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Verfahren zur Vorbereitung des Einsatzgutes für die Karbidherstellung
im elektrischen Lichtbogenschmelzofen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung
des Einsatzgutes für die Herstellung von Karbid in einem elektrischen. Lichtbogenschmelzofen.
Kalziumkarbid wird durch Umsetzung vom Kohle und Kalziumoxyd im elektrischen Lichtbogen
gewonnen. Damit der Schmelzofen cinwand-' frei arbeitet, soll der Einsatz aus einem
gleichförmigen innigem. Gemisch vom Kohle (üblicherwelise Koks) und, Kalziumoxyd
(üblicherweise gebrannter Kalkstein) bestehen, um eine schnelle Karbidbiildung im
Lichtbogen zu erzielen. Indessen sind pulverförmige Gemische vom. Koks und Kalziumoxyd
ungeeignet, weil diel in der tiegelförmigen Schmelzpfanne des Ofens an der Elektrod'enspitze
entstehenden glühenden Gase durch das darüberliegende Schmelzgut entweichen müssen.
Wenn der Einsatz in Pulverform in dem. Schmelzofen gebracht wird, würden einzelne
Bestandteile desselben schnell zum Schmelzen kommen und die Elektrodenspitze mit
einer gasundurchlässigen Hülle umgeben. Die Folge würde sein., daß die Reaktionsgase
Durchbruchskanäle bilden, wodurch
die gleichmäßige Vorerhitzung
des Einsatzgutes verhindert würde. Außerdem reißen die durch die Kanäle ausströmenden
Gase kleinste Teilchen,aus dem pulverförmigen Gemisch mit sich über die Reaktionszone
hinaus und bewirken so einen Verlust an Rohstoffen.
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Um einige dieser Nachteile zu vermeid, hat man. schon aus Kalziumoxydpulver
und Koksgrus Formstücke gebildet; doch ist dieses Verfahren, wegen. der verhältnismäßig
hohen Kosten der getrennten Vorbereitung des Kalziumoxyds und Kokses und der nachfolgenden
Zusammenballung in .Formstücke unzweckmäßig. Ferner muß zur Herstellung solcher
Formstücke aus den beiden pulverförmigen Bestandteilen ein Bindemittel, wie Pech
oder Asphalt, verwendet werden, da die Formstücke sonst den Transport vom, der Vorbereitung
bis zum Schmelzofen im Großbetrieb, nicht überstehen würden. Schließlich halten
auch die mit Bindemitteln geformten Stücke die hohen Temperaturen im Karbidofen
nicht aus, sondern zerfallen bald zu Pulver.
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Es ist schon bekannt, die erwähnte Frage der hohem. Kosten und anderer
Nachbeile bei der Herstellung solcher Formstücke aus. Kalziumoxyd und Koks dadurch
zu lösen:, daß dazu billige Ausgangsstoffe, wie z. B. Löschkalk, als Abfallprodukt
bei der Azetylengewinnung und billige weiche Kohle verwendet werden; die dann in
einem einzigen Arbeitsgang verkokt und kalziniert werden. Die Verwendung weicher
Kohle und des als Nebenprodukt anfallenden Löschkalks bewirkt eine beträchtliche
Senkung der Rohstoffkosten. Der Löschlcalk entsteht bei der Reaktion. von Kalziumkarbid
mit Wasser. Durch die zunehmende Nachfrage nach Azetylens z. B. für die Herstellung
von synthetischem Gummi, entstehen große Abfallmengen von Kalkhydrat, für die sonst
keine Verwendungsmöglichkeit besteht, so daß die Verwendung dieses Nebenprodukts
von wirtschaftlicher Bedeutung ist und die Schwierigkeiten derAblagerung auf Halden
beseitigen würde.
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Indessen bereitet die Verwendung von. weicher Kohle und Kalziumhydrat
oder Kalkstein als ein anderer verhältnismäßig billiger Ersatz für Kalz-iumoxyd
besondere Schwierigkeiten: bei der Verkokung der Kohle und beim Kalzinierem des
Hydrats oder Karbonats in; stückiger Form in einem- einzigen Arbeitsgang. Die Kohle
muß vollkommen verkokt und durch Austreibung der flüchtigem Bestandteile im wesentlichen
zu Kohlenstoff reduziert werden, da bituminöse Kohle als. solche wegen ihrer plastischen
Eigenschaften, die eine den Ofeneinsatz verkrusteinde Schmelze ergibt, im Karbidofen
nicht verwendet werden kann., weil dadurch das ständige Entweichen, der bei der
Karbidexzeugung entstehen.-den Gase verhindert wird. Da der Prozentgehalt an Kohlenstoff
und Kalziumoxyd in den Formstücken dem üblichen Karbidverfahren angepaßt sein muß,
ist es erwünscht, daß der Verbrennungsvorgang keinen, wesentlichen: Verlust von
in der weichen Kohle gebundenem Kohlenstoff ergibt. Ein solcher Verlust von gebundenem
Kohlenstoff würde die Einhaltung der erforderlichen. Anteile an Koks und Kalk erschweren
und gleichzeitig das Verfahren unwirtschaftlich machen.
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Das. Kalzinieren des Hydxats oder Karbonats durch Austreibung des
Hydratwassers bzw. der Kohlensäure muß möglichst vollkommen; sein, da die für diesem,
Zweck aufgewendete Wärme, die durch die teure elektrische Energie aufgebracht wird,
den gesamten Stromverbrauch für die Karbidherstellung entsprechend erhöht.
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Andere mit der Verwendung vom. weicher Kohle und einembilligenKalziumoxydzusammenhängende
Erwägungen beziehen sich darauf, daß das. Gemisch leicht in stückige Form gebracht
werden kann und daß diese Formstücke die vor und nach denn Verbrennungsv organg
nötige Behandlung - aushalten müssen. Die Bestandteile müssen vor der Beschickung
einwandfrei abgebunden sein, so, daß sie in den Kalzinierofen und von dort in den
Karbidofen befördert werden können. Während dieser Behandlung müssen die Formstücke
gegen; Reibung und Druck oder Stöße widerstandsfähig genug sein, so daß durch Staub
oder Ab-rieb keine größeren Schwierigkeiten oder Verlust eintreten. Die Formstücke
müssen aber nicht nur während dieser Behandlung die nötige mechanische Festigkeit
haben, sondern auch im Karbi.dofen noch zusammenhalten. Je länger die Formstücke
im Karbidofen unbeschädigt bleiben und nicht vor der Karbi.dreaktion zerfallen,
um so länger können die heißen Gase durch die Lücken zwischen den einzelnen Formstücken
entweichen und dadurch eine gleichmäßige Vorerwärmung bewirken.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von
widerstandsfähigen Formstücken als Einsatzgut für einen IKralziumkarb,idofen.
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Es wird ein gleichmäßiges inniges Gemisch von pulverförmige-, bituminöser
Kohle und von pulverförmigem Kalziumkarbonat und -hydrat oder von Kohle und Kalziumhydrat
hergestellt, wobei als Kohle eine weiche Kohle verwendet werden kann. Dieses Gemisch
wird in kleine Formlingei umgewandelt; vorzugsweise indem man es in einer Strangpresse
in Strangform preüb und zerschneidet. Die Formlinge werden getrocknet, in einen
Ofen gebracht und zusammen mit heißer Luft in gleicher Richtung durch: den, Ofen
geführt, wobei sie in einer Glühzone verkokt und kalziniert werden. Es wird dafür
gesorgt, daß die beim Verkoken auftretenden flüchtigen Bestandteile der Kohle in
dem heißen Luftstrom nur unvollständig verbrannt werden, so daß die gebildeten Gase
eine reduzierende Atmosphäre im Ofen bilden und die Kohle unter mÖglichst geringem
Verlust an gebundenem Kohlenstoff verkokt wird. Die in den Abgasen des Verkokungs-und
Kalzinierungsvorganges. enthaltene Wärme wird zur Trocknung der Formstücke und für
die Vorwärmung der Zusatzluft ausgenutzt.
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Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen.
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Fig. r ist eine schematische Darstellung des ganzen Verfahrens;
Fig.
2 zeigt den zur Verkokung und Kalzination dienenden Drehrohrofen im Längsschnitt;
Fig. 3 zeigt die durch das Trocknen und Brennen eines in nassem Zustande stranggepreßten
Formstückes eingetretene Veränderung.
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Die Behälter 11, 12 und 13 in Fig. i enthalten die verschiedenen Rohstoffe.
Im Behälter i i befindet sich bituminöse Kohle von genügender Fließfähigkeit bei
Erhitzung, die entsprechend der Siebnummer 7,5 (mit 56 Maschen je cm2) in, bekannter
Weise zerkleinert worden ist. Der Karbonatbehälter 12 enthält Kalkstein hohen. Reinheitsgrades,
der ebenfalls entsprechend der Siebnummer 7,5 gemahlen worden ist. Der Hydratbehälter
13 elvthält trockenes Hydrat, das sehr fein gemahlen ist (entsprechend der Siebnummer
8o mit 640o Maschen je crn2) oder als Nebenerzeugnis bei der trockenen Azetylenerzeugung
anfällt.
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Unterhalb der Behälter 11, 12, 13 befinden seich selbsttätige Wägevorrichtungen
14, 15, 16" die entsprechende Mengen. von Rohgut in die waagerechte Misch- und:
Fördereinrichtung 17 entleeren. Aus dem Förderer 17 gelangt das Rohgut in einen
üblichen Mischer oder Kollergang 18, in dem unter Zusatz von Wasser durch Ventil
i9 ein gleichförmiges, inniges Gemisch hergestellt wird. Die Zähigkeit des mit Wasser
versetzten Gemisches entspricht ungefähr einem steifen Mörtelbrei und ist zum Strangpressen
geeignet. Vom Kollergang gelangt das Gemisch, in die Straugpresse 2o, in welcher,
durch Ventil 21 noch Wasser zugesetzt werden kann. Aus dem Mundstück 22 tritt der
Strang aus und wird. mit dem Messer 23 in, Formstücke zerschnitten. Die Bohrungen
des Mundstückes 22 sind, vorzugsweise gerade und haben beispielsweise 3o mm Durchmesser
bei etwa 75 mm Länge. Das Messer wird vorzugsweise so eingestellt, daß etwa 3o mm
lange Formstücke abgeteilt werden.
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Die nassen stranggepreßten Stücke wandern auf dem mit 24 in Fig. i
angegebenen Weg in den Trackner25, wo, das beim Strarngpre@ssen zugegebene Wasser
verdunstet, damit bei dem folgenden Brennvorgang nicht unter plötzlicher Dampfbildung
die Farmstücke zersprengt werden und die Entzündung der flüchtigen Bestandteile
der Kohle verhindert wird. Der Trockner wird auf etwa 2a5° gehalten., «loben die
Aufenthaltsdauer der Formstücke im Trockner durch eine geeignete Regelvorrichtung
begrenzt wird. Durch einen Elevator 26 werden die erhitzten Formstücke in einen
bekannten: Siebabscheider 27 befördert, durch den Bruchstücke und Staub ausgeschieden
werden, und gelangen dann in den abgedichteten Drehrohrofen 28, wo die Kohle entgast
und: verkokt und das Kalziumoxyd nach dem noch. zu beschreibenden erfindungsgemäßem.
Verfahren kalziniert wird. Schließlich werden die Formstücke, die nunmehr aus Kalziumoxyd
und Koks bestehen, in dem wassergekühlten Drehroh rkühler29 abgekühlt, damit sie
bei der darauffolgenden Einlagerung oder Weiterbehandlung nicht mit dem Luftsauerstoff
reagieren.. Indern der Ofe_nauslaß mit bekannten Mitteln so reguliert wird, daß
ein geringer Überdruck vorhandene ist, kann das Eindringen von Luft in den Kühler
verhindert werden, da auch der Kühler unter einem geringen Überdruck steht.
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Nach der Abkühlung in dem rotierenden Kühler werden, die FoTmstiidke
in einem. Vorratsbehälter befördert, der in der Zeichnung nicht dargestellt st.
Falls die Farmstücke unmittelbar in dien Karbidofen gelangen sollen, kommt der Kühler
29 2n Wegfall.
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Die am hinterem. Ende des Drehrohrofens 28 durch die Leitung
30 abziehenden Abgase, welche noch eine gewisse Menge verbreinlicher Bestandteile
enthalten, werden in der Verbrennungskammer 30a vollständig verbrannt, um die gesamte
Abgaswärme nutzbar zu machen. Die zur Verbrennung erforderliche Luft wird durch
die Leitung 31 in regelbarer Menge zugeleitet. Die heißen: Verbrennungsgase können
gegebenenrfalls durch Zusatzluft abgekühlt werden, die durch Ventil 32 unter Beobachtung
des in, die Leitung 30 eingebauten, Thermomerters.32a zugeführt wird, und
gelangen dann in den Wärmeaustauscher 33. Diese Abkühlung der Verbrennungsgase erfolgt,
um die Temperatur in dem Wärmeaustauscher 33 so zu regeln:, daß ein billigerer Wärmeaustauscher
verwendet werden kann, der die hohe Temperatur der aus dem Drehrohrofen austretenden
Abgase nicht aushalten würde. DieAbgase geben in dem Wärmeaustauscher 33 einen Teil
der Wärme an die durch die Leitung 35 in den Drehrohrofen eingeleitete Verbrennungsluft
ab,.
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Nach der Vorwärrnung der Verbrennungsluft für den Drehrohrofen 28
im Wärmeaustauscher 33 dienen die Abgase noch zur Trocknung der Formstücke in dem
Trockenapparat 25. Falls erforderlich., können, die Abgase vorher nochmals durch
Zugabe von, Luft durch Ventil 34 abgekühlt werden, wobei die geeignete Trocknungsternperatur
mittels des in die Leitung 30 eingebauten Thermometers 34" bestimmt werd.
kann. Die Leitung 30 ist mit Exhaustoren, üblicher Bauart verbunden, um die Abgase
absaugen zu können.
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Dem in Fig. i dargestellten geneigt liegenden Drehrohrofeu 28 wird
die vorgewärmte Verbrennungsluft an. seinem vorderen Ende, durch die Leitung 35
aus dem Wärmeaustauscher mittels eines nicht gezeigten Ventilators zugeführt. Eine
Hilfsheizeinrichtung36 ist zumAnwännen bei Inbetriebnahme des Ofens bis zum Ingangkommen:
der autothermischen Arbeitsweise und zur Lieferung zusätzlicher Wärme vorgesehen.
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Wie Fig. 2 zeigt, besteht der Ofen 28 aus einem langen Drehrohr 40,
das etwa 2,3o m Durchmesser hat und mit einer 15 cm starken. Schicht aus. feuerfesten
Steinen ausgefüttert ist. An den Rohrenden sind zwei feststehende Hauben 44 und
46 angefiracht, die den Eintritt von Luft in das Drehrohr ve!rhindern:. Die zur
Abdichtung dienenden Mittel sind in Fig.2 schematisch als Dichtungsringe 48 und
5o gezeigt, die das Rohr von außen umfassen; doch können irgendwelche. an.dera bekannte
Mittel zur Abdichtung verwendet werden.
Der hintere, HaubenverSGhluß
46 hat vorzugsweise größere Abmessungen als die vordere Haube 44 und kann einen
nicht dargestellten Wasserkühlmantel haben. Die Haube 46- hat einen. obenliegendein
Abzugsstutzen 52 für die Abgase, an den die Abgasleitung 3o angeschlossen ist. Ein
Thermoelement 54 ragt in die Abgasleitung und ist mit dem Anzeigegerät 55 verbunden.
Unten an der Haube 46 befindet sich ein Aus.laßstutzem: 47 für die im Ofen gebrannten
Formstücke.
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Durch die vordere Haube 44 führt ein. schräges Einlaßrohr 56 für die
Formstücke, die von da auf den Boden des Drehrohres fallen. Die vorgewärmte Luft
tritt durch eine zentrale Leitung 35 mit einem Regelventil 58 in das. vordere Drehrohrende
ein. Unterhalb der Luftleitung 35 führt ein. üblicher Öl- und Gasbrenner 6o von
der Hilfsheizung 36 (Fig. r) durch die Haube 44 in das Drehrohr.
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Die gesamtes Länge des Ofens ist beispielsweise etwa 23 m; die Neigung
beträgt z. B. 7 cm auf i m. Das Drehrohr ist in der üblichen Weise auf Rollen gelagert,
wie bei 62 in Fig. 2 gezeigt ist, und wird
| Kohle -I- Wärme -@ Kohlenstoff -I- flüchtige Bestandteile |
| Flüchtige Bestandteile -i- Luft -@. Wärme + C O -I- C 02 +
Ha O |
| Kohlenstoff -f- Sauerstoff --@ Kohlensäure -I- Wärme |
| Kalziumhydrat+ Wärme -@ Kalziumoxyd+ Wasser |
| Kalziumkarbonat -I- Wärme -@. Kalziumoxyd -I- Kohlensäure |
| Kohlenstoff -I- Wasser -@. Kohlenoxyd -I- Wasserstoff |
Daraus geht hervor, daß man die umkehrbare Disassoziattion von @alzi.umkarbonat
zu Kalziumoxyd und Kohlensäure fördern muß, um mit Sicherheit Kalziumoxyd zu erhalten,
und doch verhindern muß, daß sich Kalziumoxyd und Kohlensäure verbinden, so daß
wiederum Kalziumkarbonat entstehst. Dazu ist eine hohe Temperatur erforderlich,
die andererseits die Oxydation von Kohlenstoff begünstigt, wenn Sauerstoff oder
Wässer mit d;em Kohlenstoff in Berührung kommt. Dieser Oxydationsvorgang würde einem.
Verlust von festem Kohlenstoff oder Koks aus der zur Verwendung kommenden Kohle
bedeuten.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird irgendein wesentlicher Verlust
an gebundenem Kohlenstoff verhindert; außerdem werden. noch andere Vorteile durch
einen autothermischen. Verbrennungsvorgang erreicht, bei dem: die Formstücke und
die Verbrennungsgase im Gleichstrom durch den Drehrohrofen geführt werden: Bei Inbetriebsetzung
der Anlage nimmt der Drehrohrofen 28, der mittels des Brenners 6o entsprechend;
vorgewärmt ist, einen. Strom von getrockneten und verhältnismäßig kalten Formstücken
auf, die aus einem gleichmäßigen und innigen Gemisch von weicher Kohle mit einer
Kalziumverbindung, wie Kalziumkarbonat und -hydrat, bestehen und für die Herstellung
von. Kalziumkarbid in einen elektrischenLichtbogenofengeeignet sind. Vorgewärmte,
verhältnismäßig heiße Luft von denn. Wärmeaustauscher 33 wird dem Ofen durch de'xnit
einem Ventil versehene Leitung 35 bei geeigneter Temperatur, zugeführt. durch einen
regelb:airen Motor 64 über ein. Getriebe 66 mittels Ritzel 68 und über einen. Zahnkranz
70 auf dem Rohrmantel angetrieben. Die Anordnung ist so getroffen, d'aß das. Drehrohr
mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 1,5 Umdrehungen je Minute umläuft.
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Das in der Abgasleitung 52 angebrachte Thermoelement 54 kann in bekannter
Weise zur selbsttätigen. Regelung der dem Drehrohrofen zugeführten vorgewärmten
Luftmenge in Verbindung mit dem Ventil 58 in der Zuleitung 35 benutzt Nverden. Auch
kann durch das Thermoelement 54 die dem Luftvorwärrner 33 zur Temperaturherabsetzung
zugeführte Luftmenge mittels des Ventils 32, selbsttätig geregelt werden.
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Die bei der Verkokung und Kalzinierung von Formstücken, die aus bituminöser
Kohle und Kalziumoxyd bestehen, in einem einzigen Arbeitsgang auftretenden Schwierigkeiten
werden besser verständlich gemacht, wenn man, die in Frage kommenden grundlegenden,
chemischen Reaktionen betrachtet, die folgendermaßen verlaufen:: Während der ersten
Stufe des Verbrennungsvorganges entweicht ein Teil der flüchtigen Bestandteile der
Kohle infolge der hohen Ofentemperatur aus den Formstücken. Da die Temperatur der
Ofengase am vorderen Drehrohrende über der Entzündungstemperatur der flüchtigen
Bestandteile liegt, verbrennen diese zusammen mit dem in, der vorgewärmten Luft
enthaltenen Sauerstoff unter Wärmeentwicklung. Die so frei gewordene Wärme bewirkt
eine weitere Entgasung und Verbrennung von flüchtigen Bestandteilen der Kohle. Dadurch
entsteht ein thermisch geregelter Vorgang, d. h., es braucht keine zusätzliche Wärme
zugeführt zu werden. Wenn der Ofen einmal in Betrieb genommen ist und wenn eine
Kohle mit einem genügenden Gehalt an flüchtigen Bestandteilen (z. B. 35 °/o vom
Gewicht) verwendet wird, kann. der Brenner 6o abgestellt und der Verbrennungsvorgang
durch die bei der Verbrennung der flüchtigen Bestandteile frei gewordene Wärme in
Gang gehalten werden. Die Temperatur der Formstücke steigt sauf dem Wege durch den
Drehrohrofen infolge der Verbrennungswärme ständig, wodurch es zu einer vollständigen
Entgasung der Kohle kommt. Die nach der ersten Zone noch entweichenden flüchtigen
Bestandteile reagieren mit im wesentlichen sämtlichen in den Ofengasen enthaltenen
oxydierenden Mitteln, so daß eine reduzierende Atmosphäre im Ofeninnern entsteht,
die von dem übrigbleibeiden Luftstickstoff und den Reaktionsprodukten gebildet wird.
Eine vollständige Oxydation der flüchtigem. Bestandteile tritt nicht ein, da, die
Kohle so ausgewählt und die Verbrennungsluft
im Verhältnis zu der
Durchflußmenge der Formstücke so geregelt wird, d.aß das Volumen der flüchtigen
Bestandteile stets größer ist als der zur Verbindung mit dem in der Verbrennungsluft
enthaltenen Sauerstoff erforderliche stöchiometrische Betrag, so daß die Ofengase
unterhalb der Verbrennungszone keinen. Sauerstoff mehr enthalten.
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Beim Durchlaufen des Drehrohrofens werden, die Formstücke infolge
der durch Strahlung, Leitung und Konvektion aus den Ofengasen xu.f sie übertragenen
Wärme fortschreitend heißer. Wenn die Formstücke bis auf etwa 700° erhitzt sind,
zerfällt das in den Formstücken vorhandene Hydrat in Wasserdampf, der mit den Ofengasen
abgeführt wird, und in Kalziumoxyd, das in den Formstücken verbleibt. Die Temperatur
der Formstücke nimmt nach dem Ende des Drehroh.rofens hin. noch. weiter zu; sobald
die Temperatur auf etwa goo° gestiegen. ist, ist das vorhandene Kalziumkarbonat
restlos zu Kohlensäure, die mit den Ofengasen abgeführt wird, und zu Kalziumoxyd,
das in der zu heißer Koksmasse entgasten Kohle zurückbleibt, dissoziiert. Die Temperatur
der Formstücke wird am Ofenende hoch genug gehalten, damit die ganze Masse jedes
Formstückes auf eine Temperatur von etwa iooo° gebracht wird, so daß im wesentlichen
alles vorhandene Kalzium als Oxyd und nicht ass Karbonat in den Formstücken enthalten
ist. Die Dauer des Durchganges der Formstücke durch. den Ofen kann durch die Umlaufgeschwindigkeit
mit Hilfe des regelbaren Motors 64 und die Ofentemperatur durch Regelung von Menge
und Temperatur der Verbrennungsluft eingestellt werden. Dazu dienen die Ventile
in den Leitungen 35 und 32, die von Hand so eingestellt werden, daß an dem Thermoelement
54 eine Temperatur von z. B. i ioo° entsprechend einer Temperatur der Formstücke
von iooo° herrscht.
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Die zugeführte Luftmenge ist im Verhältnis zu dem Einsatzgut so bemessen,
daß die Atmosphäre im Ofen nach dem Drehrohrende hin sehr schnell sauerstofffrei
wird. Es wurde festgestellt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. die bei der
Verbrennung der flüchtigen Kohlenbestandteile entstehende Wärme in einem geschlossenen
Ofen unmittelbar beim Entweichen dieser Gase aus den brennenden Formstücken verwertet
werden kann und ohne daß dabei ein wesentlicher Verlust an gebundenem Kohlenstoff
eintritt. Man. kann, annehmen, daß die Ursache für einen. so geringen Verlust an
Kohlenstoff darin. zu suchen ist, daß die sich in der vorderen Verbrennungszone
plötzlich aus den Formstücken entwickelten großen Mengen von Gasen und Dämpfen eine
Reaktion des mit der vorgewärmten. Luft zugeführten Sauerstoffes mit dem Kohlenstoff
der Kohle verhindern.. Im weiteren Verlauf des Verbrennungsvorganges kommt es dann.,
obwohl die Gasentwicklung geringer wird, offenbar zu keiner wesentlichen Reaktion
zwischen dem in den Formstücken enthaltenen Kohlenstoff und den Ofengasen, weil
die Ofengase unterdessen infolge der vorhergegangenen Reaktion von fast allem vorhandenen
Sauerstoff mit den aus der Kohle entweichenden flüchtigen Bestandteilen. kaum noch
Sauerstoff enthalten. Gemäß dem nach der Erfindung im Gleichstrom verlaufenden Verbrennungsvorgang
gelingt es daher, aus weicher Kohle zusammen mit Kalkhydrat und -karbonat unter
Ausnutzung der in den flüchtigen Bestandteilen enthaltenen Wärme Formstücke herzustellen,
die sehr hoch, z. B. auf iooo°, erhitzt werden können, ohne übermäßigen Verlust
an gebundenem Kohlenstoff. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren tritt auch kein wesentlicher
Verlust an Kohlenstoff durch andere mögliche Reaktionen, wie z. B. durch die Bildung
von Wassergas, ein, wahrscheinlich deshalb, weil infolge der ständig steigenden
Temperatur der den Ofen durchlaufenden Formstücke alles darin enthaltene Wasser,
z. B. von dem Kalkhydrat, verdampft und mit den Ofengasen von den Formstücken weggeführt
wird, bevor deren Temperatur so hoch gestiegen ist, daß es zu einer Wassergasreaktion
kommt.
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Die Zusammensetzung der Formstücke kann je nach der Reinheit und dem
Preis des an Ort und Stelle zur Verfügung stehenden Kalziumhydrats bzw. -karbonats
geändert werden.. Falls das Hydrat als. Nebenerzeugnis zu günstigen Bedingungen
nicht zur Verfügung steht, wird Kalkstein geeigneten Reinheitsgrades verwendet.
Um Karbonatformstücke mit genügender mechanischer Festigkeit zu erhalten, muß etwas
Kalziumhydrat als Bindemittel zugegeben werden. Es wurde durch Versuche ermittelt,
da.ß Formstücke mit einem Kalziumkarbonatgehalt, der nach der Kalzination 85 Gewichtsprozent
des für das Karbidverfahren erforderlichen Kalziumoxyds ergibt, und die außerdem
die für die restlichen 15% Kalziumoxyd erforderliche Menge Kalziumhydrat enthalten,
für die Iinrbidherstellung im Großbetrieb hervorragend geeignet sind. Bei solchen
Formstücken. aus 85: 15 % Karbonat bzw. Hydrat wird etwas weniger Wasser für das
Mischen und Strangpressen gebraucht als bei nur aus Hydrat hergestellten Formstücken,
da sich das Karbonat besser mit Wasser ansetzen läßt uls das Hydrat.
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Wenn die Verwendung von Formstücken, die außer Kohle nur Kalziumhydrat
enthalten, wirtschaftlich sein sollte, kann es je nach der Art der Mischeinrichtung
erforderlich werden, Vorsorge zu treffen, daß sich die Formstücke eine gewisse Zeit
lang vor dem Trocknen »setzen« können., damit sie den Trockenvorgang aushalten,
ohne zu zerfallen.
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Ferner hat sich gezeigt, daß Formstücke a,us gleichen Teilen Karbonat
und Hydrat, auf die vorher angegebene Weise berechnet, nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit gutem Erfolg im Drehrohrofen verarbeitet werden können.. Für Formstücke
aus Kalkhydrat oder aus Kalkstein wird dieselbe Kohlensorte verwendet, und zwar
vorzugsweise eine bituminöse Kohle mit guter Fließfähigkeit bei Erhitzung und mit
niedrigem Aschegehalt. Eine besonders gut geeignete Kohle hatte z. B. 63,7 % gebundenen
Kohlenstoff, 32,i 0/0 flüchtige Bestandteile und 4,20/0 Aschegehalt. Doch
können.
auch Kohlensorten mit weniger flüchtigen Bestandteilen verwendet werden, wobei dann
die fehlende Wärmemenge durch den Hilfsbrenner 6o oder mit anderen bekannten Mitteln
zugeführt werden muß.
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Das theoretische Mischungsverhältnis von Kohlenstoff (Koks) und Kalziumoxyd
(kalziniertes Karbonathydrat oder kalziniertes Hydrat) in den zur Karbiderzeugupg
dienenden Formstücken würde i : 1,55 sein, wie sich aus der chemischen Gleichung
Ca O -I- 3 C = Ca C2 -f- C O ergibt. Im praktischen Betrieb wird jedoch mit einem
höheren, Kalziumoxydgehalt gearbeitet, um im Karbidofen eine leichtflüssige Schmelze
zu erhalten. Die Kalziumkarbidschmelze oder das eutektische Gemisch, das sich in
dieser Beziehung günstig verhält und. das Abschlacken erleichtert, enthält etwa
8o % Kalziumkarbid. Um diese gute Fließfähigkeit zu erhalten, wird das Mischungsverhältnis
von Kohlenstoff zu Kalziumoxyd praktisch- auf etwa i : 1,75 erhöht, was. für Formstücke
aus Karbonathydrat oder aus Hydrat gilt. Bei. Verwendung von Hydrat oder von Karbonathydrat
wird das jeweils erforderliche Gewicht nach der sich ergebenden Kalziumoxydmenge
berechnet; ebenso kann das Kohlengewicht auf Grund des Kohlenstoffgehaltes der Rohkohle
bestimmt werden.
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Zu beachten ist, daß die Formstücke auf ihrem Lauf durch den Drehrohrofen
ständig gewendet werden müssen, damit sie auf allen Seiten gleichmäßig und unmittelbar
der Wärmestrahlung ausgesetzt sind, die durch die im oberen Abschnitt des Ofens
verlaufende Verbrennung erzeugt wird. Während. des Glühens und der nachfolgenden
Abkühlung erhärten die Formstücke und nehmen eine Wabenstruktur aus Koks mit darin
eingebetteten Kalziumoxydpartikeln an. Die Kohle schmilzt infolge ihrer Backfähigkeit
zu einer halbflüssigen zähen Masse, die beim Verkoken ein harte Wabenstruktur um
die Kalziumoxydpartikel bildet. Diese harten Formstücke widerstehen allen Beanspruchungen
auf dem Wege von dem Drehrohrofen zu dem Karbidofen, so daß Grus oder Staub nur
in ganz geringem Maße entsteht. Die Umwandlung der nassen Formstücke während des
Trocknungs- und Verbrennungsvorganges ist in Fig. 3 veranschaulicht (links ein nasses,
rechts dasselbe Formstück nach dem Glühen).
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Zum Zwecke der vollen Ausnutzung der Ofen-Nebenerzeugnisse Nverden:
die Abgase durch die Leitung 52 (Big. 2) aus dem Drehrohrofen abgeführt und durch
Leitung 30 in die Verbrennungskammer 30Q (Big. 1) geleitet, wo sie unter
Zugabe von Luft durch Leitung 31 vollständig verbrannt werden, um die gesamte verfügbare
Wärme wiederzugewinnen. Die entstehenden Verbrennungsgase werden dann in den Wärmeaustauscher
33 geleitet, wo ein Teil der Wärme zur Erhitzung der Luft dient, die zur teilweisen
Verbrennung der flüchtigen Bestandteile der Kohle im Drehrohrofen 28 gebraucht wird.
Danach werden die Abgase noch in die Trockeneinrichtung 25 geführt, wo die restliche
Wärme zur Trocknung der nassen. Formstücke ausgenutzt wird. Auch können die Abgase
zur Trocknung des Kalziumhydrats benutzt werden, das von der nassen Azetylenherstellung
oder von Hydrathalden herrührt.
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Zum besseren Verständnis wichtiger Einzelheiten des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird noch ein Beispiel des Ablaufes des ganzen Arbeitsganges mit Zahlenangaben
angeführt: Bituminöse Kohle der schon erwähnten Beschaffenheit (63,7 % C, 32, i
'/o flüchtige Bestandteile, 4,211/o Asche) wird fein gemahlen (Prüfsieb mindestens
Nr. 7,5) und in den Vorratsbehälter i i gebracht. Falls erforderlich, wird die Kohle
vor dem Mahlen bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt unter 5 °/o getrocknet. Kalziumhydrat
als Abfallprodukt der Azetylenherstellung wird zentrifugiert, um den üblichen Wassergehalt
von So °/a bis auf etwa 400/0 herabzusetzen, und dann unter Ausnutzung der Abwärme
von der Karbidanlage oder von !anderen Quellen weiter getrocknet. Dadurch wird das
Hydrat in ein verhältnismäßig trockenes Pulver mit weniger als i2o/o freiem Wasser
verwandelt, dessen Feinheit dem Durchgang durch ein Sieb mit einer Maschenweite
von 0,048 bis o,07¢ mm entspricht. Dieses Kalziumhydratpu,lver wird in dem Behälter
13 aufgespeichert.
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Rohkohle und Hydrat werden dann auf den selbsttätigen Wägevorrichtungen
14, 16 uriterhulb der Behälter i 1, 13 in entsprechenden. Mengen abgewogen. Unter
Abzug des Gehaltes an freiem und gebundenem Wasser im Hydrat sowie des Aschegehaltes
und der flüchtigen Bestandteile der Kohle «erden die beiden Bestandteile der Formstücke
in einem Verhältnis von 1 : 1,75 (Kohlenstoff zu Kalziumoxyd) gemischt, das, wie
schon erwähnt, besonders vorteilhaft ist. Aus der Misch- und Fördervorrichtung 17
gelangt das Gemisch zu dem Mischkollergang 18, wo unter Zugabe von Wasser ein für
den raschen Ablauf der Karbiderzeugung geeignetes Gemisch hergestellt wird. Auf
der Strangpresse 20 werden die Formstücke dann unter Zusatz des erforderlichen Wassers
fertiggestellt, wobei die zugesetzte Wassermenge nicht mehr als 22 bis 26 Gewichtsprozent
auf das Formstück bezogen, betragen soll. Der ausgepreßte Strang wird mit der Schnei,dvorrichtung
23 schließlich auf eine Stücklänge von 25 bis 75 mm zerschnitten.
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Die Formstücke werden bei 20o° in dem Trockner 25 bei einer Durchlaufdauer
von ungefähr 4o Minuten getrocknet, wodurch eine Entgasung und Entzündung der Gase
verhindert wird, und gelangen anschließend in den Drehrohrofen 28, der durch den
öl- oder Gasbrenner 6o auf etwa i ioo° erhitzt worden ist. Die Drehzahl des Ofens
ist so bemessen, daß bei einer Neigung von etwa 7 cm auf i m die Formstücke den
Ofen in ungefähr 30 Minuten durchlaufen. Die Temperatur der Ofengase wird
durch die- schon beschriebenen Mittel auf 1 10o° gehalten, indem bei einem Sinken
der Temperatur unter diesen Wert das Ventil 58 in der Leitung 35 geöffnet wird,
um mehr vorgewärmte Luft in den, Ofen einzulassen.
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Die Abgase, die hauptsächlich aus Stickstoff, Methan, Wasserstoff,
Kohlenoxyd und Kohlensäure
bestehen, werden in der Verbrennungskammer
30a unter Zusatz von Luft verbrannt und dann auf etwa Soo° durch. Einleitung von
Luft (über Leitung 32) abgekühlt. Die Abgase dienen ferner zur Erhitzung der Verbrennungsluft
für den Ofen auf 25o bis q00°, werden dann durch Einleitung von Luft (über Leitung
34) auf etwa 200° abgekühlt und in den Trockner 25 geführt, um schließlich noch
zur Trocknung des Hydrats zu dienen oder durch den Kamin abgeführt zu werden.
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Die Formstücke haben nach der Kalzination und Verkokung eine Temperatur
von etwa iooo° und werden in einen mit äußerer Wasserberieselung versehenen Kühler
29 befördert, in dem sie auf etwa i5o° abgekühlt werden, so daß es zu keiner Reaktion
des in den Formstücken enthaltenen Kohlenstoffes mit dem Luftsauerstoff kommt. Der
Eintritt von Luft in den Kühler 29 wird durch die dichte Verbindung zwischen Ofen
und Kühler sowie dadurch verhindert, dr" der Abgasstrom des Ofens durch nicht dargestellte
Mittel so geregelt wird, daß in dem Kühler ein geringer Überdruck aufrechterhalten
wird.
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Formstücke, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind,
haben eine besonders hohe mechanische Festigkeit und das günstigste Mischungsverhältnis
für die Karbiderzeugung in einem elektrischen Lichtbogenschmelzofen. Die Bestandteile
des Gemisches sind innig und gleichmäßig gemischt und ergeben ein hochwertiges Einsatzgut
für den Karbidofen, dessen Herstellung einfacher und wirtschaftlicher ist als nach
den bisher bekannten sonstigen Verfahren..
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Der Erfindungsgegenstand soll nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt sein, sondern das Verfahren kann, auch auf eine andere im Rahmen der
Beschreibung und der Ansprüche liegende Art und Weise durchgeführt werden.