DE254029C

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Publication number: DE254029C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

■■- JVi 254029 KLASSE 40 c. GRUPPE

Dr. H. SPECKETER in GRIESHEIM a. M.

zur Ausübung des Verfahrens.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Juni 1911 ab.

Die bekannten Verfahren zur Zinkdarstellung im elektrischen Ofen, bei denen die Beschickung als Heizwiderstand benutzt wird, werden in der Weise ausgeübt, daß die Beschickung in feststehenden Reduktionsräumen (Muffen oder Kammern) zwischen die Elektroden eingebracht wird, worauf sie, ohne weiterhin bewegt zu werden, von dem hindurchfließenden elektrischen Strom erhitzt wird. Der Strom

ίο geht dabei natürlich vorwiegend durch diejenigen Teile der Beschickung, welche den geringsten Widerstand bieten. Dies sind die untersten Lagen der Beschickung, da diese infolge des auf ihnen lastenden Druckes der darüber lagernden Schichten am dichtesten sind und demnach in der Raumeinheit am meisten gutleitendes Material, nämlich Reduktionskohle enthalten. Die größere Strommenge erzeugt natürlich in ihnen eine größere Erhitzung, und demgemäß beginnt auch die Reduktion in diesen Schichten zuerst und geht am lebhaftesten vonstatten. Durch die Reduktion und die Verflüchtigung des Zinks wird die Dichte der Schichten und die Konzentration der überschüssigen Reduktionskohle und damit auch die Leitfähigkeit weiter vergrößert, so daß die unteren Schichten schließlich die Hauptmenge des Stromes erhalten, während die oberen noch zinkreicheren Schichten nur sehr wenig von Strom durchflossen und erhitzt werden, zumal auch die Wärmeleitungsfähigkeit einer pulverförmigen Beschickung sehr gering ist. Unter diesen Umständen werden die oberen Schichten sehr schlecht entzinkt, oder es muß außerordentlich viel Strom aufgewendet werden, um auch oben die für eine vollständige Reduktion nötige Temperatur zu bekommen. In letzterem Falle läuft man aber Gefahr, daß die untersten Schichten überhitzt werden, so daß sie sintern oder schmelzen, was sehr schädlich ist^ Zugleich leidet die Ofenauskleidung im unteren Teile des Ofens außerordentlich durch die hohe Hitze und wird bald zerstört.

Diese Mißstände lassen sich durch vorliegende Erfindung vollständig vermeiden. Das neue Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß die untersten Schichten der Beschickung immer wieder durch andere Beschickungsteile ersetzt werden. Voraussetzung für die Durchführung dieses Verfahrens ist natürlich, daß die Beschickung im ganzen während des Erhitzens pulverförmig bleibt. Man erreicht dann das Ersetzen der unteren Schichten durch andere Beschickungsteile durch Wenden oder Umschütten der Beschickung während des Betriebes. Dies läßt sich in verschiedener Weise ausführen. Man kann z. B. in dem Ofen eine Wendevorrichtung, etwa eine Flügelwelle, die von außen gedreht wird, einbauen. Am einfachsten läßt sich jedoch das Wenden durch Benutzung eines Drehofens bewirken, wobei man noch den Vorteil erzielt, daß auch der Teil des Ofenmauerwerks, der der hohen

Erhitzung ausgesetzt war, dieser für eine gewisse Zeit entrückt wird und sich abkühlen kann. Das bewirkt natürlich eine sehr weitgehende Schonung der inneren Ofenauskleidung.

Für die Ausführung des Verfahrens eignen sich alle bekannten Arten von Dreh- oder Kippöfen, die um eine wagerechte oder schrägliegende Achse drehbar sind. In der Zeich- nung ist beispielsweise eine Ausführungsform eines solchen Ofens in einem Längsschnitt (Fig. i) und in einer Ansicht von oben (Fig. 2) dargestellt.

Der Ofen A hat eine kastenförmige Gestalt mit rechteckigem Querschnitt senkrecht zur Drehachse. Der eckige Querschnitt jeder beliebigen Form ist dem runden vorzuziehen, da bei ihm das Gut beim Drehen des Ofens nicht rutscht, sondern fällt und sich überstürzt, wodurch ein gründlicher Ersatz der unteren Schicht stattfindet. Der Ofen besteht aus einem Eisenmantel mit innerer Auskleidung. Er ist drehbar gelagert und läßt sich in jeder Richtung von Hand oder maschinell um eine wagerechte Achse drehen. Vor den beiden kleineren Seitenwänden des Ofens sind Elektroden B eingeführt, von denen jede den ganzen lichten Querschnitt des Ofens einnimmt, Die Einführungsstellen der Elektroden und ihre Anschlußstellen an die Stromleitung sind um 180 ° gegeneinander versetzt. C ist die Füllöffnung mit Deckel, D die Entleerungsöffnung für die Rückstände und E die Abzugsöffnung für die Gase und Dämpfe, an die sich die Kondensationsvorrichtung F anschließt. Da die Elektroden sich vor den Öffnungen D und E befinden, sind sie mit entsprechenden Aussparungen versehen.

Die beschriebene Anordnung der Elektroden hat folgende Vorzüge:

Damit die Beschickung beim Wenden in jeder Lage so zwischen den Elektroden liegt, daß sie stets eine gleich große Fläche der Elektroden berührt, läßt man jede Elektrode zweckmäßig den ganzen lichten Querschnitt des Ofens einnehmen und baut sie so in den Ofen ein, daß die ganze Beschickung zwischen sie zu liegen kommt. Die Elektroden liegen also am besten dicht vor zwei gerade gegenüberliegenden Wandungen des Ofens. Da die in der Nähe der Austrittsöffnung für Gase und Dämpfe befindliche Beschickung die entwickelten Zinkdämpfe am leichtesten abgeben kann, entzinkt sie schneller als die an dem gegenüberliegenden Ofenende befindliche Beschickung; infolgedessen konzentriert sich in der Beschickung vor der Austrittsöffnung die überschüssige Reduktionskohle, so daß sie besser leitend wird. Würde man nun die Elektroden so einführen, daß die Austrittsöffnung zwischen den Elektroden liegt, wie in Fig. 2 punktiert angegeben ist, so würde durch die vor der Austrittsöffnung gelegene Beschickung infolge ihrer besseren Leitungsfähigkeit mehr Strom hindurchgehen als durch die entfernter liegenden Teile. Letztere würden also zu wenig heiß werden, während sich erstere stark überhitzen würde. Eine solche Verteilung der Wärme ist aber sehr ungünstig. In den vorderen bereits mehr entzinkten Beschickungslagen ist nämlich eine hohe Temperatur nicht nur unnötig, sondern sogar sehr schädlich; ' denn einerseits ziehen die Gase und Dämpfe zu heiß ab und führen aus dem Ofen unnütz Wärme weg, andererseits kann infolge der hohen Temperatur die Beschickung leicht zusammenbacken und damit nicht nur für Gase und Dämpfe undurchlässig, sondern auch viel schlechter reduzierbar werden. Hingegen wirkt in den von der Austrittsstelle entfernter liegenden Beschickungsteilen, die noch wenig entzinkt sind, eine niedrige Temperatur sehr schädlich, da zur vollständigen Reduktion viel Wärme erforderlich ist. Diese Nachteile vermeidet man nun, wenn man die Elektroden so einbaut, daß der Strom die Beschickung von der Abzugsstelle der Gase und Dämpfe nach der Gegenseite hin oder umgekehrt durchfließen muß. Man erreicht dies am besten, wenn man die eine Elektrode, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist, vor die Austrittsöffnung setzt und die andere an das entgegengesetzte Ende des Ofens. Bei dieser Stromleitung wird mit dem Zunehmen der Leitungsfähigkeit der Beschickung an der Elektrode, welche vor der Austrittsöffnung liegt, eine Erhöhung der Stromkonzentration und damit der Temperatur nicht eintreten können, sondern die Folge der besseren Leitungsfähigkeit wird vielmehr ein Nachlassen der Spannung und damit ein Sinken der Temperatur in diesen Schichten sein, während in den entfernteren Teilen infolge größeren Wider-Standes die erwünschte höhere Temperatur sich einstellt. Weiterhin ist es zur vollständigen Vermeidung von' Kurzschluß zweckmäßig, daß die Anschlüsse der Stromleitung an die Elektroden, wie gezeichnet, am besten no um 180° gegeneinander am Ofenumfange versetzt liegen. Würde man die Elektroden auf derselben Ofenseite mit der Stromleitung verbinden, so könnte es leicht, besonders bei kleineren öfen, vorkommen, daß der Strom 1.15 faßt ausschließlich durch das verhältnismäßig kurze, zwischen den Elektroden liegende Stück Ofenwand siatt durch die Beschickung fließt, da das Schamottefutter des Ofens durch eindringende Zinkdämpfe allmählich leitend wird,

Der Betrieb des Ofens gestaltet sich folgendermaßen : Die beispielsweise aus zinkoxydhaltigem Material und Reduktionskohle bestehende pulverförmige Beschickung wird am besten vorgewärmt durch die Einfüllöffnung C in den Ofen eingebracht, wobei der Ofen vollständig gefüllt werden kann. Nach Schließung des Deckels wird der Strom eingeschaltet, der die gesamte Beschickung durchfließt und

ίο darin die erforderliche Temperatur erzeugt und erhält, so daß die Reduktion vonstatten geht. Die Reduktionsgase und Metalldämpfe ziehen in die Kondensationsvorrichtung, wo die Metalldämpfe sich verflüssigen und die übrigen Gase entweichen. Um nun das gemäß der Erfindung erforderliche Ersetzen.der untersten Schichten durch andere Beschickungsteile mittels des Drehofens vorzunehmen, hat man verschiedene Verfahren. In allen Fällen ist jedoch ein zu schnelles Drehen des Ofens zu vermeiden, da sonst schädliche Staubentwicklung und unter Umständen ein Hinausbefördern der Beschickung aus dem Ofen in die Kondensationsräume eintritt. Man kann beispielsweise den Ofen sehr langsam stetig in einer oder abwechselnd in verschiedenen Richtungen drehen. Es erfolgt dabei ein allmähliches Umlagern der Beschickung, so daß fortwährend neue Teile unten hingelangen, und ebenso immer wieder andere Ofenteile in die Zone der höchsten Erhitzung gebracht werden. Da die Elektroden den ganzen Ofenquerschnitt einnehmen und die ganze Beschickung zwischen sich haben, so bleibt diese mit ihnen in ständiger gleichmäßiger Berührung während des Drehens, wodurch ein ununterbrochener Durchgang des Stromes durch die Beschickung gesichert ist und eine gleichmäßige Erhitzung eintritt. Wenn man den Ofen abwechselnd in verschiedener Richtung dreht, so genügt es auch, ihn in jeder Richtung nur eine Teilumdrehung, am besten um einen Winkel von 180°, ausführen zu lassen. Man kann jedoch den Ofen auch nur zeitweise drehen, z. B. alle 2 bis 3 Stunden; auch in diesem Falle kann man ihn nur Teilumdrehungen, am besten ebenfalls um je 180 ° machen lassen, und zwar entweder in derselben oder in verschiedenen Richtungen.

Eine solche absatzweise Drehung um je 180° hat sich als die zweckmäßigste im Betrieb herausgestellt, da so die unterste Schicht am sichersten erneuert und die der höchsten Temperatur ausgesetzt gewesene Ofenwand jedesmal in die von der heißen Stelle entfernteste Lage gebracht wird. Gleichzeitig wird bei absatzweiser Drehung die Staubbildung am sichersten vermieden und für die Drehung nur sehr wenig Kraft verbraucht.

Nachdem die Beschickung größtenteils ent- !

zinkt ist, kann neue Beschickung nachgefüllt werden. Die Entleerung erfolgt nach vollständiger Entzinkung der Beschickung durch die öffnung C, worauf eine neue Beschickung eingebracht wird. Um ein leichtes Wenden oder Umschütten der Beschickung zu ermöglichen, empfiehlt es sich, eine Sinterung oder Schmelzung der Beschickung nach Möglichkeit zu vermeiden. Zu diesem Zwecke wird gemäß vorliegender Erfindung der Strom so geregelt, daß die Temperatur in der Beschickung nicht über 1300 ° C. steigt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Innehaltung dieser Temperatur die Sinterung bei entsprechender Zusammensetzung der Beschickung immer vermieden werden kann. Außerdem hat sich gezeigt, daß oberhalb von 1300 ° eine vollständige Reduktion von Zinkoxyd trotz Gegenwart von überschüssiger Kohle nicht mehr stattfindet, da sich anscheinend ein Gleichgewichtszustand einzustellen beginnt, der das Entweichen von Zinkoxyddampf mit den Reduktionsgasen und Metalldämpfen verursacht. Außer oxydischen Materialien können bei dem Verfahren auch Materialien, die das Zink in anderer Form, z. B. als Sulfid enthalten, benutzt werden. Natürlich müssen in letzterem Falle der Beschickung außer dem Reduktionsmittel noch schwefelbindende Zuschläge zugesetzt werden. Schließlich ist das Verfahren auch für die Darstellung anderer Metalle, die sich ähnlich verhalten wie das Zink, anwendbar.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Darstellung von Zink und anderen ähnlich sich verhaltenden Metallen im elektrischen Ofen unter Benutzung der Beschickung als Heizwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeschmolzen und schüttfähig bleibende Beschickung im Ofen umgewendet wird, so daß die untersten Schichten immer wieder durch andere Beschickungsteile ersetzt werden.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Benutzung eines drehbaren Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß das Wenden der Beschickung durch stetiges oder absatzweises Drehen des Ofens in einer oder verschiedenen Richtungen erfolgt, wobei der Ofen ganze oder nur teilweise Umdrehungen ausführen kann.

3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen absatzweise um einen Winkel von i8o° gedreht wird.

4. Ausführungsform des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die alte Beschickung nach teilweiser Entzinkung im Ofen gelassen und frische Beschickung nachgefüllt wird.

5. Ausführungsform des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung nicht wesentlich über 1300 ° C. erhitzt wird.

6. Elektrischer Ofen zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei dem die Beschickung den Heizwiderstand bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen zwecks Wendung der Beschickung um eine wagerechte oder schrägliegende Achse drehbar ist, oder eine von außen bewegbare Wendevorrichtung, ζ. Β. eine Flügelwelle enthält.

7. Ausführungsform des Ofens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußstellen der Elektroden an die Stromleitung gegeneinander am Ofenumfange (zweckmäßig um 180^c) versetzt liegen.

8. Ausführungsform des Ofens nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen senkrecht zur Drehachse einen eckigen Querschnitt hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.