DE689122C - Drehofen fuer die thermische Gewinnung von Magnesium - Google Patents

Description

• Drehofen für die thermische Gewinnung von Magnesium Für die thermische Gewinnung von Magnesium durch Reduktion von magnesiahaltigen Rohstoffen mit Hilfe von Silicium, Aluminium und ähnlichen keine gasförmigen Oxydationserzeugnisse liefernden Reduktionsstoffen sind schon Ofen der verschiedensten Bauweise vorgeschlagen worden. Allen diesen Ofenarten haftet jedoch der Nachteil an, daß sie für die Durchführung des Verfahrens im großtechnischen Maßstabe nicht geeignet sind, und zwar deshalb, weil sich die besonderen Bedingungen, unter denen das Verfahren durchgeführt werden muß; bei einer Vergrößerung der Vorrichtungen auf die hierdurch bedingten Abmessungen erschwerend bemerkbar machen. Für eine Durchführung des Verfahrens bei Atmosphärendruck, d, h. in einer Wasserstoffatmosphäre, sind die meisten . Werkstoffe bei einer Vergrößerung der Abmessungen der Ofen den auftretenden Beanspruchungen bei den hohen Reduktionstemperaturen nicht mehr ausreichend gewachsen. Wird aber das Verfahren bei entsprechend niedrigeren Temperaturen unter Anwendung eines höhen Vakuums durchgeführt, so ergibt sich die Aufgabe, die einzelnen Teile der Vorrichtung vakuumdicht auszubilden und auch das zu verarbeitende Rohstoffgemisch und die festen Reaktionsrückstände sowie das erzeugte Metall in den Ofen ein- bzw. aus ihm auszuschleusen oder sonstwie abzuführen, was besonders dann erhebliche Schwierigkeiten bereitet, wenn durch Anwendung eines Drehofens o. dgl. das Reaktionsgemisch während der Umsetzung umgewälzt werden soll. In wärmetechnischer Hinsicht erweist sich

  ein langgestreckter Ofen wegen der erheb-

  lichen Ausstrahlungsverluste als ungünstig.

  Auch einer Beheizung des Reaktionsgemisches, durch strahlende Wärme, insbesondere d "c

  im Ofen selbst angeordnete Wärmestrahlu f

  elemente, stellen sich bei langgestreckter '

  weise des Ofens erhebliche Schwierigkei

  baulicher Art entgegen.

  Gegenstand der Erfindung ist ein Ofen zur thermischen Erzeugung von Magnesium, dessen Leistungsfähigkeit großtechnischen Anforderungen entspricht, indern irr ihm beia>iels\VeiSe 2;(, kg :1,lagrresirtiir und mehr i( -Tag erzeugt werden können: Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die einen Ofen gemäß Erfindung im Schnitt wiedergibt, ist A ein in Form eines liegenden Zylinders ausgebildeter Reaktionsraum, dessen Durchmesser gleich oder größer ist als die Länge des Zylinders. Der Reaktionsraum ist von einer gut wärmeisolierenden keramischen Ausmauerung B begrenzt. Die Eintragung des Reaktionsgemisches und die Austragung der festen Reaktionsrückstände erfolgt durch eine gemeinsame Öffnung C,' die erfindungsgemäß in der Mitte der Achse des Reaktionsraumes, aber tangential zu seinem Umfange angefordert und -nach dem Innern des Ofens zu trichterförmig erweitert ist. Die tangentiale Anordnung der Ein- und Austrittsöffnung hat einmal den Vorteil, daß das einzuführende Gut bei Eintritt in den Ofen in stetigem Strom in seine normale Bahnbewegung durch die Drehung des Ofens übergeführt wird, ein Vorteil, der für die Austragung des Reaktionsrückstandes in umgekehrtem Sinne ebenfalls erreicht wird. Sie ermöglicht es aber weiter, das Fußpunktkreissegment des Trichterkegels nahe an die Achse des Reaktionsraumes heranzurücken und so das unausgewuchtete Drehmoment des Beschickungstrichters zu verringern.
• Vorzugsweise erfolgt -die Beheizung des Reaktionsgutes durch in bzw, nahezu in der Achse des Ofens angeordnete, an sich bekannte Wärmestrahlungselemente D; diese Anordnung ist einmal durch die gedrungene Form des Reaktionsraumes, die die Verwendung von frei tragenden Strahlungselementen gestattet, dann aber auch dank der tangentialen Zuführung des Reaktionsgemisches möglich, welch letztere eine Beschädigung der Wärmestrahlungselemente durch das zugeführte feste Reaktionsgemisch unmöglich macht.
• Die Abführung der bei der Reaktion entwickelten Magnesiumdämpfe erfolgt in der Achse des Ofens durch eine Öffnung E, die erfindungsgemäß eng gehalten ist, um eine möglichst weitgehende Wärmeabschirmung des Kondensationsraumes von dem Reaktions-

  rauen zu ermöglichen. Die Dämpfe gelangen

  dann in den Kondensationsraum F von ver-

  hältnismäßig großen Abmessungen, der als in

  r Achse des Ofens ,angeordneter kühl- und

  m "zbarer d Zylinder ausgebildet ist. An sei-

  n c __ tj. ,g

  -'n on dem Reaktionsraum abgewendeten

  # n t der Kondensationsraum eine Ab-

  Stichöffnung G und ferner, zweckmäßig ebenfalls in axialer Anordnung, einen Vakuumstutzen H.
• Als Werkstoff für den Knndensationsraum kommt keramischer Batr-tntt wegen (ler Gefahr einer Reaktion (Jes erzeugten _\lagnesiurns mit den Bestandteilen desselben sowie wegen der Gefahr einer Fugenzerstörung durch das heiße Magnesium nicht in Frage. Bleibt somit als Werkstoff hierfür nur Metall übrig, so muß dieses der Forderung entsprechen, daß es bei den in Frage kommenden Temperaturen vakuumdicht und auch wasserstoffdicht ist und von geschmolzenem Magnesium nicht angegriffen wird, Aus letzterem Grunde scheiden die sonst als wärmebeständig bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungen von vornherein aus. Die meisten der dann noch verbleibenden wärmebeständigen Legierungen sind jedoch nicht wasserstoff- bzw. vakuumdicht. Es wurde jedoch gefunden, daB Eisen-Chrom-Legierungen mit .etwa 5 bis 30°/0, vorzugsweise etwa 6 bis 81/, Chrom, die gegebenenfalls zur Verringerung der Verzunderung auch noch Silicium in Mengen von o,5 bis i 1/o und/oder Aluminium in Mengen von 0,7 bis 2'/, enthalten können, den hier vorliegenden Anforderungen völlig gewachsen sind.
• Vorzugsweise erfolgt die Kondensation des Magnesiums zunächst in fester Form durch entsprechende Kühlung der Wände des Kondensationsraumes, worauf anschließend während des Ofenstillstandes, zwecks Entleerung und Füllung, unter Zuführung von Wasserstoff durch den Vakuumstutzen H der Kondensationsraum bis über den Schmelzpunkt des Magnesiums beheizt wird, so daß das Magnesium flüssig abgestochen werden kann. Zum Zwecke der Heizung des Kondensationsraumes ist dieser von einer Heizspirale T umgeben. Er trägt ferner zwecks Verringerung der Wärmeausstrahlung eine Haube IL, die mit Luftklappen L zur Erzielung einer rascheren Kühlwirkung in der Kondensationsstufe versehen ist.
• In der Metallurgie sind um ihre Achse schwenkbare öfen, die mit einer Tangentialöffnung ausgerüstet sind, bereits früher für das Schmelzen und Gießen von Metallen verwendet worden. Bei diesen Ofen ist aber die tangentiale Öffnung nur zu dem Zwecke vorgesehen, um eine Beschickung des Ofens sowie das Ausgießen des geschmolzenen l-Ietalls überhaupt zu ermöglichen. Es kommt also dort überhaupt nicht darauf an, die Beschickung und Austragung des Schmelzgutes. derart vorzunehmen, daß das im Ofen befind-:' liehe Gut in' seiner normalen Bahnbewegung;: nicht gestört wird, zumal auch an eine dau= ernde Drehung der mit einer Tangentialöffnung ausgerüsteten Schmelzöfen während des Betriebes gar nicht gedacht war. Hierzu kommt, daß im Falle der Verwendung von frei tragenden, in oder nahe der Achse des Ofens angeordneten Wärmestrahlungselemencen durch die tangentiale Anordnung der Beschickungs- und Entleerungsöffnung im vorliegenden Falle eine Beschädigung der gegen mechanische Einwirkung empfindlichen Wärmestrahlungselemente durch das ein- bzw. auszutragenden Gutes wirksam verhindert wird; eine solche Beschädigung ist bei Schmelzöfen, soweit überhaupt deren Beheizung auf diese Weise erfolgen sollte, auch ohne besondere Vorkehrungen nicht zu erwarten.
• Für das Schmelzen und Gießen von Metallen ist auch die Verwendung.von Drehöfen, deren, Durchmesser im Verhältnis zur Länge des Ofens.,groß ist, bereits :empfohlen worden, in der Erwägung, daß sich hierdurch die der oxydischen Einwirkung der Luft oder einen Luftwberschuß enthaltenden Flammgase ausgesetzte Schmelzhadoberfläche auf ein Mindestmaß verringern lasse, während gleichzeitig auch die Übertragung der von der von geschmolzenem Metall jeweils nicht bedeckten Innenfläche des Ofens aufgenommenen Wärme auf das Metallbad begünstigt, werde. Im vorliegenden Falle dagegen ist an sich dann, wenn die Beheizung des Reaktionsgemisches durch Innenheizung, insbesondere durch in der Achse des Ofens angeordnete Strahlungselemente, erfolgt, eine möglichst große, der Einwirkung der Strahlung ausgesetzte Oberfläohe des Beschidkunasgutes sogar erwünscht, und das Abmessungsverhältnis des Ofeninnenraums ist im wesentlichen dadurch bedingt, daß bei trichterförmiger Erweiterung der tangential angeordneten Ein- und Austragsöffnung gegen das Innere,des Ofens eine ,vollständige Erfassung der die Länge des Ofens erfüllenden Reaktionsrückstände nur bei verhältnismäßig geringer Länge des Ofens möglich ist; bei größerer Länge des Ofens würde nämlich der Austrittstrichter so weit vergrößert werden müssen, daß durch die Anbringung der Aus tragsöffnung erhebliche Unbalancen entstehen. Bei Verwendung von in der Achse des Ofens angeordneten frei tragenden Strahlungselementen tritt hierzu noch der Umstand, daß nachdem heutigen Stande der Technik der Länge derartiger Elemente eine praktische Grenze gesetzt ist. In einem Einzelfalle hat ein trommelförmiger Ofen, -dessen Durchmesser annähernd gleich seiner Länge war, auch schon für die @V erärbeitung von feinen, insbesondere blei-` @gltigen Erzen oder Hüttenprodukten Ver-*;endung gefunden. Dort kam es aber ähneh wie in dem bereits erwähnten Vorschlag für die Ausbildung von Metallschmelzöfen darauf an, die in den von Beschickungsgut unbedeckten Ofenwandungen durch die Einwirkung der Flammgase aufgespeicherte Wärme für die Durchführung der eigentlichen Reaktion nutzbar zu machen. Im vorliegenden Falle spielt aber :die in den jeweils freiliegenden Teilen der Ofenwandungen durch Einstrahlung aufgespeicherte Wärme für die Durchführung der Reaktion, wenn überhaupt, dann nur eine ganz untergeordnete Rolle, da die Wärmeleitfähigkeit der Reaktionsmischungen für die thermische Herstellung von Magnesium eine außerordentlich schlechte ist. Hier kommt es vielmehr darauf an, durch ein entsprechendes Abrn.essungsverhältnis die Ausstrahlungsverluste auf ein 'Mindestmaß herabzudrücken; die Aufnahme von Wärme durch das Beschickungsgut ist dabei im wesentlichen nur durch die Größe der der Einstrahlung ausgesetzten. Oberfläche desselben bedingt, während die gleichmäßige Verteilung der eingestrahlten Wärme durch die dauernde Umwälzung der Beschickung infolge der Drehung des Ofens bewirkt wird.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Drehofen für die Thermische Gewinnung von Magnesium, dadurch gekennzeichnet, diaß der zylindrische Reaktionsraum (A) in der Mitte seiner Längserstreckung, aber tangential angeordnet, eine Öffnung (C) für die Zuführung des Reaktionsgemisches und für die Austragung der festen Reaktionsrückstände besitzt.
2. 2. Drehofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Austragsöffnung (C) gegen das Ofeninnere trichterförmig erweitert ist, wobei das Fußpunktskreissegment des Trichters nahe an die Achse des Ofens gerückt ist, während der Durchmesser des zylindrischen Reaktionsraumes (A) mindestens gleich seiner Länge ist.
3. 3. Drehofen nach Anspruch i oder 2, gekenäzeichn:et durch frei tragendrn Wärme= strahlüngselemente, die in- oder nahe an der Achse des Ofens angeordnet sind. q..
4. Drehofen nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen axial angeordneten heiz- und kühlbaren Kondensationsraum (F), der mit dem Reaktionsraum durch eine axiale Öffnung (E) von geringem Durchmesser in Verbindung steht.
5. 5. Drehofen nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kondensationsraum, dessen Wandung aus an sich bekannten zunderungsbeständigen, nickelfreien Eisen-Chrom-Legierungen mit etwa 5 bis 30 % Cr, vorzugsweise 6 bis 8 °/o Cr, besteht.