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Verfahren zur Erzeugung einer Oherflächenverbrennung für chemische,
metallurgische und andere Schmelzprozesse Die sogenannte Ob erflächenverorennung
kann nach der bisher vertretenen Anschauung mit Erfolg nur so ausgeführt werden,
daß man solche Oxyde als Kontaktkörper verwendet, deren Schmelz- bzw. Verdampfungspunkt
über der durch die Flamme hervorgerufenen Temperatur liegt.
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Es wurde nun die Beobachtung gemacht, daß die Oberflächenverbrennung
sich auch im flüssigen Medium zur Übertragung sehr hoher Temperaturen venvenden
läßt.
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Die Erfindung besteht darin, daß man ein zur Oberflächenverbrennung
geeignetes Gasgemisch oder die zu mischenden Gase unmittelbar in einen Schmelzfluß
einführt, wobei man erstens so hohe Drücke amvendet, daß der Gegendruck der Schmelze.
mit Sicherheit überwunden wird, zweitens eine solche Verteilung der in die Schmelze
eintretenden Gase vornimmt, daß eine einer Schaumbildung entsprechende Vermischung
von Gas und Schmelze sich einstellt, und drittens die Gase in die Schmelze in tangentialer
Richtung einführt, so daß Teile der Schmelze in einem durch die Strömungsrichtung
der Gase bestimmten Sinne umgexvälzt werden.
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Der offen kann aus einem Metallgefäß bestehen, das innen mit Schamotte
ausgefüttert ist. Zur getrennten Einführung von Luft und Heizgas dienen z. B. zwei
tangential angeordnete Düsen.
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Es ist aber empfehlenswerter, die Einführung der Gase bzw. des Gasgemisches
an mehreren Stellen vorzunehmen, indem man z. B. die Düsen kranzförmig in einer
Ebene anordnet. Luft und Gas können getrennt eingeführt werden, da sie sich bei
der tangential gerichteten Bewegung der Schmelzestetsrichtig mischen.
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Die tangentiale Anordnung von Einblasedüsen an Öfen ist bereits bekannt,
jedoch diente sie bisher einem ganz anderen Zweck; entweder handelte es sich dort
um tangential gerichtete Heizflammen, die nicht in die Schmelze eindringen, sondern
ihre Oberfläche nur bestreichen, oder um den besonderen Zweck, die Zufuhr von T;Vind
und Wasser in Kupol- und Hochöfen einem ständigen\Vechsel zu untenverfen. Dagegen
werden bei dem vorliegenden Verfahren Heizgase und Luft in bestimmtem Verhältnis
unter entsprechendem Überdruck in eine Schmelze eingepreßt, wobei die tangentiale
Anordnung der Düsen dazu dient, die für die Oberflächenverbrennung im flüssigen
hIediumnotxvendigecharakteristische Verteilung der Gase in der Schmelze und die
Bewegung und Umwälzung derselben in der Einströmungsrichtung hervorzurufen.
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Bei der Durchführung eines Schmelzprozesses wird der Ofen zunächst
mit kleinen Briketts, bestehend aus den Bestandteilen des venvendeten Reaktionsgemisches,
gefüllt und
nun Heizgas und vorgeheizte Luft eingepreßt und gezündet.
Zunächst findet eine gewöhnliche Oberflächenverbrennung statt. Nach kurzer Zeit
schmelzen die Briketts, und die Gase treten nunmehr in eine Schmelze oder in eine
Suspension von geschmolzenen und ungeschmolzenen Teilen ein, indem sie das Gemisch
in der Richtung ihrer eigenen tangentialen Bewegung mitnehmen. Nach dem Austritt
aus der Schmelze werden die Gase zur Vorwärmung von neuer Substanz (Reaktionsgemisch
und Gas) benutzt.
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Die Gase werden, um die Bildung von Gassäcken zu vermeiden und um
eine schaumartige Verteilung zu erzielen, durch feine Düsen oder Spalten unter einem
entsprechenden Überdruck in die Schmelze eingeführt.
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Der Überdruck ist natürlich von Fall zu Fall stark von dem hydraulischen
Gegendruck der Schmelze und der Feinheit der Einblasedüsen abhängig. Im allgemeinen
wird ein Überdruck von 0,6 bis o, 8 atü genügen. Von besonderer Bedeutung ist der
Überdruck bei Schmelzprozessen, bei denen sich leicht Sinterzonen herausbilden,
die der gleichmäßigen Durchdringung mit dem Gasstrom einen erheblichen Widerstand
entgegenstellen. Zu dessen Überwindung und zur Herbeiftihrung einer endgültigen
Schmelzung ist in diesem Falle die Anwendung enger Düsen und eines hohen Gasdruckes
notwendig.
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In gegebenen Fällen kann man auch KoMe (Kohlestaub, Teeröle usw.)
mit den Gasen in die Schmelze injizieren und somit. die Kohle zur Erzeugung der
Verbrennungswärme heranziehen, auch kann man die Injektion von Bestandteilen des
Reaktionsgemisches damit verbinden.
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Man kann auch das Verfahren, z. B. um Kalk und Bauxitkohlebriketts
in Reaktion zu bringen, in der Weise durchführen, daß man die Ausgangsprodukte nicht
mischt, sondern in verschiedenen Schichten übereinander lagert.
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Für diesen Fall werden mehrere Düsenebenen übereinander vorgesehen.
Die Oberflächenverbrennung erhitzt dann zunächst die einzelnen Lagen sehr hoch,
und die Schmelzung beginnt gegebenenfalls nach dem Herabsinken des reduzierten Eisens
an der Berührungsebene der Schichten aus heterogenen Materialien. Nunmehr läuft
der verfliissigte Anteil sehr rasch nach unten, und schließlich treten die Gase
in die mehr oder weniger homogene Schmelze ein. Bei dem Verfahren zur Herstellung
von Tonerdezement aus Bauxit und Kalk wird oxidierend geblasen.
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Manchmal ist der Zusatz von die Schmelzung beeinflussenden Substanzen
zweckmäßig, die gegebenenfalls bei Eintritt höherer Temperatur wieder verdampfen
können; man kann so z. B. Kochsalz mit der Luft direkt in die Schmelze geblasen
und auf diesem Wege Alkalien usw. auf Reaktionsgemische einwirken lassen.
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Beispiel l Kirschgroße Briketts aus einem Gemenge von 4 kg Naturphosphat
(mit etwa 35 % P2O5 und 2,5 % Al2O3 + Fe2O3) mit 2 kg Kieselsäure oder reinem Quarzsand
werden in den Ofen eingeführt und zunächst als feste Körper im Feuer einer gewöhnlichen
Oberflächenverbrennung erhitzt. Ein Leuchtgas-Luft-Gemisch mit stöchiometrischerZusammensetzung
wird, jedes Gas getrennt, stark vorgeheizt und mit 0,7 atü (530 mm Hg) in den Ofen
eingeführt. Bei ungefähr I6500 schmelzen die eingegebenen Briketts zu einem Calciumphosphat-Kieselsäure-Gemengezusammen.
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Die Verbrennung des Gasgemisches geht nun nach Art der Oberflächenverbrennung
im flüssigen;lledium vor sich. Aus der Schmelze entweichen zuerst kleine mengen,
später um I7000 herum der größte Teil des Phosphors in Form von P2O5. Der Ofen wird
so lange betrieben, bis keine Phosphorsäure mehr entweicht, darauf zum Teil entleert;
nunmehr wird wieder Phosphat und Kieselsäure eingetragen und weiter geblasen. Statt
Rieselsäure kann man auch Ton verwenden.
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Beispiel 2 6 kg schwefelarmer Kupferstein (50 % Cu, 3,5 % FeS) werden
zuerst in einem gewöhnlichen Schmelzofen eingeschmolzen und im flüssigen Zustande
in den vorgeheizten Oberflächenverbrennungsofen eingegossen, während die Düsen bereits
Preßgasflammen (Gasdruck etwa I atü) erzeugen. In der bewegten Schmelze verbrennen
dann die durch die Düsen eingeblasenen Gase in feiner, schaumblasenartiger Verteilung.
Es wird zunächst mit einem Überschuß an Gas gearbeitet, bis der Schwefel größtenteils
verbrannt ist, und sodann wird ein Leuchtgas-Luft-Gemisch (I :5) eingestellt, wobei
der Rest des Schwefels verbrennt. Das noch in der Schmelze enthaltene Eisenoxydul
wird durch Zusatz von etwa 210 g SiO, verschlackt. Das oxydulhaltige Kupfer wird
zuletzt durch Einblasen von Gasüberschuß gepolt. Der Prozeß verläuft bei einer Temperatur
von etwa 1300° C, zuletzt bei höherer Temperatur. Die Luft oder das Leuchtgas brauchen
daher nicht stark vorgeheizt zu werden. So kann man vor allem auch kupferanne Schlacken
verarbeiten.
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Beispiel 3 6 kg basische tonerdereiche Hochofenschlacke (34 % SiO2,
18 % Al2O3, 40 % CaO, Rest MgO + MnO) werden in flüssigem
Zustande
in den vorgeheizten Ofen eingegossen. Schon während des Eingießens der flüssigen
Schlacke werden durch Einführen eines stöchiometrischen Leuchtgas-L uft-G email
sches durch die Düsen Preßgasflammen erzeugt. Bei einem Druck von 0,6 atü werden
sodann die Gase getrennt durch zwei Düsenebenen in feiner, schaumblasenartiger Verteilung
in die Schmelze eingeführt, verbrennen dort nach Art der Oberflächenverbrennung
und heizen die Schmelze weiter. Durch das tangentiale Einblasen der Gase wird die
Schmelze selbst umgewälzt und gut durcheinandergemischt. Man erhält eine für den
Guß voll Pflastersteinen geeignete Schmelze, die nach beendigter Schmelzung, wie
üblich, in Formen vergossen wird.