WO1993024219A1 - Fluidized bed reaction pipe with gas distributor, and its use - Google Patents

Fluidized bed reaction pipe with gas distributor, and its use Download PDF

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WO1993024219A1
WO1993024219A1 PCT/EP1993/001389 EP9301389W WO9324219A1 WO 1993024219 A1 WO1993024219 A1 WO 1993024219A1 EP 9301389 W EP9301389 W EP 9301389W WO 9324219 A1 WO9324219 A1 WO 9324219A1
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reaction tube
silicon nitride
bed reaction
frit
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PCT/EP1993/001389
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Ulrich Vogt
Peter Werner
Albert Kerber
Franciscus Van Dijen
Rudolf Strittmatter
Heinz-Withold Schmitz
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Lonza Ag
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    • C01P2004/61Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer

Definitions

  • the present invention relates to a high-temperature-resistant fluidized-bed reaction tube with a gas distributor and its use, in particular for the high-temperature treatment of corundum microgranules.
  • REPLACEMENT LEAF deviate as little as possible from that of the pipe material in order to avoid tension and risk of breakage when the temperature changes.
  • the object of the present invention was therefore to provide a fluidized bed reaction tube which is resistant to high temperatures and resistant to changes in temperature and has good chemical resistance, in particular in non-oxidizing and oxidizing atmospheres, with a frit plate which is matched to these properties.
  • Y2O3, A-2O3, MgO, SiO2 and Fe2O3, as well as the oxides of rare earths, such as e.g., are suitable as sintering aids for this as well as for sintering together the silicon nitride bodies for frit. CeÜ2 or La2 ⁇ 3.
  • the frit plates according to the invention have a pressure drop of the order of 100 Pa when air or nitrogen flows through them at a flow rate (calculated as plug flow in the empty tube) of 0.1 m / s.
  • the frit plate is preferably fastened in the fluidized bed reaction tube according to the invention using mortar which is resistant to high temperatures.
  • Mortars based on silicon carbide are particularly preferred for this purpose.
  • Mortars of this type which contain a hydraulic binder, are sold, for example, by Höganäs AB, Sweden, under the names SICTO refractory concrete or SICTO refractory cement. They have good adhesion to both the silicon carbide tube and the frit plate, high temperature resistance and good chemical resistance to both reducing and oxidizing atmospheres.
  • a particularly preferred embodiment of the fluidized-bed reaction tube according to the invention additionally contains at least one tube made of a high-temperature-resistant material, the axis of which runs essentially parallel to the axis of the reaction tube and is felt through the frit plate from the upstream side, so that it Area of the fluidized bed ends. This means that the pipe opening is either flush with the surface of the frit plate or during operation lies within the fluidized bed.
  • the other end of the additional tube is expediently located outside the fluidized bed reaction tube and is equipped with at least one connection for a suction and / or gas supply device.
  • Aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide or zirconium oxide is preferably used as the material for the additional tube.
  • the additional tube can advantageously be used for emptying and / or feeding the fluidized bed by suctioning off or introducing the layer material by means of a gas stream.
  • the side of the frit plate facing the fluidized bed is advantageously designed such that its surface is not flat, but rather forms a trough or a flat funnel, and the additional tube is attached to the deepest point of the trough in order to enable complete emptying ⁇ lichen.
  • Reaction gases can also be introduced into the fluidized bed. This is particularly advantageous if several different gases are used in the fluidized bed process and these cannot or should not be mixed beforehand. This is also advantageous if thermally unstable gases such as ammonia have to be added because the cross-section of the additional tube can be selected to be significantly smaller than that of the reaction tube, so that there is a high flow rate and thus a short residence time until penetration into the fluidized bed . An inert gas can then optionally also be used to produce the fluidized bed.
  • the fluidized bed reaction tube according to the invention is basically suitable for carrying out all processes in which solid substances interact with one or more gaseous substances with the formation of a fluidized bed with the exchange of materials, heat exchange and / or the course of chemical reactions.
  • These include, for example, drying processes, calcining processes, annealing and tempering processes and chemical reactions in which gaseous reactants have to be added and / or gaseous reaction products have to be removed.
  • the working temperature can be up to 1650 ° C and both inert and reducing or oxidizing gases can be used.
  • gases that react with silicon carbide and or silicon nitride such as hydrogen fluoride or fluorine.
  • a particularly preferred use of the fluidized-bed reaction tube according to the invention is the high-temperature treatment of corundum abrasive grain, in particular of such with average grain sizes of less than 100 ⁇ m (micro-grain).
  • the high-temperature treatment of corundum abrasive grain is known per se and is usually carried out in rotary kilns. However, this method is unsuitable for the treatment of micrograins for several reasons. On the one hand, particles below a certain size are not transported correctly in a conventional rotary kiln with a slightly inclined axis, so that it is not possible to control the dwell time to the desired extent by a suitable choice of inclination and rotational speed.
  • micro-grains made of corundum tend to agglomerate by sintering together at the required temperatures of, for example, 1200 ° C. While the transport can be forced by adding coarser grain ("drag grain”), the sintering together cannot be completely avoided. In any case, the addition of trailing grain is unfavorable because it has to be separated after passing through the oven. The entrained grain is then appropriately recycled and must be reheated each time the furnace is passed, since it is not practical to remove it when it is hot (for example at 1200 ° C.). This significantly increases energy consumption. For example, in the case of P-360 grains with an average grain size of approximately 40 ⁇ m, tests have shown that approximately twice the amount of drag grain had to be added in order to obtain reasonably useful results.
  • reaction tube according to the invention are, for example, the production of silicon nitride from silicon dioxide, carbon and nitrogen or silicon dioxide and ammonia, in which case the unreacted carbon can also be oxidized in the same reaction tube after the nitride formation has ended.
  • the heat is preferably supplied indirectly by means of a suitable tube furnace, but because of the electrical conductivity of the silicon carbide it is also possible to supply heat by passing current directly through the fluidized bed reaction tube, if appropriate in combination with indirect heating.
  • All conventional tube furnaces which reach the desired temperatures are suitable as tube furnaces, for example those with heating elements made of silicon carbide.
  • the fluidized bed reaction tube according to the invention can be equipped in a manner known per se with conventional additional parts such as gas heaters, expansion vessels, sight glasses, cyclones, etc.
  • a cooled flange is advantageously used, which can be attached, for example, with an adhesive or putty.
  • the green body was then carefully removed from the mold, completely dried in 24 h at 120 ° C. and finally sintered in a powder bed at 1750 ° C. for 2 h.
  • a frit plate with an opening for attaching an additional tube can be produced by the same method.
  • a suitable clamp flange made of V4 A steel with a cooling jacket was pushed over one end (in operation above) of a tube made of sintered silicon carbide (inside diameter 70 mm, wall thickness 8 mm, length 1600 mm) and fastened with a two-component adhesive.
  • the fluidized bed reaction tube according to Examples 1 and 2 was used in a vertical, electrically heated tube furnace (Carbolite ⁇ - STF 16/75, maximum temperature 1600 ° C., length of the temperature-constant zone approx. 190 mm) in such a way that the surface of the Frit plate was about 8 cm below the middle of the oven.

Abstract

A fluidized bed reaction pipe (1) made of sintered silicium carbide has a fritted plate (2) made of silicium nitride or carbide. The fritted plate is preferably sintered together from individual, preferably spheric, sintered silicium nitride bodies. The reaction pipe is characterized by good thermal and thermal change resistances and is suitable for carrying out reactions at up to 1650 DEG C. Also disclosed is a process for high temperature treatment of corundum micro-grains in the fluidized bed which can be carried out without the admixture of coarse grains and which supplies an agglomerate-free product.

Description

Wirbelschicht-Reaktionsrohr mit Gasverteiler und dessen VerwendungFluid bed reaction tube with gas distributor and its use
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hochtemperaturbeständiges Wirbelschicht-Reak¬ tionsrohr mit einem Gasverteiler sowie dessen Verwendung, insbesondere zur Hochtem¬ peraturbehandlung von Korund-Mikrokörnungen.The present invention relates to a high-temperature-resistant fluidized-bed reaction tube with a gas distributor and its use, in particular for the high-temperature treatment of corundum microgranules.
Bei chemischen Reaktionen, an denen sowohl gasförmige als auch feste Stoffe beteiligt sind, bringt die Durchfuhrung in einer Wirbelschicht oft erhebliche Vorteile gegenüber anderen Verfahrensweisen. Diese Vorteile sind teils in dem guten Wärme- und StoSubergang in der Wirbelschicht begründet, teils darin, dass eine Wirbelschicht sich gut für kontinuierliche Verfahren eignet, weil sie sich ähnlich wie eine Flüssigkeit verhält.In chemical reactions in which both gaseous and solid substances are involved, carrying out in a fluidized bed often brings considerable advantages over other methods. These advantages are partly due to the good heat and shock transfer in the fluidized bed, partly because a fluidized bed is well suited for continuous processes because it behaves similarly to a liquid.
Eine Einschränkung der Anwendung vom Wirbelschicht- Verfahren ergibt sich in der Praxis durch die begrenzte Temperaturbeständigkeit und/oder chemische Resistenz der zur Ver¬ fügung stehenden Reaktoren. Weiterhin behindert oft eine geringe Temperaturwechsel¬ festigkeit den effizienten Einsatz, vor allem im Labor- und Technikumsmassstab, wo kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten erwünscht sind. In diesem Bereich wurden bisher vor allem Reaktionsrohre aus Quarzglas oder Quarzgut eingesetzt, die eine gute chemische Resistenz und Temperaturwechselfestigkeit aufweisen und sich verhältnismässig gut bearbeiten lassen. Nachteile sind eine geringe Wärmeleitfähigkeit, die die Wärmezufuhr durch die Rohrwand begrenzt, sowie die Beschränkung auf Arbeitstemperaturen unter 1000°C. Rohre aus Aluminiumoxid-Keramik erlauben zwar je nach Al2θ3~Gehalt Temperaturen bis ca. 1800°C und weisen eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Quarzglas auf, ihre Temperaturwechsel¬ beständigkeit ist jedoch schlecht. Dies bedingt ein sehr langsames Aufheizen und Abkühlen, um Rissbildung durch Temperaturspannungen zu vermeiden. Ausserdem ergeben sich Probleme an den Rohrenden, soweit diese in einer kälteren Zone als der Mittelteil liegen oder noch zusätzlich gekühlt werden sollen.In practice, the use of the fluidized bed process is limited by the limited temperature resistance and / or chemical resistance of the reactors available. Furthermore, a low thermal shock resistance often hinders efficient use, especially on the laboratory and pilot plant scale, where short heating and cooling times are desired. In this area, mainly reaction tubes made of quartz glass or quartz material have been used, which have good chemical resistance and resistance to temperature changes and are relatively easy to machine. Disadvantages are a low thermal conductivity, which limits the heat input through the pipe wall, and the limitation to working temperatures below 1000 ° C. Tubes made of aluminum oxide ceramic, depending on the Al 2 O 3 content, allow temperatures of up to approx. 1800 ° C. and have better thermal conductivity than quartz glass, but their resistance to temperature changes is poor. This requires very slow heating and cooling to avoid cracking due to temperature stresses. In addition, problems arise at the pipe ends if they are in a colder zone than the central part or if they are to be additionally cooled.
Ähnliche Materialprobleme ergeben sich für den zur Erzeugung der Wirbelschicht erforder¬ lichen Gasverteiler.Similar material problems arise for the gas distributor required to produce the fluidized bed.
Als Gasverteiler werden bei kleinen Wirbelschicht-Reaktionsrohren vorzugsweise Fritten- platten verwendet. Bei diesen spielt die chemische Resistenz wegen der grossen Oberfläche eine besondere Rolle. Weiterhin darf sich die Porenstruktur unter dem Einfluss der Betriebs¬ temperatur nicht wesentlich verschlechtern und der thermische Ausdehnungskoeffizient sollFrit plates are preferably used as the gas distributor in small fluidized-bed reaction tubes. Chemical resistance plays a special role here because of the large surface area. Furthermore, the pore structure must not deteriorate significantly under the influence of the operating temperature and the coefficient of thermal expansion should
ERSATZBLATT möglichst wenig von dem des Rohrmaterials abweichen, um Spannungen und Bruchgefahr bei Temperaturänderungen zu vermeiden.REPLACEMENT LEAF deviate as little as possible from that of the pipe material in order to avoid tension and risk of breakage when the temperature changes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, ein hochtemperaturfestes und temperatur- wechselbeständiges Wirbelschicht-Reaktionsrohr, welches gute chemische Resistenz ins¬ besondere in nichtoxidierenden und oxidierenden Atmosphären aufweist, mit einer auf diese Eigenschaften abgestimmten Frittenplatte bereitzustellen.The object of the present invention was therefore to provide a fluidized bed reaction tube which is resistant to high temperatures and resistant to changes in temperature and has good chemical resistance, in particular in non-oxidizing and oxidizing atmospheres, with a frit plate which is matched to these properties.
Erfindungsgemäss wurde diese Aufgabe durch das Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach Patentanspruch 1 gelöst.According to the invention, this object has been achieved by the fluidized bed reaction tube according to claim 1.
Es wurde gefunden, dass die hohe Temperaturbeständigkeit und Temperaturwechselfestig¬ keit von gesintertem Siliciumcarbid als Rohrmaterial in Kombination mit einer Frittenplatte auf auf Basis von Siliciumnitrid oder rekristallisiertem Siliciumcarbid ein Wirbelschicht- Reaktionsrohr hoher thermischer und chemischer Beständigkeit ergibt.It has been found that the high temperature resistance and temperature change resistance of sintered silicon carbide as tube material in combination with a frit plate based on silicon nitride or recrystallized silicon carbide results in a fluidized bed reaction tube of high thermal and chemical resistance.
Die Frittenplatte auf Siliciumnitridbasis besteht vorteilhaft aus einzelnen gesinterten Siliciumnitridkörpern mit einem mittleren Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm, besonders bevorzugt 0,8 bis 1 mm. Diese einzelnen Siliciumnitridkörper werden zweckmässig mit Siliciumnitridpulver unter Zusatz von Sinterhilfsmitteln zu einem gas¬ durchlässigen Körper zusammengesintert. Die einzelnen gesinterten Siliciumnitridkörper sind teils im Handel erhältlich (z.B. als Mahlkörper), sie können im übrigen nach an sich bekannten Verfahren aus Siliciumnitridpulver und Sinterhilfsmitteln hergestellt werden. Als Sinterhilfsmittel eignen sich hierfür ebenso wie für das Zusammensintern der Siliciumnitridkörper zur Fritte beispielsweise Y2O3, A-2O3, MgO, Siθ2 und Fe2θ3, sowie die Oxide der seltenen Erden, wie z.B. CeÜ2 oder La2θ3.The frit plate based on silicon nitride advantageously consists of individual sintered silicon nitride bodies with an average diameter of 0.5 to 5 mm, preferably 0.5 to 2 mm, particularly preferably 0.8 to 1 mm. These individual silicon nitride bodies are expediently sintered together with silicon nitride powder with the addition of sintering aids to form a gas-permeable body. Some of the individual sintered silicon nitride bodies are commercially available (e.g. as grinding media), but can also be produced from silicon nitride powder and sintering aids by methods known per se. Y2O3, A-2O3, MgO, SiO2 and Fe2O3, as well as the oxides of rare earths, such as e.g., are suitable as sintering aids for this as well as for sintering together the silicon nitride bodies for frit. CeÜ2 or La2θ3.
Die Siliciumnitridkörper, aus denen sich die Frittenplatte zusammensetzt, sind vorzugsweise im wesentlichen kugelförmig. Sie unterscheiden sich untereinander in ihrem Durchmesser vorteilhaft um nicht mehr als einen Faktor von 2 - 3, um eine gleichmässige Porenverteilung in der Fritte sicherzustellen. Eine breite Teilchengrössenverteilung führt dabei zu einer verringerten Durchlässigkeit und damit im Betrieb zu einem höheren Druckabfall an der Fritte.The silicon nitride bodies from which the frit plate is composed are preferably essentially spherical. They differ from each other in their diameter advantageously by no more than a factor of 2-3 in order to ensure a uniform pore distribution in the frit. A broad particle size distribution leads to a reduced permeability and thus to a higher pressure drop at the frit during operation.
Die erfindungsgemässen Frittenplatten weisen bei Durchströmung mit Luft bzw. Stickstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit (gerechnet als Pfropfenströmung im leeren Rohr) von 0,1 m/s einen Druckabfall in der Grössenordnung von 100 Pa auf.The frit plates according to the invention have a pressure drop of the order of 100 Pa when air or nitrogen flows through them at a flow rate (calculated as plug flow in the empty tube) of 0.1 m / s.
ERSATZBLATT Die Frittenplatte wird in dem erfindungsgemässen Wirbelschicht-Reaktionsrohr vorzugsweise mit hochtemperaturbeständigem Mörtel befestigt. Besonders bevorzugt sind hierfür Mörtel auf Siliciumcarbidbasis. Derartige Mörtel, die ein hydraulisches Bindemittel enthalten, werden beispielsweise von der Firma Höganäs AB, Schweden, unter den Bezeichnungen SICTO-Feuerbeton bzw. SICTO-feuerfester Zement vertrieben. Sie weisen eine gute Haftung sowohl an dem Siliciumcarbidrohr als auch an der Frittenplatte, eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine gute chemische Beständigkeit sowohl gegen reduzieren¬ de als auch oxidierende Atmosphären auf.REPLACEMENT LEAF The frit plate is preferably fastened in the fluidized bed reaction tube according to the invention using mortar which is resistant to high temperatures. Mortars based on silicon carbide are particularly preferred for this purpose. Mortars of this type, which contain a hydraulic binder, are sold, for example, by Höganäs AB, Sweden, under the names SICTO refractory concrete or SICTO refractory cement. They have good adhesion to both the silicon carbide tube and the frit plate, high temperature resistance and good chemical resistance to both reducing and oxidizing atmospheres.
Eine besonders bevorzugte Ausführung des erfindungsgemässen Wirbelschicht-Reaktions- rohrs enthält im Inneren zusätzlich wenigstens ein Rohr aus einem hochtemperaturbestän¬ digen Material, dessen Achse im wesentlichen parallel zur Achse des Reaktionsrohres verläuft und von der Anströmseite her durch die Frittenplatte hindurchgefühlt ist, so dass es im Bereich der Wirbelschicht endet. Damit ist gemeint, dass die Rohröfrhung entweder bündig mit der Oberfläche der Frittenplatte abschliesst oder im Betrieb innerhalb der Wir¬ belschicht liegt. Das andere Ende des zusätzlichen Rohres befindet sich zweckmässig aus- serhalb des Wirbelschicht-Reaktionsrohres und ist mit wenigstens einem Anschluss für eine Absaug- und/oder Gaszufuhrvorrichtung ausgestattet.A particularly preferred embodiment of the fluidized-bed reaction tube according to the invention additionally contains at least one tube made of a high-temperature-resistant material, the axis of which runs essentially parallel to the axis of the reaction tube and is felt through the frit plate from the upstream side, so that it Area of the fluidized bed ends. This means that the pipe opening is either flush with the surface of the frit plate or during operation lies within the fluidized bed. The other end of the additional tube is expediently located outside the fluidized bed reaction tube and is equipped with at least one connection for a suction and / or gas supply device.
Als Material für das zusätzliche Rohr wird vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Siliciumcarbid oder Zirkonoxid eingesetzt. Das zusätzliche Rohr kann vorteilhaft zur Ent¬ leerung und/oder Beschickung der Wirbelschicht durch Absaugen bzw. Eintragen des Schichtmaterials mittels eines Gasstroms benutzt werden. Die der Wirbelschicht zugewand¬ ten Seite der Frittenplatte wird dabei vorteilhaft so ausgebildet, dass ihre Oberfläche nicht eben ist, sondern eine Mulde oder einen flachen Trichter bildet, und das zusätzliche Rohr an der tiefsten Stelle der Mulde angebracht ist, um eine vollständige Entleerung zu ermög¬ lichen.Aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide or zirconium oxide is preferably used as the material for the additional tube. The additional tube can advantageously be used for emptying and / or feeding the fluidized bed by suctioning off or introducing the layer material by means of a gas stream. The side of the frit plate facing the fluidized bed is advantageously designed such that its surface is not flat, but rather forms a trough or a flat funnel, and the additional tube is attached to the deepest point of the trough in order to enable complete emptying ¬ lichen.
Weiterhin können damit Reaktionsgase in die Wirbelschicht eingebracht werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehrere verschiedene Gase im Wirbelschichtprozess eingesetzt werden und diese nicht vorher gemischt werden können oder sollen. Ebenso ist dies vorteilhaft, wenn thermisch unbeständige Gase wie beispielsweise Ammoniak zugeführt werden müssen, weil der Querschnitt des zusätzlichen Rohres wesentlich kleiner als der des Reaktionsrohres, gewählt werden kann, so dass sich eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und damit kurze Verweilzeit bis zum Eindringen in die Wirbelschicht ergibt. Für die Erzeu¬ gung der Wirbelschicht kann dann gegebenenfalls auch ein inertes Gas verwendet werden.Reaction gases can also be introduced into the fluidized bed. This is particularly advantageous if several different gases are used in the fluidized bed process and these cannot or should not be mixed beforehand. This is also advantageous if thermally unstable gases such as ammonia have to be added because the cross-section of the additional tube can be selected to be significantly smaller than that of the reaction tube, so that there is a high flow rate and thus a short residence time until penetration into the fluidized bed . An inert gas can then optionally also be used to produce the fluidized bed.
ERSATZBLATT Das erfindungsgemässe Wirbelschicht-Reaktionsrohr eignet sich grundsätzlich für die Durchführung aller Verfahren, in denen feste Stoffe unter Ausbildung einer Wirbelschicht mit einem oder mehreren gasförmigen Stoffen unter Stoffaustausch, Wärmeaustausch und/oder Ablauf von chemischen Reaktionen in Wechselwirkung treten. Hierzu zählen beispielsweise Trocknungsprozesse, Kalzinierprozesse, Glüh- und Temperprozesse und chemische Reaktionen, bei welchen gasförmige Reaktanden zu- und/oder gasförmige Reak¬ tionsprodukte abgeführt werden müssen. Die Arbeitstemperatur kann bis zu 1650°C betra¬ gen und es können sowohl inerte als auch reduzierende oder oxidierende Gase eingesetzt werden. Ausgenommen sind lediglich Gase, die mit Siliciumcarbid und oder Siliciumnitrid reagieren, wie beispielsweise Fluorwasserstoff oder Fluor.REPLACEMENT LEAF The fluidized bed reaction tube according to the invention is basically suitable for carrying out all processes in which solid substances interact with one or more gaseous substances with the formation of a fluidized bed with the exchange of materials, heat exchange and / or the course of chemical reactions. These include, for example, drying processes, calcining processes, annealing and tempering processes and chemical reactions in which gaseous reactants have to be added and / or gaseous reaction products have to be removed. The working temperature can be up to 1650 ° C and both inert and reducing or oxidizing gases can be used. The only exceptions are gases that react with silicon carbide and or silicon nitride, such as hydrogen fluoride or fluorine.
Eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemässen Wirbelschicht-Reaktions- rohrs ist die Hochtemperaturbehandlung von Korund-Schleifkorn, insbesondere von solchem mit mittleren Korngrössen von weniger als 100 μm (Mikrokorn). Die Hochtemperaturbehandlung von Korund-Schleifkorn ist an sich bekannt und wird üblicherweise in Drehrohröfen durchgeführt. Für die Behandlung von Mikrokörnungen ist diese Methode aber aus mehreren Gründen ungeeignet. Zum einen werden Partikel unter¬ halb einer gewissen Grosse in einem üblichen Drehrohrofen mit leicht geneigter Achse nicht richtig transportiert, so dass es nicht möglich ist, durch geeignete Wahl von Neigung und Drehgeschwindigkeit die Verweilzeit im gewünschten Mass zu kontrollieren. Zum anderen neigen Mikrokörnungen aus Korund bei den erforderlichen Temperaturen von beispiels¬ weise 1200°C stark zum Agglomerieren durch Zusammensintern. Während sich der Trans¬ port durch Zugabe von gröberem Korn ("Schleppkorn") erzwingen lässt, ist das Zusam¬ mensintern nicht vollständig vermeidbar. Auf jeden Fall ist die Zugabe von Schleppkorn ungünstig, weil dieses nach den Durchgang durch den Ofen wieder abgetrennt werden muss. Das Schleppkorn wird dann zweckmässig rezykliert und muss bei jedem Ofendurch¬ gang wieder aufgeheizt werden, da eine Abtrennung in heissem Zustand (beispielsweise bei 1200°C) nicht praktikabel ist. Hierdurch erhöht sich der Energieverbrauch erheblich. Ver¬ suche ergaben beispielsweise bei P-360-Körnungen mit einer mittleren Korngrösse von ca 40 μm, dass etwa die doppelte Menge an Schleppkorn zugesetzt werden musste, um einigermassen brauchbare Resultate zu erahlten.A particularly preferred use of the fluidized-bed reaction tube according to the invention is the high-temperature treatment of corundum abrasive grain, in particular of such with average grain sizes of less than 100 μm (micro-grain). The high-temperature treatment of corundum abrasive grain is known per se and is usually carried out in rotary kilns. However, this method is unsuitable for the treatment of micrograins for several reasons. On the one hand, particles below a certain size are not transported correctly in a conventional rotary kiln with a slightly inclined axis, so that it is not possible to control the dwell time to the desired extent by a suitable choice of inclination and rotational speed. On the other hand, micro-grains made of corundum tend to agglomerate by sintering together at the required temperatures of, for example, 1200 ° C. While the transport can be forced by adding coarser grain ("drag grain"), the sintering together cannot be completely avoided. In any case, the addition of trailing grain is unfavorable because it has to be separated after passing through the oven. The entrained grain is then appropriately recycled and must be reheated each time the furnace is passed, since it is not practical to remove it when it is hot (for example at 1200 ° C.). This significantly increases energy consumption. For example, in the case of P-360 grains with an average grain size of approximately 40 μm, tests have shown that approximately twice the amount of drag grain had to be added in order to obtain reasonably useful results.
Dagegen wurde gefunden, dass sich bei Hochtemperaturbehandlung in der Wirbelschicht, insbesondere im erfindungsgemässen Reaktionsrohr, noch wesentlich feinere Körnungen bis beispielsweise F-800 (Korngrösse d5Q « 6,5 μm) problemlos und ohne Agglomeration bzw. Zusammensintern verarbeiten lassen. Eine bei sehr feinen Körnungen beobachtete Verände¬ rung in der Komgrössenverteilung ist im wesentlichen auf ein Austragen von FeinstmaterialOn the other hand, it was found that with high-temperature treatment in the fluidized bed, in particular in the reaction tube according to the invention, even much finer grains down to, for example, F-800 (grain size d5Q <6.5 μm) can be processed without problems and without agglomeration or sintering together. A change in the grain size distribution observed with very fine grains is essentially due to the discharge of very fine material
ERSATZBLATT aus der Wirbelschicht und nicht auf eine Agglomeration zurückzufuhren.REPLACEMENT LEAF from the fluidized bed and not due to agglomeration.
Als Trägergas für die Wirbelschicht wird vorzugsweise Luft eingesetzt. Die Behandlungs¬ temperaturen liegen in der gleichen Grössenordnung wie diejenigen, die bei den herkömm¬ lichen Verfahren im Drehrohr angewandt werden, nämlich im Bereich von 900 bis 1300°C. Als Vorteil der Wirbelschicht ist die bessere Temperaturkontrolle gegenüber dem Dreh¬ rohrofen zu erwähnen. Sie ergibt sich aus dem guten Wärmeübergang in der Wirbelschicht und der geringen thermischen Trägheit. Es hat sich auch gezeigt, dass gerade bei sehr feinen Korundkörnungen etwas niedrigere Temperaturen nötig sind, als dies bei groben Körnungen und im Drehrohrofen der Fall ist. Der Fachmann kann aufgrund seiner Erfahrung an der Farbveränderung des Korunds bei der Hochtemperaturbehandlung die Veränderung der Schleifeigenschaften erkennen und dementsprechend die erforderliche Behandlungs¬ temperatur und -dauer bestimmen.Air is preferably used as the carrier gas for the fluidized bed. The treatment temperatures are of the same order of magnitude as those used in the conventional rotary tube processes, namely in the range from 900 to 1300 ° C. An advantage of the fluidized bed is the better temperature control compared to the rotary kiln. It results from the good heat transfer in the fluidized bed and the low thermal inertia. It has also been shown that, especially with very fine corundum grains, slightly lower temperatures are required than is the case with coarse grains and in a rotary kiln. On the basis of his experience, the person skilled in the art can recognize the change in the grinding properties from the color change of the corundum during high-temperature treatment and accordingly determine the required treatment temperature and duration.
Weitere bevorzugte Verwendungen des erfindungsgemässen Reaktionsrohres sind beispiels¬ weise die Herstellung von Siliciumnitrid aus Siliciumdioxid, Kohlenstoff und Stickstoff oder Siliciumdioxid und Ammoniak, wobei im ersten Fall auch die Oxidation von unumgesetzten Kohlenstoff nach Beendigung der Nitridbildung im selben Reaktionsrohr durchgeführt werden kann.Further preferred uses of the reaction tube according to the invention are, for example, the production of silicon nitride from silicon dioxide, carbon and nitrogen or silicon dioxide and ammonia, in which case the unreacted carbon can also be oxidized in the same reaction tube after the nitride formation has ended.
Die Wärmezufuhr erfolgt vorzugsweise indirekt durch einen passenden Rohrofen, es ist wegen der elektrischen Leitfähigkeit des Siliciumcarbids jedoch auch möglich, durch direkten Stromdurchgang durch das Wirbelschicht-Reaktionsrohr Wärme zuzuführen, gegebenenfalls in Kombination mit indirekter Beheizung. Als Rohröfen eignen sich alle herkömmlichen Rohröfen, die die gewünschten Temperaturen erreichen, beispielsweise solche mit Heizelementen aus Siliciumcarbid.The heat is preferably supplied indirectly by means of a suitable tube furnace, but because of the electrical conductivity of the silicon carbide it is also possible to supply heat by passing current directly through the fluidized bed reaction tube, if appropriate in combination with indirect heating. All conventional tube furnaces which reach the desired temperatures are suitable as tube furnaces, for example those with heating elements made of silicon carbide.
Das erfindungsgemässe Wirbelschicht-Reaktionsrohr kann auf an sich bekannte Weise mit üblichen Zusatzteilen wie Gaserhitzer, Expansionsgefäss, Schauglas, Zyklon etc. ausge¬ stattet werden.The fluidized bed reaction tube according to the invention can be equipped in a manner known per se with conventional additional parts such as gas heaters, expansion vessels, sight glasses, cyclones, etc.
Für den Anschluss von solchen Teilen am oberen Ende des Reaktionsrohres wird vorteilhaft ein gekühlter Flansch verwendet, der beispielsweise mit einem Klebstoff oder Kitt befestigt werden kann.For the connection of such parts to the upper end of the reaction tube, a cooled flange is advantageously used, which can be attached, for example, with an adhesive or putty.
Die Abbildung soll lediglich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Reaktionsrohres veranschaulichen, ohne den Gegenstand der Erfindung auf diese Ausfüh¬ rungsform zu beschränken. Diese Ausfuhrungsform setzt sich zusammen aus dem eigent-The figure is only intended to illustrate a preferred embodiment of the reaction tube according to the invention, without restricting the subject matter of the invention to this embodiment. This embodiment is composed of the actual
ERSATZBLATT liehen Reaktionsrohr 1 aus gesintertem Siliciumcarbid, der Siliciumnitrid-Frittenplatte 2 mit eingesetztem Innenrohr 3, das durch den Stopfen 4 nach aussen geführt ist. Ebenfalls durch den Stopfen 4 ist ein Einleitungsrohr 5 für das die Frittenplatte 2 durchströmende und mit dem eingefüllten Feststoff (nicht dargestellt) die Wirbelschicht bildende Gas geführt. Am oberen Ende ist das Reaktionsrohr 1 mit einem Flansch 6 versehen, auf welchem ein Aufsatz 7 mit einem Gasableitungsrohr 8 und einem Schauglas 9 angebracht ist.REPLACEMENT LEAF lend reaction tube 1 made of sintered silicon carbide, the silicon nitride frit plate 2 with inserted inner tube 3, which is guided through the plug 4 to the outside. Also through the stopper 4 is an inlet pipe 5 for the gas flowing through the frit plate 2 and with the filled solid (not shown) forming the fluidized bed. At the upper end, the reaction tube 1 is provided with a flange 6, on which an attachment 7 with a gas discharge tube 8 and a sight glass 9 is attached.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Herstellung des erfindungsgemässen Wirbelschicht- Reaktionsrohrs und dessen Verwendungen verdeutlichen, ohne den Gegenstand der Erfin¬ dung auf die darin beschriebenen Ausführungen zu beschränken.The following examples are intended to illustrate the production of the fluidized-bed reaction tube according to the invention and its uses, without restricting the subject matter of the invention to the embodiments described therein.
ERSATZBLATT Beispiel 1 :REPLACEMENT LEAF Example 1 :
Herstellung einer Siliciumnitrid-FritteManufacture of a silicon nitride frit
Ein pulverförmiges Gemisch aus Siliciumnitrid (100 Gew.-Teile) Aluminiumoxid (5 Gew.- Teile), Yttriumoxid (5 Gew.-Teile) und Polyethylenglykol (1 Gew.-Teil) wurde mit der fünffachen Menge Siliciumnitrid-Kugeln (0,8 - 1 mm 0/) erst trocken und dann unter Zusatz von ca. 8 ml Wasser gemischt, bis eine klebrige aber nicht fliessende Masse entstanden war. Diese Masse (ca. 200 g) wurde in eine mit einem Trennmittel (Siliconöl) behandelte Form, bestehend aus einem flach kegelförmigen Kern von ca. 3 cm Höhe und einem ringförmigen Mantel von 70 mm Innendurchmesser, gegeben, glattgestrichen und in der Form 2 h bei 80°C getrocknet. Anschliessend wurde der Grünkörper vorsichtig aus der Form gelöst, in 24 h bei 120°C vollends getrocknet und schliesslich 2 h bei 1750°C im Pulverbett gesintert. Als Pulverbett wurde ein Gemisch von je 40 Gew.% Siliciumnitrid und Bornitrid und je 10 Gew% Yttriumoxid und Aluminiumoxid verwendet.A powdery mixture of silicon nitride (100 parts by weight) aluminum oxide (5 parts by weight), yttrium oxide (5 parts by weight) and polyethylene glycol (1 part by weight) was mixed with five times the amount of silicon nitride balls (0.8 - 1 mm 0 /) first dry and then mixed with the addition of approx. 8 ml water until a sticky but not flowing mass had formed. This mass (approx. 200 g) was placed in a mold treated with a release agent (silicone oil), consisting of a flat, conical core of approx. 3 cm in height and an annular jacket of 70 mm in inner diameter, smoothed and in the mold for 2 hours dried at 80 ° C. The green body was then carefully removed from the mold, completely dried in 24 h at 120 ° C. and finally sintered in a powder bed at 1750 ° C. for 2 h. A mixture of 40% by weight of silicon nitride and boron nitride and 10% by weight of yttrium oxide and aluminum oxide was used as the powder bed.
Durch Einsetzen eines entsprechend geformten Kerns kann nach dem gleichen Verfahren eine Frittenplatte mit einer Öffnung für das Anbringen eines zusätzlichen Rohres hergestellt werden.By inserting an appropriately shaped core, a frit plate with an opening for attaching an additional tube can be produced by the same method.
Beispiel 2:Example 2:
Zusammenbau des ReaktionsrohrsReassembly tube assembly
Über ein Ende (im Betrieb oben) eines Rohres aus gesintertem Siliciumcarbid (Innendurch¬ messer 70 mm, Wandstärke 8 mm, Länge 1600 mm) wurde ein passender Klammerflansch aus V4 A-Stahl mit Kühlmantel geschoben und mit einem Zweikomponentenkleber befestigt. Hierbei handelte es sich um einen handelsüblichen Klammerflansch (erhältlich z.B. von Firma Balzers Vakuumtechnik), der mit einem aufgeschweissten Kühlmantel mit Schlauchanschlüssen für eine Wasserkühlung versehen wurde. Die Innenseite des Rohres wurde gereinigt und entfettet.A suitable clamp flange made of V4 A steel with a cooling jacket was pushed over one end (in operation above) of a tube made of sintered silicon carbide (inside diameter 70 mm, wall thickness 8 mm, length 1600 mm) and fastened with a two-component adhesive. This was a commercially available clamp flange (available e.g. from Balzers Vacuum Technology), which was equipped with a welded-on cooling jacket with hose connections for water cooling. The inside of the tube has been cleaned and degreased.
In eine Frittenplatte mit einer zentrischen Öffnung von ca. 10 mm Durchmesser (hergestellt nach Beispiel 1) wurde ein Aluminiumoxidrohr (Aussendurchmesser 10 mm, Innen¬ durchmesser 6 mm, Länge 800 mm) eingeführt, so dass sein Ende mit der Frittenoberfläche bündig abschloss, mit Stativklammem fixiert und von der anderen Seite der Frittenplatte (im Betrieb unten) mit SiC-Mörtel (SICTO 523 Feuerbeton, Fa. Höganäs) eingekittet. Nach dem Aushärten des SiC-Mörtels (ca. 12 h) wurde die Frittenplatte mit dem eingekitteten Rohr von dem anderen Ende aus in das Siliciumcarbidrohr eingeführt, in der gewünschten Position mit Klammem fixiert und von beiden Seiten mit SiC-Mörtel mit dem Silicium¬ carbidrohr verklebt. Nach dem Aushärten des Mörtels wurde die Anordnung 2 h bei 1450 -An aluminum oxide tube (outer diameter 10 mm, inner diameter 6 mm, length 800 mm) was inserted into a frit plate with a central opening of approximately 10 mm in diameter (produced according to Example 1), so that its end was flush with the frit surface Stand clamps fixed and cemented in from the other side of the frit plate (in operation below) with SiC mortar (SICTO 523 refractory concrete, Höganäs). After the SiC mortar had hardened (approx. 12 h), the frit plate with the cemented tube was introduced into the silicon carbide tube from the other end, fixed in the desired position with clips and from both sides with SiC mortar with the silicon carbide tube glued. After the mortar had hardened, the assembly was
ERSATZBLATT 1500°C eingebrannt. Die im Betrieb untere Öffnung des Siliciumcarbidrohres wurde mit einem passenden Aluminiumstopfen mit einer zentralen Öffnung, durch welche das Innen- rohr geführt wurde, und einer weiteren Bohrung zur Einleitung des die Fritte durchströ¬ menden Gases verschlossen und abgedichtet.REPLACEMENT LEAF Branded at 1500 ° C. The lower opening of the silicon carbide tube during operation was sealed and sealed with a suitable aluminum stopper with a central opening through which the inner tube was guided and a further hole for introducing the gas flowing through the frit.
Beispiel 3:Example 3:
Verwendung des Reaktionsrohrs zur Herstellung von SiliciumnitridUse of the reaction tube for the production of silicon nitride
Das Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach den Beispielen 1 und 2 wurde in einem senkrecht stehenden elektrisch beheizten Rohrofen (Carbolite^- STF 16/75, maximale Temperatur 1600°C, Länge der temperaturkonstanten Zone ca. 190 mm) so eingesetzt, dass sich die Oberfläche der Frittenplatte ca. 8 cm unterhalb der Ofenmitte befand. Das Reaktionsrohr wurde mit 350 g eines Granulats (Korngrösse 60 - 400 μm) aus hochdispersem Siliciumdioxid
Figure imgf000010_0001
U) im Molverhältnis Siθ2 : C = 1 : 3 und 10 Gew.% (bezogen auf SiÜ2) Siliciumnitrid (als Keimbildner) beschickt. Das Granulat wurde in einem Stickstoffstrom (Gasgeschwindigkeit im Reaktionsrohr 23 cm/s) 4 h auf 1500°C erhitzt und anschliessend zur Entfernung des überschüssigen Kohlenstoffs 100 Minuten bei 700°C mit Luft behandelt. Es wurde ein α-Siliciumnitridpulver mit einer spezifischen Oberfläche (nach BET) von 12 m-^/g und einem Gehalt an freiem Kohlenstoff von 0,04% erhalten.
The fluidized bed reaction tube according to Examples 1 and 2 was used in a vertical, electrically heated tube furnace (Carbolite ^ - STF 16/75, maximum temperature 1600 ° C., length of the temperature-constant zone approx. 190 mm) in such a way that the surface of the Frit plate was about 8 cm below the middle of the oven. The reaction tube was filled with 350 g of granules (grain size 60-400 μm) made of highly disperse silicon dioxide
Figure imgf000010_0001
U) in a molar ratio of SiO 2: C = 1: 3 and 10% by weight (based on SiO 2) of silicon nitride (as a nucleating agent). The granules were heated in a nitrogen stream (gas velocity in the reaction tube 23 cm / s) to 1500 ° C. for 4 h and then treated with air for 100 minutes at 700 ° C. to remove the excess carbon. An α-silicon nitride powder with a specific surface area (according to BET) of 12 m-^ / g and a free carbon content of 0.04% was obtained.
Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)Example 4 (comparative example)
Glühung von Korund-Mikrokorn im DrehrohrofenCorundum micro-grain annealing in a rotary kiln
In einem Drehrohrofen (AI2O3 -Keramikrohr, Innendurchmesser 350 mm, beheizte Länge 3 m) wurde Halbedelkorund der Körnung P-360 bei 1200°C und einer mittleren Verweilzeit von 20 min geglüht. Die Temperatur wurde über die gesamte beheizte Länge konstant gehalten.In a rotary tube furnace (Al2O3 ceramic tube, inner diameter 350 mm, heated length 3 m), semi-precious corundum with the grain size P-360 was annealed at 1200 ° C and an average residence time of 20 min. The temperature was kept constant over the entire heated length.
Ergebnisse: a) ohne Schleppkorn:Results: a) without drag grain:
Das Drehrohr wuchs ausgehend vom Beginn der Heizzone zu, und zwar zunächst in radialer, später auch in axialer Richtung.The rotary tube grew from the beginning of the heating zone, initially in the radial, later also in the axial direction.
Innerhalb von 1 h bauten sich in radialer Richtung Anbackungen von ca. 100 mm Stärke auf, die nach 3 h etwa 30 cm in Produktflussrichtung angewachsen waren. Da unterWithin 1 h, caking of approx. 100 mm thickness built up in the radial direction, which after 3 h had grown approx. 30 cm in the product flow direction. There under
ERSATZBLATT diesen Bedingungen kein vernünftiger Betrieb möglich war, wurde der Versuch nach 3 h abgebrochenREPLACEMENT LEAF under these conditions, reasonable operation was not possible, the experiment was stopped after 3 hours
b) mit Schleppkorn:b) with drag grain:
Als Schleppkorn wurde grobkörniger Korund mit einer Korngrösse von 3 - 5 mm eingesetzt. Wegen lokaler Anbackungen im Drehrohr musste das Mengenverhältnis Schleppkorn / zu behandelnde Körnung von anfangs 1:1 bis auf 2:1 erhöht werden, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.Coarse-grained corundum with a grain size of 3 - 5 mm was used as the drag grain. Due to local caking in the rotary tube, the quantity ratio of dragging grain / grain to be treated had to be increased from 1: 1 to 2: 1 to ensure trouble-free operation.
Die Komgrössenverteilung (bestimmt mit US-Sedimentometer) war wie folgt (alle Werte in μmThe grain size distribution (determined with a US sedimentometer) was as follows (all values in μm
l. Kom 3%-Wert 50%-Wert 95%-Wert vor Glühung <87,0 <60,3 40,5 ± 1,5 >29,6 (Spezifikation) nach Glühung 93,9 81,6 64,6 50,5l. Com 3% value 50% value 95% value before annealing <87.0 <60.3 40.5 ± 1.5> 29.6 (specification) after annealing 93.9 81.6 64.6 50, 5
Die Kornvergröberung (Agglomeration) durch Zusammensintern ist deutlich zu erkennen. Das geglühte Material liegt in allen Werten ausserhalb der Spezifikation für die Körnung P-360.The grain coarsening (agglomeration) by sintering together can be clearly seen. The annealed material is in all values outside the specification for the P-360 grit.
Beispiele 5 - 10 (erfindungsgemäss)Examples 5-10 (according to the invention)
In dem Wirbeschicht-Reaktionsrohr nach Beispiels 2 wurden folgende Korundkörnungen behandelt:The following corundum grains were treated in the fluidized bed reaction tube according to Example 2:
Halbedelkorund: P-240, P-320, P-400, P-800 Normalkorund: F-280, F-800,Semi-precious corundum: P-240, P-320, P-400, P-800 normal corundum: F-280, F-800,
Trägergas war jeweils Luft, die Glühdauer jeweils 20 min.Carrier gas was air, the annealing time was 20 min.
Angegeben sind jeweils das Ausgangsmaterial, die Glühtemperatur und die Messmethode für die Komgrössenverteilung.The starting material, the annealing temperature and the measurement method for the grain size are given.
Weiterhin ist die zulässige Komgrössenverteilung nach Spezifikation, diejenige desFurthermore, the permissible grain size distribution according to the specification is that of the
Ausgangsmaterials, sowie diejenige nach der Glühung angegeben (alle Werte in μm)Starting material, as well as that given after annealing (all values in μm)
ERSATZBLATT Beispiel 5REPLACEMENT LEAF Example 5
Normalkorund F-280, 1200°C (Messungen Sedigraph)Normal corundum F-280, 1200 ° C (measurements Sedigraph)
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
Das Ausgangsmaterial lag auf der Grobseite schon geringfügig ausserhalb der Spezifikation)The raw material was already slightly outside the specification on the rough side)
Beispiel 6Example 6
Normalkorund F-800, 1100°C (Messungen Sedigraph)Normal corundum F-800, 1100 ° C (measurements Sedigraph)
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0002
Das Feinstmaterial wird vermutlich aus der Wirbelschicht ausgetragen, so dass sich eine steilere Komgrössenverteilung einstellt und der dg-j-SrVeτt ausserhalb der Spezifikation liegt. Dieser Effekt kann kompensiert werden, indem man ein etwas feineres Ausgangs¬ material verwendet.The fine material is probably discharged from the fluidized bed, so that a steeper grain size distribution is obtained and the dg-j-SrVeτt is outside the specification. This effect can be compensated for by using a somewhat finer starting material.
Beispiel 7Example 7
Halbedelkorund P-240, 1200°C (Messungen US-Sedimentometer, auch Beispiele 8 - 10)Semi-precious corundum P-240, 1200 ° C (measurements US sedimentometer, also examples 8-10)
l . Korn 3%-Wert 50%-Wert 95%-Wertl. Grain 3% value 50% value 95% value
Spezifikation <110 <81,7 58,5 ± 2,0 >44,0 vor Glühung 98,9 74,5 59,2 50,6 nach Glühung 96,7 82,1 60,4 51,0Specification <110 <81.7 58.5 ± 2.0> 44.0 before annealing 98.9 74.5 59.2 50.6 after annealing 96.7 82.1 60.4 51.0
ERSATZBLATT
Figure imgf000013_0001
REPLACEMENT LEAF
Figure imgf000013_0001
Beispiel 9Example 9
Halbedelkorund, P-400, 1180°CSemi-precious corundum, P-400, 1180 ° C
l. Kom 3%-Wert 50%-Wert 95%-Wertl. Com 3% value 50% value 95% value
Spezifikation <81,0 <53,9 35,0 ± 1,5 >25,2 vor Glühung 73,7 47,0 36,3 28,9 nach Glühung 68,1 49,7 36,6 29,0Specification <81.0 <53.9 35.0 ± 1.5> 25.2 before annealing 73.7 47.0 36.3 28.9 after annealing 68.1 49.7 36.6 29.0
Beispiel 10Example 10
Halbedelkorund, P-800, 1150°CSemi-precious corundum, P-800, 1150 ° C
l. Kom 3%-Wert 50%-Wert 95%-Wertl. Com 3% value 50% value 95% value
Spezifikation <67,0 <38,1 21,8 ± 1,0 ->15,1 vor Glühung 59,4 33,5 22,6 15,1 nach Glühung 55,7 37,8 23,5 15,7Specification <67.0 <38.1 21.8 ± 1.0 -> 15.1 before annealing 59.4 33.5 22.6 15.1 after annealing 55.7 37.8 23.5 15.7
In den Beispielen 9 und 10 liegen die 50%-Werte nach dem Glühen etwas zu hoch, was aber darauf zurückzuführen ist, dass das Material vor der Glühung schon nahe der oberen Toleranzgrenze lag.In Examples 9 and 10, the 50% values after annealing are somewhat too high, but this is due to the fact that the material before the annealing was already close to the upper tolerance limit.
ERSATZBLATT REPLACEMENT LEAF

Claims

Patentansprüche Claims
1. Wirbelschicht-Reaktionsrohr mit Gasverteiler, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr aus gesintertem Siliciumcarbid besteht und als Gasverteiler eine Frittenplatte auf Basis von Siliciumnitrid- oder rekristallisiertem Siliciumcarbid enthält.1. Fluidized bed reaction tube with gas distributor, characterized in that the reaction tube consists of sintered silicon carbide and contains a frit plate based on silicon nitride or recrystallized silicon carbide as gas distributor.
2. Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frittenplatte auf Siliciumnitridbasis aus einzelnen gesinterten Siliciumnitridkörpern mit einem mittleren Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm, welche mit Siliciumnitridpulver unter Zusatz von Sinterhilfsmitteln zu einem gasdurchlässigen Körper zusammengesintert sind, aufgebaut ist.2. Fluidized bed reaction tube according to claim 1, characterized in that the frit plate based on silicon nitride from individual sintered silicon nitride bodies with an average diameter of 0.5 to 5 mm, preferably 0.5 to 2 mm, which with silicon nitride powder with the addition of sintering aids gas permeable body are sintered together, is built up.
3. Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen gesinterten Siliciumnitridkörper der Fritte im wesentlichen kugelförmig sind.3. Fluidized bed reaction tube according to claim 2, characterized in that the individual sintered silicon nitride body of the frit is substantially spherical.
4. Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frittenplatte mit hochtemperaturbeständigem Mörtel im Rohr befestigt ist.4. Fluidized bed reaction tube according to one of claims 1 to 3, characterized in that the frit plate is fastened in the tube with high-temperature-resistant mortar.
5. Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hochtemperaturbeständige Mörtel ein Mörtel auf Siliciumcarbidbasis ist.5. Fluidized bed reaction tube according to claim 4, characterized in that the high temperature resistant mortar is a mortar based on silicon carbide.
6. Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Reaktionsrohres wenigstens ein Rohr aus hochtemperaturbeständigem Material angebracht ist, dessen Achse im wesentlichen parallel zu der Achse des Reaktionsrohres verläuft, das von der Anströmseite her durch die Frittenplatte hindurchgeführt ist und im Bereich der Wirbelschicht endet und dessen anderes Ende mit wenigstens einem Anschluss für eine Absaug- und/oder Gaszufuhrvorrichtung ausgestattet ist.6. Fluidized bed reaction tube according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that within the reaction tube at least one tube made of high temperature-resistant material is attached, the axis of which runs essentially parallel to the axis of the reaction tube, which flows from the upstream side through the Frit plate is passed through and ends in the area of the fluidized bed and the other end is equipped with at least one connection for a suction and / or gas supply device.
ERSATZBLATT REPLACEMENT LEAF
7. Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr aus Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder Zirkonoxid besteht.7. Fluidized bed reaction tube according to claim 6, characterized in that the inner tube consists of aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide or zirconium oxide.
8. Frittenplatten auf Siliciumnitridbasis, bestehend aus einzelnen gesinterten Silicium¬ nitridkörpern mit einem mittleren Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm, welche mit Siliciumnitridpulver unter Zusatz von Sinterhilfsmitteln zu einem gasdurchlässigen Körper zusammengesintert sind.8. Frit plates based on silicon nitride, consisting of individual sintered silicon nitride bodies with an average diameter of 0.5 to 5 mm, preferably 0.5 to 2 mm, which are sintered together with silicon nitride powder with the addition of sintering aids to form a gas-permeable body.
9. Frittenplatten nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen gesinterten Siliciumnitridkörper im wesentlichen kugelförmig sind.9. frit plates according to claim 8, characterized in that the individual sintered silicon nitride body are substantially spherical.
10. Verwendung des Wirbelschicht-Reaktionsrohrs nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 7 zur Durchführung von Verfahren des Stoff- und/oder Wärmeaustausches sowie von chemischen Reaktionen mit Beteiligung fester Stoffe in einem Gasstrom unter Ausbildung einer Wirbelschicht.10. Use of the fluidized bed reaction tube according to one or more of claims 1 to 7 for carrying out methods of mass and / or heat exchange and chemical reactions involving solids in a gas stream to form a fluidized bed.
11. Verwendung nach Patentanspruch 10 zur Durchführung von Reaktionen zwischen gasförmigen und festen Reaktanden bei Temperaturen bis 1650°C.11. Use according to claim 10 for carrying out reactions between gaseous and solid reactants at temperatures up to 1650 ° C.
12. Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Korundkörnungen, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass diese bei 900 bis 1300°C mit einem Trägergas in einem Wirbelschicht¬ zustand gebracht werden.12. Process for high-temperature treatment of corundum grains, characterized in that they are brought into a fluidized bed state at 900 to 1300 ° C. with a carrier gas.
13. Verfahren nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Korundkörnungen mit mittleren Korngrössen von weniger als 100 μm eingesetzt werden.13. The method according to claim 12, characterized in that corundum grains with average grain sizes of less than 100 microns are used.
14. Verfahren nach Patentanspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger¬ gas Luft eingesetzt wird.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that air is used as a carrier gas.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Hochtemperaturbehandlung in einem Wirbelschicht-Reaktionsrohr nach den Patentansprüchen 1 bis 7 durchgeführt wird.15. The method according to one or more of claims 12 to 14, characterized gekenn¬ characterized in that the high temperature treatment is carried out in a fluidized bed reaction tube according to claims 1 to 7.
ERSATZBLATT REPLACEMENT LEAF
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 001, no. 157 (C-032)14. Dezember 1977 *

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