-
Verfahren zur Azotierung von Calciumcarbid Calciumcarbid wird bei
dem Initialzünclungsverfahren unter Verwendung eines in der Carbidmasse vorgesehenen
Heizkanals und eines darin angebrachten Zündstabes azotiert. Außerdem hat man in-
der Carbidmasse zum Zwecke der besseren Durchspülung mit Stickstoff und zur Entfernung
von Fremdgasen Spülkanäle vorgesehen.
-
Die Azotierung von Calciumcarbid nach dem Initialzündungsprinzip läßt
sich nun besonders vorteilhaft durchführen, wenn von den in der Carbidmasse vorgesehenen
Spülkanälen für Stickstoff wenigstens einer so schräg zum Heizkanal bzw. im Falle
mehrerer Heizkanäle schräg zu den Heiz= kanälen angeordnet ist, daß er diesen an
einer Stelle auf einen verhältnismäßig geringen Abstand angenähert ist. Es war nämlich
bei der Zündung nach den bisher bekannten Verfahren gefunden worden, daß die Azotierung
erst dann besonders lebhaft einsetzt, wenn die Glut die Spülkanäle erreicht. Eine
parallele Annäherung der Spülkanäle an den Heizkanal führt indessen zu Mißerfolgen,
da --dann zwar die Heizdauer sich verkürzen läßt, aber die weitere Durchspülung
der Carbidmasse nachteilig beeinflußt wird und Minderausbeuten erhalten werden.
Überraschenderweise gelang es aber durch Schrägsetzen wenigstens eines Spülkanals,
so daß er dem Heizkanal verhältnismäßig nahekommt, nicht nur eine vorteilhafte,
über Erwarten große Verringerung der Zündenergie zu erzielen, sondern auch dazu
erhöhte Ausbeuten zu erhalten, ohne daß die Azotierdauer verlängert wurde.
-
Das neue Verfahren wird vorteilhaft mit drei symmetrisch um den Heizkanal
angeordneten
Spülkanälen durchgeführt, von denen wenigstens einer
zwecks Einleitung der Azotierung unten bzw. oben auf einen geringen Abstand dem
Heizkanal angenähert ist. Hierbei wirkt sich besonders eine unten vorgesehene Annäherung
des Spülkanals an den Heizkanal günstig aus, da dann die Azotierung im wesentlichen
von unten nach oben fortschreitet und die nach oben abgeführte Reaktionswärme die
Aufheizung noch nicht azotierten Gutes auf Reaktionstemperatur unterstützt. Die
Azotierung erfolgt so in gleichzeitig axialer und radialer, d: h. in schräg nach
oben fortschreitender Richtung; hierdurch werden Überhitzungen, die zu Zersetzungen
und Carbidrückbildung führen, vermieden, da durch die in entsprechenden Radialzonen
nicht gleichzeitig erfolgende Azotierung Wärmestauungen wirksam unterbunden werden.
Diese Erkenntnis steht ebenfalls im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren, bei
denen gerade auf eine vom Heizkanal aus sich möglichst gleichmäßig allseitig ausbreitende
Azotierzone Wert gelegt wurde. Nach dem neuen Verfahren erfolgt jedoch die Azotierung
in Zonen gleichen Abstandes vom Heizkanal mit mehr oder weniger stark verschobener
Phase; die Azotierung kann hierbei gleichwohl symmetrisch oder bei manchen Ausführungsformen
auch ausgeprägt unsymmetrisch verlaufen.
-
Bei einer Ausgestaltung der neuen Erfindung werden von wenigstens
drei oder mehr aus Carbid gebildeten Spülkanälen, die syminetrisch mit gleichen
Abständen um den Heizkanal angeordnet sind, alle Spülkanäle öder wenigstens der
größere Teil derselben unten oder oben auf einen geringen Abstand an den Heizkanal
angenähert. Die Azotierung kann so besonders klar von unten nach oben oder auch
nach Bedarf von oben nach unten geleitet werden.
-
Weitere Vorteile werden erzielt, wenn wenigstens drei um den Heizkanal
angeordnete Spülkanäle abwechselnd unten und oben dem Heizkanal auf einen geringen
Abstand angenähert werden. Auf diese Weise entstehen zwei Zündzonen unten bzw. oben,
die in der Richtung ,der Achse gegeneinanderlaufen und in der Mitte oder mehr oberhalb
der Mitte zusammentreffen. Auch hierdurch entsteht überraschenderweise aber keine
nachteilige Wärmestauung, da beim Erreichender Mitte die fertig azotierten Endzonen
bereits so weit abgekühlt sind, daß die Wärme nach den Enden zu abfließen kann.
-
'lan kann aber auch die Reaktion nach Bedarf in der Mitte des Blockes
einleiten und die Azotierung in radialer und gleichzeitig nach unten und oben laufender
Richtung durchführen. In diesem Falle verfährt man so, daß zwei oder mehrere aus
Carbid gebildete Spülkanäle nach Art sich kreuzender, sog. windschiefer Geraden
angeordnet sind, wodurch sie entweder in der Mitte oder nach Wunsch mehr im unteren
oder oberen Teil dem Heizkanal auf einen geringen Abstand nahekommen. An dieser
Stelle, an der außer der notwendigen Reaktionstemperatur auch die Zutrittsbedingungen
des Stickstoffs besonders günstig sind, beginnt die Reaktion hauptsächlich und schreitet
wendelartig nach unten und oben fort. Auch bei dieser Ausgestaltung wird entsprechend
der besonderen Spülung der Erfolg - im Gegensatz zu bekannten Verfahren - durch
Phasenverschiebung und einen unsymmetrischen Azotierverlauf erzielt.
-
Wendet man das neue Verfahren auf Carbidmassen mit mehreren Heizkanälen
an, so lassen sich alle vorgenannten Anordnungen der Spülkanäle auf jeden einzelnen
dieser Heizkanäle übertragen, so daß je einem Heizkanal wenigstens ein Spülkanal
durch Schrägsetzen unten oder oben bzw. abwechselnd bis auf einen geringen Abstand
angenähert ist. Auf diese Weise läßt sich selbst bei gleichzeitiger Zündung mehrerer
Heizkanäle der Azotierverlauf in den einzelnen Zonen so regeln, daß Überhitzungen
bzw. Wärmestauungen vermieden und erhöhte Ausbeuten sowie wesentliche Ersparnisse
an Heizenergie erzielt werden.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch im Aufriß und Grundriß
dargestellt. Der linke Teil der Zeichnung stellt einen Schnitt durch eine Carbidcharge
dar, bei der in der Mitte ein Heizkanal und symmetrisch um diesen herum drei Spülkanäle
vorgesehen sind. Die Spülkanäle (Mitte) haben je oben einen Abstand von
170 mm von der Mitte des Heizkanals, während sie unten dem Heizkanal derart
angenähert sind, daß nur' eine Materialschicht von 3o bis 35 mm zwischen der Wand
des Heizkanals und Spülkanals bestehen bleibt., Die Zündung erfolgt von dieser unteren
verhältnismäßig dünnen Carbidzone Z aus, da hier außer der Beheizung dieser Stelle
auch die Stickstoff zutrittsbedingungen besonders günstig sind, so daß der Beginn
der Reaktion hauptsächlich von Z_ aus erfolgt.
-
Im rechten Teil der Zeichnung ist dargestellt, daß nur einer der drei
symmetrischen Spülkanäle (der rechts im Schnitt gezeigte) dem Heizkanal unten auf
einen Abstand von 30 bis 4.o mm angenähert ist, während die beiden anderen
Spülkanäle (gestrichelt) dein Heizkanal völlig parallel verlaufen. Auch hier erfolgt
die Zündung von der dünnen Zone Z aus, die hinsichtlich des Stickstoffzutritts besonders
begünstigt ist. Die Real;-tion
schreitet auch hier zum Teil von
unten nach oben, und zwar zum Teil unsymmetrisch, fort.
-
Zur Erläuterung der Erfindung dienen nachstehende Beispiele.
-
Beispiel i In einem nach dem Initialzündungsprinzip arbeitenden Azotierofen
wurden außer einem zentralen Heizkanal drei symmetrisch mit gleichen Abständen angeordnete
Spülkanäle derart gesetzt, daß oben der Abstand Heizkanalmitte bis Spülkanalmitte
170 mm, unten indessen nur 85 mm betrug. Die drei Spülkanäle waren dadurch
sämtlich dein Heizkanal unten auf einen geringen Abstand von etwa 3 cm Wandstärke
angenähert. Diese Schichtdicke entsprach bei den benutzten Ofen etwa 1/3 bis 1/4
derjenigen, die oben zwischen Heizkanal und Spülkanal vorhanden war. Bei anderen
Ofenformen, z. B. Großöfen, kann nach Bedarf die Schichtdicke an der angenäherten
Stelle aber auch nur 1J5 bis 1110 des größten Abstandes zwischen Heizkanalrand und
Spülkanalrand betragen. Die Zündung der Carbidmasse erfolgte mittels eines in dem
Heizkanal angebrachten Kohlestabes. Die Heizdauer betrug bei einer Spannung von
125 Volt nur etwa i Stunde 2o Minuten, entsprechend einer Heizenergie von 18,88
kWh.
-
Wurden die Spülrohre einander parallel mit oben und unten gleichem
Abstand von i7o mm gesetzt, so wurde eine Heizung von über 2114 Stunden entsprechend
einem Energieaufwand von 33,39 kWh benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren
hatte also eine Heizenergieverringerung um 14,5 kWh gegenüber parallelen Spülkanälen
oder, auf i t gebundenen N bezogen, eine Ersparnis von 48 kWh erzielt, d. h. die
Heizenergie konnte um rund 43 °/o gesenkt werden. Gleichzeitig wurde bei dem Verfahren
eine Ausbeuteerhöhung von o,26 % erzielt. Beispiel 2 In einem Ofen nach Beispiel
i wurden zwei Spülkanäle dem Heizkanal parallel in einem gleichmäßigen Abstand von
170 '-um gesetzt, während der dritte Spülkanal schräg angeordnet wurde, so daß er
oben 170 mm entfernt, unten indessen auf einen Abstand von etwa 3 ein Wandstärke
an den Heizkanal angenähert war. Die Anordnung der Spülkanäle oben war wie bei Beispiel
i nach Art eines gleichseitigen Dreiecks. Als Gegenversuch wurden wie bei Beispiel
i Öfen mit drei parallel gesetzten Spülkanälen verwendet. Nach dem vorliegenden
Verfahren wurde eine um 13,9kWh geringere Heizenergie, entsprechend einer Energieersparnis
von 40 °/o, gebraucht. Bezogen auf it gebundenen Stickstoffs betrug die Heizenergieersparnis
.I5 kWh. Durch die geringere Heizenergie bzw. erfindungsgemäße Anordnung der Spülkanäle
und Vermeidung von Wär mestauungen wurde gleichzeitig eine Ausbeuteerhöhung von
0,7 °/o (bei bereits bei 9i °/o liegender Ausbeute) erhalten, ohne daß die
Azotierzeiten gegenüber parallelen Spülkanälen verlängert waren.