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Eisengeschlossener Induktionsofen zur Reduktion von Metalloxyden Es
gibt rotierende, elektrisch geheizte Reduktionsöfen, in welchen der Heizstrom durch
das mit Kohle vermischte Mineral hindurchgeschickt wird. Da der Widerstand des Minerals
aber vor und nach der Reduktion sehr verschieden ist, kann diese Heizung nicht als
zuverlässig angesehen werden. Auch kann der entstehende Eisenschwamm zwischen den
Elektroden für den Strom Brücken bilden, in welchen infolge der starken Erhitzung
der Eisenschwamtn zu sintern beginnt, was Betriebsstörungen zur Folge hat.
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Es ist auch schon ein zum Schmelzen, Glühen o. dgl. dienender Induktionsofen
vorgeschlagen worden, der weder drehbar ist noch eine allseitige Wärmeeinwirkung
auf das Behandlungsgut ermöglicht. Bei .diesem Induktionsofen dient als Sekundärwicklung
eine offene Rinne, so daß hauptsächlich nur durch diese kleine Oberfläche Wärme
erzeugt und abgegeben wird, während die geringfügige Streuung nach den Seiten hin
zu vernachlässigen ist. Zudem teilt sich dem Behandlungsgut nur die Wärme mit, die
im oberen Teil der Rinne entwickelt wird, von wo aus ein Teil der Wärme durch die
Ofenwandung nach außen abströmt. Es bestehen hier also große Temperaturdifferenzen:
in der Nähe des die Wärme abgebenden Ringes wird die Temperatur am höchsten und
an der Ofenwandung am niedrigsten sein. Damit ist aber, ganz abgesehen von der Unmöglichkeit,
eine innige Mischung von Erz und Reduziermittel zu bewerkstelligen, ein vollkommener
Reduktionsprozeß ausgeschlossen.
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Schließlich ist schon ein metallurgischer Ofen vorgeschlagen worden,
der zwar als Induktionsofen bezeichnet ist, bei dem es sich aber um einen Widerstandsofen
handelt und bei dem die durch den feststehenden Drehstromtransformator in den Sekundärwicklungen
erzeugten Ströme durch Schleifringe mittels Polplatten an das Ofenfutter und von
hier aus in das Metall geleitet werden. Nach
einer anderen Ausführungsform
dieses Ofens soll die Sekundärwicklung des Transformators durch Erze gebildet werden,
die sich infolge Fliehkraft an den Wänden des Schmelzraumes lagern. Nun haben aber
das in den Eisenerzen vorkommende Eisenoxyd und dessen Beimengungen bekanntlich
einen derart hohen Widerstand, daß in der Erzschicht durch Induktion keine nennenswerten
Ströme und daher auch keine Wärme erzeugt werden können. Hinzu kommt, daß infolge
der konischen Form des Rotationsgefäßes das Mineral oben aus dem Gefäß herausgeschleudert
wird und sich demgemäß die theoretisch vorausgesetzte Erzschicht gar nicht bilden
kann. Eine weitere Ausbildung des vorgenannten Ofens sieht vor, daß der Ofenkörper
der, mittleren Kern des Transformators bildet. Es entsteht hierdurch ein magnetischer
Kraftfluß von ringförmigem Querschnitt, der nur Induktionswirkungen außerhalb des
Ringes ausüben kann, aber im Innern des Ringes jede Induktionswirkung ausschließt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen eisengeschlossenen Induktionsofen
zur Reduktion von Oxyden; sie besteht darin, daß zur gemeinsamen Aufnahme des Minerals
und des Reduktionsmittels ein hohlringförmiger, allseitig geschlossener Metallbehälter
dient, in welchem die sekundären Heizströme induziert werden, und der während des
Reduktionsvorganges langsam um seine waagerecht liegende Achse gedreht wird. Ein
weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß als Auslaßöffnungen für die
bei der Reduktion entstehenden Gase Ventile vorgesehen sind, die mechanisch oder
elektrisch derart gesteuert sind, daß sie nur geöffnet werden, wenn sie sich oberhalb
der durch die Drehachse gelegten Horizontalebene befinden. Gemäß der Erfindung sind
diese Ventile durch Leitungen an einem Sammelbehälter angeschlossen, welcher aus
einem mit dem Ofen drehbaren Teil und einem mit einer Ableitung versehenen feststehenden
Teil besteht.
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Der erfindungsgemäße Induktionsofen besteht somit aus einem vollständig
geschlossenen, ringförmigen Gefäß, bei welchem sowohl die zylindrischen Teile als
die Stirnflächen induziert und erwärmt werden. Die ganze innere Oberfläche. des
Gehäuses strahlt somit Wärme nach innen aus und teilt sie dem zu reduzierenden Oxyd
, mit. Dabei wird die ausgestrahlte Hitze ohne Verlust auf das im Ofen befindliche
Material übertragen, so daß nach einiger Zeit dieses Material genau die Temperatur
der Ofeninnenwandung annimmt. Hierbei kann durch Regulierung der Primärspannung
.die Temperatur auf io° genau eingestellt werden, ein Erfolg, der deswegen von besonderer
Wichtigkeit ist, weil sich der Reduktionsprozeß bei bestimmten Temperaturen am besten
und vollkommensten abspielt.
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Wird so bei dem Induktionsofen gemäß der Erfindung eine außerordentlich
gleichmäßige und zuverlässige Erhitzung des Behandlungsgutes gewährleistet, so ergibt
sich zugleich aus der langsamen Drehung des Induktionsofens eine fortlaufende innige
Mischung zwischen Oxyd und Reduktionsmittel, die es nicht nur .ermöglicht, feste
Reduktionsmittel vorteilhaft mit dem Erz zu verarbeiten, sondern auch andere, z.
B. gasförmige Reduktionsmittel mit sicherem Erfolg zu verwenden.
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Bei dem Ofen gemäß der Erfindung kann das entstehende Eisen keinen
Kurzschluß erzeugen, weil sich das Ofengefäß selbst schon im Kurzschluß befindet
und infolgedessen keine wesentlichen Spannungsdifferenzen auftreten können. Auch
insoweit ist also der erfindungsgemäße Ofen dem Stand der Technik überlegen.
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Die Erfindung bietet demgemäß gegenüber den bekannten Reduktionsverfahren
die wesentlichen Vorteile, daß einmal die Temperatur völlig gleichmäßig, und zwar
auf dem zur Reduktion nötigen Wert, gehalten werden kann, und daß ferner eine möglichst
innige Vermischung des Erzes mit dem Reduktionsmittel erreicht wird, ohne daß eine
Sinterung eintritt. Da endlich weder das Mineral noch die .Beimengung am Heizungsprozeß
teilnimmt, ist es möglich, für jedes Mineral nur die für die Reduktion unbedingt
nötige Menge an Beimengungen in den Behälter einzuführen.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch eine Ausführungsart
des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. i ist ein Aufriß.
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Abb. 2 ist Grundriß im Schnitt.
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Abb. 3 ist eine Einzelheit in großem Maßstab.
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In den Abb. i und 2 ist io das Magnetgestell eines Transformators
und i i dessen Primärwicklung. Die Sekundärwicklung ist durch das ringförmige, geschlossene
Metallgefäß i? gebildet, das nach außen gegen Wärmeverlust durch die Isoliermasse
13 geschützt ist. Das Ganze ist von einem durch Seitenplatten 1q. und einem Ring
15 gebildeten Mantel umgeben. Sowohl die Seitenplatten 14 als auch der Ring 15 müssen
natürlich unterteilt und gegeneinander isoliert sein, da sie sonst eine kurz geschlossene
Windung darstellen und infolgedessen auch vom Induktionsstrom geheizt würden.
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Der so gebildete Behälter ist in Lagern 16 drehbar und wird mittels
eines an seinem Umfang angebrachten Zahnkranzes 17 und einem damit in Eingriff stehenden
Zahnrad 1b (s. Abb.. i) angetrieben.
Das Gefäß 12 ist mit einer
Füllöffnung i9 versehen und weist außerdem auf seinem Umfang in regelmäßigen Abständen
verteilte Ventile 2o auf, zur Ableitung der bei der Reduktion entstehenden Gase.
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Die Ventile 20 werden elektrisch gesteuert und sind zu diesem Zweck,
wie auf Abb. 3 dargestellt, ausgebildet.
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Die Wand des Behälters 12, die Isoliermasse 13 und der Ringmantel
15 werden von einem Kanal 21 durchsetzt, dessen Ausmündung in den Behälter 12 durch
einen Ventilkörper 22 verschlossen wird. Die Ventilspindel 23 untersteht einerseits
dem Einfluß einer Feder 24., welche den Ventilkörper 22 auf die Kanalöffnung 21
drückt und andererseits dem Einfluß eines Elektromagneten 25, welcher, wenn er erregt
ist, den Ventilkörper 22 von der Öffnung 2 i abhebt.
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Um den Teil des Ventilgehäuses 2o, in welchem der Elektromagnet untergebracht
ist, vor den heißen Abgasen zu schützen, trägt die Ventilspindel 23 einen zweiten
Ventilkörper 26, welcher, wenn das Ventil 22 geöffnet wird, auf einen kegeligen
Sitz 27 aufliegt und so das äußere Ventilgehäuse vom Kanal ei vollständig absperrt.
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Die aus den Kanälen 21 austretenden Gase gelangen in einen Sammelkanal
28 und werden von da aus durch eine Leitung 29 in einen zweiteiligen Behälter gebracht,
dessen einer Teil 30 sich mit dem Ofen dreht, der andere 31 dagegen stillsteht.
Von diesem letzteren aus werden die Gase durch eine Leitung 32 in einen Hauptbehälter
abgeführt.
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Der Sammelkanal 28 bildet natürlich keinen geschlossenen Ring, sondern
ist, wie aus Abb. i ersichtlich, unterbrochen, und zwar in dieser Abbildung zwischen
.den zwei am tiefsten liegenden Ventilen 2o. Die Leitung 29 befindet sich dann in
dieser Lage in der Mitte der oberen Hälfte des Gefäßes 12.
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Damit sich die Ventile 2o nur öffnen, wenn sie sich oberhalb der durch
die Drehachse gehenden Horizontalebene befinden, um eine Verstopfung durch eintretendes
Mineral zu vermeiden, werden sie elektrisch gesteuert, und zwar wie aus Abb. 3 ersichtlich.
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Auf der Drehachse des Ofens befinden sich zwei Kontaktringe 33 und
3.4, an welche die Elektromagneten -25 angeschlossen sind., Der Kontaktring 34.
ist entsprechend der Anzahl der Ventile 20 unterteilt. Auf beiden Ringen 33 und
3:4 liegen an eine Stromquelle angeschlossene Bürsten 35 auf, und die Lage derjenigen,
welche mit dem Ring 34. in Berührung steht, ist so gewählt, daß die Elektromagneten
25 erst erregt werden, wenn sie sich oberhalb der durch .die Drehachse gehenden
Horizontalebene befinden, so daß kein Mineral in die Kanäle 21 eintreten kann.-Es
ist klar, daß die Ventile 2o ebensogut mechanisch gesteuert werden könnten, indem
sie in der geigneten Lage, z. B. durch entsprechende Anschläge, geöffnet würden.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Nachdem durch die
Füllöffnung i9 eine genügende Menge Mineral mit der zur Reduktion nötigen Beimengung
in den Behälter 12 eingeführt worden ist, um ihn ungefähr bis zur Hälfte auszufüllen,
wird Strom in die Primärwicklung i i geschickt und dem Behälter langsam eine Drehbewegung
erteilt. Dessen Wandungen erhitzen sich durch den in ihnen erzeugten Induktionsstrom,
und da sie in Bezug auf die Masse des Minerals eine verhältnismäßig große Fläche
darstellen, erfolgt die Wärmeabgabe an ihn sehr rasch. Diese Wärmeabgabe findet
praktisch nur nach dem Innern des Behälters 12 statt, weil er nach außen nach allen
Richtungen durch die Isoliermasse 13 gut geschützt ist. Es können demnach nur unbedeutende
Wärmeverluste entstehen.
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Da die Mineralmasse infolge der Drehbewegung andauernd untereinandergerührt
wird und somit stets neue Teile mit den erhitzten Wandungen in Berührung kommen,
erfolgt die Verteilung der Wärme in der Masse sehr regelmäßig.
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Das Mineral kommt nur mit den Wandungen des Gefäßes 12 in Berührung
und kann daher auch keine andere Temperatur annehmen als diejenige des Gefäßes selbst,
denn es besteht keine Möglichkeit, daß ihm von irgendeiner Stelle eine höhere Temperatur
mitgeteilt wird. Somit ist auch jede Gefahr einer Überhitzung und damit verbundener
Sinterung vollständig ausgeschlossen.
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Durch Veränderung des in die Primärwicklung i i geschickten Stromes
kann die Temperatur im Gefäß 12 verändert werden. Man hat es also in der Hand, dieses
Gefäß 12 nur auf die genaue Reduktionstemperatur zu erhitzen.
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Da die für jedes Mineral nötige Zeit zur Durchführung der Reduktion
leicht festzustellen ist, wird jeder unnötige Stromverbrauch vermieden.
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Die bei der Reduktion entstehenden Gase werden, wie oben beschrieben,
aus dem oberen leerstehenden Teil des Gefäßes 12 durch die Ventile 20 und die Kanäle
28 und 29 zwecks Weiterverwendung abgeführt.