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Verfahren und Vorrichtungen zur elektrothermisehen Reduktion, insbesondere für heterogenes Be- schicken der Ausgangsstoffe in übereinanderliegenden Lagen.
Man hat bereits bei elektrischen Ofen ein Reduktionsverfahren vorgeschlagen, bei dem das heterogene Beschicken der Ausgangsstoffe in waagrechten Schichten abwechselnd mit den zu reduzierenden Stoffen für sich allein und auch unter nachträglicher Vermischung der zu reduzierenden Stoffe mit den Reduktionsmitteln erfolgt. Dieses Verfahren bewirkt eine ununterbrochene seitliche Ausbreitung des von der Elektrode zugeführten Stromes, aber es erlaubt keine Festlegung einer mittleren Leitfähigkeit der Masse bei der Behandlung infolge der eingebetteten Zonen, welche von den nichtleitenden Lagen der zu reduzierenden Stoffe allein gebildet werden.
Weiters wurde schon ein Reduktionsverfahren mit einzelnem Beschicken der Ausgangsstoffe in senkrechten Zonen vorgeschlagen, wobei die zu reduzierenden Stoffe und die Reduktionsmittel getrennt geschichtet werden. Dieses Verfahren bewirkt nicht nur eine seitlich unterbrochene Ausbreitung des von der Elektrode zugeführten Stromes, sondern auch eine Festlegung mittlerer Leitfähigkeit der zu behandelnden Masse. Dagegen ist in diesem Falle die Reduktion selbst nicht vollkommen befriedigend, da die das zu reduzierende Material enthaltenden Zonen teilweise durch vorzeitiges Schmelzen in das Wirkungsfeld der Reduktionsmittelzonen eindringen und auf der Ofensohle mit dem sich bildenden Bade in Berührung kommen.
Das erstgenannte Verfahren ist bei Öfen mit Leistungsregelung durch Hin-und Herschieben der Elektrode anwendbar, nicht aber bei Öfen mit Leistungsregelung durch Spannungsänderung, weil im letzteren Falle eine allzu grosse Zahl von Unterbrechungen an den Reglerkontakten täglich stattfinden würde, so dass diese Kontakte zu schnell abgenutzt würden.
Das zweite Verfahren hingegen ist für Öfen mit Leistungsregelung durch Hin-und Herschieben der Elektrode in vertikaler Richtung schwer anwendbar, passt aber für Öfen mit Regelung durch die Spannung, da es die Zahl der täglich an den Reglerkontakten stattfindenden Unterbrechungen bedeutend verringert. Esrwssistsich aber als ungenügend, falls eine praktisch vollkommene Reduktion verlangt wird.
Das Reduktionsverfahren mit seitlicher Stromentfaltung, welches den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet, lässt sich für alle Ofen anwenden, unabhängig davon, ob die Regelung von der Elektrode oder von der Spannung aus geschieht, und ebenso auch für alle Reduktionsarten, gleichgültig, ob sie teilweise oder vollständig erfolgen sollen. Denn die Ausbreitung des Stromes erfolgt wirkungsvoller als im erstgenannten Falle, aber weniger heftig als im zweitgenannte Falle. Die hiedurch entstehenden Vorteile zeigen sich in einem geringeren Verlust an Ausgangsstoffen und in einem besseren Standhalten der Ofenverkleidung. Die mittlere Leitfähigkeit der zu behandelnden Masse wird wirkungsvoller stabilisiert als im erstgenannten Falle und in gleichmässigerer Weise als im zweiten.
Die hiedurch entstehenden Vorteile liegen in einer erhöhten Gleichmässigkeit der Leistung und in einer geringeren Wärmeausstrahlung der Oberfläche. Ferner wird das vorzeitige Abschmelzen der zu reduzierenden Ausgangsstoffe, welches sich noch im ersten Falle bemerkbar macht, ganz vermieden, woraus sich eine verbesserte Regelmässigkeit in der Produktion ergibt.
Beim vorliegenden Reduktionsverfahren mit seitlicher Stromausbreitung erfolgt das Beschicken der Ausgangsstoffe auch durch regelmässig abwechselnde senkrechte Zonen, die sich aber dadurch auszeichnen, dass die Hälfte dieser Zonen den Strom bis zur Ofenverkleidung ausbreitet, da sie aus einer
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leitenden Mischung der zu reduzierenden Stoffe mit den Reduktionsmitteln zusammengesetzt ist, während die andere Hälfte den Strom in der Nachbarschaft der Elektrode belässt, da sie ausser der leitenden Mischung noch Zonen aus unvermischten reduzierenden Beschiekungsstoffen enthält, die linsenförmig in die Zwischenräume der Mischung eingelagert sind.
Um ein solches Beschicken auszuführen, wird die Oberfläche der leitenden Mischung wellenförmig ausgebildet und in den Wellentälern derselben eine Zusatzbeschickung von dem zu reduzierenden Material eingeführt, indem zunächst 2* Mengentei1e'leitender Mischung und hierauf ein Mengenteil des zu reduzierenden Materials in der angegebenen Weise nacheinander bis zur völligen Ofenfüllung eingebracht werden. Eine solche Abwechslung im Beschicken kann mit der Hand bereits genügend genau vorgenommen werden, aber zur besten Ausführung benutzt man eine elektromagnetisch gesteuerte Einrichtung, bei welcher die einzelnen Auslassschnauzen jeweils in zwei Auslässe geteilt sind.
Eine Ausführungsform einer zur Ausführung dieses Verfahrens dienenden Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 ein Schema der abgewickelten Zonen zwischen der Elektrode und den Ladeschnauzen, woraus die verschiedenen wellenförmigen Ausbildungen der aufeinanderfolgenden Beschickungslagen zu erkennen sind, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Ofen nach Linie 11-11 der Fig. 3, Fig. 3 einen Halbschnitt durch den Ofen nach Linie 111-111 der Fig. 2, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Auslassschnauze nach Linie IV-IV der Fig. 2, Fig. 5 und 6 Einzelteile der Elektrodenführung im Längs-und Querschnitt in vergrössertem Massstabe.
Aus der schematischen Darstellung der Fig. 1 erkennt man, wie sieh auf dem Boden 1 des Ofens die leitenden Mischungsstoffe 2, die aus dem Trichter 3 mit Hilfe der Schnecke 4 zugeführt werden, ohne isolierende Zwischenschichte kegelartig ausbreiten und dass die kegeligen Erhöhungen im Schnitt einen wellenförmigen Zusammenhang aufweisen. In die hiedurch entstehenden Höhlungen oder Wellentäler
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behandelnden Masse heterogenen Beschicken in waagrechten Schichten und den Kokszonen beim einzelnen Beschicken in senkrechten Zonen, wodurch die Stromentfaltung weiter und regelmässiger erfolgen kann, wobei aber eine zu heftige Entfaltung und eine zu grosse Oberfläche der Kokszonen vermieden wird.
Das Zwischenfügen der leitenden Mischung, die reicher an Koks ist als die Mischung der heterogenen Beschickung in horizontalen Schichten, verhindert bei den linsenförmigen. Zonen jenes vorzeitige Schmelzen, das bei dem-eingangs-erwähnten bekannten Verfahren auftritt.
Damit der Reduktionsprozess mit seitlicher Stromentfaltung, wie er oben beschrieben wurde, für alle Fälle sowie für alle Regelungsarten in vollkommener Weise und mit allen Vorteilen zur Anwendung gelangen kann, ist noch eine weitere Ausbildung des Ofens erforderlich, wie in den Fig. 4-6 dargestellt ist. Diese Einrichtung ermöglicht das Sammeln von Gasen oder Dämpfen, die bei der Reduktion entstehen, sowie das Verbrennen dieser Gase und Dämpfe mit der erforderlichen Luftmenge oder auch ein Abkühlen der Verbrennungsprodukte durch einen Luftüberschuss oder schliesslich die Einführung von Wasserdampf oder sonstigen Reaktionsstoffen.
Die Fig. 2,3 und 4 zeigen, dass die Ausgangsstoffe, u. zw. das leitende Gemisch 10 und die Zusatzbesehickung aus zu reduzierendem Material 11, in doppelten Zufuhrtrichtern getrennt untergebracht, sind, die, ringförmig um den Ofen'aufgebaut, die Stoffe in bestimmten Mengen mit Hilfe mehrfaehgängigcr Schrauben 12 (im allgemeinen drei Schraubengänge) abgeben. Die Besehickungsstoffe werden mit Zufuhreinrichtungen, die mit durch mit der Hand oder mit einem Motor betätigten Gesehwindigkeitsreglern versehen sind, in mit Scheidewänden in ihrer Mitte versehene schräge Ablauf trichter 13 eingebracht, welche die Masse in das Schmelzbett einführen.
In dieser Masse stellen die Zusatzbeschickungen aus dem zu reduzierenden Material 11, im Gegensatz zur schematischen Darstellung nach Fig. l, Konusse mit elliptischer Basis dar, die regelmässig in der leitenden Mischung 10 verteilt sind.
Die auf oben geschilderte Weise benutzten mengenmässig wirkenden Schnecken ermöglichen eine vermehrte parallele Zufuhr-der Beschickungsstoffe bei jeder Schneckenumdrehung. Auch lässt sich die Zahl der Umdrehungen ohne Störung ändern, um eine genaue volummetrische Stoffeinteilung zu erzielen.
Um eine genaue Verteilung der Zusatzbeschickungsstoffe zu erzielen, ist es zweckmässig, die Geschwindigkeitsregler der dosierenden Schnecken durch Motore auf elektromechanischem Wege zu steuern, so dass beispielsweise auf 21fi Umdrehungen der Schnecke für das Reduktionsgemisch zwangsläufig eine Umdrehung der Schnecke für die Zusatzbesehickung kommt. Die dosierenden Zwillingsschnecken können auch in Parallelschaltung betrieben werden, um nach jedem Häuptabstich der behandelten Masse eine gemein-. same Speisung zu ermöglichen.
Aus den Fig. 2 und 3 kann man weiter ersehen, dass der eine Fortsetzung-der ringförmigen, zur Elektrode konzentrischen. und auf dem Ofendeckel sitzenden Gasauffangkammer bildende Rihgkamin 14
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der Höhe zugänglich bleibt.
Durch die Anordnung der Luftzufuhr zwischen dem Stütz- und Verbindul1gsring für die Elektrode und dem Oberteil des Ofendeckel kann die Menge der Verbrennungsluft ganz genau eingeregelt oder auch vollständig ausgeschaltet werden, ohne die Bewegung der Elektrode zu hindern.
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Platten durch solche Zuckerpasten hat den Vorteil, dass'eine vollkommen genaue und vollständige Stromzufuhr zur Elektrode an beliebigen Stellen möglich ist. Man kann auf diese Weise die Zufuhr des elektrischen Stromes durch ein gewöhnliches, einfaches Kontaktstück durchführen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man unmittelbar von der geschlossenen Ofenarbeit zur offenen Ofenarbeit und umgekehrt übergehen kann. Man kann die Gase oder Dämpfe gewinnen oder auch in chemischer Weise behandeln oder schliesslich verbrennen, um sie nach Abkühlen und Entstauben ins Freie zu lassen.
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Einleitung zuerst genannten Verfahren 36 Zufuhrtriehter, bei einer Einrichtung bei. dem in der Einleitung an zweiter Stelle genannten Verfahren 48, dagegen bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung nur 24.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur elektrothermisehen Reduktion, insbesondere für heterogenes Beschicken der Ausgangsstoffe in übereinanderliegenden Lagen, dadurch gekennzeichnet, dass die die ganze zur Durchführung der Reduktion notwendige Kohlenstoffmengp, dagegen nur einen Teil der zu reduzierenden Stoffe enthaltende Hauptbeschickung in Form von möglichst regelmässig um die Elektrode verteilten Wellen und dann eine wegen ihrer Zusammensetzung aus bloss den restlichen zu reduzierenden Stoffen nicht oder nicht ausreichend leitende Zusatzbeschickung in die Wellentäler eingeführt wird, wodurch diese in die Gestalt linsenförmiger Haufen gebracht wird.