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Verfahren zur Ausnutzung des Wärmeinhaltes von flüssigem Calciumcarbid
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausnutzung des Wärmeinhaltes
von in thermischen Ofen, insbesondere Elektroöfen, erzeugtem Calciumcarbid.
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Bekanntlich verlassen bei der Herstellung von Calciumcarbid in elektrothertnischen
Ofen etwa 2511/o der aufgewendeten Energie in Form von fühlbarer Wärme und der Schmelzwärme
des Endproduktes den Reaktionsofen. Diese Wärmemengen werden durch anschließendes
Kühlen des Carbids in wasserberieselten Kühltrommeln bzw. durch dessen Abkühlenlassen
in einer Kühlhalle praktisch vernichtet.
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Es sind schon zahlreiche Versuche angestellt worden, um diese Wärme
nutzbar zu machen. Dies gelingt beispielsweise zum Teil dadurch, daß man das flüssige
Carbid auf einen von innen mit Wasser gekühlten rotierenden Zylinder laufen läßt
und dadurch Dampf gewinnt. Ferner hat man schon versucht, durch Eintreuen von Graphitpulver
bzw. Koks in die Tiegel vor dem Abstich eines Carbidofens noch einen nachträglichen
Umsatz dieses vorgelegten Kohlenstoffes mit dem üblicherweise im Reaktionsprodukt
noch im Überschuß vorhandenen Kalk zu Carbid zu erzielen. Jedoch konnten durch diese
Maßnahmen keine günstigen Ergebnisse erzielt werden.
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Diese letzteren Versuche mußten nämlich fehlschlagen, da die Temperatur
an den Ti.egelin.nenwänden selbst bei nachträglichem oder vorherigem Erhitzen des
Tiegels von außen entweder die Reaktionstemperatur von mindestens 1700° C gar nicht
oder nur kurzfristig erreicht, oder weil das Graphitpulver bzw. der Koks infolge
seines niedrigen spezifischen Gewichtes an die kühle Oberfläche des Carbidblockes
aufgeschwemmt wird und sich so der Reaktion entzieht. Zur 'Überwindung obiger Nachteile
kommt es entscheidend darauf an, daß man den zugesetzten reaktionsfähigen Kohlenstoff
möglichst in die heißesten Zonen im Innern des abkühlenden Carbidblockes einbringt
und dort festhält.
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Es sind ferner Verfahren bekanntgeworden, nach denen die aus dem Ofen
kommende heiße schmelzflüssige Masse zwecks Entfernung der im Carbid noch im Überschuß
enthaltenen Kalkverbindungen mit Kohle versetzt und von neuem in den Ofen eingeführt
wurde. Diese Verfahrensweise hat sich als sehr umständlich und unwirtschaftlich
erwiesen. Demgegenüber ist es gemäß vorliegender Erfindung nicht erforderlich, das
Calciumcarbid nach Zugabe des Kohlenstoffmaterials nochmals in den Ofen einzuführen.
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Bei dem Verfahren vorliegender Erfindung wird nunmehr so gearbeitet,
daß man feinkörnige Kohlenstoffmaterialien, wie z. B. Koksabrieb, Koksgrus, Anthrazit,
Braunkohlen- bzw. Torfkoksabrieb oder ;Mischungen der genannten Komponenten mit
einer Korngröße von zwischen etwa 1 und 10 mm in das abgestochene flüssige Carbid
einbringt.
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Damit diese Iiohlenstoffmaterialien auch jederzeit und auch bei nur
geringem Kalküberschuß im Carbid genügend reaktionsfähigen Kalk vorfinden, wird
gemäß einem weiteren Gedanken der vorliegenden Erfindung so verfahren, daß man die
feinkörnigen Kohlenstoffmaterialien von einer Korngröße zwischen etwa 1 und 10 mm
vor ihrer Zugabe mit entsprechend feinkörnigen Kalkmaterialien, wie z. B. Kalkabrieb
und oder Kalkhydrat bzw. dehydratisiertem Kalkhydrat, innig vermischt, brikettiert
und die Briketts in das abgestochene flüssige Carbid einbringt.
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Bei diesem Verfahren richten sich die Menge der eingebrachten Kohlenstoffmaterialien
bzw. die Menge und Zusammensetzung der eingebrachten Briketts sowohl nach Menge
und Zusammensetzung als auch nach dem Wärmeinhalt des erzeugten Carbids. Infolgedessen
sollte der Eintrag der Briketts in den Tiegel wenn möglich nicht schlagartig erfolgen,
sondern muß vorteilhafterweise so vonstatten gehen, daß die Kohlenstoffmaterialien
bzw. die einzelnen Brikettformlinge in den flüssigen Carbidstrahl während der Dauer
des Abfließens des flüssigen Carbids bzw. während seines Einfließens in die Tiegelvorlage
im Verhältnis zur Menge des Carbids eingebracht werden.
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Die genannten Kalk- und Kohlenstoffkomponenten können in etwa zur
Carbidbildung äquivalenten Mengen zu Briketts verpreßt und dann in das schmelzflüssige
Carbid eingebracht werden. Es können aber
auch alle sonstigen Kalk-
und Kohlenstoffkomponenten in verschiedenen Verhältnissen gemischt und nach erfolgter
Brikettierung verwendet werden.
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Schließlich kann man durch Auswahl der geeigneten Kohlenstoffmaterialien
bzw. mit Hilfe des durch die Brikettzusammensetzung oder die Art der Brikettierung,
z. B. durch Variation des Preßdruckes, regulierten spezifischen Gewichtes der eingebrachten
Briketts für den Verbleib bzw. die gleichmäßige Verteilung der zugegebenen Materialien
in der Carbidschmelze sorgen, bis sich aus den eingebrachten Rohstoffen durch chemische
Umsetzung ebenfalls Carbid gebildet hat. Ein vorzeitiges Absinken oder Aufsteigen
undAufschwimmen der Rohstoffe ist unerwünscht und soll durch die erfindungsgemäße
Arbeitsweise, nämlich das Einbringen der Rohstoffe insbesondere in Brikettform gerade
vermieden werden, wobei das spezifische Gewicht der Briketts infolge des Unterschiedes
der spezifischen Gewichte zwischen Kalk und Koks leicht regulierbar ist. Aus diesem
Grunde kann man die Auswahl der Kohlenstoffmaterialien allein auch nach dem spezifischen
Gewicht vornehmen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, möglichst große und nach außen hin wärmeisolierte
Tiegelvorlagen zu benutzen, damit während der relativ kurzen Reaktionszeit nur möglichst
wenig Energie nach außen abgestrahlt werden kann.
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Außerdem kann man auch die Tiegelvorlage sofort nach dem Füllvorgang
in eine Vakuumkammer einbringen und dort weiter abkühlen lassen, wodurch der Partialdruck
an Kohlenoxyd und entsprechend auch die Carbidbildungstemperatur erheblich erniedrigt
werden, so daß die nach dem vorgeschlagenen Verfahren ermöglichte Ausnutzung der
Abwärme des Carbids eine weitere Verbesserung erfährt.
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Erfindungsgemäß kann man das Verbleiben und Festhalten der zugesetzten
Kohlenstoffmaterialien bzw. Kalk-Kohlenstoffbriketts in den heißesten Zonen dadurch
bewirken, daß man diese Zusätze kontinuierlich dem flüssigen Carbidstrahl zugibt
und gleichzeitig den das flüssige Carbid aufnehmenden Tiegel mindestens während
der Dauer des Füllvorganges in ständiger Bewegung hält, so daß sich flüssiges Carbid
und die zugesetzten Materialien sofort beim Auftreffen im Tiegel vollständig mischen.
Außerdem füllt sich infolge der ständigen Bewegung durch beispielsweises Hin- und
Herfahren der Tiegel mehr oder weniger in Schichten, wobei die zwischenzeitlich
immer kurz auftretende Bildung einer etwas kühleren Oberfläche das Aufschwimmen
der zugesetzten Materialien infolge der an diesen Stellen rasch zunehmenden Viskosität
des Carbids verhindert.
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Die besonderen Vorteile des Verfahrens der Erfindung bestehen darin,
daß aus billigen Rohstoffen wie z. B. aus Koksgrus, Kalkabrieb und dehydratisiertem
Kalkhydrat und ohne wesentliche Verarbeitungskosten sowie unter Ausnutzung einer
Energie, die sonst verlorengeht, ein wertvolles Endprodukt erzeugt wird, zu dessen
Gewinnung man keines zusätzlichen Verfahrens bedarf. Außerdem wird durch die vorgeschlagene
Verfahrensweise die Abkühlzeit der gefüllten Tiegel erheblich abgekürzt. Man kann
deswegen sogar mit Vorteil zu besonders großen Tiegeln übergehen, deren Anwendung
bisher auch aus anderen Gründen zwar wünschenswert erschien, die aber Wegen ihrer
relativ langen Abkühlzeit meistens nicht benutzt werden konnten.
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Die für den nachträglichen Umsatz zur Verfügung stehende Wärme läßt
sich bei einem Tiegel mit einem Fassungsvermögen von beispielsweise 2000 kg technischem
Carbid mit einem Gehalt von etwa 80 % CaC2 wie folgt bestimmen: Die fühlbare Wärme
zwischen der Abstichtemperatur von 2000° C und einer Temperatur von beispielsweise
etwa 1700° C beträgt 192 000 kcal; die freiwerdende Schmelzwärme beträgt etwa 392
000 kcal; zusammengenommen ist also eine Wärmemenge von mindestens etwa 584 000
kcal vorhanden, die bisher vollständig verlorenging.
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1 kg Calciumcarbid erfordert eine Bildungswärme von 1735 kcal und
eine Aufheizwärme der notwendigen Rohstoffe von etwa 680 kcal, zusammen also 2400
kcal.
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Nimmt man beispielsweise an, daß etwa 65 "/o der in Betracht kommenden
Wärme infolge Wärmeabstrahlung usw. des Tiegels nicht ausnutzbar sind, dann könnten
aus den verbleibenden Wärmemengen immerhin noch etwa 85 kg Carbid zusätzlich erzeugt
werden. Dies entspricht in diesem Berechnungsbeispiel aber etwa 4,3 a/o des abgestochenen
Reincarbids. Es ist anzunehmen, daß bei konsequenter Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens die Ausbeute an zusätzlich gewonnenem Carbid noch weiter gesteigert werden
kann.
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Beispiele 1. 2000 kg technisches Carbid, welches bei der Vergasung
mit Wasser 2751 Acetylen pro kg Carbid ergibt, werden abgestochen und in einen ständig
hin und her bewegten Tiegel eingeleitet, wobei gleichzeitig durch eine geeignete
Zuteileinrichtung kontinuierlich 30 kg Koksgrus mit einer Körnung von etwa 2 bis
6 mm gleichmäßig dem Carbidstrahl zugeführt werden. Die Temperatur des flüssigen
Carbids beträgt etwa 2000° C. Nach dem Abkühlen und Zerkleinern des Blockes findet
sich ein Gehalt an freiem Kohlenstoff, der den sonst im technischen Carbid üblichen
Gehalt von 0,4 bis 0,7 11/o C nicht übersteigt. Infolgedessen haben sich zusätzlich
noch etwa 50 kg Carbid gebildet. An geeigneten Zuteileinrichtungen kommen z. B.
Schüttelrinnen, Zellenschleusen oder sonstige Dosiereinrichtungen in Frage.
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2. 2000 kg technisches Carbid mit etwa 3001 Acetylen pro kg werden
in einem ständig hin und her bewegten Tiegel abgestochen, wobei durch eine geeignete
Zuteileinrichtung gleichmäßig etwa 120 kg an Briketts von jeweils etwa 40 g Gewicht
zugeführt werden, die aus 60 Gewichtsprozent gebranntem Kalkhydrat und 40 Gewichtsprozent
Koksgrus von einer Teilchengröße zwischen 3 und 9 mm bestehen.
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Nach dem Abkühlen und Zerkleinern des Carbidblockes wird eine Probe
entnommen, deren Untersuchung einen Gehalt an freiem Kohlenstoff von 0,711/o ergibt.
Dies entspricht einem Wert, der im technischen Carbid normalerweise vorhanden ist.
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Der eingebrachte Koksgrus war somit vollkommen mit dem ebenfalls beigefügten
Kalk bzw. mit noch unverbrauchtem Kalk im abgelassenen technischen Carbid zur Umsetzung
gekommen.
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3. 2000 kg technisches Carbid, das bei der Vergasung mit Wasser 2801
Acetylen pro kg ergibt, werden in einem hin und her bewegten Tiegel abgestochen,
wobei durch eine geeignete Zuteileinrichtung gleichmäßig 200 kg Briketts von jeweils
etwa 40g zugeführt werden, die aus 65 Gewichtsprozent gebranntem Kalkhydrat und
35 Gewichtsprozent Kohlenstoff in Form von Koksgrus von einer Teilchengröße zwischen
2 und 8 mm bestehen. Nach dem Abkühlen und Zerkleinern des Carbids findet man einen
Gehalt an freiem Kohlenstoff von 1,7 "/o. Nimmt man den normalerweise
vorhandenen
Gehalt an freiem Kohlenstoff mit etwa 0,7°/o an, so haben sich von den insgesamt
zugegebenen 70 kg Koksgrus 50 kg zu Carbid umgesetzt.