. Reaktionskinetik . . . . . . . 262 4.5.3. Vergleioh mit dem Experiment . . . . . 270 4.5.4. Warmeiibergang . . . . . . . . . . . . 274 4.5.5. Vorausbestimmung der Leistung von Drehofenreduktionsanlagen 276

4.5.5.1. Bemessung der Vorwarmzone ............ 276 4.5.5.2. Bemessung der Reduktionszone und der Gesamtanlage 276

4.5.6. Teohnisohe Durohfiihrung der Reduktion im Drehofen . 277 4.5.6.1. Erzeugung von Eisensohwamm. . 277 4.5.6.2. Erzeugung von fliissigem Roheisen 282 4.5.6.3. Erzeugung von Rennluppen . . 284 4.5.6.4. Vorreduktion . . . . . . . . . 284

4.6. Reduktion im Sohaohtofen (ohne Sohmelzung) 286 4.6.1. Einsatzbereioh . . . . . . . . . . . . 286 4.6.2. Theoretisohe Grundlagen der Reduktion im Sohaohtofen mit festem

Austrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 4.6.2.1. Stromungstheoretisohe Durohsatzgrenze . . . . .. 286 4.6.2.2. Kinetik der Reduktion im Gegenstrom . . . . .. 288 4.6.2.3. Erste Naherung (rein reaktionskinetisohe Naherung) 289

4.6.2.3.1. Grundsatzliohes zu den Reohenbeispielen 289 4.6.2.3.2. Eigensohaften der eingesetzten Stoffe 290 4.6.2.3.3. Reohenbeispiele. . . . . . . . . . . . 291 4.6.2.3.4. Einschrankung der Ergebnisse. . . . . 297

4.6.2.4. Zweite Naherung (Aufstellen eines mathematisohen Modells unter Beriioksiohtigung des Warmeiibergangs) . . . . . 297 4.6.2.4.1. Temperaturdifferenz zwisohen Kern und Ober-

flaohe der Pellets ............. 298 4.6.2.4.2. Reduktion einer (Gleiohkorn- bzw. Kugel-) Sohiit­

tung im Gegenstrom; Aufstellen der Differential-gleiohungen . . . . . . . . . . . . . 299

4.6.2.4.3. Losen der Differentialgleiohungen . . . . . . 303 4.6.2.4.4. Ergebnisse des mathematischen Modells . . . 304

4.6.3. Technisohe Realisierung der Gegenstromreduktion im Schaohtofen 307

4.7. Elektroreduktionsverfahren .................... 313 4.7.1. Elektroreduktionsbett mit dariiberstehender stiickiger Mollersaule 315 4.7.2. Elektroreduktionsbett mit feinkorniger wirbelnder Mollersaule 319 4.7.3. Elektroreduktion mit vorreduziertem Einsatz 320 4.7.4. Sonstige Mogliohkeiten der Elektroreduktion . . . . . .. 322

Inhaltsverzeichnis XI Selte

4.8. Vorbereitung der Brennstoffe fiir die Erzreduktion 322 4.8.1. Feste Brennstoffe und Reduktionsmittel . . 322 4.8.2. Gasforroige Brennstoffe und Reduktionsmittel . 324

4.8.2.1. Problemstellung. . . . . . . . . . . 324 4.8.2.2. Gleichgewichte . . . . . . . . . . . 326 4.8.2.3. Reaktionsgeschwindigkeiten und technische Realisierung. 330

4.8.2.3.1. Endotherme Spaltverfahren . 331 4.8.2.3.2. "Autotherme" Spaltverfahren . . . . . . . . 332

o. Das Hochofenverfahren . 337

5.1. Ansatzpunkte fiir die physikalisch-chemische Behandlung 337

5.2. Vorbereitung des Mollers . . . . . . . . 343 5.2.1. Grundziige der Verfahrenstechnik . 343

5.2.1.1. Erzbrech- und Siebanlagen . 345 5.2.1.2. Sinteranlagen. . . . . . . 347 5.2.1.3. Pelletisierungsanlagen (fiir Feinsterze) 354 5.2.1.4. Sonstige Agglomerierverfahren . . . 358

5.2.2. Anwendung der Reaktionskinetik auf die Mollervorbereitung und betriebliche Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . 358 5.2.2.1. Sicherung der GleichmaBigkeit der Durchgasung . 358 5.2.2.2. Behandlung der Stiickerze . . . . . . . . . . . 362

5.2.2.2.1. Begrenzung der Erzkornung nach oben. 366 5.2.2.2.2. Begrenzung der Erzkornung nach unten 369 5.2.2.2.3. Fahrweise der Erzbrech- und Siebanlage 371

5.2.2.3. Behandlung der Feinerze. . . . . . . . . . . . 374 5.2.2.3.1. Ziichtung optimal reduktionsgeeigneter Phasen

beim Sintervorgang . 376 5.2.2.3.2. Selbstgangiger Sinter 380 5.2.2.3.3. Betriebsergebnisse. . 383

5.2.2.4. Behandlung der Feinsterze. . 390 5.2.2.4.1. Vorgange im Pellet wahrend des Brennens 390 5.2.2.4.2. Betriebsergebnisse mit Pellets im Hochofen; Ver-

gleich mit Sinter . 394

5.3. Priifung der Erze fiir den Hochofen . 5.3.1. KorngroBenverteilung . . . . 5.3.2. Mechanische Bestandigkeit .. 5.3.3. Dekrepitationsempfindlichkeit 5.3.4. Verstaubungsempfindlichkeit. 5.3.5. Erweichung . . . . . . . . 5.3.6. Reduzierbarkeit ...... .

396 397 400 405 406 408 412

5.4. Verhalten von Austauschbrennstoffen im Hochofen 422 5.4.1. Aufgabenstellung. . . . 422

5.4.1.1. Heizmittel . . . . . . . . 424 5.4.1.2. Reduktionsmittel . . . . . 424 5.4.1.3. Stiitzgeriist der Beschickung 425

5.4.2. Grundsatzliches zur Vorausberechnung von Hochofenbetriebsdaten bei Austauschbrennstoffen .................. 433

XII Inhalt8verzeichnis Seite

5.4.3. Durchfiihrung der Berechnung. . . . . . . . . . . . . . . . 433 5.4.3.1. Vergasung der Austauschbrennstoffe vor den Formen .. 433 5.4.3.2. Beeinflussung der Reaktionen im Hochofen durch Aus­

tauschbrennstoffe, wenn die Formengastemperatur kon­stant gehalten wird (d. h. ErhOhung der Windtemperatur) 439

5.4.3.3. Beeinflussung der Reaktionen im Hochofen durch Aus-tauschbrennstoffe bei konstant gehaltener Windtemperatur (d. h. Absenkung der Formengastemperatur) 451

5.4.4. Vergleich mit der Praxis 452 5.4.4.1. Erdgas. . 453 5.4.4.2. Heizol.. . . . . 457 5.4.4.3. Feinkohle. . . . 465

5.5. Mathematische Erfassung, Vorausberechnung und Grenzen des Hochofen­verfahrens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 5.5.1. Aufgabenstellung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 5.5.2. "Klassische" Modelle des Hochofenverfahrens. . . . . . . . . 466

5.5.2.1. Bilanzierende Modelle auf Grund des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

5.5.2.2. Bilanzierende Modelle auf Grund des 1. nnd 2. Haupt-satzes der Thermodynamik .............. 470

5.5.2.3. Verfeinerte bilanzierende Modelle mit reaktionskinetischer Korrektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

5.5.2.4. Mathematisch-statistische Modelle ........... 474 5.5.3. Ansatzpunkte fur voraussetzungsfreie Modelle des Hochofenver-

fahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 5.5.4. Leistungsgrenze .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 479

5.5.4.1. Theoretischer Maximalwert der Leistung. . . . . .. 479 5.5.4.2. Praktisch erreichte Maximalwerte der Hochofenleistung 484

5.5.5. Grenze des Brennstoffbedarfs . . . . . . . . . . . . .. 485 5.5.5.1. Theoretisch mogliche Bestwerte ......... 485 5.5.5.2. Praktisch erreichte Mindestwerte des Koksverbrauchs . 489

Schrilttum. . . .

N amenverzeichnis

Sachverzeichnis .

498

528

535

Haufig verwendete Symbole

a Temperaturleitfahigkeit (cmZ . sec-I) C, (oder nil Konzentration der Komponente i (Mol· cm-3)

d Charakteristisehe Lange (em) Korndurehmesser

9 Gravitationskonstante (em. see-2)

Index fiir laufende Numerierung

i Stoffstrom (Mol. em-2 sec-I) Z Diffusionslange, Porenlange, (em)

Grenzsehiehtdieke m Masse (g) m,n St6ehiometrische Zahlen n Anzahl n; Konzentration der Komponente i (em-3 )

P Gasdruek (atm) , (dyn. em-2)

Jp Druekverlust (dyn. em-2)

Pi Partialdruek der Komponente i (atm) q Warmestrom (kcal. m-z • h-I),

(cal. em-2 • sec-I) 8 Oberflaehenkonzentration (cm-I) t Zeit (sec) U Gasgesehwindigkeit (Leerrohr) (em. sec-I) UJI' Fallgesehwindigkeit der Feststoff- (cm . sec-l)

teilchen im Str6mungsmedium ul;< Kritisehe Gasgesehwindigkeit fiir (cm . sec-I)

Sehiittgutsaulen uL Gasgesehwindigkei t beim Ubergang (em. sec-I)

von der ruhenden Schiittgutsehieht zur Wirbelschieht

waf Wasser· und asehefreie Substanz x Ortskoordinate (cm) y Molenbruch der Leerstellen im Wiistit z Ladungszahl, StoBzahl (em-2 • sec-I) A Aktivierungsenergie (cal. Mol-I) B Beweglichkeit (em. sec-I. dyn-I)

(cm2 • sec-I. eal-l) 0 Volumenanteil D GefaBdurchmesser (em) D; Diffusionskoeffizient der Komponente i (cmZ . sec-I) E Ersatzverhaltnis (z. B. kg Koks/

kg Sehwer61)

XIV

F

.dG H .dH Hu K Kh L M Mo M~'e N, N Q R .dB T V V Vgas VR

Gr Nu Pr Re Be Bh

(:!;

ffi

1J 1J

1JH,

'100

Haufig verwendete Symbole

GefaBquersehnitt geometriseh, Be­sehiekungso berflaehe, Faraday -Konstante Freie Reaktionsenthalpie Hohe der Sehiittung Reaktionsenthalpie Unterer Heizwert Kraft Heizkoksbedarf Durehsatzleistung Molekulargewieht C-Gehalt der Sehiittung Fe-Gehalt der Schiittung Molenbrueh Losehmidtsehe Zahl Warmebedarf Allgemeine Gaskonstante Reaktionsentropie Temperatur Potentialdifferenz Gasmenge pro Zeiteinheit Spezifiseher Gasdurehsatz Volumen des Reaktionsraumes (Mufig identiseh mit Sehiittung)

Grashof-Zahl NuBelt-Zahl Prandtl-Zahl Reynolds-Zahl Sehmidt-Zahl Sherwood-Zahl

Elektrisehe Feldstarke Reduktionsgrad

Warmeiibergangszahl Stoffiibergangszahl Porositat Liiekengrad einer Gleiehkornsehiittung Liiekengrad der Fraktion mit dem kleinsten Korndurohmesser Liiekengrad einer Mehrkornsehiittung Dynamisehe Viskositat Elektroehemisehes Potential

Ohemiseher Ausnutzungsgrad von H 2 ,

gem essen als Verhaltnis der Abgas­OH 0

konzentrationen 0 '0' berei-H 20 + H2

nigt fiir eingebraehte H 20-Mengen (Erznasse usw.) sinngemaB fiir 00

(em2)

(A .. see/g-Aquivalent) (cal· Mol-I) (em) (cal· MoP) (keal/Nm3), (keal/kg) (dyn) (kg . tF~) (tFe ·24 h-I), (tato Fe) (g. Mol-I) (go' em-3 )

(gFe' em-3)

(Mol-I) (keal) (cal. Mol-I. OK-I) (cal. OK-I. Mol-I) (°0), (OK) (V) (Mol. sec-I), (Nm3 • sec-I) (Nm3) (em3 )

(cal. em-2 • sec-I. OK-I) (em· sec-I)

(g . em-I. sec-I) (cal· Mol-I), (erg. Mol-I), (eV. Mol-I)

{}

fl. rr (J

T.

+-

. ,

Haufig verwendete Symbole

Temperatur des Gases Elektrisehe Leitfahigkeit Warmeleitfahigkeit Mittlere freie WegIange Ohemisehes Potential Kinematisehe Viskositat (= 'TIle) Diehte des stromenden Mediums Rohwiehte der SehUttgutteilehen StoJ3durehmesser Grenzflaehenspannung, freie Grenz­flii.ehenenergie Verweilzeit im Reaktionsraum, Halbwertszeit Elektrisehes Potential

Widerstandszahl Bedeekungsgrad, Randwinkel Kornformfaktor

Ladungen der Gitterionen Ladungen der Storstellen

(°0) (Ohm-I. em-I) (cal. em-I. sec-I. OK-I) (em) (cal. Mol-I) (emZ • sec-I) (g. em-3)

(g. em-3)

(em) (dyn. em-I)

(sec)

(V)

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