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Verfahren zur Herstellung von hochdispersen Stoffen, insbesondere aus Metallen und
Metallverbindungen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochdispersen Stoffen, insbesondere aus Metallen und Metallverbindungen durch Verdampfung in einem Lichtbogen-Ofen und anschliessende Kondensation und Abscheidung. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Lichtbogen-Ofen ein Schutzund Spülgas eingeleitet wird, das einerseits ein Eindringen von Arbeitsgutdampf in die Elektroden- zuführungs-und Materialzuführungsrohre und in die Ofenisolation verhindert und anderseits als Trägerund Verdünnungsgas für den Arbeitsgutdampf dient und die anschliessende Kondensation beeinflusst.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens umfasst einen LichtbogenOfen, eine Kondensationskammer und mindestens einen Abscheideraum und ist dadurch gekennzeichnet, dass am Lichtbogen-Ofen Mittel zur Zuführung von Schutz- und Spülgas in den Arbeitsraum, in die Ofenisolation und in die Elektroden- und Materialzuführungsrohre vorgesehen sind, dass ferner die Kondensationskammer direkt oberhalb des Lichtbogen-Ofens angeordnet ist und dass diese Kondensationskammer Mittel zur Zuführung und Ableitung eines Kondensations- und Trägergases aufweist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt. An Hand derselben wird das neue Verfahren erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Gesamtansicht der Einrichtung von vorn gesehen, Fig. 2 eine Ansicht der Einrichtung nach Fig. 1 von der Seite gesehen, Fig. 3 einen Grundriss der beiden Abscheidegefässe der Einrichtung, Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Lichtbogen-Ofen mit darüber angeordneter Kondensationskammer, Fig. 5 einen Querschnitt nach Linie V-V, in Fig. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI in Fig. 4 und Fig. 7 eine zweite Ausführungsform des Lichtbogen-Ofens.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einrichtung umfasst im wesentlichen einen Lichtbogen-Ofen 1, dessen Elektroden 7 an einen Transformator 3 angeschlossen sind, wobei die Stromzuführung von einer Mess- und Schalttafel 4 aus überwacht und gesteuert wird. Direkt über dem Lichtbogen-Ofen 1 ist eine Kondensations- bzw. Reaktionskammer 2 angeordnet, deren oberer Teil durch eine Leitung 8 mit einem ersten Abscheider 5 verbunden ist. Dieser ist seinerseits durch eine Leitung 9 mit einem zweiten Abscheider 6 verbunden, von dem eine Rückleitung 10 in die Kondensationskammer 2 zurückführt. Auf
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gaszuleitung 12 angeschlossen. Die beiden Abscheider 5, 6 weisen nach unten konisch sich verjüngende Auslässe auf, die in einem gemeinsamen Kanal 12 münden, in dem Förderschnecken angeordnet sind.
Diese fördern das anfallende Material in einen weiteren zentralen Förderkanal. ?. ?, der ebenfalls Transportschnekken enthält, und der in einer Abfüllvorrichtung 16 endet. Der mittlere Teil 13'des Förderkanals 13 weist einen grösseren Durchmesser als der Kanal 12 und doppelte Wandungen auf, die eine thermische Beeinflussung des durchlaufenden, abgeschiedenen Materials ermöglichen, indem in den Raum zwischen den doppelten Wandungen beispielsweise Heissluft oder Kühlluft eingeführt wird. Es wäre auch möglich, die im Inneren des Kanals 12 befindliche Förderschnecke hohl auszubilden und ebenfalls heisse oder kalte Luft durchzuleiten.
Die beiden Abscheider 5, 6 sind ebenfalls doppelwandig ausgebildet, so dass sie von heisser oder kalter Luft durchströmt werden können. Heisse Luft wird von einem Lufterhitzer 15 geliefert, der über Leitungen 14 mit den Hohlräumen in den Doppelwänden der Abscheider 5, 6 verbunden ist. Bei Bedarf kann der Lufterhitzer auch kalte Luft durch diese Doppelwände fördern. Das Rohmaterial, z. B. geschmolzenes Metall, wird in einem Schmelzgefäss 17 über eine Leitung 18 dem Ofen 1 zugeführt.
Fig. 4 zeigt in vergrössertem Massstab einen Längsschnitt durch den Lichtbogen-Ofen 1 und das aufgesetzte Kondensationsgefäss 2. Das Ofengehäuse 20 ist doppelwandig ausgeführt und wassergekühlt.
Es enthält eine Ausmauerung aus feuerfesten Steinen 21 und eine Isolation aus Koksgries 22. In der Mitte befindet sich der Tiegel 23 aus Graphit, der durch drei Füsse 24 abgestützt ist. Nach oben ist der Ofen durch eine wassergekühlte Abschlussplatte 25 abgeschlossen. Der Arbeitsraum 26 des Tiegels 23 ist durch das senkrechte Dampfrohr 27 mit dem Innenraum der Kondensationskammer 2 verbunden. Oberhalb des Arbeitsraumes 26 ist im Dampfrohr ein Tropfenfänger 28 angeordnet. Dieser dient zum Auffangen von durch den Dampfstrom mitgerissenen Tropfen von flüssigem Material.
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In den Arbeitsraum ragen schräg von oben her die Elektroden 7, von denen eine mit ihrem Halter in Fig. 4 im Schnitt dargestellt ist. Der Elektrodenhalter 29 enthält eine Kühlwasserschlange 30, durch die Kühlwasser zirkuliert, das im Innern der Stromzuführungsleitung 31 zugeleitet wird. Die Elektrode mit ihrem Halter ist durch eine Isolation 32 elektrisch isoliert, die ihrerseits von einem Rohr 33 umgeben ist. Der untere Teil der Elektrode ist mit Abstand von einem Schutzrohr 35 umgeben. Zwischen diesem und dem Elektrodenhalter 29 ist ein Isolierring 34 angeordnet.
In den Arbeitsraum 26 ragt ferner ein Rohr 36, das einerseits als Schaurohr zur Beobachtung des Ofen- innern und zugleich zur Zufuhr des Rohmaterials, z. B. flüssigen Metalls, aus dem Schmelzgefäss 17 dient. Zu diesem Zweck mündet die Leitung 18 in das Rohr 36.
In den Elektrodenhalter 29, in das Rohr 36 und in das Gehäuse 20 münden ferner Zuführungs- leitungen 38 durch die ein Gas, z. B. Stickstoff, eingeleitet wird, das einer nicht näher dargestellten Druck- gasquelle entnommen wird.
Die Kondensationskammer 2 besteht aus einem Gehäuse 40 in das einerseits das Dampfrohr 27 mündet, und das anderseits ein Eintrittsrohr 10 für das Kondensations- bzw. Reaktionsgas und ein Austrittsrohr 8 aufweist, durch welches das Kondensations- bzw. Reaktionsprodukt zusammen mit dem Gas, das zugleich als Trägergas dient, austritt. Im Innern ist ein rotierender Rahmen 41 angeordnet, der zwei Aufgaben erfüllt. Seine Aussenkanten dienen als Raum- un Reinigungsvorrichtung, indem sie an den Behälterwänden niedergeschlagenes Material bei ihrer Drehung wegkratzen.
Ausserdem dienen sie als Träger für wassergekühlte Verwirbelungsventilatoren 42, die das durch die Leitung 10 eintretende Gas innig mit dem aus dem Dampfrohr 27 eintretenden Dampf vermischen und dadurch eine Beeinflussung des Kondensations- bzw. Reaktionsvorganges erlauben. Ein auf die Kondensationskammer aufgesetztes Gehäuse 43 enthält ein Getriebe 44 für den Antrieb des Rahmens 41 sowie die Schleifringe 45 für die Stromzufuhr zu den Motoren der Ventilatoren 42.
In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform des Lichtbogen-Ofens 1 dargestellt, der für die Verarbeitung von körnigen oder pulverförmigen Rohstoffen bestimmt ist. Der Tiegel 23 besitzt in diesem Fall keinen Boden und das körnige oder pulverförmige Rohmaterial wird durch eine in einem Zuführungrohr 46 angeordnete Transportschnecke 47 laufend von unten in das geschmolzene Arbeitsgut im Arbeitsraum 26 hineingepresst. Die Transportschnecke wird durch einen Motor 48 über ein Getriebe 49 angetrieben, während das Rohmaterial in einen Einfülltrichter 50 eingefüllt wird.
Das Verfahren zur Herstellung von hochdispersen Stoffen besteht nun aus folgenden Schritten : Das Rohmaterial wird entweder als geschmolzenes Metall aus dem Schmelzgefäss 17 über die Leitung 18 oder in Pulverform durch das Rohr 46 in den Arbeitsraum 26 des Ofens geleitet. Das Material wird durch den an den Elektroden 7 entstehenden Lichtbogen verdampft und überhitzt. Es handelt sich daher um ein besonderes, an sich bereits bekanntes Verdampfungsverfahren, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und das z. B. in der deutschen Patentschrift Nr. 767858 ausführlich beschrieben wurde. Der Dampf entweicht durch das Dampfrohr 27 in die Kondensationskammer 2. Dieser wird durch die Leitung 10 ein Gas zugeleitet, das je nach der Art des herzustellenden Stoffes verschiedene Zusammensetzung aufweisen kann.
Dieses Gas wirkt kondensierend auf den Dampf, so dass ein äusserst feines Pulver entsteht. Dieses wird vom durch die Leitung 8 der Kondensationskammer 2 entweichenden Gas mitgerissen und in den ersten Abscheider 5 gefördert. In diesem schlägt sich ein Teil des Pulvers nieder, während ein weiterer Teil durch die Leitung 9 in den zweiten Abscheider 6 gelangt und dort ausgeschieden
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Die Arbeitsweise des Ofens wird durch Einleiten von Spül-bzw. Schutzgas, z. B. von Stickstoff, in den Lichtbogen-Ofen 1, u. zw. sowohl in das Materialzuführungs- und Schaurohr 36 und in den Elektrodenhalter, d. h. zwischen Elektrode 7 und Schutzrohr 35, wie auch in die Ofenisolation 22 entscheidend verbessert. Dadurch wird verhindert, dass bei eventuellen Undichtigkeiten Kondensationen an diesen Stellen eintreten können. Ferner verhindert das Schutzgas Überschläge zwischen Elektroden 7 und Schutzrohren 35. Zudem wird durch das Gas der Arbeitsgutdampf mehr oder weniger stark verdünnt. Für die Herstellung bestimmter Stoffe kann das Gas auch noch zu einer chemischen Reaktion bei der Kondensation herangezogen werden.
Um zu verhindern, dass infolge der starken Blaswirkung infolge der raschen Verdampfung aus dem
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Die Feinheit und Struktur des Fertigmaterials lässt sich durch folgende Massnahmen beeinflussen : a) Durch mehr oder weniger rasches Durchmischen des Dampfes mit dem in die Kondensationskammer 2 eintretenden Kondensationsgas mittels der rotierenden Ventilatoren 42. b) Durch Beeinflussung der Mischtemperatur in der Kondensationskammer 2, indem die Menge und/oder die Temperatur des eingeleiteten Kondensationsgases verändert wird. c) Durch Veränderung der Temperaturverhältnisse in den Abscheidern 5, 6, indem deren doppelte Wandungen z. B. durch Heissluft erwärmt oder durch Kühlluft gekühlt werden. d) Durch eine Nachbehandlung thermischer Art in der Ausbringvorrichtung, indem die doppelten Wände des Förderkanals 13'oder eventuell dessen Förderschnecke z.
B. durch Heissluft erwärmt oder durch Kühlluft gekühlt werden.
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e) Durch die Art und Menge des in den Ofen 1 eingeleiteten Schutz- bzw. Spülgases, d. h. durch verschieden starke Verdünnung des Arbeitsgutdampfes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von hochdispersen Stoffen, insbesondere aus Metallen und Metallververbindungen, durch Verdampfung in einem Lichtbogen-Ofen und anschliessende Kondensation und Abscheidung, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lichtbogen-Ofen ein Schutz- und Spülgas eingeleitet wird, das einerseits ein Eindringen von Arbeitsgutdampf in die Elektrodenzuführungs- und Material- zuführungsrohre und in die Ofenisolation verhindert und anderseits als Träger-und Verdünnungsgas für den Arbeitsgutdampf dient und die anschliessende Kondensation beeinflusst.