1.1 EinfUhrende Bemerkungen zum Sintern In der eisenschaffenden Industrie werden durch Sintern [1] feink6rnige Stoffe fUr den Einsatz im Hochofen stUckig ge- macht. Bei den gebr!uchlichen Sinterverfahren wandert konvektiv ein Temperaturberg durch das Gut. Die notwendige Warme stammt aus einer Brennerhaube und wird durch die Verbrennung von Koks mit Luft erganzt. Als Einsatzstoffe dienen [2 - 6]: - Sieberze der K6rnung 0 - 10 mm - Konzentrate - Gichtstaub, Walzenzunder und andere eisenhaltige Abfalle. Feinstanteile werden neuerdings in zunehmenden MaBe pelle- tiert. Der als Schlackenbildner und zur Entschwefelung fUr die Ver- hUttung im Hochofen notwendige Kalk und andere Zuschlagstoffe k6nnen der Sintermischung zugesetzt und mitgesintert werden. Wird soviel Kalk zugesetzt, wie dem Bedarf der Erze ent- spricht, so heiSt der Sinter "selbstgangig" [7]. FUr die Beschickung des Hochofens ist dann neben selbstgangigem Sin- ter nur noch Koks notwendig. Hochofen, die so gefahren wer- den, weisen die hochste Leistung in der Roheisenerzeugung auf [8,9]. FUr Mischungen mit StUckerz wird teilweise soge- nannter Uberselbstgangiger Sinter hergestellt. Dieser Sinter enthalt auch die Zuschlagstoffe, die fUr die VerhUttung der neb en dem Agglomerat eingesetzten Erze erforderlich sind.

Wasserstoff ist ein wichtiger Rohstoff fur technische Syn- thesen wie Methanol oder Ammoniak, fur die Schweroelaufbe- reitung, die hydrierende Kohlevergasung und die Fetthar- tung. Nach Meinung zahlreicher Fachleute kann Wasserstoff ausserdem als der Energietrager der Zukunft angesehen werden, da seine Verbrennung zu Wasser umweltfreundlich ist, die Herstellung mit Hilfe jeder Primarenergiequelle und eine Ver- teilung in Pipe-lines moeglich ist. Die konventionelle Wasserstoffgewinnung basiert auf Indu- striebenzin (Naphta), Schweroel oder Erdgas, deren Verknap- pung und Verteuerung absehbar sind. Daher mussen in Zukunft andere Energiequellen zur Herstellung von Wasserstoff heran- gezogen werden. Die Kernenergie ist umstritten, ihr weiterer Ausbau hangt von einem Entscheidungsprozess ab, dessen Ende und Ergebnis derzeit nicht vorhersehbar sind. Alternative Energieversorgungen, wie die Ausnutzung der So- larenergie durch Photoredox-Methoden oder auf biologischem Wege, befinden sich erst im Stadium der theoretischen Unter- suchung oder im Laborversuch. Der Zeitpunkt fur einen gross- technischen Einsatz ist daher momentan noch nicht absehbar. Fur eine gesicherte mittelfristige Energieversorgung muss da- her auf die Kohle zuruckgegriffen werden, die noch mit aus- reichenden Reserven vorhanden ist.

In dieser Arbeit werden physikalische Vorgange im Phos- phorofen, im Fliessbettofen und im Lubatti-Ofen unter- sucht. Nach einer kurzen Einfuhrung und Beschreibung der oefen, wird uber die elektrische Leitfahigkeit des Einsatzgutes berichtet. Fur die Leitfahigkeit der Schlacke konnte auf Werte von Winterhager 1,12,13J zuruckgegriffen werden. Die Leit- fahigkeit des Phosphormoellers wurde als Funktion der Tem- peratur gemessen. Sie fallt mit der Temperatur und dem chemischen Umsatz uber mehrere Zehnerpotenzen. Die Leitfahigkeit von Fluidatbetten aus Koks und von Fluidatbetten aus mit Silber uberzogenen Glaskugeln wur- de als Funktion der Koernung und der Gasgeschwindigkeit gemessen und der Leitungsmechanismus durch Oszillogramme aufgeklart: Die untersuchten'Wirbelbetten stellen Ohm'sche Widerstande dar. Die Verteilung der elektrischen Stromdichte und der Joule' sehen Warmeproduktionsdichte wurde fur fOlgende grundlegen- de Modelle berechnet: 1. Drei parallele Leiter gehen senkrecht durch die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks und werden mit Drehstrom gespeist. Dabei ist der umgebende Raum a) unendlich ausgedehnt, b) ein Zylinder mit ideal leitender Wand, c) ein Zylinder mit isolierender Wand. - 68 - 2. Drei Punktquellen liegen in der Oberflache oder innerhalb einer leitenden Schicht und werden mit Drehstrom gespeist. Die Schicht ist nach oben durch einen Isolator und nach unten a) durch einen Isolator, b) durch einen idealen Leiter begrenzt. Aus den Ergebnissen zu 1. lasst sich der Einfluss der Wand bestimmen und ableiten, dass dieser fur Linien- quellen und erst recht fur Punktquellen vernachlassig- bar ist. Daher konnte unter 2. auf die verschiedenen Falle mit leitenden oder isolierenden Wanden verzichtet wer- den.

Der Transport von flussigem Roheisen und Stahl in Hutten- werken erfolgt gegenw!rtig noch in diskontinuierlichen Arbeitsabl!ufen und entzieht sich damit weitgehen der Automatisierung. Fur neue kontinuierliche Verfahren zur Stahlherstellung wird jedoch ein kontinuierlicher Trans- port der Schmelze zwischen den einzelnen Verfahrensab- schnitten angestrebt. Dies hat die Entwicklung von elek- tromagnetischen FBrdereinrichtungen r die Anforderungen der HUttenindustrie ausgelBst. Die ersten systematischen Versuche wurden ab 1960 in der UdSSR durchgefuhrt, nach- dem in Voruntersuchungen gezeigt wurde, daB der Trans- port von flUssigen Metallen mit llnearen flachen Induk- toren wirtschaftliche Vorteile bringen kann. 1m Institut fUr Eisenhuttenkunde der RWTH Aachen sind im Rahmen des Forschungsvorhabens "Elektromagnetische FBrde- rung von flUssigem Eisen" und in Zusammenarbeit mit ver- schiedenen Industriefirmen betriebsf!hige elektromagnetische fBrdereinrichtungen entwickelt und erprobt worden. In diesem AbschluBbericht wird Uber experimentelle und theo- retische Arbeiten auf dem Gebiet der FBrderung flussiger Metalle mit Wanderfeld-FBrderrinnen und Pumpen berichtet. 2. Elementare Theorie der Wanderfeld-FBrderrinne 2.1. Ubersicht uber die physikalischen Grundlagen Die elektromagnetische Kraftdichte f, die zur FBrderung des flussigen Metalls genutzt wird, ergibt sich aus dem vekto- riel len Produkt aus der elektrischen Stromdichte S und der 2 magnetischen Induktion B: . .. S x B (2.01) Der Strom wird induziert oder uber Kontakte zuge- fuhrt. In "dreiphasigen Anlagen wird die Stromdichte durch ein raumlich und zeitlich veranderliches Magnetfeld im fllis- sigen Metall induziert. Ein solches Magnetfeld wird z.B.

1 Den Anlass zu dieser Arbeit gab der Tatbestand, dass die Wirbelbettverfahren fur die Reduktion von Eisenerzen in immer starkerem Masse herangezogen werden. Diese Verfahren stehen in scharfer Konkurrenz zu anderen Verfahrensmoeglich- keiten, z. B. den verschiedenen Anwendungen des Schacht-und des Drehofen- prinzips, die warmetechnisch z. T. besonders gunstige Verfahrensweisen darstellen. In Schacht- und Drehoefen ist normalerweise ein ausgezeichneter Gegenstrom- warmeaustausch realisiert. Da es sich bei Erzreduktionsverfahren in den meisten Fallen darum handelt, das Eisenerz in einem bestimmten, optimalen Temperatur- bereich mit einem gasfoermigen Reduktionsmittel reagieren zu lassen, hangt die Warmeoekonomie derartiger Prozesse davon ab, ob es mit gutem Wirkungsgrade gelingt, die Warme der Abgase auf die zu erhitzenden Reaktionsstoffe zu uber- tragen und ebenso die Warme der festen Reaktionsprodukte an das zu erhitzende Reaktionsgas abzugeben. Beide Aufgaben lassen sich auf einfache Weise und wirt- schaftlich nur mittels des Gegenstromwarmeaustausches erzielen. Als Loesung dieser Aufgabenstellung scheinen Wirbelbettprozesse zunachst grund- satzlich wenig geeignet zu sein, weil das Verschwinden von Temperaturgradienten innerhalb eines Wirbelbettes im uberwiegenden Teil der Literatur, die sich mit dem Phanomen des Wirbelbettes beschaftigt, geradezu als ein charakteristisches Kennzeichen desselben angesehen wird.

Es handelt sich bei dieser Arbeit urn die geplante Dissertation von Manfred KEMPKES, vor deren V ollendung dieser leider verstorben ist. An der Durchfuhrung und V ollendung dieser Arbeit waren folgende Mitarbeiter beteiligt: Dipl.-Ing. HANS HOLLINGSHAUSEN Dipl.-Ing. HARALD HELMENSTEIN Besonderer Dank gilt auch Herrn Prof. Dr.-Ing. PETERS EN fur die Beratung in den Brikettierungsfragen. 3 lnhalt 1. Einleitung und Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1 Zweck und Bedeutung des Sinters in der Eisenhuttenindustrie . . . 7 1.2 Problemstellung........................................... 7 2. Bisherige MaGnahmen zur Verbesserung der Gasdurchlassigkeit ...... 8 2.1 Rollieren................................................. 8 2.2 Getrennte V orbehandlung der Einsatzstoffe mit hohem Feinstko- gehalt und gemeinsame Sinterung aller Mischungsanteile . . . . . . . . 8 2.3 Hartschaum-Verfahren ..................................... 8 2.4 Kernpellet-Sinterverfahren.................................. 9 3. Neue Maglichkeiten zur Verbesserung der Gasdurchlassigkeit . . . . . . . 10 . 3.1 Grundgedanke einer Zwangskrumelung ...................... 10 3.2 Verdichtung (Brikettierung) von Sintermischungen auf einer Walzenpresse ............................................. 10 3.3 Sinterung der Erzbrikettbruchstucke ......................... 11 4. Versuchsergebnisse bei Anwendung verschiedener zwangsgekrumelter Sintermischungen .............................................. 12 4.1 Sinterversuche mit Mischung A 12 4.2 Sinterversuche mit Mischung B 16 4.3 Sinterversuche mit Mischung C 18 4.4 Sinterversuche mit Mischung D 21 4.5 Sinterversuche mit in feinkarnigem Koksgrus eingehullten Erzbriketts (Mischung A) .................................. . 22 4.6 Zusammenfassung der Versuchsergebnisse mit zwangsgekrumelten Sintermischungen ........................................ . 24 5. Ursachen fur die hohen mit zwangsgekrumelter Sintermischung er zielten Leistungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 26 . . . . . . . . . . . ."

Mit der raschen Entwicklung der modernen Zivilisation steigt standig die An forderung an die Stahlerzeugung der Welt. Stahl wird heute ausschliesslich aus Roheisen und Schrott hergestellt. Durch die immer kleiner werden Schrottmengen in den Industrielandern und den Mangel an Schrott in den Entwicklungslandern ist die Stahlindustrie weitgehend auf Roheisen angewiesen. Das Roheisen wird heute zum grossten Teil im klassischen Hochofen erzeugt, der erhebliche Anspruche an die Qualitat der Rohstoffe stellt. Mit der Zunahme der Roheisenerzeugung ist auch der Bedarf an verkokbarer Kohle gestiegen, die im Vergleich zu den in der Welt vorhandenen Erzen in viel geringeren Mengen vor kommt. Auch sind die Abbaukosten in der neueren Zeit erheblich gestiegen. Die ungleichmassige Verteilung der Rohstoffe auf der Welt und die damit verbundenen Transportprobleme erschweren noch die wirtschaftliche Herstellung des Roh eisens. Man ist aus diesen Grunden zunachst gezwungen, Massnahmen zu treffen, die die teure Kokskohle einsparen, d. h. den spezifischen Koksverbrauch im Hochofen verringern, des weiteren aber neue Verhuttungsverfahren zu finden, die den ortlichen Verhaltnissen angepasst sind. Der Hochofen kann aus Wirtschaftlichkeitsgrunden nur in grosseren Einheiten gebaut werden. In den nichtindustrialisierten Landern ist aber heutzutage die Tendenz vorhanden, die Verhuttungsanlagen in kleineren Einheiten zu bauen und uber das Land zu verstreuen und dabei gleichzeitig fur die Verminderung der Transportprobleme Sorge zu tragen."