DE749053C

DE749053C - Verfahren zur Durchfuehrung von bei hohen Temperaturen verlaufenden chemischen, metallurgischen oder anderen Schmelzprozessen, z.B. zur Gewinnung von Calciumcarbid, Ferrolegierungen, Schmelzzement

Info

Publication number: DE749053C
Application number: DEL100681D
Authority: DE
Priority date: 1940-04-23
Filing date: 1940-04-23
Publication date: 1944-11-15

Description

Verfahren zur Durchführung von bei hohen Temperaturen verlaufenden chemischen, metallurgischen oder anderen Schmelzprozessen, z. B. zur Gewinnung von Calciumcarbid, Ferrolegierungen, Schmelzzement Calciumcarbid, Ferrolegierungen wie hochprozentiges ' Ferrosilicium, Tonerdezement und andere Produkte mit hohen Schmelz- oder Erzeugungstemperaturen wurden bisher auf elektrothermischem Wege erzeugt. Soweit nicht wohlfeile elektrische Energie aus Wasserkraftanlagen zur Verfügung steht, ist das elektrothermische Verfahren aber deswegen nicht rationell, weil die zweimalige Energieumsetzung (Wärmeenergie in elektrische und elektrische in Wärmeenergie) grundsätzlich einen schlechteren Wirkungsgrad haben muß, als der unmittelbare Weg der thermischen Gewinnung. Die Erfindung hat einen solchen unmittelbaren Weg zum Gegenstande. Im nachstehenden soll gezeigt werden, wie in der Schmelzzone technischer Öfen die erforderliche hohe Temperatur vollständig oder überwiegend auf thermischem -nicht elektrischem - Wege erreicht werden kann.
Fig. I stellt einen Schmelzofen dar, welcher in seiner äußeren Gestaltung a sich dem betreffenden Produkt nach den bisherigen Erfahrungen in elektrothermischen Betrieben anpaßt. In. einer mittleren Vertikalachse ist ein frei schwebender Hohlzylinder b aus feuerfestem Stoff angebracht, durch welchen sehr stark vorerhitzte Luft oder Sauerstoff geleitet wird.
Der Ofen selbst ist bis über die untere Öffnung des Hohlzylinders mit den für die thermische Gewinnung notwendigen Rohstoffen angefüllt.
Der Beschickung wird außerdem die zur Wärmeerzeugung erforderliche Menge festen Brennstoffes beigemischt. Unterhalb des Hohlzylinders trifft die hocherhitzte Luft bzw. der Sauerstoff auf das durch die heißen Abgase vorgewärmte Reaktionsgemisch und erzeugt daselbst durch Verbrennung des vorgewärmten Brennstoffes eine Schmelzzone von hoher Temperatur c. Das schmelzflüssige Produkt wird in üblicher Weise am Abstich d gewonnen. Die Anordnung des Hohlzylinders hat unter anderem den Vorteil, daß die Schmelzzone in angemessener Entfernung von den Wänden des Schmelzofens und, falls erforderlich, auch vom Boden desselben gehalten werden kann, und daß der als Düse wirkende Hohlzylinder durch das ausströmende Gas vor dem unmittelbaren Einfluß der Schmelzzonentemperatur geschützt bleibt, wenn auch die Temperatur des durchströmenden Gases notfalls bis hart an die Grenze der Feuerfestigkeit des Hohlzylinders getrieben werden kann.
In den Fällen, wo durch Erhitzen der Luft oder des Sauerstoffes allein nicht die gewünschte Temperatursteigerung erzielt werden kann oder wo die Anwendung von reinem Sauerstoff sich aus wirtschaftlichen Gründen verbietet, kann zur Erhöhung der Temperatur der Sehmelzzolle gleichzeitig mit der Luft bzw. dem Sauerstoff. doch in getrennter Leitung ein - ebenfalls vorerhitztes - brennbares Gas, z. B. Acetvlen, dem Schmelzberd durch Hohlzylinder zugeführt werden (Fig. 2 und 3), wobei beispielsweise Luft und Brenngas durch getrennte Hohlräume zweier konzentrischer Zylinder (bl und b2 in Fig. 2) oder durch zwei getrennte Hohlzylinder, welche schräg gegeneinander gestellt sind (Fig. 3 bl und b.,), geleitet werden. Die Vereinigung von Luft bzw. Sauerstoff und Brenngas erfolgt in der Schmelzzone oder unmittelbar darüber, so daß in der Schmelzzone die konzentrierte Wärmeenergie unmittelbar zur Wirkung kommt. Der Überschuß an Luft bzw. Sauerstoff, der zusammen mit den heißen Abgasen durch das Reaktionsgemisch streicht, verbrennt den für die Vorerhitzung bestimmten Teil des festen Brennstoffes der Beschickung, so daß diese bereits stark vorerhitzt in die Schmelzzone gelangt, wo durch die Brenngas-Verbrennung nur das letzte Temperaturintervall zusätzlich bewältigt zu werden braucht.
Eine andere Anordnung, welche mitunter von Vorteil sein kann, zeigt Fig. 4. Hier dient der mittlere Hohlzylinder b der Zuführung des Brenngases. Die vorerhitzte Luft bzw. der Sauerstoff wird durch seitliche Düsen zugeführt.
Der Gegenstand der Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn ein Prozeß in einem oder in mehreren zusammenhängenden Öfen in Stufen durchgeführt wird.
Die Zündung des Prozesses erfolgt im ungefüllten Ofen auf thermischem Wege. Sie kann aber auch auf elektrischem Wege erfolgen, wenn elektrisch leitende Hohlzylinder verwendet werden, die als Elektroden gegen eine Bodenelektrode geschaltet werden.
Auch die Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem bisher geübten elektrothermischen Verfahren ist in beliebigem Verhältnis möglich, wenn elektrisch leitende Hohlzylinder verwendet werden. Je nach den Umständen kann dann der überwiegende Teil der erforderlichen NVärmemenge nach dem vorliegenden Verfahren, also auf rein thermischem Wege, aufgebracht werden, und nur ein geringer zusätzlicher Teil wird auf elektrischem Wege bestritten.
Die Patentliteratur der letzten Jahrzehnte beschreibt eine Reihe von Verfahren, welche das gleiche Ziel haben wie die vorliegende Erfindung.
Es ist bezeichnend, daß in ihr gerade die Erzeugung von Calciumcarbid auf thermischem Wege in vielen Fällen als alleiniges Ziel der Verfahren angegeben wurde, obgleich gerade dieser Prozeß die höchsten Erzeugungstemperaturen erfordert. Die meisten dieser bekannten Verfahren dürften schon daran gescheitert sein, daß die erforderlichen Vorrichtungen den Bennspruchungen bei den hohen erforderlichen Temperaturen nicht gewacllsen sparen. Besonders gilt dies auch für alle Verfahren, welche Tiegelöfen oder ähnliche Gebilde benutzen.
Auch hochofellähnliche Ausgestaltung des Ofens konnte, wenigstens für Calciumcarbid, nicht zum Ziele führen, da die Ofenwandung und \\'indformen im Dauerbetrieb so hohen Temperaturen nicht standhalten.
Versuche wiederum. mit offener Gasflamme an Stelle des elektrischen Lichtbogens das Ziel zu erreichen, müssen daran kranken, daß durch Strahlung erhebliche Teile der thermischen Energie der Gasflamme verlorengehen, und daß eine Konzentration dieser Energie, fiir welche der gedeckte-Lichtbogen der elektrischen Öfen das. Vorbild liefert, auf diesen Wege nicht möglich ist. Keine der angeführten Richtungen bieten zudem die 3Iöglichkeit, das vorgeschlagene rein thermische Verfahren mit dem bisher üblichen elektrothermischen in einfacher Weise zu kombinieren.
Allen angegebenen Verfahren gegenüber zeichnet sich das vorliegende Verfahren dadurch aus, daß es 1. eine Energiekonzentration in örtlich begrenzter Zone in geschlossenem Herd von der Ofenwand genügend weit entfernt vorsieht, wobei es sich an das Vorbild des elektrischen Ofens für Großbetrieb anlehnt und den Einbau von Vorrichtungsteilen in der Nähe der Schmelzzone vermeidet, 2. eine Kombination mit dem elektrothermischen Verfahren in jedem beliebigen Verhält nis ermöglicht.
Gerade der letztgenannte Vorzug sichert dem gegenständlichen Verfahren die Möglichkeit der stufenweisen Fortentwicklung zu immer höheren rein thermischen Ausbeuten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Durchführung von bei hohen Temperaturen verlaufenden chemischen, metallurgischen und anderen Schmelzprozessen, z. B. zur Gewinnung von Calciumcarbid, Ferrolegierungen, Schmelzzement, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktions- bzw. Schmelzgut, welchem nach Bedarf fester Brennstoff zugemischt ist, Sauerstoff in Form- von Luft oder reinem Sauerstoff, welche beide stark vorerhitzt sein können, durch lotrechte in die Beschickung eintauchende Hohlzylinder aus feuerfestem oder gekühltem Material unter gegebenenfalls regelbarem Druck zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Sauerstoff oder der Luft auch noch brennbare, gegebenenfalls vorerhitzte Gase dem Schmelz- bzw.

Reaktionsherd auf getrenntem Wege zugeführt werden, z. B. durch konzentrische Hohlzylinder oder durch zwei getrennte lotrechte oder schräg gestellte in die Beschickung eintauchende Hohlzylinder.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der beiden Gase (entweder Sauerstoff bzw..Luft oder brennbares Gas) von oben durch lotrechte, in die Beschickung eintauchende Hohlzylinder eingeführt wird, während das andere Gas durch seitliche Düsen dem Schmelzherd zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlzylinder aus elektrisch leitendem Material, gegebenenfalls neben anderen, verwendet werden und daß über diese elektrisch leitenden Hohlzylinder zur Zündung oder für eine zusätzliche elektrische Beheizung neben der Beheizung durch Verbrennungswärme dauernd oder zeitweise elektrische Energie zugeführt wird.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ..... Nr. IIZ 988, 28I 004, 490 758, 568 400, 580 2I4; österreichische Patentschrift .. Nr. 22 689; schweizerische Patentschriften Nr. 14 709, 16189, 79 65I; französische Patentschrift .... Nr. 667 975.