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Drehofen für die thermische Gewinnung von Magnesium.
Für die thermische Gewinnung von Magnesium durch Reduktion von magnesiahaltigen Rohstoffen mit Hilfe von Silizium, Aluminium und ähnlichen keine gasförmigen Oxydationsprodukte liefernden Reduktionsstoffen sind schon Öfen der verschiedensten Bauweise vorgeschlagen worden.
Allen diesen Ofentypen haftet jedoch der Nachteil an, dass sie für die Durchführung des Verfahrens im grosstechnischen Massstabe nicht geeignet sind, u. zw. deshalb, weil sieh die besonderen Bedingungen, unter denen das Verfahren durchgeführt werden muss, bei einer Vergrösserung der Vorrichtungen auf die hiedurch bedingten Abmessungen erschwerend bemerkbar machen. Für eine Durchführung des Verfahrens bei Atmosphärendruck, d. h. in einer Wasserstoffatmosphäre, sind die meisten Werkstoffe bei einer Vergrösserung der Abmessungen der Öfen den auftretenden Beanspruchungen bei den hohen Reduktionstemperaturen nicht mehr ausreichend gewachsen.
Wird aber das Verfahren bei entsprechend niedrigeren Temperaturen unter Anwendung eines hohen Vakuums durchgeführt, so ergibt sieh die Aufgabe, die einzelnen Teile der Vorrichtung vakuumdicht auszubilden und auch das zu verarbeitende Rohstoffgemisch und die festen Reaktionsrückstände sowie das erzeugte Metall in den Ofen ein-bzw. aus ihm auszuschleusen oder sonstwie abzuführen, was besonders dann erhebliche apparative Schwierigkeiten bereitet, wenn durch Anwendung eines Drehofens od. dgl. das Reaktionsgemisch während der Umsetzung umgewälzt werden soll. In wärmetechnischer Hinsicht erweist sich ein langgestreckter Ofen wegen der erheblichen Ausstrahlungsverluste als ungünstig.
Auch einer Beheizung des Reaktionsgemisches durch strahlende Wärme, insbesondere durch im Ofen selbst angeordnete Wärmestrahlungselemente, stellen sich bei langgestreckter Bauweise des Ofens erhebliche Schwierigkeiten konstruktiver Art entgegen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ofen zur thermischen Erzeugung von Magnesium, dessen Leistungsfähigkeit grosstechnischen Anforderungen entspricht, indem in ihm beispielsweise 250 kg Magnesium und mehr je Tag erzeugt werden können. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die einen Ofen gemäss Erfindung im Schnitt wiedergibt, ist A ein in Form eines liegenden Zylinders ausgebildeter Reaktionsraum, dessen Durchmesser gleich oder grösser ist als die Länge des Zylinders, um die Wärmeausstrahlungsverluste auf ein Mindestmass herabzusetzen. Der Reaktionsraum ist von einer gut wärmeisolierenden keramischen Ausmauerung B begrenzt.
Die Eintragung des Reaktionsgemisches und die Austragung der festen Reaktionsrückstände erfolgt durch eine gemeinsame Öffnung C, die erfindunggemäss in der Mitte der Achse des Reaktionsraumes, aber tangential an seinem Umfange angeordnet und nach dem Innern des Ofens zu trichterförmig erweitert ist. Die tangentiale Anordnung der Einund Austrittsöffnung hat den Vorteil, dass das einzuführende Gut bei Eintritt in den Ofen in stetigem Strom in seine normale Bahnbewegung durch die Drehung des Ofens übergeführt wird, ein Vorteil, der für die Austragung des Reaktionsrückstandes in umgekehrten Sinne ebenfalls erreicht wird.
Vorzugsweise erfolgt die Beheizung des Reaktionsgutes durch in bzw. nahezu in der Achse des Ofens angeordnete an sich bekannte Wärmestrahlungselemente D ; diese Anordnung ist einmal durch die gedrungene Form des Reaktionsraumes, die die Verwendung von freitragenden Strahlungselementen gestattet, dann aber auch dank der tangentialen Zuführung des Reaktionsgemisches möglich, welch letztere eine Beschädigung der Wärmestrahlungselemente durch das zugeführte feste Reaktionsgemisch unmöglich macht.
Die Abführung der bei der Reaktion entwickelten Magnesiumdämpfe erfolgt in der Achse des Ofens durch eine Öffnung E, die eng gehalten ist, um eine möglichst weitgehende Wärmeabschirmung
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des Kondensationsraumes von dem Reaktionsraum zu ermöglichen. Die Dämpfe gelangen dann in den Kondensationsraum F von verhältnismässig grossen Abmessungen, der als in der Achse des Ofens angeordneter, kühl-und heizbarer Zylinder ausgebildet ist. An seinem von dem Reaktionsraum abgewendeten Ende trägt der Kondensationsraum eine Abstichöffnung ss und ferner, zweckmässig ebenfalls in axialer Anordnung, einen Vakuumstutzen H.
Als Werkstoff für den Kondensationsraum kommt keramisches Material wegen der Gefahr einer Reaktion des erzeugten Magnesiums mit den Bestandteilen desselben sowie wegen der Gefahr einer Fugenzerstörung durch das heisse Magnesium nicht in Frage. Bleibt somit als Werkstoff hiefür nur Metall übrig, so muss dieses der Forderung entsprechen, dass es bei den in Frage kommenden Temperaturen vakuumdicht und auch wasserstoffdicht ist und von geschmolzenem Magnesium nicht angegriffen wird. Aus diesem Grunde scheiden die sonst als wärmebeständig bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungen von vornherein aus. Die meisten der dann noch verbleibenden wärmebeständigen Legierungen sind jedoch nicht wasserstoff- bzw. vakuumdicht.
Es wurde aber festgestellt, dass Eisen-
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ringenlng der Verzunderuns auch noch Silizium in Mengen von 0'5-1% und bzw. oder Aluminium in Mengen von 0'7-2% enthalten können, den hier vorliegenden Anforderungen völlig gewachsen sind.
Vorzugsweise erfolgt die Kondensation des Magnesiums zunächst in fester Form durch entsprechende
Kühlung der Wände des Kondensationsraumes, worauf anschliessend während des Ofenstillstandes, zwecks Entleerung und Füllung, unter Zuführung von Wasserstoff durch den Vakuumstutzen H der
Kondensationsraum bis über den Schmelzpunkt des Magnesiums beheizt wird, so dass das Magnesium flüssig abgestochen werden kann. Zum Zwecke der Heizung des Kondensationsraumes ist dieser von einer Heizspirale J umgeben. Er trägt ferner zwecks Verringerung der Wärmeausstrahlung eine
Haube K, die mit Luftklappen L zur Erzielung einer rascheren Kühlwirkung in der Kondensations- stufe versehen ist.
In der metallurgic sind um ihre Achse schwenkbare Öfen insbesondere Drehöfen, die mit einer tangentialen Öffnung ausgerüstet sind, bereits früher für das Schmelzen und Giessen von Metallen verwendet worden. Bei diesen Ofen ist aber die tangentiale Öffnung, die gegebenenfalls nach dem
Innern des Ofens trichterförmig erweitert ist, nur zu dem Zwecke vorgesehen, um das Ausgiessen des geschmolzenen Metalls überhaupt zu ermöglichen.
Die Anforderungen jedoch, die bei der Gewinnung von Metallen durch Destillation aus ihren Erzen unter Hinterlassung eines festen Rückstandes an die Bauweise des Ofens gestellt werden, sind ganz wesentlich verschieden von denen, die bei einem Sehmelz-und Giessofen für Metalle obwalten, so dass die Übertragung einer in dieser Technik gebräuch- lichen Ofenkonstruktion auf den hier vorliegenden Zweck nicht als naheliegend anzusehen ist.
Bei Sehmelz-und Giessöfen ist eine Drehung des Ofens um seine Achse überhaupt nur zum Ausgiessen des Metalls erforderlich, während bei der Verarbeitung von Erzen unter Destillation des zu gewinnenden
Metalls mit Hilfe eines innenbeheizten Ofens eine ständige Drehung des Ofens zwecks Umwälzung der festen Beschickung erforderlich ist, um die gleichmässige Einwirkung der eingestrahlten Wärme auf die die Wärme schlecht leitende Beschickung zu ermöglichen.
Es liegt ferner bei Schmelz-und Giessöfen die Aufgabe, die Austragung des Sehmelzgutes derart vorzunehmen, dass das im Ofen befindliche Gut in seiner normalen Bahnbewegung nicht gestört wird, einmal schon deshalb nicht vor, weil dort eine dauernde Umdrehung des Ofens nicht notwendig ist, dann aber auch deshalb, weil die Bewegung des flüssigen Sehmelzgutes ohnehin ohne wesentliche innere und äussere Reibung erfolgt.
Der Fachmann vermochte also nicht zu erkennen, dass gerade die tangentiale Anordnung einer Ofenöffnung bei der Destillation von Metallen dazu dienen könnte, die Austragung der Reaktions- rückstände derart vorzunehmen, dass das im Ofen befindliche Gut in seiner normalen Bahnbewegung nicht gestört wird. Im vorliegenden Fall kommt noch als erfindungsgemässe Massnahme hinzu, dass auch die Beschickung des Ofens durch die gleiche tangential angeordnete Öffnung erfolgt, die für die Austragung der Reaktionsrückstände dient ; dadurch wird der Umfang der erforderlichen Dichtungflächen, die wegen der leichten Oxydierbarkeit der entstehenden Metalldämpfe bzw. wegen des Arbeitens unter Unterdruck besonders wirksam sein müssen, auf ein Mindestmass beschränkt.
Aber auch bei der Verwendung von freitragenden, in oder nahe der Achse des Ofens angeordneten Wärmestrahlungselementen ergeben sich durch die tangentiale Anordnung der Beschickungsöffnung eigenartige Vorteile, indem nämlich eine Beschädigung der gegen mechanische Einwirkung empfindlichen Wärmestrahlungselemente durch das einzutragende Gut wirksam verhindert wird.
Bei den bekannten Schmelz- und Giess öfen liegt jedoch keine Veranlassung vor, die Beschickungsöffnung mit der Ausgangsöffnung zu vereinigen ; es besteht vielmehr die Möglichkeit, die Beschickungsöffnung an beliebiger Stelle des Ofens, beispielsweise in der Stirnwand, anzuordnen und hiedurch allein schon eine Beschädigung etwa der in bekannter Weise axial angeordneten Wärmestrahlungselemente unmöglich zu machen.
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