DE2709512A1

DE2709512A1 - Verfahren zum verstopfen von stichloechern in einem phosphorofen

Info

Publication number: DE2709512A1
Application number: DE19772709512
Authority: DE
Inventors: Gordon Henry Scherbel; Elbert Dwayne Shepard
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1977-03-04
Publication date: 1977-09-08
Also published as: JPS52125490A; DE2709512C2; NL7702118A; JPS6037042B2; SU663328A3; US4030709A; CA1072326A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. Ξ. Assmanr. - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

PA Dr. Zumstein et al, BrauhausstraBe 4, βΟΟΟ München 2

8 MÜNCHEN 2,

BRÄUHAUSSTRASSE 4

TELEFON: SAMMEL-NR. 22 5341 TEUHGRAMME: ZUMPAT TELEX 529979

40/Li Case 1675

FMC Corporation, Philadelphia,Penn.,USA

Verfahren zum Verstopfen von Stichlöchern in einem

Phosphorofen

Die Erfindung betrifft elektrische Phosphoröfen, insbesondere Abstichvorgänge.

Elementarer Phosphor wird durch Schmelzen und Reagierenlassen eines Gemischs aus Phospho »rz eines Kohlenstoffreduktionsmittels, etwa Koks, und eines Flußmittels, etwa Silikastein, in einem Elektroofen mit untergetauchtem Lichtbogen hergestellt. Aus dem erschmolzenen Material wird Phosphordampf freigegeben, dann gesammelt und in flüssiger Form kondensiert. Verbleibendes erschmolzenes Material besteht aus Eisenphosphormetall und Schlacke, die infolge der Dichte getrennt, periodisch durch bezeichnete Stichlöcher entleert und in Kühl- und Absetzbereiche eingeführt werden.

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. 3.

Das Abstechen ist aufgrund der*hohen Temperaturen (1538°C), der korrosiven Eigenschaft des erschmolzenen Materials und des Rauchs ein schwieriger Vorgang. Bisherige Abstechvorgänge erfordern pneumatische Bohrer zum Durchbrechen gehärteter Abstichstopfen aus Ton und verfestigtem Material, um dem erschmolzenen Ofeninhalt ein Abfließen zu ermöglichen. Ein weiteres Verfahren zum Öffnen von Abstichstopfen umfaßt die Verwendung einer Sauerstofflanze zum Durchbrennen des Tons oder des verfestigten Materials. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht im teilweisen Aufbohren des Stichlochs und in einem anschließenden Vervollständigen des Abstechens unter Verwendung einer Sauerstofflanze.

Eine Sauerstofflanze ist ein langes Metallrohr, durch das ein Sauerstoffstrom geleitet wird. Bei Berührung mit einer Zündquelle wird das Rohrende durch Verbrennung mit Sauerstoff weißglühend und bildet eine Spitze aus schnell verbrennendem Metall, das den Stichstopfen ausbrennt und dem erschmolzenen Material ein Ausfließen aus dem Ofen ermöglicht. Nach Beendigung des Ausfließens wird die Ofenöffnung mit einem frischen Stichstopfen geschlossen. Solche Stichstopfen werden in einer in der Nähe des Ofens gelegenen Schlammühle hergestellt.

Das Verstopfen von Stichlöchern mit Ton erfordert mehr als eine Person. Aufgrund des Arbeitens in dichter Nähe am Abstichvorgang kann die Arbeit gefährlich sein. Tonstopfen mit dem richtigen Feuchtigkeitsgehalt müssen vor jedem Verstopfen bereitet werden. Die Verwendung von Tonstopfen benötigt während des Schließens des Stichlochs eine Herabsetzung der Ofenladung und Einschränkungen bis zu 10 Minuten zur Verminderung des Drucks innerhalb des Ofens und der Verletzungsgefahr. Die elektrische Energie wird im allgemeinen unabhängig vom Gebrauch auf Vertragsbasis bezahlt, wobei ein Ausfall in der Verwendung benötigter.Energie kostspielig ist.

Ein verbessertes Verfahren zum Verstopfen von Stichlöchern

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verwendet geformte frische Holzstopfen. Diese werden am Ende eines Abstichs in die Abstichhülse eingesetzt, wodurch sich das erschmolzene Material am Stopfen verfestigt und den Materialstrom unterbricht. Der Holzteil wird dann aufgrund der Hitze und des Fehlens von Luft in Holzkohle umgewandelt.

Die Verwendung von hölzernen Stopfen stellt ein einfacheres Verfahren für das Verstopfen und Öffnen der Stichlöcher dar, da das Vorbohren des Stichlochs unnötig ist. Das Ausbrennen des verkohlten Stopfens mit der Sauerstofflanze ist leichter als bei Tonstopfen und ergibt eine geringere Beschädigung der Abstichhülsen. Die Lagerhaltung von Holzstopfen ist ein geringeres Problem.

Holzstopfen sind jedoch nicht vollständig zufriedenstellend. Sie sind teurer als Ton, und es können zum Entlasten des Ofendrucks Ladungsverringerungen erforderlich sein. Sie sind leichter einzusetzen, wobei jedoch das Personal noch dem spritzenden geschmolzenen Material ausgesetzt ist, das erzeugt wird, wenn sich die Feuchtigkeit im frischen Holz in Dampf verwandelt.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Verstopfen von Stichlöchern in einem Phosphorofen vorgesehen, das sich auszeichnet durch Vorsehen eines hohlen Stopfens mit Wänden aus verfilzten feuerfesten keramischen Fasern, die sich an ihrer Berührungsstelle an die Öffnung des Stichlochs anpassen, wobei der Stopfen wenigstens ein hohles Ende aufweist und durch die- .. ses hindurch einen stützenden Drückstopfen aufnehmen kann, durch Anbringen des hohlen Stopfens auf dem Drückstopfen, der die Innenfläche des hohlen Stopfens berühren kann, durch Einsetzen des am Drückstopfen angebrachten hohlen Stopfens in das Stichloch, durch Ausüben einer ausreichend großen Kraft zur Herstellung einer Abdichtung zwischen den Außenwänden des hohlen Stopfens und der Stichlochöffnung, durch Festhalten des Drückstopfens an seinem Ort, bis sich ausreichend viel er-

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schmolzenes Ofenmater.ial am Stopfen verfestigt hat und hierdurch das Stichloch verstopft, und durch Entfernen des Drückstopfens.

Die Abstichstopfen der Erfindung bestehen aus feuerfesten keramischen Fasern und sind eine bekannte Klasse von glasartigen Isoliermaterialien mit Anwendungen bei Temperaturen von über 1O93°C. Derartige Fasern umfassen für alle praktischen Zwecke drei ausgedehnte Kategorien: AlpO^-SiOp-Fasern und deren chemische Modifikationen, hoch SiOp-haltige ausgelaugte und gebrannte Glasfasern bis zu 99%+ SiO₂ und flammengeschwächte SiOp-Fasern. Weniger üblich sind Al₂O,- und ZrO₂ -Fasern. Aufgrund ihrer verhältnismäßig niedrigen Kosten werden Al₂O, - SiO₂ .(Kaolin)-Fasern kommerziell hergestellt und bilden tatsächlich die Hauptmasse des Markts für feuerfeste Fasern.

Feuerfeste Fasern werden durch Bildung einer Schmelze aus in der Hauptmasse der Hauptmasse aus mineralischem Material hergestellt, wobei dann die Schmelze durch Techniken, wie das Dampfblasen oder Spinnen, zu Fasern gebildet wird. Die Rohfasern können in beträchtlicher Menge kleine Kugeln oder Schrot enthalten, der entfernt werden sollte, wenn hohe thermische Wirksamkeit benötigt wird.

Feuerfeste Fasern können zu zahlreichen Strukturen verarbeitet werden, etwa zu Riemen, Blöcken, Tafeln, Seilen, textlien Formen, Papier, Schläuchen, Klebstoffen, vergießbarem Material und Sprühüberzügen. Eine besonders nützliche und kommerziell bedeutsame Technik zur Erzielung von feuerfesten Gestalten ist das Vakuumformen. Dies wird ausgeführt durch Zuführen von losen Fasern in Wasser, das organische und anorganische Bindemittel enthält.

Der verwässerte Schlamm enthält für gewöhnlich etwa 25-30% Feststoffe und wird in speziellen Gießformen zur Ablagerung

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keramischer Fasern auf der Oberfläche eines engmaschigen Siebs vakuumgeformt. Der naße Guß wird dann nach Erzielung der gewünschten Form und Dicke abgelöst und erhält beim Trocknen eine verwendbare Gestalt aus verfilzten Fasern. Das Vakuumformen kann wirksam verwendet werden zum Herstellen einer großen Vielzahl von komplexen feuerfesten Gestaltungen und Größen und wird bei der Herstellung der keramischen Stopfen der Erfindung bevorzugt. Für eine ganze und vollständige Besprechung von feuerfesten Fasern wird auf Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 2.Auflage, Band 17_f Seiten 285-295»verwiesen.

Bei der Ausführung der Verstopfvorgangs durch das vorliegende Verfahren wird ein vakuumgegossener keramischer Stopfen auf einem hitzefesten Drück- oder Haltestopfen angebracht, der an einem rohrförmigen Handgriff geeigneter Länge befestigt ist. Diese Anordnung wird dann zum Verstopfen des Ofenstichlochs angewendet. Der Drückstopfen wird an seinem Ort gehalten, bis sich genügend erschmolzenes Ofenmaterial am keramischen Stopfen verfestigt hat, um das Abdichten des Stichlochs zu bewirken.

Die Stopfen der Erfindung sind vorzugsweise in die Gestalt von Kegeln geformt, die eine Wanddicke von 0,635-1»27 cm haben. Diese werden durch Vakuumguß eines Schlamms aus ΑΙρΟ,-SiOp-(Kaolin)-Fasern erhalten, etwa den von der Carborundum Company unter der Handelsbezeichnung Fiberfrax hergestellten keramischen Fasern. Der Schmelzpunkt dieses Produkts beträgt 1793°C, der Dichtebereich 224,26-640,74 kg/m' und die spezifische Wär me 1,13 J/kg°K.

Die Stopftiefe des Abstichblocks kann durch Auslegungsveränderungen des keramischen Kegels oder durch Stapeln eines oder mehrerer Kegel verändert werden.

Der Drückstopfen muß in der Lage sein, den thermischen und me-i chanischen Belastungen zu widerstehen, die beim Abstichvorgang

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angetroffen werden.

Geeignetes Stopfenmaterial enthält Metalle und Nichtme- ; talle mit der benötigten Strukturfestigkeit und der benötigten Temperaturfestigkeit. Beispielsweise Stopfen sind aus Stahl oder Graphit oder Kombinationen hiervon hergestellt.

Vakuumgegossene keramische Stopfen sind zum Abdichten von Stichlöchern in Fhosphoröfen ideal, da sie trocken sind, wodurch die Gefahr des Spritzens des erschmolzenen Materials aufgrund der Feuchtigkeit beseitigt ist. Darüberhinaus sind derartige Stopfen elastisch und zusammendrückbar und passen sich somit an Unregelmäßigkeiten in den Ofenstichlöchern an unter Erzeugung einer zwangsläufigen .Abdichtung und einer Unterbrechung des Stroms des erschmolzenen Materials.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines elektrischen Phosphorofens, in dessen Stichlöcher die keramischen Stopfen der Erfindung eingesetzt sind;

Fig. 2 einen Querschnitt der Ofenwand von Fig. 1 mit der Darstellung eines Stichlochs mit eingesetzten und durch einen Drückstopfen gehaltenen keramischen Stopfen nach der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des keramischen Stopfens der Erfindung mit der Gesamtform eines Kegels;

Fig. 4 ein weiteres Beispiels des keramischen Stopfens der Erfindung in Form eines Kegels mit doppelter Kegelform.

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Phosphorofen 2, dessen Stichlöcher mit den keramischen Stopfen 36 der Erfindung verschlossen sind. Der Phosphorofen enthält abwärts verlaufende Elektroden 13, Zufuhrrutschen 14, durch die eine Ladung dem Ofen

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zugeführt wird, und einen Kanal 15, durch den Gase aus dem Innenraum des Ofens gefördert werden. Die Wand 17 des Ofens besteht aus nichtrostendem Stahl und ist auf der Innenseite mit verschiedenen Lagen von Kohlenstoffzieg?eln ausgekleidet. Graphithülsen 18 sind um den Ofen herunt verteilt und erstrecken sich durch dessen Wände. Die Hülsen haben eine zentrale Bohrung, durch die die geschmolzene Schlacke oder das Phosphoreisen während des Abstichvorgangs abgelassen werden. Die Hülsen sind so ausgelegt, daß sie nach dem Erodieren und Erweitern der Löcher ersetzt werden. Im Betrieb werden die Abstichhülsen verstopft und die Stopfen periodisch unter Verwendung einer Sauerstofflanze geöffnet zur Entfernung von überschüssigem erschmolzenem Ofenmaterial. Die keramischen Stopfen 36 der Erfindung setzen dem öffnen des Stichlochs nur einen geringen Widerstand entgegen.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Wand des Phosphorofens von Fig. 1 mit der Ofenwand 3 aus nichtrostendem Stahl und den isolierenden Kohlenstoffziegeln 16. Ein keramischer Stopfen 36 nach der Erfindung befindet sich in der Stichlochöffnung 34 der Graphithülse 1Θ. Die Einsetzanordnung 37 besteht aus einem Handgriff 37b, der an der Basis eines hitzefesten Drückstopfens 37a befestigt ist, der aus einer hitzefesten Substanz, etwa Graphit, Stahl oder dergli, hergestellt ist. Das Verstopfen des Stichlochs 34 wird ausgeführt durch Setzen des keramischen Stopfens 36 auf die Einsetzanordnung 37, die dann in das Stichloch 34 eingeführt wird. Die Einsetzanordnung 37 wird an ihrem Ort gehalten, bis das erschmolzene Material sich um den keramischen Stopfen 36 verfestigt hat, wodurch die Abdichtung des Stichlochs 34 bewirkt wird.

Der keramische Stopfen 36 ist aus den oben genannten vakuumgeformten Al₂Oj-SiO₂ (Kaolin)-Fasern hergestellt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verstopfen von Stichlöchern in einem Phosphorofen, gekennzeichnet durch:

Vorsehen eines hohlen Stopfens mit Wänden aus verfilzten feuerfesten keramischen Fasern, die sich an ihrer Berührungsstelle an die Öffnung des Stichlochs anpassen, wobei der Stopfen wenigstens ein hohles Ende aufweist und durch dieses hindurch einen stützenden Drückstopfen aufnehmen kann,

durch Anbringen des hohlen Stopfens auf dem Druckstopfen, der die Innenfläche des hohlen Stopfens berühren kann, durch Einsetzen des am Drückstopfens angebrachten hohlen Stopfens in das Stichloch, durch Ausüben einer ausreichend großen Kraft zur Herstellung einer Abdichtung zwischen den Außenwänden des hohlen Stopfens und der Stichlochöffnung, durch Festhalten des Drückstopfens an seinem Ort,bis sich ausreichend viel erschmolzenes Ofenraaterial am Stopfen verfestigt hat und hierdurch das Stichloch verstopft,und durch Entfernen des Drückstopfens.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen die Form eines Kegels hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückstopfen aus Stahl besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Keramikfasern aus Kaolinfasern bestehen.

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ORIGINAL INSPECTED