DE2207048B2 - Verfahren zur radialen Erweiterung und Stabilisierung der Plasmasaule in Plasmaofen zur Hochtemperaturbehandlung von durch die Plasmasaule hindurch geführten Stoffen, und Plasmaofen zur Ausfuhrung dieses Verfahren - Google Patents
Verfahren zur radialen Erweiterung und Stabilisierung der Plasmasaule in Plasmaofen zur Hochtemperaturbehandlung von durch die Plasmasaule hindurch geführten Stoffen, und Plasmaofen zur Ausfuhrung dieses VerfahrenInfo
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Description
3. Plasmafrequenz, _' _. „ , , . ,,
1 f) Der Durchmesser der aus einem Kranz von
4. Dimensionslose Plasmakonstante Λ Wolframstäben bestehenden Kathcde muß verhält-
5. Elektronen- und Gastemperatur. nismäßig klein sein, da sonst der austretende Licht-
40 bogen von Stab zu Stab springt. Die Länge der Kathodenstäbe muß genau gleich sein, da sonst nur vom
Ein Verfahren der eingangs dargelegten Art und längsten Stab ein Lichtbogen ausgeht. Die Herstel-
ein Ofen zu dessen Durchführung sind bereits aus lung von Ringelektroden aus Wolfram stößt auf tech-
dem Aufsatz »A rotating wall, d. c.-arc plasma fur- nische und wirtschaftliche Schwierigkeiten. Wolfram-
nace« von D. W hy man in der Zeitschrift ^Journal 45 kathoden sind außerdem empfindlich gegen Anbak-
of Scientific Instruments«, 1967, Bd. 44, S. 525 bis ken eingebrachter Stoffe.
530, bekannt. Bei dem dort beschriebenen Plasma- g) Schließlich bereitet der rotierende Zylinder kon-
ofen ist zur radialen Erweiterung und Stabilisierung struktive Schwierigkeiten, da dieser wegen seiner ho-
der Plasmasäule durch Wirbelfeldwirkung ein die- hen Drehzahl schon bei einer verhältnismäßig klei-
selbe koaxial umgebender, um seine Achse rotieren- 50 nen Unwucht zu pendeln beginnt,
der Zylinder vorgesehen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
Die obere, nicht drehbare Elektrode besteht bei eine Plasmasäule mit größerem Volumen, als es bisdiesem
bekannten Ofen aus einem Kranz von Wolf- her erreichbar war, zu erzeugen und aufrechtzuerhalramstäben,
der konzentrisch um das untere Ende ten, welche ohne nachteilige Beeinflussung ihrer
eines Beschickungskanals herum angeordnet ist, 55 Eigenstabilität große Mengen von Beschickungsmadurch
welchen pulverförmige Stoffe in die Plasma- terial aufnehmen kann und eine lange Verweilzeit
säule einführbar sind. Die unter der oberen Elek- dieses Materials in der Plasmasäule sicherstellt,
trode angeordnete Ringelektrode ist trichterförmig lm Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Verausgebildet und dient gleichzeitig zum Sammeln des fahren der eingangs dargelegten Art gemäß der ErErzeugnisses, welches durch die Trichteröffnung ab- 60 findung dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame strömen kann. Beide Elektroden und der um die Ende der oberen Elektrode längs einer geschlossenen Plasmasäule rotierende Zylinder sind wassergekühlt. Bahn bewegt wird, die zusammen mit der Ringelek-
trode angeordnete Ringelektrode ist trichterförmig lm Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Verausgebildet und dient gleichzeitig zum Sammeln des fahren der eingangs dargelegten Art gemäß der ErErzeugnisses, welches durch die Trichteröffnung ab- 60 findung dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame strömen kann. Beide Elektroden und der um die Ende der oberen Elektrode längs einer geschlossenen Plasmasäule rotierende Zylinder sind wassergekühlt. Bahn bewegt wird, die zusammen mit der Ringelek-
Das aus dem genannten Aufsatz bekannte Verfah- trode einen Kegelstumpf oder Zylinder bildet, inner-
ren zur radial.: η Erweiterung und Stabilisierung der halb welchem sich die Plasmasäule aufbaut, wobei
Plasmasäule eines Plasmaofens bzw. der bekannte 65 die Geschwindigkeit dieser Bewegung so eingestellt
Plasmaofen selbst sind zwar labormäßig brauchbar, ist, daß die Plasmasäule in dieser Form erhalten
jedoch wegen der nachstehend beschriebenen Nach- bleibt,
teile nicht industriell verwertbar. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
eine radial erweiterte, schnell rotierende Plasmasäule Ofen nur für Laborversuche geeignet ist, ermöglicht
mit wesentlich größerem Volumen und größerer der erfindungsgemäße Plasmaofen die industrielle
Länge, als es bisher möglich war, erzeugt und auf- Auswertung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
rechterhalten, innerhalb welcher die durch sie hin- Weiterhin tritt bei dem erfindungsgemäßen Piasdurchgeführten Stoffe eine spiralförmige Bahn be- 5 maofen nur ein äußerst geringer Verschleiß auf. Verschreiben, was erheblich zur Verlängerung der Ver- suche haben gezeigt, daß das wirksame Ende der weilzeit dieser Stoffe in der Plasmasäule beiträgt. In- oberen Elektrode nach hundert Betriebsstunden keinerhalb der Plasmasäule findet eine besonders wirk- nen sichtbaren Verschleiß aufweist, was der Drehung same Wärmeübertragung an die eingeführten Stoffe der Plasmasäule zuzuschreiben ist, welche die BiI-statt, was auf die starken Turbulenzen innerhalb der io dung heißer Stellen verhindert.
Plasmasäule zurückzuführen ist. In die nach dem er- Im Gegensatz zum bekannten Ofen, bei welchem findungsgemäßen Verfahren erzeugte Plasmasäule die Plasmasäule unmittelbar in der trichterförmigen, können verhältnismäßig große Mengen von Beschik- gleichzeitig das Erzeugnis sammelnden unteren Ringkungsmaterial eingeführt werden, ohne daß dadurch elektrode endigt, strömen bei dem erfindungsgemädie Stabilität der Plasmasäule nachteilig beeinflußt 15 ßen Ofen die von der oberen Elektrode ausgehenden wird. Es treten auch praktisch keine Elektronenaus- Plasmaströmungen durch die Ringelektrode hindurch spüleffekte auf, wie sie bei Anlegen zu großer Span- und endigen unterhalb derselben in einer charakterinung bei der bekannten Anordnung beobachtet wer- stischen Nachflamme, wodurch das Volumen der den. Dadurch kann bei dem erfindungsgemäßen Ver- Plasmasäule wesentlich vergrößert wird,
fahren zur Erzeugung der Plasmasäule eine wesent- ao Die obere Elektrode kann sowohl eine sich verlieh höhere Spannung als bei dem bekannten Verfah- brauchende als auch eine nicht abschmelzende Elekren verwendet und dadurch wiederum bei gegebener trode sein.
rechterhalten, innerhalb welcher die durch sie hin- Weiterhin tritt bei dem erfindungsgemäßen Piasdurchgeführten Stoffe eine spiralförmige Bahn be- 5 maofen nur ein äußerst geringer Verschleiß auf. Verschreiben, was erheblich zur Verlängerung der Ver- suche haben gezeigt, daß das wirksame Ende der weilzeit dieser Stoffe in der Plasmasäule beiträgt. In- oberen Elektrode nach hundert Betriebsstunden keinerhalb der Plasmasäule findet eine besonders wirk- nen sichtbaren Verschleiß aufweist, was der Drehung same Wärmeübertragung an die eingeführten Stoffe der Plasmasäule zuzuschreiben ist, welche die BiI-statt, was auf die starken Turbulenzen innerhalb der io dung heißer Stellen verhindert.
Plasmasäule zurückzuführen ist. In die nach dem er- Im Gegensatz zum bekannten Ofen, bei welchem findungsgemäßen Verfahren erzeugte Plasmasäule die Plasmasäule unmittelbar in der trichterförmigen, können verhältnismäßig große Mengen von Beschik- gleichzeitig das Erzeugnis sammelnden unteren Ringkungsmaterial eingeführt werden, ohne daß dadurch elektrode endigt, strömen bei dem erfindungsgemädie Stabilität der Plasmasäule nachteilig beeinflußt 15 ßen Ofen die von der oberen Elektrode ausgehenden wird. Es treten auch praktisch keine Elektronenaus- Plasmaströmungen durch die Ringelektrode hindurch spüleffekte auf, wie sie bei Anlegen zu großer Span- und endigen unterhalb derselben in einer charakterinung bei der bekannten Anordnung beobachtet wer- stischen Nachflamme, wodurch das Volumen der den. Dadurch kann bei dem erfindungsgemäßen Ver- Plasmasäule wesentlich vergrößert wird,
fahren zur Erzeugung der Plasmasäule eine wesent- ao Die obere Elektrode kann sowohl eine sich verlieh höhere Spannung als bei dem bekannten Verfah- brauchende als auch eine nicht abschmelzende Elekren verwendet und dadurch wiederum bei gegebener trode sein.
Leistung der in mancher Hinsicht nachteilige starke Zur Versorgung der Plasmasäule mit Materialien
Strom in kleineren Größenordnungen gehalten wer- ist die obere Elektrode vorzugsweise innen hohl,
den. Ferner weist die nach dem erfindungsgemäßen 35 Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er-
Verfahren erzeugte Plasmasäule eine geringe Strö- findung ist die obere Elektrode eine Plasmakanone,
mungsgeschwindigkeit der Plasmaströmung und wodurch ein noch besserer Wirkungsgrad erzielbar
keine starken Temperaturgefälle innerhalb der Pias- ist.
rnasäulc auf. Dies wirkt sich sowohl auf die Verweil- Der erfindungsgemäße Plasmaofen kann etweder
zeit der zu behandelnden Stoffe in der Plasmasäule 30 an eine Gleichstromquelle oder an eine Wechselais
auch auf die erzielbare Wärmeleistung günstig stromquelle angeschlossen sein. Es kann auch eine
aus. Wechsplstromquelle Anwendung finden, die zusätz-
Die Einstellung der Umlaufgeschwindigkeit des lieh eine Gleichstromkomponente liefert,
wirksamen Endes der oberen Elektrode derart, daß Soll der Plasmaofen mit Mehrphasen-Wechsel-
die Plasmasäule in der erfindungsgemäß festgelegten 35 strom betrieben werden, so besteht die Ringelektrode
Form erhalten bleibt, bietet dem Fachmann keine vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Ringsegmen-
Schwierigkeiten und ergibt sich aus der selbstver- ten.
ständlichen Randbedingung, daß jeweils nach einem In Weiterbildung der Erfindung ist die dem Ofenin-
Umlanf des Elektrodenendes die erforderliche Ionen- neren zugewandte Wandung der Ringelektrode porös
konzentration in dem von der Plasmasäule einzuneh- 40 oder mit kleinen Austrittsdüsen versehen. Dadurch
menden Raum erhalten bleibt. können zur Erzeugung einer bestimmten Ofenatmo-
Die Erfindung beinhaltet außerdem einen Pias- sphäre Substanzen durch die Ringelektrode in den
maofen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Ver- Nachflammenbereich injiziert werden, beispielsweise
fahrens, wobei von einem Ofen mit einer oberen Kohlenwasserstoffe oder öle, die gleichzeitig als
Elektrode und einer in veränderlichem Abstand dar- 45 Kühlmittel zum Kühlen der Ringelektrode verwendunter
angeordneten gekühlten Ringelektrode, mit bar sind.
einem in der Nähe des wirksamen Endes der oberen Die Ringelektrode kann in noch weiterer Ausbil-Elektrode
einmündenden Beschickungskanal und dung der Erfindung auch aus mehreren ringförmigen,
einer in der Nähe des unteren Ofenendes angeordne- mit gegenseitigen Abständen angeordneten Teilelekten
Sammelstelle für das Erzeugnis sowie mit einem 50 troden bestehen, die mit wachsender Entfernung von
angetriebenen umlaufenden Bauteil zur Erzielung der der oberen Elektrode an zunehmendes elektrisches
radialen Erweiterung der Plasmasäule und mit einer Potential gelegt sind. Dadurch läßt sich der Nachelektrischen
Energiequelle zur Versorgung der Elek- flammenbereich verlängern,
troden ausgegangen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausfühningsform der
troden ausgegangen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausfühningsform der
Ein solcher Plasmaofen ist gemäß der Erfindung 55 Erfindung weist der Plasmaofen Mittel zur Aufprädadurch
gekennzeichnet, daß die obere Elektrode gung eines elektromagnetischen Wechselfeldes auf
längsverschieblich in einem das umlaufende Bauteil die Plasmasäule auf, wodurch der Plasmasäule zubildenden
Lager gelagert und drehfest mit der oder sätzliche Energie zugeführt werden kann,
den sie versorgenden Leitungen verbunden ist und Das Ofenunterteil weist zweckmäßigerweise einen daß die Ringelektrode zwischen einem mit seinem 60 Abstichkanal auf.
den sie versorgenden Leitungen verbunden ist und Das Ofenunterteil weist zweckmäßigerweise einen daß die Ringelektrode zwischen einem mit seinem 60 Abstichkanal auf.
oberen Ende das umlaufende Lager führenden Ofen- In abermaliger Weiterbildung des erfindungsgemäoberteil
und einem tiegelförmigen, das Erzeugnis ßen Plasmaofens weist das Ofen-mterteil zwei tiegelsammelnden
Ofenunterteil angeordnet ist. förmige Behälter zum Sammeln der Erzeugnisse auf,
Im Gegensatz zur bekannten Anordnung ist der die durch einen Überlaufkanal miteinander verbun-
erfindungsgemäße Plasmaofen kontinuierlich betreib- 65 den sind und von denen einer unter der Ringelek-
bar und ermöglicht eine Hochtemperaturbehandlung trode angeordnet ist. Dadurch lassen sich verschie-
von durch die Plasmasäule hindurchgeführten Stof- den schwere Erzeugnisse durch Schwerkraft trennen,
fet» «n großem Maßstab. Wahrend also der bekannte indem die schwersten Erzeugnisse sich in dem unter
der Ringelektrode angeordneten Behälter sammeln dem verhältnismäßig kleine Mengen geeigneter Sub-
und die leicliteren Erzeugnisse durch den Überlauf- stanzen in den oberen Bereich der Plasmasäule ein-
kanal in den anderen Behälter abfließen. geleitet werden.
Vorzugsweise enthält der erfindungsgemäße Pias- Indem in verschiedenen Ofenbereichen verschie-
maofen Einrichtungen, mittels welcher die Erzeug- 5 dene Bedingungen und Ofenatmosphären überwacht
nioie der Einwirkung von Strömungsmitteln oder und aufrechterhalten werden, wie sie zur Ausführung
Feststoffen oder Gemischen derselben ausgesetzt von Verfahrensschritten, wie Kalzinieren, Rösten,
werden können, und weist Einrichtungen zum konti- Schmelzen, Raffinieren usw., notwendig sind, lassen
nuierlichen oder stoßweisen Ablassen der Erzeug- sich mehrere solche Verfahrensschritte gleichzeitig in
nisse aus den Behältern auf. io einem einzigen Plasmaofen nach der Erfindung aus-
Zum Absaugen der sich in der Nähe der Plasma- führen.
süule ansammelnden gasförmigen Erzeugnisse ist Einige bevorzugte Ausführungsformen des erfin-
vorzugsweise eine Absaugvorrichtung vorgesehen. dungsgemäßen Plasmaofens und des erfindungsge-
Die Erfindung umfaßt auch die Anwendung des mäßen Verfahrens werden nachstehend beispiels-
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von 15 weise mit Bezug auf die Zeichnungen sowie an Hand
Metallen aus Materialien, wie vorzugsweise Minera- einiger Verfahrensbeispiele beschrieben. In den
lien, Erz, Konzentrat, Aufbereitungsschlamm oder Zeichnungen stellt dar
Schrott, mittels des erfindungsgemäßen Plasma- F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Plasmaofen
ofens, wobei die betreffenden Materialien in Teilchen- nach der Erfindung,
form mit oder ohne weitere Zusätze in die Plasma- ϊο F i g. 2 einen Einzelheiten der oberen Elektrode
säule eingebracht werden, ferner in verschiedenen darstellenden Längsschnitt durch das Ofenoberteil
Ofenbereichen eine geeignete Atmosphäre gebildet des in F i g. 1 dargestellten Ofens,
und aufrechterhalten wird, welche bei einem oder Fig.3 eine gegenüber der in Fig. 1 gezeigten
mehreren Bestandteilen der betreffenden Materialien Ausführungsform andere Ausführungsform des
eine Zerlegung oder Neugruppierung, eine teilweise 25 Ofenunterteils des erfindungsgemäßen Plasmaofens,
oder vollständige Reduktion oder eine Kombination F i g. 4 eine schematische Darstellung des von
-\us diesen Bestandteilen bewirken, und wobei diese einem in die Plasmasäule injizierten Teilchen zurück-Erzeugnissc
durch weitere thermische und chemische gelegten Weges innerhalb der Plasmasäule und
Einwirkungen weiterbehandelt werden. F i g. 5 eine aus drei Segmenten bestehende Ring-Ferner
umfaßt die Erfindung die Anwendung des 30 elektrode des erfindungsgernäßen Plasmaofens,
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzen und Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Plasmaofen
Raffinieren von Kupfer aus Kupferkathoden, weiter- nach der Erfindung weist im wesentlichen ein Ofenhin
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah- oberteil 11, ein Ofenunterteil 15, eine obere Elekrens
zum Zerlegen chemisch gebundener Bestandteile trode 1 und eine darunter angeordnete Ringelektrode
von Mineralien, Erzen oder ähnlichen Substanzen, 35 12 auf. Die obere Elektrode 1 ist hier als Plasmakainsbesondere
zum Zerlegen von Zirkonsilikat in Zir- none gezeichnet, es kann aber auch eine andere nicht
konerde und Kieselerde, fernerhin die Anwendung abschmelzende oder sich verbrauchende Elektrode
des Verfahrens zum Überziehen von Tonerdeteilchen Anwendung finden. Die obere Elektrode 1 ist mitmit
einer Mullitschicht, indem die Tonerdeteilchen tels einer zylindrischen Lagerbüchse 2 in einem Rodurch
die Plasmasäule hindurchgeschickt werden, 40 torkörper3 längsverschieblich gelagert, so daß der
und schließlich die Anwendung des Verfahrens zur Abstand zwischen der oberen Elektrode und der
Herstellung kügelchenförmiger Metallpulver aus Ringelektrode veränderbar ist. Der Rotorkörper 3
flockigem Ausgangsmaterial mittels des oben be- wird über einen Kettentrieb mit einer Antriebskette 5
schriebenen Plasmaofens nach der Erfindung. und einem an der Oberseite des Rotorkörpers befe-Der
erfindungsgemäße Plasmaofen ist insbeson- 45 stigten Kettenrad 4 von einem Elektromotor 6 angedere
auch zum Kalzinieren geeignet, was infolge der trieben. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist die obere
sehr hohen Temperatur und der großen Turbulenz in Elektrode 1 an ihrem oberen Ende drehfest mit der
der Plasmasäule äußerst schnell vonstaüen geht, wei- sie versorgenden Leitungen 22 verbunden. Die obere
ter zum exothermischen und endothermischen Rö- Elektrode dreht sich also nicht um ihre eigene Achse,
sten bzw. Verhütten von Oxyderzen, Sulfiderzen oder 5» sondern führt, da ihre Achse mit Bezug auf die Achse
anderen Erzen, wobei beim Verhütten von Sulfid- des Rotorkörpers 3 geneigt ist, bei Drehung des Roerzen
als besonderer Vorteil ein großer Teil des torkörpers eine Taumelbewegung aus, so daß das un
Schwefels in seinem Elementarzustand aus der Re- tere Elektrodenende eine Kreisbahn beschreibt. Da;
aktionszone abgezogen und dadurch die sehr lästige Lager des Rotorkörpers 3 wird durch Streben 7 übei
Verunreinigung und das Entfernen des Schwefels in 55 der Mitte des Ofenoberteils 11 gehalten.
Form von Schwefeldioxyd vermieden werden kann Der untere Rotorteil 8 besteht aus feuerfestem Ma
und wobei auch feuerfeste Erze geschmolzen werden terial. Zum Einleiten von Beschickungsmaterial ii
können, die bislang nicht auf eine direkte Reduktion die obere Zone der Plasmasäule weist das OfenobeT
durch Schmelzverfahren angesprochen haben, weiter- teil einen Beschickungsmaterial-Förderkanal 9 aul
hin zum Schmelzen und Raffinieren von Metallen, 60 der tangential in eine Umfangsnut des unteren Rc
wobei ein hoher Reinheitsgrad des Endprodukts ohne torteils 8 ausmündet. Diese Ausführungsform ist je
Hinzufügen von schlackenhildenden Materialien er- doch nur als eine von vielen Möglichkeiten de
zielt wird, sowie zum Schmelzen und Raffinieren von Materialzufuhr anzusehen. Das tangential einge
hochschmelzenden Metallen und von sehr reaktions- brachte Beschickungsmaterial verteilt sich in de
fähigen Metallen. 65 Umfangsnut des Rotorteils 8, bevor es durch eine Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Pias- zwischen dem Rotorteil 8, der feuerfesten Auskle
maofens ist darin zu sehen, daß die Ofenatmosphäre dung des Ofenoberteils und einer unterhalb des R(
mit äußerster Genauigkeit gesteuert werden kann, in- torteils 8 im Ofenobertetl angeordneten Ringscheit
im K.AA1V
10 gebildeten Ringspalt nach unten gelangt. Auf die beiden Behälter 13 und 13 A herum sind wie-
diese Weise rieselt das Beschickungsmaterial in Form derum Vorheizräume 14 bzw. 14 A angeordnet,
eines gleichmäßigen zylindrischen Vorhangs in den Soll der Plasmasäule oder ihrem Nachflammenbe-
oberen Teil der radial erweiterten Plasmasäule ein, reich ein hochfrequentes elektromagnetisches Wech-
wodurch es gleichmäßig in der Plasmasäule verteilt 5 selfeld überlagert werden, wie es beispielsweise zum
wird. Induktionsschmelzen verwendet wird, so kann in den
Am unteren Ende des Ofenoberteils 11 ist die Ring- Ofenwandungen eine nicht dargestellte Spule an-
elektrode 12 angeordnet. Die Ringelektrode 12 be- geordnet sein.
sitzt gemäß F i g. 1 einen kreisförmigen Querschnitt In F i g. 4 ist schematisch durch gestrichelte Be-
und weist einen Ringkanal auf, durch welchen ein io grenzungslinien 25 eine Plasmasäule dargestellt. Die
geeignetes Kühlmittel hindurchgeleitet werden kann. Linie 26 deutet den spiralförmigen Abstiegsweg eines
Die dem Ofeninneren zugewandte Wandung der Ring- von oben eingebrachten Materialteilchens innerhalb
elektrode 12 kann porös oder mit kleinen Austritts- der rotierenden Plasmasäule an.
düsen versehen sein, so daß ein Teil des Kühlmittels F i g. 5 zeigt eine in drei Segmente unterteilte Ring-
zur Bildung einer bestimmten Ofenatmosphäre in 15 elektrode, wie sie bei Anschluß des Ofens an Drei-
den Nachflammcnbereich der Plasmasäule injiziert phasen-Wechselstrom Anwendung finden kann. Die
werden kann. Segmente 12 A der Ringelektrode werden dabei je-
Das Ofenunterteil 15 weist unmittelbar unterhalb weils an eine Phase des Dreiphasen-Wechselstromder
Ringelektrode 12 einen tiegelförmigen Behälter netzes angeschlossen, während die obere Elektrode
13 zum Sammeln des Erzeugnisses auf, der durch 20 in diesem Fall mit dem Mittelpunktsleitcr des Dreieinen
nicht dargestellten Kanal ventiliert und durch phasen-Wechselstromnetzes verbunden wird. Die
einen Abstichkanal 16 am Boden des Ofenunterteils Segmente 12 A weisen jeweils einen Kühlkanal 24
angezapft werden kann. Zwischen den Seitenwan- und Laschen 23 für die elektrischen Anschlüsse auf.
düngen des Behälters 13 und den diesen umgebenden An Hand der folgenden Beispiele soll eine Auswahl
feuerfesten Wandungen des Ofenunterteils 15 befin- 25 der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten des erfindet
sich ein ringförmiger Zwischenraum 14, der zum dungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemä-Vorwärmen
des Behälters 13 zum Zweck der Ver- Ben Plasmaofens auf dem Gebiet der Hochtemperaringerung
des Anfangswärmeschocks durch die sehr turtechnologie beispielsweise beschrieben werden,
hohen Temperaturen der Piasmasäuie bei Inbeiticbnahme des Ofens verwendet wird. 30 Beispiel I: Behandlung von Kupfererzen
hohen Temperaturen der Piasmasäuie bei Inbeiticbnahme des Ofens verwendet wird. 30 Beispiel I: Behandlung von Kupfererzen
In F i g. 2 ist die Aufhängung der Plasmakanone 1
im einzelnen dargestellt. Das obere Ende der Pias- Hierbei handelt es sich um die Gewinnung von
makanone 1 ist über eine Verbindungsstange 21, die Kupfer aus Mineralien, Erzen und Konzentraten, \vo-
an ihren beiden Enden jeweils ein Kreuzgelenk 21 bei eine unmittelbare kontinuierliche Reduktion und
aufweist, an einer horizontalen Halteplatte 20 gelen- 35 Abscheidung von Kupfer erfolgt und der abgeson-
kig befestigt. Die Halteplatte 20 ist ihrerseits an der derte Schwefel sich im Elementarzustand befindet,
vertikalen Kolbenstange 18 eines in einem Hydrau- Das Verfahren umfaßt hierzu folgende Verfah-
likzylinder 17 verschiebbaren Kolbens aufgehängt rensschritte: Einführen der Beschickungsmaterialien
und wird durch zwei Stangen 19 vertikal geführt. in den oberen Bereich der im wesentlichen aus Stick-
Mittels des Hydraulikzylinders 17 ist die Plasmaka- 40 stoff gebildeten Plasmasäule; Einleiten von Reduk-
none 1 heb- und senkbar. Durch die flexiblen Leitun- tionsmitteln in die O fen atmosphäre; Trennen dei
gen 22 wird die Plasmakanone mit elektrischem sich in dem unterhalb der Ringelektrode befindlichen
Strom, Gas und Kühlmittel versorgt. Behälter ansammelnden Reaktionserzeugnisse durch
F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Weiterleiten der leichteren Bestandteile der Erzeug-
Ofenunterteils 15 mit zwei tiegelförmigen Behältern 45 nisse in einen angrenzenden weiteren Behälter; konti-
13 und 13 A zum Sammeln verschieden schwerer Er- nuierliches Absaugen der sich in unmittelbarer Nähe
Zeugnisse. Die beiden Behälter 13 und 13 A stehen des oberen Teils der Plasmasäule ansammelnder
durch einen Überlaufkanal miteinander in Verbin- schwefelreichen Gase und Absondern des Schwefel·
dung. Beide Behälter weisen jeweils einen Abstichka- aus denselben; Einspritzen weiterer Reduktionsmitte
nal 16 bzw. 16 A auf. Oberhalb des Behälters 13 A 50 durch die Wandung der Ringelektrode in den Nach
ist ein Abgaskanal 28 und seitlich des Behälters 13 A flammenbereich und Abziehen des sich um Bodei
ein weiterer Kanal 27 vorgesehen, welch letzterer in des unter der Ringelektrode befindlichen Behälter
die obere Wandung des Behälters 13 A ausmündet. ansammelnden Kupfers.
Bei dieser Ausführungsform können die sich in dem Zur Ausführung des Verfahrensbeispiels wurde eil
unterhalb der Ringelektrode 12 gelegenen Behälter 55 für Laborzwecke in verkleinertem Maßstab ausge
13 ansammelnden Erzeugnisse durch Schwerkraft ge- fuhrter Plasmaofen nach der Erfindung mit eine
trennt werden, wobei die schwereren Erzeugnisse pe- Plasmakanone verwendet. Die Ringelektrode hart
riodisch oder kontinuierlich über den Abstichkanal dabei einen Durchmesser von 10 cm. Die der Pias
16 abgezapft werden, während die leichteren Erzei'g- makanone zugeführte elektrische Leistung betru
nisse durch den Überlaufkanal in den Behälter IiA 60 5OkW, und der die Plasmakanone in eine Taumelbe
abfließen, aus welchem sie durch den Abstichkanal wegung versetzende Rotor drehte sich mit 40
16/1 abgezapft werden können. Dabei kann der aus U/min, wobei eine Plasmasäule mit einer Länge vo
dem Behälter 13 durch den Überlaufkanal in den Be- 20 cm entstand. Das Plasma wurde aus einem Stic*
MIterl3/l abfließende Teil der Erzeugnisse in vOr- stofT-V»'»3serstoff-Gemisch im Volumenverhältni
teilhafter Weise dem Einfluß eines Zusatzmittels aus- 65 4 :1 und mit einem geringen Anteil von Argon gebi
gesetzt werden, beispielsweise Gasströmen, die durch det. Der gesamte Gasvolumt-nstrom betrug währen
den Kanal 27 oder durch noch weitere, nicht darge- des Anlaufs 2.3 m*/h und wurde nach dem Zünde
Stellte Kanäle in den Ofen eingeleitet werden. Um eines Lichtbogens und der Ausbildung einer langg«
zogenen und radial erweiterten Plasmasäule auf 1,3 tn:!/h verringert.
Eine 20-kg-Probe Bornit-Konzcntrat mit Chalkoziteinschlüssen,
die 48»/o Cu, 18°/oS, 8°/o Fe und im
übrigen Gangeiz enthielt, wurde als unvollständig getrocknete Aufschlämmung hergestellt, dann zermahlen
und durch ein 500-um-Sieb gedrückt. Vor dem Einführen in den Ofen wurde das Konzentrat mit
10 0O pulverisiertem Koks vermischt. Anschließend
wurde das Konzentrat in einem Propangasstrom mit einem Volumenstrom von 0,6 m:i/h mit einer Zufuhrgeschwindigkeit
von etwa 10 g/s in den vorgeheizten Ofen eingeleitet. Nach dem Einleiten der gesamten
Probe wurde die Plasmasäule noch 3 Minuten lang aufrechterhalten und danach der Sammelbehälter abgestochen.
Daraufhin wurden die Erzeugnisse untersucht und analysiert.
D;e Produkte, die in dem in den oberen Bereich
des Ofens einmündenden Kanal gesammelt wurden, wiesen verfestigte glasige Schwefelniederschläge mit
Spuren von Kupfersulfid auf, welch letztere nur in dem unmittelbar an den Ofen angrenzenden Teil des
Kanals vorhanden waren. Von den abgelassenen Produkten enthielt der im unteren Bereich des Sammelbehälters
angesammelte Anteil Kupfer mit etwa 9P,,5 % Kupfergehalt. 0,3 °/n Schwefel und im übrigen
Eisen, während der im oberen Bereich des Sammelbehälters angesammelte Anteil Eisen in einer Eisensulfidmatrix
enthielt. Bezeichnenderweise wurden in diesem Anteil keine Silikate festgestellt. Ein großer
Teil des ursprünglich vorhandenen Gangerzes (etwa 5 kg) hatte sich zusammen mit mehr als 45 °/n des ursprünglich
vorhandenen Eisens verflüchtigt.
Beispiele II und III:
Gewinnung von Eisen und Titan
Gewinnung von Eisen und Titan
Die folgenden Beispiele II und III beziehen sich auf die Gewinnung von Eisen und Titan aus titanhaltigen
Erzen, die veränderliche Mengen von Eisenoxyden enthalten.
Während bekannte Schmclzvcrfahrcn bei Erzen dieser Art häufig nicht wirtschaftlich anwendbar
sind, da sie einen zu hohen Prozentsatz von Eisen in der Titanschlacke belassen und umgekehrt das gewonnene
Eisen einen zu hohen Prozentsatz von Titan enthält, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren
die Umwandlung titanhaltiger Erze in Eisenmetall, das weniger als 10Zo Titan enthält, und in einen titanreichen
Arteil, der mehr als 90 °/o Titan enthält.
Prinzipiell beruht die Trennung der Bestandteile
voneinander darauf, daß das Konzentrat mit den zugesetzten Reduktionsmitteln der Plasmasäule unter
reduzierenden Bedingungen ausgesetzt wird, die zur Gewinnung im wesentlichen reinen Eisens ausreichen,
und daß die in dem unter der Ringelektrode angeordneten Sammelbehälter entstehenden Schlakken
über eine Reverberierstufe in einen benachbarten Sammelbehälter gebracht werden. Die den unter der
Ringelektrode angeordneten Sammelbehälter verlassende Schlacke wird einer oxydierenden Atmosphäre
ausgesetzt, was eine Entfernung des restlichen Eisens und der Aluminiumsilikate aus dem Gangerz bei
gleichzetiiger Reoxydation des Titanoxyds zu Dioxyd führt.
In den Beispielen II und III wurde dieses Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Titan mit zwei
verschiedenen titanhaltigen Konzentraten getestet, die folgende Zusammensetzung hatten:
Konzentrat 1 •/o |
Konzentrat 2 °/o |
|
TiO, | 54 | 30,1 |
Fe0O1 | 17,5 | |
FeO . | 24 0,03 0,15 1.5 b,5 0,15 |
39,6 |
Al1O., | 0,2 0,01 |
8,9 0,01 0,01 8,3 |
VnO, | 5,5 1,8 |
|
MnO | ||
SiO, | ||
Nb,'O | ||
MgO | ||
CaO |
20 kg des Konzentrats 1, das auf eine Teilchengröße von weniger als 500 μΐη gemahlen wurde,
wurden mit 10°/opulverisiertem Koksund 2°/oNatriumkarbonat
vermischt in einen Plasmaofen mit den im Beispiel I erwähnten Daten eingegeben. Zusätzlich
wurde jedoch ein oxydierender Druckluftstrahl auf der Seite des angrenzenden Sammelbehälters in
Gegenstromrichtung zu der sich durch den Überlaufkanal zwischen den beiden Sammelbehältern hindurchbewegenden
Schlacke eingeblascn. Dem Konzentratgemisch wurde in gleicher Weise Propangas
zugesetzt, welches mit einem Volumenstrom von
3« 0,6 mVh zugeführt wurde Das Konzentrat wurde mit
einer Zufuhrgeschwindigkeit von 9 g/s in den vorgeheizten
Ofen eingegeben. Während einer Injektionszeitspanne von etwa 42 Minuten wurde der unter der
Ringelektrode befindliche Sammelbehälter zweimal angezapft, nämlich nach 20 Minuten und am Ende
der Injektiorszeitspanne. Der erste Abstich erfolgte nur während einiger Sekunden, während beim zweiten
Abstich die gesamten flüssigen Produkte abgelassen wurden. Nach Beendigung der Konzentratzufuhr
wurden die Plasmasäule und der Druckluftstrom noch 1 Minute lang aufrechtet rial ten und dann der
angrenzende Sammelbehälter abgestochen.
Das aus dem unter der Ringelektrode befindlichen Sammelbehälter mit dem ersten Abstich abgelassene
Produkt enthielt 98,4 fl/o Fe und 0,2 % Ti, der zweite Abstich dieses Sammelbehälters erbracht" Eisen und
Schlacke, wobei das Eisen 97,9 °/o Fe und 0.25 0Zo Ti
enthielt, während die oben schwimmende Schlacke 90,10O Titanoxyde, wie beispielsweise TiO2, und ins-
gesamt 3.1 °/o Fe in Form von Eisenoxyden enthielt. Die aus dem anderen Sammelbehälter abgeleitete
Schlacke, die dem oxydierenden Luftstrom ausge setzt war, ergab 94,6 %>
TiO2 (Ti2O3 wurde niehl
festgestellt) und insgesamt 1,4 °Λ> Fe.
20 kg des Konzentrats 2 wurden wiederum mi 10 °/o pulverisiertem Koks und 2 0Zo Natriumkarbona
vermischt und wie beim Beispiel II in den Ofen ein gebracht, wobei lediglich die Konzentratzufuhrge
schwindigkeit auf 7,5 g/s vermindert wurde.
Die Ergebnisse waren beträchtlich schlechter al beim Beispiel IT, denn das aus dem ersten Sammelbe
hälter abgezapfte Eisen enthielt 95,2 °/o Fe und 0,7·,
Ti, während die dem Luftstrom ausgesetzte Schlack nach dem Ablassen aus dem anderen Sammelbehä
ter 82 °/o Titanoxyde und insgesamt 6,7 °/o Fe en
hielt.
Bei einer Wiederholung des Versuchs wurden dem Konzentrat 1,5 °/o MnO hinzugesetzt und die Konlentratzuiuhrgeschwindigkeit
auf 6,8 g/s weiter verlingert. Die Ergebnisse waren trotz d r sehr minder-Tvertigen
Qualität des Konzentrats besser, denn das aus dem ersten iammelbehälter abgelassene Eisen
enthielt 96,80O Fe und 3%>
Ti, während die dem Luftstrom ausgesetzte Schlacke, die aus dem anderen Sammelbehälter abgelassen wurde. 90,3 ° ο TiO., enthielt.
B eispiel IV:
Gewinnung von Eisen aus Magnetit
Bei diesem Beispiel wurden 25 kg Magnetitkonzentrat, das durch ein 500-um-Sieb gedrückt wurde
und 71.8 °/n Fe enthielt, mit 4kg pulverisiertem Koks und 1 kg Kalziumkarbonat vermischt und anschließend
in einem Propangasstrom mit einem Volumenstrom von 0,7 ms/h in den oberen Bereich der Piasmasäule
eingeleitet. Die Zufuhrgeschwindigkeit des Konzentrats betrug 12,5 g/s. Die plasmabildenden
Gase waren Stickstoff und Methan in eine*n VoIumenverhältnis
von 2:1; der gesamte Gasvolumenstrom betrug 1 m3/h. Der Rotor drehte sich mit
500 U/min; die Länge der Plasmasäule betrug 23 cm, und die der Plasmakanone zugeführle Leistung betr.'g
60 kW.
Nach dem Ablassen des Produkts erg ) sich ein
Eisenblock mit einem Gewicht von 17,8 kg, der 98,3 °/o Fe, 1,30O C und 0,3° 0 Si enthielt. Gleiche
Ergebnisse wurden erzielt, als das feste Reduktionsmittel durch gasförmige Kohlenwasserstoffe ersetzt
wurde.
Gewinnung von Aluminium aus Tonerde
Dieses Beispiel zeigt einen völlig neuen Weg zur Gewinnung von Aluminium aus Tonerde. Im Geaensatz
zu bekannten elektrothermischen Verfahren, mittels welcher sich entweder nur Aluminiumlegierungen
mit einem beträchtlichen Gehalt an Silizium und geringeren Anteilen von Eisen und Titan oder
Kupfer-Aluminium-Legierungen herstellen lassen, führt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Gewinnung von im wesentlichen reinem Aluminium. Dies wird dadmch erreicht, daß zunächst
pulverisierte Tonerde in einer wasserstoffreichen Plasmasäule verdampft, anschließend mit Methan
im Nachflammenbereich reduziert und unter minimaler Bildung von Oxydkarbiden schnell abgeschreckt
wird.
Bei einem Versuch wurden 10 kg Tonerde mit einem Reinheitsgrad von 98,5 0Zo und einer Teilchengröße
von 125 μπ\ in der Beschickungsvorrichtung
des Ofens auf etwa 850' C vorgewärmt und anschließend mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von
5,5 g/s in den oberen Bereich der Plasmasäule injiziert. Für das Plasma wurde Argon verwendet, das
mit einem Volumenstrom von 1 ms/h zugeführt wurde. Die Betriebsspannung betrug 600 Volt, und
die Plasmasäule haue die Form eines Kegelstumpfes. Die der Plasmasäule zugeführte Leistung betrug etwa
100 kW und die Länge der Plasmasäule etwa 36 cm. Der Rotor drehte sich mit 500 U3min. DerNachflammenbereich
war von einer HF-Spule umgeben, die eine zusätzliche Leistung von 10 kW lieferte. In den
Bereich unmittelbar unterhalb der Ringelektrode, jedoch oberhalb der HF-Spule, wurde Propan mit
einem Volumenstrom von 0,4 m3/h injiziert. Die Produkte f'.elen infolge ihres Gewichts durch einen Bereich
Tiit steilem Temperaturgefälle hindurch in einen Tiegel, dessen Temperatur auf einem Wert un-
ter 150Ü C gehalten wurde. Ein flüssiger oberer Anteil des im Tiegel angesammelten Erzeugnisses,
das in zwei Intervallen in einem Abstand von 5 Minuten abgelassen wurde, ergab Aluminium mit einem
Reinheitsgrad von 93,5 °. u beim ersten Abstich und
ίο 96,8 °/o beim zweiten Abstich.
Beispiel VI: Zerlegung von Zirkonsilikat
20 kg von industriellem Zirkonsand, im wesentli-
chen Zirkonsilikat mit einer Teilchengröße von 355 um, wurden bei gleichen Betriebstemperaturen
wie im Beispiel IV mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 13 g/s in den oberen Bereich der Plasmasäule
eingeleitet. Abweichend vom Beispiel IV bestand die
Plasmasäule in diesem Fall im wesentlichen aus Stickstoff mit geringen Argonzusätzen, welcher der
Plasmakanone mit einem Volumenstrom von 0,8 m3/h zugeführt wurde, und zur Einleitung des
Zirkonsandes in die Plasmasäule wurden 0,4 m:i/h
Lutt \ erwendet. Außerdem wurde eine geringe Menge von feinem Natriumcarbonatstaub mit einer
Zuführgeschwindigkeit von 5 g/min in den unteren Teil der Pla^nasäule eingeleitet.
Die Reaktionsprodukte konnten durch Schwerkraft und unter der Einwirkung einer geringen Saugwirkung
durch einen Schacht in einen verhältnismäßig kühlen Sammelbehälter fallen, aus welchem sie
mittels Wasserstrahlen abgeführt wurden. Die geringen Mengen von Natriumsilikat, die gebildet wurden.
verbesserten die anschließende Trennuna des reinen Zirkons von der Kieselsäure durch Auslaugen beträchtlich.
Beispiel ν 11:
Überziehen von Tonerteilchen
mjt ejner Mullitschicht
mjt ejner Mullitschicht
Es ist bekannt, daß die Warmfestigkeit und andere
Eigenschaften von feuerfesten Materialien aus hochreiner Tonerde durch das Hinzumischen einer geringen
Menge Kieselerde, welche zur Bildung einer feinen Mullit-Matrix führt, verbessert werden kann.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird auf sämtlichen Kornoberflächen eine sehr gleichmäßige und äußerst dünne Mullit-Schicht
gebildet.
Bei einem diesbezüglichen Versuch wurden 5OkE hochreiner, wenig poröser Tonerde in Form von kugelförmigen
Teilchen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 2 cm in den oberen Bereich der Plasmasäule
injiziert, die in einem engen zylindrischen Rohi aus reinem Quarzglas erzeugt worden war. Der dei
Rotor schützende Teil aus feuerfestem Material be stand ebenfalls aus Quarzglas. Für das Plasma wurd«
Argon mit einem Volumenstrom von 0,71 ms/h ver
wendet. Die der Plasmakanone zugeführte Leistunj betrug 120 kW, und die Plasmasäule hatte eim
Länge von 33 cm. Der Rotor drehte sich mit 600 U min, und die Plasmasäule wies eine kegelstumpfför
mige Form auf.
Die Tonerdekugeln wurden in einem feuerfestei Kasten vorgewärmt und in den oberen Bereich de
Ofens eingebracht, indem sie unter der Wirkung de
/ο
schwerkraft durch zwei tangential zum Umfang des Dfens geneigte und einander diametral gegenüberliegend
angeordnete Quarzrohre hindurchrollten. Die Zufuhrgeschwindigkeit betrug 2 Kugeln/s, was etwa
23 g/s entspricht. Die Kugeln fielen dann in einen mit *>
Kiessand gefüllten Sammelbehälter hinein.
Nach dem Abkühlen zeigte eine Langzeitbelichtung mit niedrigem Einfallswinkel eines Röntgenstrahlbeugungsmusters
im wesentlichen das gleiche Beugungsmuster wie eine reine Mullit-Probe in einer
21-cm-Debye-Sherrer-Pulverkamera.
Beispiel VIII: Herstellung kügelchenförmiger Metallpulver
Dieses Beispiel zeigt eine wichtige industrielle Anwendung des erf in dungsgemäßen Verfahrens zur
Herstellung kügelchenförmiger Metallpulver. Während das bisher übliche Verfahren zur Herstellung
kügelchenförmiger Nickelpulver und Eisenpulver im 5-Lim-Bereich auf das umständliche und teuere Karbonylverfahren
beschränkt ist, können kügelchenförmige Eisen- und Nickelpulver im Berdch™^
mit Hilfe des eründungsgernaßen V«*Jiens
einem billigen Ausgangsstoff hergestellt nämlich aus Eisen- und Nickelflocken
0,7Im3Zh zugeführt wurde. Die der - _.
zugeführte Leistung betrug 6OkW, und die Plasmasäule hatte eine Länge von 30 cm. Der Innendurchmesser
der Ringelektrode betrug 8 cm. Die kügi. !lenförmigen Erzeugnisse
Abwärtsfal. η abgekühlt und in einem ' ten Kupferzyklon gesammelt. Das Endprodukt
stand im wesentlichen aus vollständig migen Teilchen mit einem mittleren von etwa 4,8 um. Nur sehr selten wurde eine »5
fenbildung«, d. h. ein Zusammenwachsen der einzelner Teilchen untereinander beobachtet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (21)
1. Verfahren zur radialen Erweiterung und Stabilisierung der Plasmasäule in Plasmaofen zur
Hochtemperaturbehandlung von durch die Plasmasäule hindurchgeführten Stoffen, wobei die
Plasmasäule zwischen einer oberen und einer mit veränderlichem Abstand darunter angeordneten
Ringelektrode gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Ende der oberen Elektrode längs einer geschlossenen Bahn
bewegt wird, die zusammen mit der Ringelektrode einen Kegelstumpf oder Zylinder bildet, innerhalb
welchem sich die Plasmasäule aufbaut, wobei die Geschwindigkeit dieser Bewegung so
eingestellt ist. daß die Plasmasäule in dieser Form erhalten bleibt.
2. Plasmaofen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer oberen Elektrode und
einer in veränderlichem Abstand darunter angeordneten gekühlten Ringelektrode, mit einem
in der Nähe des wirksamen Endes der oberen Elektrode einmündenden Beschickungskanal und
einer in der Nähe des unteren Ofenendes angeordneten Sammelstelle für das Erzeugnis sowie
mit einem angetrieben umlaufenden Bauteil zur Erzielung e :r radialen Erweiterung der Piasmasäule
und mit einer elektrischen Energiequelle zur Versorgung der Elektroden, dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Elektrode (1) längsverschieblich in einem das umlaufende Bauteil bildenden
Lager (2, 3) gelagert und drehfest (21) mit der oder den sie versorgenden Leitungen (22)
verbunden ist und daß die Ringelektrode (12) zwischen einem mit seinem oberen Ende das umlaufende
Lager führenden Ofenoberteil (11) und einem tiegelförmigen, das Erzeugnis sammelnden
Ofenunterteil (13) angeordnet ist.
3. Plasmaofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) ' ie
sich verbrauchende oder eine nicht abschmelzende Elektrode ist.
4. Plasmaofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) zum
Versorgen der Plasmasäule mit Materialien innen hohl ist.
5. Plasmaofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) eine
Plasmakanone ist.
6. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe an
eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.
7. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe an
eine Wechselstromquelle angeschlossen ist.
8. Plasmaofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle zusätzlich
eine Gleichstromkomponente liefert.
9. Plasmaofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektrode
(12) aus einer Mehrzahl von Ringsegmenten (21) besteht (F i g. 3).
10. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ofeninneren zugewandte Wandung der Ringelek
trode (12) porös oder mit kleinen Austrittsdüsen
versehen ist.
11. Plasmaofen nach Ansprüche oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ringelektrode (12) aus mehreren ringförmigen, mit gegenseitigen
Abständen angeordneten Teilelektroden besteht, die mit wachsender Entfernung von der
oberen Elektrode (1) an zunehmendes elektrisches Potential gelegt sind.
12. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufprägen
eines elektromagnetischen Wechselfeldes auf die Plasmasäule.
13. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofenunterteil
(13) einen Abstichkanal (16) aufweist.
14. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dar. Ofenunterteil
(13) zwei tiegelförmige Behälter zum Sammeln der Erzeugnisse aufweist, die durch ein η
Überlaufkanal miteinander verbunden sind und von denen einer unter der Ringelektrode angeordnet
ist (F i g. 3).
15. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mittels
welcher die Erzeugnisse der Einwirkung von Strömungsmitteln oder Feststoffen oder Gemischen
derselben ausgesetzt werden können, und durch Einrichtungen (16,16A) zum kontinuierlichen
oder stoßweisen Ablassen der Erzeugnisse aus dem Ofenunterteil (13).
16. Plasmaofen nach einem der Ansprüche 2 bis 15, gekennzeichnet durch eine Absaugvorrichtung
(18) für sich in der Nähe der Plasmasäule ansammelnde gasförmige Erzeugnisse.
17. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Gewinnung von Metallen aus Materialien,
wie vorzugsweise Mineralien, Erze, Konzentrat, Aufbereitungsschlamm oder Schrott, mittels
eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei die betreffenden Materialien
in Teilchenform mn oder ohne weitere Zusätze in die Plasmasäule eingebracht werden, ferner
in verschiedenen Ofenbereichen eine geeignete Atmosphäre gebildet und aufrechterhalten
wird, welche bei einem oder mehreren Bestandteilen der betreffenden Materialien eine Zerlegung
oder Neugruppierung, eine teilweise oder vollständige Reduktion oder eine Kombination
aus diesen Bestandteilen bewirken, und wobei diese Erzeugnisse durch weitere thermische und
chemische Einwirkungen weiterbehandelt werden.
18. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch
1 zum Schmelzen und Raffinieren von Kupfer aus Kupferkathoden mittels eines Plasmaofens
nach einem der Ansprüche 2 bis 16.
19. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Zerlegen chemisch gebundener Bestandteile
von Mineralien, Erzen oder ähnlichen Substanzen mittels eines Plasmaofens nach einem
der Ansprüche 2 bis 16.
20. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Zerlegen von Zirkonsilikat in Zirkonerde
und Kieselerde mittels eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 bis 16.
21. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Überziehen von Tonerdeteilchen
mit einer Mullitschicht mittels eines Plasmaofens a) Das Ausmaß der radialen Erweiterung der Plas-
nach einem der Ansprüche 2 bis 16, indem die masäuk ist dadurch begrenzt, daß bei noch im An-Tonerdeteilchen
durch die Plasmasäule hindurch- fangsstadium befindlicher und noch nicht radial ergeschickt
werden. weiterter Plasmasäule der Abstand zwischen der Zy-22. Anwendung des Verfahrens nach An- 5 linderwandung und der Plasmasäule eine bestimmte
spruch I zur Herstellung kügelchenförmiger Me- Größe nicht überschreiten darf, da sonst der Effekt
tallpulver aus flockigem Ausgangsmaterial mittels der radialen Erweiterung der Plasmasäule durch
eines Plasmaofens nach einem der Ansprüche 2 Drehung des Zylinders wegen der Unmöglichkeit der
bis 16. Erzeugung eines genügend starken Wirbe!celdes gar
ίο nicht mehr auftritt.
b) Wegen des sehr geringen Abstandes zwischen der gekühlten Zylinderwandung und der radial er-
weiterten Plasmasäule wird mit der Zylinderwandung
zwangläufig auch die Plasmasäule gekühlt, wodurch 15 ein wesentlicher Wärmeverlust in der Plasmasäule
entsteht.
c) Ebenfalls wegen des sehr geringen Abstandes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur radialen zwischen der ZylinderwanJung und der Plasmasäule
Erweiterung und Stabilisierung der Piasmasäule in und des großen Temperaturgefälles im Randbereich
Plasmaofen zur Hochtemperaturbehandlung von 20 der Plasmasäule schlägt sich ein Teil des in der Plasdurch
die Plasrnasäule hindurchgeführten Stoffen, masäule entstandenen Er. .jgnissts schon an der gewobei
die Plasmasäule zwischen ei.ier oberen und kühlten Zylinderwandung nieder. Wegen dieses
einer mit veränderlichem Abstand darunter angeord- Niederschiagens des Erzeugnisses an der Zylinderneten
Ringelektrode gebildet ist. wandung ist also ein kontinuierlicher Betrieb des
Zur Erläuterung des Begriffs »Plasma« dürfte für 25 Ofens nicht möglich.
die Zwecke der nachstehenden Darlegungen fol- d) Die Betriebsspannung ist auf maximal 150
gende, stark vereinfachte Definition ausreichen: Volt begrenzt, da die Plasmasäule bei höherer_Span-
Plasma ist eine Vielzahl geladener Teilchen, die nung instabil wird, weil das eingebrachte Material
ein Kollektivverhalten zeigen. Im Rahmen dieser De- die Elektronen aus dem Plasma abzieht und die Plasfinition
kann ein Plasma grundsätzlich durch fol- 30 masäule dann infolge zu großer Elektronenausspügende
Parameter gekennzeichnet werden: lung erlöschen kann.
e) Die Kathoden, die wegen des einzuhaltenden großen Strom-Spannungs-Verhältnisses zwangläufig
1. Elektronenkonzentration in der Volumeinheit, aus Wolfram (Wolfram-Thorium oder Wolfram-Zir-
2. Debye-Radius. 35 kon) bestehen müssen, sind sehr sauerstoffempfind-
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB479071 | 1971-02-16 | ||
GB478971A GB1390351A (en) | 1971-02-16 | 1971-02-16 | High temperature treatment of materials |
GB3885571 | 1971-08-18 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2207048A1 DE2207048A1 (de) | 1972-08-24 |
DE2207048B2 true DE2207048B2 (de) | 1973-11-15 |
DE2207048C3 DE2207048C3 (de) | 1974-06-20 |
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ID=27254502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2207048A Expired DE2207048C3 (de) | 1971-02-16 | 1972-02-15 | Verfahren zur radialen Erweiterung und Stabilisierung der Plasmasäule in Plasmaofen zur Hochtemperaturbehandlung von durch die Plasmasäule hindurchgeführten Stoffen, und Plasmaofen zur Ausführung dieses Verfahren |
Country Status (7)
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US (1) | US3783167A (de) |
JP (1) | JPS5515838B1 (de) |
CA (1) | CA957733A (de) |
DE (1) | DE2207048C3 (de) |
FR (1) | FR2125924A5 (de) |
GB (1) | GB1390351A (de) |
IT (1) | IT960660B (de) |
Cited By (2)
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