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Elektrischer Schachtofen.
Gegenstand der Erfindung ist ein insbesondere fiir den Betrieb im Vakuum geeigneter elektrischer
Ofen für die Metalldestillation, bei welchem die zu behandelnde Beschickung, die den Ofen in Form einer wandernden Säule ununterbrochen durchsetzt, zwischen den elektrischen Polen als Widerstand eingeschaltet ist. Dieser Ofen ist hauptsächlich für die Überführung von Magnesiumstaub in kompaktes
Magnesiummetall durch Verdampfung des Magnesiuminhaltes und Kompensation der Dämpfe be- stimmt.
Der Ofen, der in an sich bekannter Art einen rechteckigen Querschnitt besitzt, gehört zu der bekannten Gattung von Öfen, bei der paarweise angeordnete Elektroden in der Querriehtung zum bewegten Material unter Bildung von Heizzonen zusammenarbeiten, um eine Regelung der Heizwirkung in verschiedenen Höhenlagen zu ermöglichen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass zonenweise schaltbare Elektroden verhältnismässig kleiner Höhe in gegenüberliegenden Wänden des zu beheizenden Schachtabsehnittes mit so geringen Abständen angeordnet sind, dass sowohl der ganze Schachtabschnitt, als auch Zonen beliebiger Aus- dehnung und beliebigen Abstandes beheizbar sind. Durch diese Anordnung kann die Heizwirkung an jeder Stelle des Schachtes so geregelt werden, dass sowohl eine Überhitzung der Beschickung als auch eine ungenügende Erhitzung vermieden ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausuhrungsform des Ofens ist der Kondensator, in welchem die entwickelten Dämpfe verdichtet werden, innerhalb, zweckmässig im Zentrum, des Ofenschachtes ange- ordnet, u. zw. in der Weise, dass er in die erhitzte Beschickung eingebettet ist.
Bei den bekannten Apparaten zur Destillation von Zink ziehen die Dämpfe aus der schachtartigen Destillationskammer zu einem ausserhalb angeordneten Kondensator. Dieser Vorgang bietet bei der Destillation von Magnesium Schwierigkeiten, weil beim Magnesium infolge seines geringen spezifischen Gewichtes in der Volumseinheit die Verdampfungswärme, die in der Kondensationsstufe als Kondensationswärme frei wird, auf die Volumseinheit bezogen, sehr klein ist. Wenn die Destillation unter Vakuum durchgeführt wird, ist diese Kondensationswärme noch bedeutend geringer. So beträgt sie beispielsweise bei einem Vakuum von 40 mm nur 1/a0 der Kondensationswärme von Zinkdämpfen, die unter Atmosphärendruck destilliert werden.
Um die Verflüssigung eines so verdünnten Metalldampfes durchzuführen, müssen die Dämpfe unter Verwendung eines Kondensators mit sehr grosser Oberfläche sehr langsam abgekühlt werden. Da die Magnesiumdämpfe aber eine geringe Wärmemenge mitführen, muss der Kondensator von aussen geheizt werden, damit jene Temperatur erhalten bleibt, die notwendig ist, um die Metalldämpfe ohne Verlust zu flüssigem Magnesium zu kondensieren.
Durch Unterbringung des Kondensators innerhalb der beheizten Beschickung wird eine Abkühlung der Dämpfe auf ihrem Wege zu den Kühlflächen hintangehalten. Diese Anordnung hat noch den weiteren Vorteil, dass der Kondensator, wenn er aus metallischem Werkstoff hergestellt ist, die Streuung der Kraftlinien verhindert. Schliesslich werden durch die Unterbringung des Kondensators im Schacht auch seine Wände entlastet.
Der Kondensator besteht zweckmässig aus zwei Rohren von verschiedener lichter Weite mit gleicher Achsenrichtung, wobei das weitere Rohr oberhalb des engeren so angeordnet ist, dass sein unterer Rand den oberen Rand des engeren Rohres übergreift. Hiedurch wird erreicht, dass die von oben nach
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unten sinkende Beschickung sich an der Stelle, wo das obere Rohr das untere übergreift, von selbst böscht und in dieser Weise ein Filter für die abziehenden Metalldämpfe bildet.
Die den Kondensator bildenden Rohre haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt und liegen mit den zwei gegenüberliegenden Wandungen an den Schachtwänden an.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Ofens gemäss der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt, Fig. 2 den oberen Teil des Ofens in grösserem Massstab im Schnitt und
Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 777-777 der Fig. 1.
Der dargestellte Ofen hat einen vertikalen Schacht 1, dessen Wände 2 aus feuerfestem Material in einen Metallmantel 2 a eingeschlossen sind, der den atmosphärischen Druck aufnimmt. Wie aus
Fig. 3 hervorgeht, hat der Schacht rechteckigen Querschnitt und in seiner ganzen Höhe dieselbe lichte
Weite. In zwei gegenüberliegende Seitenwände des Schachtes sind Elektrodenplatten 3 und 4 eingesetzt, die ungefähr ebenso breit wie der Schacht sind und sich mit geringen Unterbrechungen auf einen grossen
Teil der Schachtwände erstrecken. Dadurch wird erreicht, dass die Stromdichte in den zwischen zwei gegenüberliegenden Elektroden befindlichen Zonen durchaus gleichförmig ist und die Heizwirkung auch in der Höhenrichtung beliebig geregelt werden kann.
Jedes in gleicher Höhe liegende Elektroden- paar gehört einem besonderen Stromkreis an, der für sich einschaltbar ist. Zu diesem Zwecke sind die Elektrodenplatten 4 auf der einen Seite des Schachtes durch je eine Leitung 5, in die ein Schalter 7 eingesetzt ist, mit dem einen Pol und die Elektrodenplatten 3 auf der andern Seite des Schachtes durch je eine Leitung 6, in die ein Schalter 7 a eingesetzt ist, mit dem andern Pol eines geeigneten Gleich- strom-oder Wechselstrom-Generators verbunden.
Im Zentrum des Schachtes ist ein Kondensator untergebracht, der aus zwei metallischen Rohren 8 und 9 rechteckigen Querschnittes besteht. Das Rohr 8 ist an den dichtschliessenden Deckel 10 ange- setzt und erstreckt sich nach abwärts bis in eine Zone, in welcher das Material eine über dem Siede- punkt des Magnesiums liegende Temperatur annimmt. Das Rohr 9 durchdringt den Boden des Schachtes und ragt so weit aufwärts, dass sein oberer Rand vom unteren Rand des Rohres 8 überdeckt wird. Die
Abmessungen der beiden Rohre sind derart gewählt, dass zwei gegenüberliegende Wände des Rohres 8 aussen an zwei gegenüberliegenden Wänden des Schachtes 1 und innen an zwei gegenüberliegenden
Wänden des Rohres 9 anliegen.
In dieser Weise wird der Schacht durch die Rohre 8 und 9 in zwei gleiche vertikale Kanäle 11 und 12 geteilt, durch die das Material niedersinkt. Da die Breite des Rohres 8 grösser als die Breite des Rohres 9 ist, böscht sich das Material an der Stelle, wo das obere Rohr 8 das untere 9 übergreift und bildet ein Filter für die in den Kondensator abziehenden Dämpfe.
Die Rohre 8 und 9 weisen zweckmässig Vorsprünge 13 und 14 auf (Fig. 3), die nach Art von Feder und Nut ineinandergreifen und in einer entsprechend geformten Rille der Schachtwand geführt sind.
Es können sich daher beide Rohre gegeneinander und längs der Schachtwände verschieben, wenn sie sich infolge Temperaturänderungen ausdehnen bzw. zusammenziehen.
Innerhalb des Kondensators befinden sich mehrere Rohre 15, die unten geschlossen sind und von innen her durch ein Kühlmittel gekühlt werden. Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kühlmittel durch ein Rohr 16 zugeführt, das in einem zweiten Rohr 16 a untergebracht ist, welches unten geschlossen ist. Die Kühlflüssigkeit wird in das Rohr 16 eingeleitet und vom oberen Ende des Rohres 16 a abgezogen. Die Übertragung der Wärme von der Wand des Kühlrohres 15 auf das in den Rohren 16 und 16 a zirkulierende Kühlmittel erfolgt hauptsächlich durch Strahlung. Zweckmässig wird die Einrichtung so ausgestaltet, dass die Rohre 16 und 16 a im Rohre 15 in der Höhenrichtung einstellbar sind, um die Kühlwirkung regeln zu können.
Zwecks Verhinderung einer Kondensation von Dämpfen am oberen Teil der Kühlrohre 15 ist der obere Teil des Kondensators und das obere Ende der Rohre 15 mit Einsätzen 17 und 18 aus wärmeisolierendem Material ausgestattet. Dieselben erstrecken sich soweit nach abwärts, dass sie in einer Zone endigen, deren Temperatur ständig oberhalb des Kondensationspunktes des abdestillierenden Metalles liegt.
Das zu destillierende körnige Material wird den Kanälen 11 und 12 durch Rohre 19 und 20 zugeleitet, die mit Absperrventilen oder Schleusen 21 und 22 ausgestattet sind. Der Destillationsrückstand wird vom Boden des Schachtes durch Förderschnecken 23 und 24 abgezogen. Das vom unteren Ende der Rohre 15 abtropfende Magnesium fällt in einen Ölbehälter 25, der an das Kondensatorrohr 9 angeschlossen ist.
Um ein Entweichen von Magnesiumdämpfen zu verhindern, wird in den Spalt zwischen dem isolierenden Einsatz 17 und der Wand des Rohres 8 Wasserstoff eingeführt. Auch in die beiden Füllrohre 19, 20 wird Wasserstoff eingeleitet, der im oberen Teil des Schachtes sich sammelnde Dämpfe in das Innere des Kondensators zurückdrängt. Wasserstoff kann ferner auch den Fördersehnecken zugeleitet werden, um die im unteren Teil des Schachtes sich entwickelnden Dämpfe dem Kondensator zuzuführen. Der Wasserstoff wird durch eine an das Kondensatorrohr 9 angeschlossene Leitung 26, die an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, abgezogen.
In die Kanäle 11 und 12 sind Pyrometer 27 und in den Kondensator Pyrometer 28 eingesetzt.
Man kann auf diese Weise die Temperaturen, unter welchen die Destillation und Kondensation vor sich geht, genau beobachten.
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Im Betriebe bewegt sieh die den Schacht füllende Materialsäule ständig nach abwärts und wird dabei durch elektrische Widerstandsheizung erhitzt. Der Strom geht von einer Elektrodenplatte 4 auf der einen Seite des Schachtes durch das körnige Material in dem Kanal 11 zum zentral angeordneten Kondensator 8, 9, durchströmt die metallischen Wände desselben und geht dann durch das körnige Material in dem andern Kanal 12 zur Elektrodenplatte 3 auf der andern Seite des Schachtes. Da jedes Paar gegenüberliegender Elektroden einem besonderen Stromkreis angehört, ist die Möglichkeit gegeben, die Temperatur der Beschickung an jeder beliebigen Stelle des Schachtes durch Ein-bzw.
Ausschalten vor Stromkreisen genau zu regeln, so dass eine Überhitzung des Materiales, die eine Verunreinigung des gewonnenen Metalles verursachen würde, nicht eintreten kann.
Das an den Wänden der gekühlten Rohre 15 kondensierende Metall tropft vom kuppenförmigen unteren Ende der Rohre ab und fällt in den Sammelbehälter 25, wo die Tropfen zu Körnern erstarren, die periodisch abgezogen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Schachtofen mit rechteckigem Querschnitt, bei dem paarweise angeordnete Elektroden in der Querrichtung zum bewegten Material unter Bildung von Heizzonen zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass zonenweise schaltbare Elektroden verhältnismässig kleiner Höhe in gegenüberliegenden Wänden des zu beheizenden Schachtabschnittes mit so geringen Abständen angeordnet sind, dass sowohl der ganze Schachtabschnitt, als auch Zonen beliebiger Ausdehnung und beliebigen Abstandes beheizbar sind.