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Einrichtung zum pneumatischen Einführen von Stoffen in Reaktionsräume
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum pneumatischen Einführen von Stoffen
in Reaktionsräume mit Hilfe einer bekannten Schießapparatur.
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Es ist eine Einrichtung zum Einführen von Stoffen unter Vakuum in
flüssige Metalle bekannt, bei der der einzuführende Stoff in geschoßähnlicher Form
mittels eines Führungsrohres in das flüssige Metall geschossen wird. Im oberen Teil
des Führungsrohres ist dabei ein Absperrorgan angeordnet, das in seiner Offenstellung
den gesamten Querschnitt des Führungsrohres freigibt und hierdurch ermöglicht, daß
als Treibkraft zum Einschießen des vorher bei geschlossenem Absperrorgan in das
Führungsrohr eingebrachten Feststoffes die Druckdifferenz zwischen der atmosphärischen
Luft und dem Vakuum in dem das flüssige Metall enthaltenden Behälter in das Metall
ausgenutzt werden kann. Bei dieser bekannten Einrichtung besteht ebenso wie bei
anderen bekannten Einrichtungen dieser Art, bei denen die Stoffe ebenfalls über
ein Führungsrohr bzw. einen Schießkanal, aber unter Verwendung eines Preßluftstoßes
als Treibkraft in den Reaktionsraum eingeschossen und die Reaktionsgase mit Hilfe
einer in der Einschießvorrichtung angeordneten Pendelklappe daran gehindert werden,
bei geringem Überdruck im Reaktionsraum über die Einschießvorrichtung ins Freie
zu entweichen, die Gefahr, daß sich am Auslaßende des Schießkanals Teilchen des
Einschießstoffes und Reaktionsprodukte festsetzen, die bei großer Hitze im Reaktionsraum
zusammenschmelzen und den Schießkanal verstopfen können.
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Gemäß der Erfindung soll dieser Nachteil dadurch vermieden werden,
daß zwischen der Einschießvorrichtung und dem Reaktionsgefäß ein nur unmittelbar
vor jedem Reaktionseinschuß sich öffnendes und sofort nach dem Schuß wieder schließendes
Schnellschlußventil bekannter Bauart angeordnet ist sowie daß zwischen dem Schnellschlußventil
und der Einmündung des Schießkanals in das Reaktionsgefäß der Schießkanal einer
zweiten Einschießvorrichtung für Gase eingeleitet ist.
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Bei einer in dieser Weise gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung
wird der Schießkanal dicht an seiner Einmündung in das Reaktionsgefäß sofort nach
jedem Schuß gegenüber dem Reaktionsraum abgesperrt, so daß die Gefahr, daß Reaktionsprodukte
aus dem Reaktionsgefäß durch Überdruck im Reaktionsgefäß in die Mündungsöffnung
gelangen und sich dort festsetzen können, weitgehend verringert ist. Diese Gefahr
und das bei hoher Temperatur im Reaktionsraum zu befürchtende Zusammenschmelzen
von Teilchen im Schießkanal sowie eine
Verstopfung desselben wird aber mit Sicherheit
und vollkommen dadurch verhindert, daß durch die über den Schießkanal der zweiten
Einschießvorrichtung zugeführten Gasstoß etwa doch zurückgesaugtes Reaktionsmaterial
sofort wieder in das Reaktionsgefäß zurückgeschleudert wird. Zugleich wird bei Vakuum
im Reaktionsgefäß verhindert, daß durch ein infolge Festsetzens von Materialteilchen
undicht gewordenes Absperrorgan Falschluft in das Reaktionsgefäß eintreten kann.
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Die Verwendung von mehreren hintereinandergeschalteten Absperrorganen
bei Einrichtungen zur Beschickung von Reaktionsräumen mit Feststoffen ist zwar an
sich bekannt. Hierbei sind aber die Absperrorgane nicht in Verbindung mit einer
Einschießvorrichtung und außerdem nicht in Kombination mit einer zweiten Einschießvorrichtung
angeordnet, die zum Einschießen von das Festsetzen von Feststoffteilchen im Schießkanal
der ersten Einschießvorrichtung verhindernden Gasen dient. Durch diese Kombination
werden die Anwendungsmöglichkeiten von Einschießvorrichtungen erheblich erweitert.
So kann die Einrichtung nach der Erfindung z. B. bei Hochöfen mit neuerdings sehr
hohem Gasdruck zum Einschießen von Kleinkoks, Gruskohle oder Kalziumkarbid verwendet
und so bei Rohgang des Hochofens schnellstens eine große Menge reaktionsfähiger
kleinkörniger Brennstoffe eingeführt werden. Hierdurch ist ermöglicht, gezielte
Ansätze in der Rast oder in der Reduktionszone eines Hochofens schnell wegzuschmelzen,
wenn durch Hereinrutschen von im Schacht sitzenden Ansätzen »Rohgang« des Hochofens,
also Brennstoffmangel in der Reduktionszone, eintritt. Bisher konnte in einem solchen
Fall nur an der Gicht des Hochofens viel Koks aufgegeben werden, der auf seinem
Weg bis in die Reduktionszone zum großen Teil nutzlos zu Kohlenoxyd vergaste. Die
Beseitigung des Rohgangs dauerte dabei 12 bis 16 Stunden,
während
bei Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung durch Einschießen von Kleinkoks,
Gruskohle, Kalziumkarbid oder Siliziumkarbid od. dgl. sofort Abhilfe erfolgen kann.
Gegebenenfalls können mehrere erfindungsgemäße Einrichtungen mit dem Ergebnis verwendet
werden, daß infolge Verwendung von AbfallbrentiStoffen nur ein Bruchteil der bisher
notwendigen Hochofenkoksmenge erforderlich ist.
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Weiterhin bietet das Einschießen von Abfallfeinkoks oder Kokskohleldein,
also billigen und aschereicheren Abfallbrennstoffen, die Möglichkeit, besonders
bei Heißestwind, mit Hochofenkokseinsatz an der Gicht zu arbeiten und dabei, insbesondere
bei der bekannten Verbrennung des Kokses mit Sauerstoffzusatz als Einschießgas,
höhere Verbrennungstemperaturen in der Schmelz- und Reduktionszone des Hochofens
zu erzielen, wobei gleichzeitig die Tagesleistung des Hochofens entsprechend gesteigert
wird.
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In gleicher Weise können mit der Einrichtung der Erfindung Legierstoffe
in die Schmelzzone eines Hochofens eingeschossen werden, um für kleine Mengen Roheisen
die Zusammensetzung durch solche Legierstoffzusätze, Stahlspäne od. dgl. zu regeln.
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Auch kann bei beginnendem »Hängen« eines Hochofens bereits eingegriffen
werden, indem auf der betreffenden Seite des Hochofens mit Hilfe der Einrichtung
nach der Erfindung Kalziumkarbid in die Düsenzone eingeschlossen wird. Dieses entwickelt
beim Verbrennen eine viel stärkere Hitze als Koks, weil das Kalziummetall bei dieser
Verbrennung keine Gase entwickelt, also mit diesen weniger Wärme bindet, und weil
Kalziumkarbid selbst exotherm ist und bei der Verbindung zwischen dem- gebildeten
Kaiziumoxyd und Kieselsäure als Schlacke ebenfalls viel Wärme frei wird. Dadurch
steigert sich die Temperatur der Reduktionsgase, so daß beim Aufsteigen derselben
im Schacht die Ansätze abschmelzen. Bei Blei-oder Zinnreduzierschachtöfen - od.
dgl., bei denen sich leicht solche Ansätze meist zinkhaltiger Art bilden, kann mit
Hilfe der Einrichtung nach der Erfindung durch Einschießen von Alkalien, Erdalkaliverbindungen,
Kalk oder Brennstoff usw. ebenfalls das »Hängen« und der »Rohgang« verhütet werden.
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Eine weitere Anwendung der Einrichtung der Erfindung ergibt sich
beim Vakuumeinschmelzen von Stahl, Titan oder anderen Metallen, bei dem laufend
verschiedene Zusätze eingeschossen werden müssen; um die Legierung oder das Metall
richtig zu erschmelzen. In diesem Falle wird mit der Einschießvorrichtung, wie an
sich bekannt, eine Batterie von Vorratsbehältern mit den verschiedenen einzuschießenden
Stoffen verbunden. Dadurch kann jeder im Verlauf des Schmelzens notwendige Zusatzstoff
zu beliebiger Zeit in das Vakuum des Schmelzofens eingeschossen und so die Qualität
und Legierung des Erzeugnisses genau geregelt werden.
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Mit Hilfe der Erfindung können somit sowohl bei Vakuum, als auch
bei Hochdruck im Reaktionsgefäß jederzeit die gewünschten Zusätze, Schmelz- und
Veredelungsstoffe usw. ohne Betriebsunterbrechung eingeschleust und in ein Metallbad
eingeschossen werden. Der Schmelzprozeß braucht hierbei nicht mehr zeitweise unterbrochen
zu werden, und auch das Vakuum bzw. der Hochdruck kann während des Einschießens
der Stoffe erhalten bleiben.
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Die Einrichtung nach der Erfindung kann somit auch für Hochdruckreaktionsbehälter
verwendet werden, in denen wie bei der Hochdruck-Erzreduktion,
bei- der Gemische
von Metalloxyden und Reduzierstoffen bei sehr hoher Temperatur miteinander reagieren,
feste oder staubförmige Stoffe mit Kohlenstoff, Kalziumkarbid usw. oder mit Gasen
reagieren sollen. Zum Beispiel können auch Eisenerze mit Koksstaub oder Kohlenstaub
zusammen in den Reaktionsraum geschossen werden, in dem dann das Eisen reduziert
wird.
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In allen diesen Fällen wird durch die Erfindung stets ein einwandfreier
und sicherer Betrieb gewährleistet, bei dem jegliches Zusetzen oder Verstopfen des
Schießkanals vermieden ist.
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Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben,
deren einzige Figur eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Die dargestellte Einrichtung ist mit einer Preßluftleitung verbunden,
die zu dem als Magnetventil ausgebildeten Absperrorgan b der zum Einschießen von
Reaktionsstoffen in das Reaktionsgefäß k dienenden Einschießvorrichtung b, c führt.
Die Schußzahl je Minute ist durch das Zeitrelais o einstellbar. Die Menge der Einschießstoffe
je Schuß wird in bekannter Weise durch die regelbare Einschießvorrichtung bestimmt.
Zwischen der Einschießvorrichtung b-c und dem Reaktionsgefäß k ist gemäß der Erfindung
ein Schnellschlußventil e bekannter Bauart angeordnet, das durch die Elektromagnetsteuerung
g eines Preßluftzylinders h sofort auf Durchgang geschaltet wird, wenn der Schußimpuls
von dem Relais o gleichzeitig auf das Schußverzögerungsrelais d mit regelbarer Einstellung
geht. Als ein solches Schnellschlußventil bekannter Bauart kann ein Kugelventil
verwendet werden.
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Das zweite Relais d betätigt das Magnetventil b der Einschießvorrichtung
b, c, aus welcher der Einschießmaterialpfropfen mit dem eingestellten Schußgewicht
an Reaktionsstoffen über das Schnellschlußventil e und den anschließenden Schießkanal
i in das Reaktionsgefäß k geschossen wird. Der Stromstoß von Relais d geht, außer
zur Einschießvorrichtung b, c auch zum Zeitrelais f, das, dem Schuß regelbar nacheilend,
über die Elektromagnetsteuerungg und den Preßluftzylinder h das Schnellschlußventil
e nach dem Durchgang des Einschießmaterialpfropfens sofort wieder schließt.
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Durch das Schnellschlußventil e und seine Betätigung in der erläuterten
Weise wird bei Vakuum im Reaktionsgefäß k das Eindringen von Falschluft über die
Einschießvorrichtung b, c sowie das Nachsaugen von Einschießmaterial aus dieser
und bei Hochdruckreaktionsbehältern das Durchschlagen heißer, giftiges und explosiver
Gase über die Einschießvorrichtung in den Aufstellunasmum der Einrichtung weitgehend
verhindert. Damit jedoch auch bei sehr hoher Temperatur im Reaktionsgefäß k und
bei langem Schießkanal großen Durchmessers hinter dem Schnellschlußventil e mit
vollkommener Sicherheit verhindert wird, daß der Einschießmaterialpfropfen auf dem
Weg zum Reaktionsgefäß k im Schießkanal momentan einen starken Unterdruck erzeugt
und heiße Reaktionsgase infolge des Druckausgleiches in den Schießkanal i zurückströmen
und dort Einschießstoffe und Reaktionsstaub ablagern können, die infolge der starken
Hitzestrahlung aus dem Reaktionsgefäß k zusammenschmelzen und zu Verstopfungen des
Schießkanals i führen können, ist gemäß einem weiteren Merlunal der Erfindung eine
zweite Einschießvorrichtung
m angeordnet, die nur zur Zuführung
von Gasen dient und über den zweiten Schießkanal n nach jedem Reaktionsmaterialschuß
einen sehr kräftigen Luft- oder Gasstoß in den Schießkanal i der ersten Einschießvorrichtung
b, c jagt. Dadurch werden Einschieß- und Reaktionsstoffe, die etwa trotz des schnellen
Schließens des Schnellschlußventils e abgelagert worden sind, sofort in das Reaktionsgefäß
k zurückgeschleudert, so daß der Schießkanal i für die Reaktions-, Schmelz- oder
Veredelungsstoffe immer frei bleibt.
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Die zweite Einschießvorrichtung m wird erfindungsgemäß so betätigt,
daß der Stromstoß aus dem Relais zum Schließen des Schnellschlußventils e gleichzeitig
an das Relais 1 weitergegeben wird, durch das mit regelbarer kleiner Verzögerung
gegenüber dem Schließimpuls für das Schnellschlußventil e der Stromstoß zur Betätigung
an die zweite Einschießvorrichtung m weitergegeben wird. Die zweite Einschießvorrichtung
m bläst somit nach jedem Materialschuß den Schießkanal i und dessen Mündungsöffnung
frei, so daß sich auch nicht kleinste Materialmengen ablagern können. Der Schießkanal
i wird daher auch beim Einschießen von Stoffen in Reaktionsräume sehr hoher Temperatur
und auch dann, wenn er einen großen Durchmesser aufweist, sowohl bei Vakuum als
auch bei Überdruck stets frei gehalten.
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Die zweite Einschießvorrichtung m kann in ihrer Bauart der ersten
Einschießvorrichtung b, c entsprechen, benötigt aber keinen Einführbehälter für
andere Stoffe, da sie lediglich zum Erzeugen eines zum Freiblasen der Schießkanalmündung
notwendigen Luft- oder Gasstromes dient. Hierzu können beliebige Gase zugeführt
werden. In vielen Fällen bietet Druckgas aus dem Reaktionsraumk, nach Kühlung, wie
an sich bekannt, ein gutes Mittel zum Einschießen der Stoffe und zum Freiblasen
des Schießkanals i.