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Verfahren und Vorrichtung zur Beschickung von elektrischen Öfen Man
hat bereits bei elektrischen Öfen Reduktionsverfahren vorgeschlagen, bei denen die
heterogene Beschickung der Ausgangsstoffe in waagerechten Schichten erfolgt oder
bei denen die zu reduzierenden Stoffe mit den Reduktionsmitteln vermischt eingebracht
werden. Der Nachteil dieses Verfahrens beruht in der Stromführung. Der Strom wird
bei diesem Verfahren nur an der Seite geführt, der untere Teil der Elektrode besitzt
überhaupt keine oder nur sehr wenige Stromfäden. Die Stromdichte ist an diesen Stellen
sehr gering. Es findet demnach auch keine chemische Reaktion statt, da keine Energie
zu diesen Stoffen geführt wird.
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Weiter wurde schon ein Reduktionsverfahren mit Beschickung der Ausgangsstoffe
in senkrechten Schichten vorgeschlagen, wobei die zu reduzierenden Stoffe und die
Reduktionsmittel für sich 'allein jeweils radial nebeneinandergeschichtet sind.
Bei diesem Verfahren ist die Stromausbildung ebenfalls ungleichmäßig. Die Leiterflächen,
die eine größere Leitfähigkeit besitzen, führen hauptsächlich den Strom, während
die Abschnitte mit geringerer Leitfähigkeit nur geringe Stromdichten aufweisen müssen.
Hierdurch wird die Energieumsetzung auch ungleichmäßig, und der Energierverbrauch
wird dadurch gesteigert.
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Schließlich ist noch vorgeschlagen worden, die ganzen schlecht leitenden
Stoffe in unmittelbarer Nähe der Elektrode anzuhäufen und die gut leitenden Stoffe
von der Elektrode entfernt in der Nähe der Ofenzustellung unterzubringen. Dieses
Verfahren hat den Nachteil, daß die Elektrodenkohle sehr stark mit den weniger leitfähigen
Reduktionsmitteln in chemische Reaktion tritt und aufgebraucht wird. Hierbei wird
der Strom nicht seitlich ausgebreitet, sondern infolge des hohen Widerstandes, der
allein die Elektrode berührenden, schlechter leitenden Stoffe nur nach dem Boden
zu geleitet.
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Vorliegende Erfindung betrifft ein solches Verfahren zur Beschickung
eldktrischer Öfen zwecks elektrothermischer Reaktion mit heterogenen Ausgangsstoffen
in übereinandergelagerten Schichten, welches Verfahren sich von dem bekannten dadurch
unterscheidet,
daß die Hauptmenge_ der Beschickung (enthaltend die
ganzen besser leitenden Stoffe, aber nur einen Teil der schlechter leitenden Stoffe)
in mehrmaliger Schichtung als ringförmige Wellenfelder mit radial gerichteten Wellenkämmen
so eingebracht wird, daß die nicht oder nur ungenügend leitenden Stoffe (enthaltend
den Restteil der schlechter leitenden Stoffe) alsdann in jedem Wellental der besser
leitenden Beschickungsstoffe in Linsenform liegen.
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Dieses Verfahren ermöglicht eine allseitige Ausbreitung des Stromes
in waagerechter und zugleich auch in senkrechter Richtung. Zugleich sind bei dieser
Art der Beschickung die Kontaktflächen zwischen den verschiedenartigen Beschickungsmaterialien
einerseits als auch zwischen ihnen und der Elektrode stets die gleichen. Demgemäß
tritt durch die Art der Beschickung eine gleichmäßige Reaktion bzw. Reduktion des
Schmelzgutes ein. Infolge des gleichmäßigen Abbrandes läßt sich die Beschickung
vorteilhaft in geschlossenen Ofen verwenden.
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Bei der neuen Ofenbeschickung ist auch der Vorteil vorhanden, daß
der cos 9p wesentlich gesteigert wird. Es wurde bei Einführung der neuen Beschickung
beobachtet, daß der cos (p, der früher o,88 betrug, bei der neuen Beschickung auf
o,96 stieg. Da man die Stromausbreitung auf größere Räume ausdehnt, so wird damit
die Möglichkeit geschaffen, die Reaktion zweckmäßiger durchzuführen. Auch die Stellen,
die früher brachlagen und deshalb nicht reaktionsfähig werden konnten, werden jetzt
auch vom Strom beeinflußt.
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Die Leistungszufuhr wird erhöht und damit ein wirtschaftlicher Betrieb
geschaffen. Bei einem Ofen von io ooo kW werden bei der früheren Beschickung nur
etwa 88oo kW ausgenutzt, während bei der neuen Beschickung eine Energieumsetzung
von o,96, das sind 96oo kW, ermöglicht wird. Die Aus-'beute wird durch diese gesteigerte
Energiezufuhr merklich erhöht. Gleichzeitig wird ein sparsameres Arbeiten bei dieser
Beschickung ermöglicht, und der Verbrauch an Koks wird erniedrigt.
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Durch Versuche ist auch festgestellt worden, daß man bei der neuen
Beschickung eine Ersparnis von 1q.°1, an Reduktionsmitteln hat. Diese Ersparnis
erlaubt es auch, die Stoffe viel gleichmäßiger herzustellen als bei früheren Verfahren,
wo das Reduktionsmittel noch in feiner -Emulsion in dem Austrag in Mischung vorhanden
war.
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Das Anwendungsgebiet solcher Ofen erstreckt sich auf die Herstellung
von Calciumcarbid, Ferrosilicium, Ferromangan, Ferrochrom usw. Für Zink und Kupfer
ist das Verfahren nicht wirtschaftlich. Somit bezieht sich dieses Verfahren ganz
allgemein auf solche elektrothermischenOfenreaktionen, die als Ausgangsstoff ein
Gemisch eines oder mehrerer besser leitender Stoffe mit einem oder mehreren schlechter
leitenden Stoffen zur Voraussetzung haben.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist
in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen: Abb. I ein Schema der Abwicklung
der Zone zwischen der Elektrode und der Zustellung im Schnitt, Abb. II einen Längsschnitt
durch den Ofen nach Linie II-II der Abb. III, Abb. III einen Halbschnitt durch den
Ofen nach Linie III-III der Abb. II und nach Linie IV-IV derselben, Abb.IV einen
Längsschnitt durch einen Auslaßtrichter mit zwei aneinanderliegenden Auslaßschnauzen
und durch die Schichtung des Einfüllgutes, Abb. V einen Schnitt durch Stromzufuhr
und Abdichtung an der Elektrode in größerem Maßstabe gezeichnet, Abb. VI einen Schnitt
durch die Abdichtungseinrichtung der Elektrodenplatten, . Abb. VII eine Oberansicht
der Beschickung .mit Schnitt durch Elektrode und Zustellung. Aus der schematischen
Darstellung der Abb. I sowie aus den Schnittabbildungen Il bis IV und der Oberansicht
nach Abb. VII erkennt man, wie sich auf dem Boden des Herdes und in allmählicher
Schichtung von unten nach oben die gleichmäßig gemischten Mischungsstoffe 2 ausbreiten,
die aus den Trichtern 3 mit Hilfe der Schnecken q. zugeführt werden. Unter jedem
Trichter bilden sich kugelige Erhöhungen nach dem Böschungswinkel der zugeführten
Stoffe, die in ihrem Zusammenhange in der Schmelzwanne ein ringförmiges Wellenband
darstellen.
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Während die Mischungsstoffe des Wellenbandes 2 in der Hauptsache die
gut leitenden Stoffe enthalten, werden in die Wellentäler des Bandes 2 durch die
Schnecken 12 mit den Auslaßschnauzen 13 die schlechter leitenden Stoffen i eingebracht,
die sich etwa linsenförmig in den Wellentälern ausbreiten. Diese schlechter leitenden
Stoffe in den linsenförmigen Aufschichtungen ii sind mengenmäßig geringer und übersteigen
in der Höhe die Höhe der Wellenberge des Bandes :z der besser leitenden Mischungsstoffe
nicht.
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Durch diese Art des Einbringens entstehen die als ringförmige Wellenbänder
ausgebildeten Zonen 8 mit -ununterbrochen guter Leitfähigkeit auf ihre ganze Höhe.
In denWellentälern zwischen den Zonen 8 liegen die Zonen 9 schlechter leitender
Stoffe linsenförmig
eingebettet. Die in Abb. I gezeigte schematische
Darstellung läßt eine kleine Unterbrechung der linsenförmigen Teilchen in senkrechter
Richtung erkennen. Diese linsenförmigen Teilchen können sich aber auch in senkrechter
Richtung berühren, um jeweils ringsum ununterbrochen in senkrechter Richtung durchlaufende,
jeweils aber voneinander getrennte Zonen 9 geringerer Leitfähigkeit zu bilden. Die
jeweils gewünschte Art der Schichtung hängt lediglich von der Entfernung der Einfülltrichter
voneinander und von der Auffüllzeit ab.
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Die Art der Ausbreitung derBeschickungsstoffe in radialer Richtung
ist schematisch in der Schnittabbildung nachAbb.II dargestellt.
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Infolge des guten, durch diese Beschickungsart erzielten Abbrandes
sowie auf Grund der weiteren, bereits in der Einleitung hervorgehobenen Vorteile
ist die Verwendung eines geschlossenen Ofens möglich, wie er aus den Abb. II und
III zu erkennen ist. Die Abb. II zeigt auch die waagerechten Schichtungen des besser
leitenden Gemisches :2 und der schlechter leitenden Zusatzstoffe II. Beide Beschickungsarten
werden durch doppelte Zufuhrtrichter eingebracht, die rings um den Ofen aufgebaut
sind und die Stoffe in den jeweils bestimmten Mengenverhältnissen mit Hilfe mehrgängiger
Schrauben 12 bzw. 4 (im allgemeinen drei Schraubengänge) abgeben.
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Die Beschickungsstoffe werden unter Steuerung durch Geschwindigkeitsregler
oder mit einem Motor aus den mit Scheidewänden in ihrer Mitte versehenen Ablauftrichtern
(Abb.IV) durch die Schnecken 12 bzw. 4 den Auslaßschnauzen 13 bzw. 3 zugeführt,
von wo aus die Beschickungsstoffe in die Schmelzwanne abfallen und dort sich so
schichten, wie oben erklärt.
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Die zur Förderung der besser und schlechter leitenden Stoffe dienenden
Schnecken 12 und 4 können in ihrer Geschwindigkeit beliebig und unabhängig voneinander
eingestellt werden, wodurch die Möglichkeit einer Veränderung der Beschickungsart
geschaffen wird. Man kann auf diesem Wege die Linsen flacher oder höher machen und
auch die Kegel der besser leitenden Stoffe höher oder niedriger ausgestalten und
schließlich auch die linsenförmigen Zwischenlagen einander berühren lassen u. dgl.
m.
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Zur besseren Arbeit und zwecks genaueren Abgrenzung der Mengen ist
es zweckmäßig, die Geschwindigkeitsregler der mengenbestimmenden Schnecken durch
Motoren auf elektromagnetische Weise zu steuern, um auf diese Weise eine Zufuhreinrichtung
zu erhalten, bei welcher beispielsweise auf 21/2 Umdrehungen für die Schnecke des
besser leitenden Gemisches zwangsläufig eine Schneckenumdrehung zur Förderung der
linsenförmigen, schlechter leitenden Beschickungsstoffe erfolgt.
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Die Mengenverhältnisse der Beschickungsstoffe zur Herstellung der
verschiedenen Produkte können beispielsweise folgende sein: Für die Herstellung
von Calciumcarbid kommen auf 5,13 kg Kalk 10,52 kg Koks, und diesen Mischungsstoffen
wird in den linsenförmigen Zwischenteilen 11,,7 kg Kalk zugegeben.
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Bei Ferrosilicium können beispielsweise der Mischung von o,86 kg Quarz,
9,95 kg Koks und 10,53 kg Kiesabbrand 10;8q. kg Quarz in Linsenform zwischengefügt
werden.
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Zur Herstellung von Ferrochrom gibt man beispielsweise in die Wellentäler
des Gemenges von 9 kg Chromeisensteiri 1o,6 kg Koks und 1,7 kg Kalk, in Linsenform
32,5 kg Chromeisenstein.
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Das Gemenge besteht beispielsweise bei der Herstellung von Ferromangan
aus 2,5 kg Erz, 9,18 kg Koks und 9,18 kg Kalk, und die linsenförmigen Zwischenstücke
werden jeweils von 27,1o kg Erz gebildet.
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Die Zufuhr des elektrischen Stromes zur Ofensohle einerseits und zur
leitenden Ummantelung der Schmelzwanne anderseits ist in Abb. II angedeutet. Eine
bewegliche Stromverbindung 22 führt sodann den elektrischen Strom zur Elektrode
23, die in Platten 24 geführt ist, welche ihrerseits wieder an stellbaren Gelenkeinrichtungen
26, 25 und einer Stange 30 (Abb. V) aufgehängt sind. Die Elektrodenplatten 24 liegen
ihrerseits an einem Ring 21 an, welcher auf dem Halsring 27 des leitenden Herddeckels
abgestützt ist, wie aus den Abb. II und V zu ersehen ist.
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Durch geeignete Kanäle, z. B. 18, 17 (Abb. II und V), kann Luft für
Kühlzwecke durch die Halteeinrichtung für die Elektrodenplatten durchstreichen,
und die Dichtheit benachbarter Kontaktplatten 24 wird durch eine Zuckerpaste 34
bewirkt, welche durch Öffnungen 33 des Ringes 21 in die Lücken zwischen den Kontaktplatten24
und der Elektrode eingepreßt wird (Abb. VI).
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Durch die zunächst schief, 27, sodann senkrecht, 31, verlaufende Ummantelung
des Ofens ragen Stockereinrichtungen 28, und weiter sind Schauöffnungen 2o angebracht,
durch die auch Luft eindringen kann, wie mit Pfeil 19 angedeutet. In den von der
Elektrodenführung einerseits und der Ofenzustellung anderseits gebildeten Raum gehen
die aus der Schmelzwanne entweichenden Gase, wie mit Pfeil 16 angedeutet, und in
diesen Raum ragen auch die Auslaßschnauzen 13. Nach oben wird dieser Ringraum durch
einen kaminartig verengerten Ringraum 14 weitergeführt, dessen Wandung 15 mit Kühleinrichtungen
versehen
ist. Durch die zutretende Luft soll auch hier wie bei der Elektrodenführung insbesondere
eine Kühlung eintreten. Inwiefern. durch den geschlossenen Ofen und die Gasabfuhr
auch jeweils gegebenenfalls eine Gewinnung von Abgasen möglich ist, hängt von den
jeweilig vorliegenden Verhältnissen ab.
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Der Ringkamin 14, 15 ist an der Außenwand; vom leitenden Ofendeckel
27, 31 ° getragen und an der Innenwand von der Verbindungseinrichtung der
Elektrode mit der Stromzuleitung (Abb. II und V) gehalten und läßt den im Ofen entstandenen
und sonst hinzugekommenen Gasen und Dämpfen freien Auslaß.
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Durch die Ausbildung des Ringkamines, an dessen. Außenwand sich die
Beschickungstrichter anschließen und durch dessen Außenwand die Zufuhrschnauzen
13 bzw. 3 hindurchragen, kommen' alle seitlichen Ofenbauteile in Wegfall, da der
Aufbau der ringförmigen Zustellung und des. Karhines, auf derselben selbst die Möglichkeit
gibt, alle weiteren obenliegenden Bauteile die Zufuhrleitung und deren Mechanismen,
Röhren für Ab-oder Zufuhr von Gasen, Dämpfen bzw. Rauch- und Staubentwicklung und
auch die Aufhängeeinrichtung für die Elektrode usw. aufzunehmen. Sodann wird der
Ofen sehr wirkungsvoll verschlossen, und die Verbindungsteile zwischen Ofendeckel
und- Zufuhreinrichtungen enthalten nur frei liegende Teile, so daß alle Einzeleinrichtungen
gleichzeitig vollkommen zugänglich sind.
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Durch die Wasserkühlung wird jede schädliche Erwärmung in den Wänden
des Ringkamines verhindert, so daß gegebenenfalls Hilfsreaktionen durchführbar sind.
Auch alle weiteren Hilfsarbeiten,. wie sie gegebenenfalls etwa durch Eirispritzen
zerstäubten Wassers oder Einleiten von Wasserdampf oder sonstigen Reaktionsstoffen
erforderlich werden; lassen sich- leicht. vornehmen, da. der Ofen vollkommen frei
liegt und nur die Einfuhrtrichter aufnimmt und infolgedessen auf etwa 3/4 Höhe zugänglich
bleibt.
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Durch - die Verbindungseinrichtung zwischen, der Elektrodenführung
und dem Oberteil des Ofendeckels kann . die Menge zuzuführender Luft ganz genau
eingeregelt werden, oder man kann die Lüftzufuhx auch völlig ausschalten; wobei
jede Bewegung der Elektrode. jederzeit möglich ist.
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Durch die gute Abdichtung benachbarter Elektrodenplatten mit Zuckerpaste
ist eine vollkommen genaue und vollständige Stromzufuhr zur Elektrode an beliebigen
Stellen möglich. Auf diese Weise ist die Zufuhr des elektrischen Stromes durch ein
gewöhnliches, einfaches Kontaktstück durchführbar.