DE2709512C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es in der US-PS 35 99 953 angegeben ist.

Elementarer Phosphor wird durch Schmelzen und Reagierenlassen ei­ nes Gemisches aus Phosphorerz, eines Kohlenstoffreduktionsmittels, etwa Koks, und eines Flußmittels, etwa Silikatstein, in einem Elektroofen mit untergetauchtem Lichtbogen hergestellt. Aus dem erschmolzenen Material wird Phosphordampf freigegeben, dann gesammelt und in flüssiger Form kondensiert. Verbleibendes er­ schmolzenes Material besteht aus Eisenphosphormetall und Schlacke, die infolge der Dichte getrennt, periodisch durch bezeichnete Stichlöcher entleert und in Kühl- und Absetzbereiche eingeführt werden.

Das Abstechen ist aufgrund der hohen Temperaturen (1538°C), der korrosiven Eigenschaften des erschmolzenen Materials und des Rauchs ein schwieriger Vorgang. Bisherige Abstechvorgänge er­ fordern pneumatische Bohrer zum Durchbrechen gehärteter Ab­ stichstopfen aus Ton und verfestigtem Material, um dem er­ schmolzenen Ofeninhalt ein Abfließen zu ermöglichen. Ein wei­ teres Verfahren zum Öffnen von Abstichstopfen umfaßt die Ver­ wendung 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 Zünd­ quelle wird das Rohrende durch Verbrennung mit Sauerstoff weiß­ glühend 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 Stichstop­ fen 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 Abstich­ vorgang kann die Arbeit gefährlich sein. Tonstopfen mit dem richtigen Feuchtigkeitsgehalt müssen vor jedem Verstopfen be­ reitet 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 elek­ trische 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 verwendet geformte frische Holzstopfen (US-PS 35 99 953). Diese werden am Ende eines Abstichs in die Abstichhülse eingesetzt, wodurch sich das erschmolzene Material am Stopfen verfestigt und den Ma­ terialstrom 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 benötigt 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 geringe­ res Problem.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß bei geringem Kosten­ aufwand ein leichtes Einsetzen bei zuverlässiger Abdichtung der Abdichtung der Abstichöffnung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Die verfilzten feuerfesten keramischen Fasern passen sich an der Berührungsstelle an die Öffnung des Stichloches an, so daß schnell eine zuverlässige Abdichtung des Stichloches er­ zielt wird. Die Herstellung des Faserstopfens ist kostengünstig und er kann leicht eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es 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 Erfin­ dung;

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

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

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Phosphorofen 2, dessen Stich­ löcher mit keramischen Stopfen 36 verschlos­ sen sind. Der Phosphorofen enthält abwärts verlaufende Elektro­ den 13, Zufuhrrutschen 14, durch die eine Ladung dem Ofen 12 zugeführt wird, und einen Kanal 15, durch den Gas aus dem In­ nenraum des Ofens gefördert werden. Die Wand 17 des Ofens be­ steht aus nichtrostendem Stahl und ist auf der Innenseite mit verschiedenen Lagen von Kohlenstoffziegeln ausgekleidet. Graphithülsen 18 sind um den Ofen herum verteilt und erstrecken sich durch dessen Wände. Die Hülsen haben eine zentrale Boh­ rung, durch die die geschmolzene Schlacke oder das Phosphor­ eisen 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 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 befindet sich in der Stichlochöffnung 34 der Graphithülse 18. Die Einsetzanordnung 37 besteht aus einem Handgriff 37 b, der an der Basis eines hitzefesten Drück­ stopfens 37 a befestigt ist, der aus einer hitzefesten Substanz, etwa Graphit, Stahl oder dergl., hergestellt ist. Das Verstop­ fen des Stichlochs 34 wird ausgeführt durch Setzen des kerami­ schen 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 Abdich­ tung des Stichlochs 34 bewirkt wird.

Die Abstichstopfen bestehen aus feuerfesten keramischen Fasern. Es werden glasarti­ ge Isoliermaterialien verwendet, die Temperaturen über 1093°C standhalten. Derartige Fasern umfassen drei Kategorien: Al₂O3-SiO₂-Fasern und deren chemische Modifikationen, hoch SiO₂-haltige ausgelaugte und gebrannte Glasfasern bis zu 99% + SiO₂ und flammengeschwäch­ te SiO₂-Fasern. Weniger üblich sind Al₂O₃- und ZrO₂-Fasern. Aufgrund ihrer verhältnismäßig niedrigen Kosten werden Al₂O₃-SiO₂ (Kaolin)-Fasern kommerziell hergestellt und bilden die Hauptmasse des Markts für feuerfeste Fasern.

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

Eine geeignete Technik zur Erzielung von feuerfesten Ge­ stalten ist das Vakuumformen. Dies wird ausgeführt durch Zu­ führen von losen Fasern in Wasser, das organische und anorga­ nische Bindemittel enthält.

Der verwässerte Schlamm enthält für gewöhnlich etwa 25-30% Feststoffe und wird in speziellen Gießformen zur Ablagerung keramischer Fasern auf der Oberfläche eines engmaschigen Siebs vakuumgeformt. Der naße Guß wird dann nach Erzielung der ge­ wünschten Form und Dicke abgelöst und erhält beim Trocknen eine verwendbare Gestalt aus verfilzten Fasern. Das Vakuumfor­ men kann wirksam verwendet werden zum Herstellen einer großen Vielzahl von komplexen feuerfesten Gestaltungen und Größen und wird bei der Herstellung der keramischen Stopfen bevorzugt. Zu feuerfesten Fasern wird auf Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Auflage, Band 17, Seiten 285-295, ver­ wiesen.

Bei der Ausführung des Verstopfungsvorgangs 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 sind in der Gestalt von Kegeln geformt, die eine Wanddicke von 0,635-1,27 cm haben. Diese werden durch Vakuumguß eines Schlamms aus Al₂O₃-SiO₂- (Kaolin)-Fasern erhalten, etwa den von der Carborundum Company unter der Handelsbezeichnung Fiberfrax hergestellten kerami­ schen Fasern. Der Schmelzpunkt dieses Produkts beträgt 1793°C, der Dichtebereich 224,26-640,74 kg/m³ und die spezifische Wär­ me 1,13 J/kg°K.

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

Der Drückstopfen muß in der Lage sein, den thermischen und me­ chanischen Belastungen zu widerstehen, die beim Abstichvorgang 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 Phosphoröfen auch deshalb gut geeignet, weil sie trocken sind, wodurch die Gefahr des Spritzens des erschmolzenen Materials aufgrund der Feuchtigkeit beseitigt ist. Darüber hinaus sind derartige Stopfen elastisch und zusammendrückbar und passen sich somit an Unregelmäßigkeiten in den Ofenstichlöchern an unter Erzeugung einer zwangsläufigen Abdichtung und einer Un­ terbrechung des Stroms des erschmolzenen Materials.

Claims (2)

1. Verfahren zum Verstopfen von Stichlöchern in einem Phos­ phorofen, bei dem ein Stopfen in das Stichloch dichtend eingesetzt wird, mit Hilfe eines Drückstopfens solange gehalten wird, bis sich das erschmolzene Ofenmaterial im Stichloch verfestigt hat, und worauf der Drückstopfen entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein topf- oder hohlkegelförmiger Stopfen aus ver­ filzten feuerfesten keramischen Fasern verwendet wird, wobei der Drückstopfen die Innenflächen des Stopfens abstützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen aus Kaolinfasern besteht.