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Verfahren und Vorrichtung zum Überführen fester, unregelmässig geformter Ferro-
Siliziumpartikel in Kugelform oder kugelähnliche Form
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Über- führen fester, unregelmässig geformter Ferro-
Siliziumpartikel in Kugelform oder kugelähnliche
Form durch Hitzeeinwirkung sowie eine Vor- richtung zur Durchführung des Verfahrens.
Dabei ist der Ausdruck "kugelig" in seiner weitesten Bedeutung zu verstehen.
Die gewonnenen Partikel sollen insbesondere dazu dienen, im Wasser oder in andern Flüssigkeiten suspendiert zu werden, um sogenannte schwere Flüssigkeiten" von verhältnismässig hohem spezifischem Gewicht, aber nur geringer Viskosität zu bilden, die zur Trennung von Mineralien vom tauben Gestein oder zum Aufspalten von Mineralien in mehrere Fraktionen von verschiedenem spezifischem Gewicht nach dem
Schwerflüssigkeits-Trennungsverfahren verwendet werden.
Des weiteren betrifft die Erfindung auch die Vorrichtung zur Durchführung des eingangs angegebenen Verfahrens.
Es ist bereits bekannt geworden, Partikel von unregelmässiger äusserer Form in eine kugelige Form dadurch zu bringen, dass sie durch eine heisse Zone hindurch geführt werden. In derartigen heissen Zonen wird aber die ganze Wärme allein durch Strahlung auf die Partikel übertragen. Diese Verfahren sind demnach auch nur dann als ökonomisch zu bezeichnen, wenn sie auf sehr feine Pulver, und diese in geringen Mengen, angewendet werden. Bei grösseren Partikeln und bei grösseren Mengen solcher Partikel ist das bekannte Verfahren unwirtschaftlich.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, werden gemäss der Erfindung die Partikel durch eine invertierte Flamme hoher Temperatur, welche durch Verbrennen von brennbarem Gas in Luft oder in mit Sauerstoff angereicherter Luft erzeugt wird, wobei der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft zentral eingeführt wird und von einem Mantel Brenngasen umgeben wird, hindurchgeführt, wobei sie zumindest an ihrer Oberfläche schmelzen und sodann die so behandelten Partikel gekühlt.
Es ist vorteilhaft, die invertierte Flamme verti- kal nach unten zu richten, wobei sie scharf begrenzt sein und die Form eines Bleistiftes besitzen soll.
Wenn es gewünscht wird oder erforderlich ist, können die umzuformenden Partikel und/oder die Gase vorgeheizt werden.
Die zur Durchführung des Verfahrens dienende
Vorrichtung weist einen zentralen Durchlass auf, durch den die zu behandelnden Partikel durch eine invertierte Flamme in einen Schachtofen eingeblasen werden, wobei die Querschnitts- fläche des Ofens so gross ist, dass die Partikel, wenn sie mit den Ofenwänden in Berührung kommen, zumindest an ihrer Oberfläche soweit abgekühlt sind, dass sie an den Ofenwänden nicht mehr anzuhaften vermögen und die Wände des Ofens aus poliertem rostfreiem Stahl, emailliertem Stahl od. dgl. gänzlich oder zumindest zum Teil das Anhaften der Partikel an den Wänden vermeidendem Material aufgebaut oder mit einem derartigen Material überzogen oder ausgefüttert sind.
Die Wände können jedoch auch mit einer feuerfesten Auskleidung versehen sein, wenn so weit wie möglich vorgesorgt wird, dass die Partikel mit den Wänden nicht in Berührung kommen können.
Die umzuformenden Partikel werden durch den zentralen Durchlass einer Düse eingeblasen, die zur Erzeugung der genannten invertierten Flamme dient. Durch diesen Durchlass wird Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder ein Gemisch von diesen Gasen mit einer verhältnismässig geringen Menge von Brenngas, um die Flammeneigenschaften zu verbessern, geblasen, während ein Brenngas, etwa Koksofengas, Generatorgas, Wassergas, Erdgas oder andere brauchbare Gase durch einen zu dem vorgenannten Durchlass konzentrischen Einlass eingeführt werden. Diese Verfahrensart verhindert jede zu weit gehende Oxydation des Materials, welches in kugelige Form übergeführt werden soll. Wenn es erforderlich sein sollte, kann die Spitze der Düse durch Wasser gekühlt werden.
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Weitere Vorkehrungen werden am Ofenschacht getroffen, um die zur Durchführung des Ver- fahrens richtigen Bedingungen zu schaffen. So wird beispielsweise in der Decke des Ofens nahe der inneren Ofenwand ein ringförmiger Schlitz vorgesehen, um einen nach unten gerichteten
Strom von inertem oder sonst brauchbarem Gas zuzuführen, welcher einen Vorhang von Kühlgas bildet, um die innere heisse Zone im Schacht von dessen Wandung zu trennen.
In verschiedenen Höhen des Schachtes können
Vorrichtungen zur Einführung von zusätzlichen
Gasmengen zur Kühlung, Heizung oder son- stigen Konditionierung am Umfang des Schachtes vorgesehen werden, beispielsweise Schlitze, Düsen od. dgl. Die in kugelige Form übergeführten
Partikel können schliesslich, wenn es gewünscht wird, in Wasser und/oder in eine andere Kühl- flüssigkeit entladen werden. Um die sehr feinen
Staubteilchen zurückzuhalten, welche im aus- strömenden Gas enthalten sind, können ent- sprechende Abschirmmittel in der Gesamtein- richtung vorgesehen werden.
Beispielsweise kann der Spalt zwischen dem Schacht und der Ober- fläche des Wassers oder der sonstigen Flüssigkeit durch einen ringförmigen Vorhang von zer- sprühtem Wasser oder einer andern geeigneten
Flüssigkeit abgeschlossen werden oder es kann eine Dichtungszone (Auskratzzone) vorgesehen werden. Der zu zersprühenden oder zur Staub- abscheidung dienenden Flüssigkeit können Netz- mittel zugegeben werden, wenn dies erforderlich erscheint oder aus sonstigen Gründen wün- schenswert ist. Als Alternativausführung kann auch die trockene Kühlung und Ausbringung oder
Sammlung des behandelten Gutes vorgesehen werden. Eine solche Verfahrensart ist insbeson- dere dann vorteilhaft, wenn das kugelig geformte Material in trockenem Zustande gefordert wird, da die zuvor erläuterte nasse Verfahrensart zusätzliche Kosten für die Trocknung verursachen würde.
Die nasse Methode ist auch weniger vorteilhaft als die trockene vom Standpunkt des Wärmeverbrauches bei der Umformung der Partikel aus betrachtet. Die zum Trockenkühlen verwendete Luft kann nämlich vorteilhafterweise als vorbeheizte Luft zur Erzeugung der Flamme verwendet werden.
Ferrosilizium, welches einem solchen Verfahren unterzogen wird, ist mit einem Gehalt von 10 bis 25% und vorzugsweise von 12 bis 17% Silizium sehr gut verarbeitbar. Geringe Beigaben von andern Legierungsbestandteilen, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, welche die Abrundung der Partikel oder die Erreichung anderer vorteilhafter Eigenschaften derselben fördern, beispielsweise die Korrosionsfestigkeit erhöhen, können anwesend oder dem Material einverleibt sein. Das Ausgangsmaterial kann beispielsweise mechanisch gemahlen und sodann der Umformung unterworfen werden.
Partikel, welche eine Grössenverteilung von bis zu 200 Maschen haben, grössere Partikel und insbesondere Rohmaterial, welches sowohl Par- tikel, die grösser sind als 200 Maschen als auch solche, die kleiner als dieses Mass sind, können behandelt werden. Es ist beobachtet worden, dass die kleineren Partikel offensichtlich häufiger zur Gänze geschmolzen werden, während grössere
Partikel meist nur oberflächlich schmelzen.
Es wurde gefunden, dass Partikel aus Ferrosilizium, welche gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren in kugelige Form übergeführt worden sind, besonders günstige Ergebnisse lieferten, wenn Suspensionen von ihnen in Flüssigkeiten, insbesondere Wasser oder andern wässerigen Flüssigkeiten zur Herstellung der sogenannten schweren Flüssigkeiten zur Durchführung von Trennungsprozessen, beispielsweise zur Trennung von Mineralien, hergestellt wurden.
Es ist von Wichtigkeit, dass wirksame schwere Flüssigkeiten (schwere Medien) von sehr hohem spezifischem Gewicht gemäss dem erfindunggemässen Verfahren hergestellt werden können, u. zw. bis zu einer Dichte von 4, mit nach diesem Verfahren in kugelige Form übergeführtem Ferrosilizium.
Durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise - insbesondere durch die Verwendung der invertierten Flamme-ergeben sich Vorteile, die von grosser Bedeutung sind.
So haben die Ferrosilizum-Partikel, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt worden sind, eine wesentlich glattere Oberfläche und eine weit mehr kugelähnliche Form als jedes andere ähnliche, handelsübliche Produkt. Es wird damit ermöglicht, mit Hilfe dieser Partikel schwere Flüssigkeiten von wesentlich höherem spezifischem Gewicht bei gleicher Viskosität oder mit wesentlich geringerer Viskosität bei gleichem spezifischem Gewicht herzustellen, als dies mit vergleichbaren Produkten, die nach andern Verfahren hergestellt worden sind, der Fall ist.
Dies ist durch die im folgenden behandelten Versuche verdeutlicht, bei welchen ein im Handel frei erhältliches Material aus feinstzerkleinertem Ferrosilizium der in der angeschlossenen Tabelle angegebenen grössenmässigen Zusammensetzung mit einem Ferrosiliziumprodukt in Vergleich gezogen wurde, das nach dem erfindungsgemässen Verfahren in kugelige Form übergeführt und auf die gleiche grössenmässige Zusammensetzung gebracht worden war, um für beide Produkte gleiche Bedingungen zu schaffen.
Grössenverteilung der einzelnen Partikel gemäss einer nassen Siebungsanalyse (Standard-TylerSieböffnungen) :
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<tb>
<tb> + <SEP> 65 <SEP> Maschen................. <SEP> 0, <SEP> 9% <SEP>
<tb> +100 <SEP> Maschen <SEP> 5, <SEP> 8% <SEP>
<tb> +150 <SEP> Maschen................. <SEP> 8, <SEP> 6% <SEP>
<tb> +200 <SEP> Maschen <SEP> 16, <SEP> 0% <SEP>
<tb> +325 <SEP> Maschen <SEP> 24, <SEP> 0% <SEP>
<tb> - <SEP> 325 <SEP> Maschen................. <SEP> 44, <SEP> 7% <SEP> J <SEP>
<tb> Zusammen...
<SEP> 100, <SEP> 0% <SEP>
<tb>
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Zur Durchführung des Vergleiches wurden von beiden Arten von Ferrosilizium Suspensionen, wie sie in der folgenden Liste mittels bestimmter Nummern identifiziert sind, in verschiedenen spezifischen Gewichten hergestellt.
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<tb>
<tb> im <SEP> Handel <SEP> nach <SEP> dem
<tb> erhltl., <SEP> iemst- <SEP> erf.-gem. <SEP>
<tb> spez. <SEP> Gew.-Teile <SEP> von <SEP> zerkl. <SEP> Verf. <SEP> herg.
<tb>
Gew. <SEP> Ferrosil. <SEP> Wasser <SEP> Ferrosil. <SEP> Ferrosil. <SEP>
<tb>
3, <SEP> 4 <SEP> 82, <SEP> 63 <SEP> 17, <SEP> 37 <SEP> Nr. <SEP> l <SEP> Nr. <SEP> 2
<tb> 3, <SEP> 8 <SEP> 86, <SEP> 26 <SEP> 13, <SEP> 74 <SEP> Nr. <SEP> 3 <SEP> Nr. <SEP> 4
<tb> 4, <SEP> 0 <SEP> 87, <SEP> 80 <SEP> 12, <SEP> 20 <SEP> Nr. <SEP> 5 <SEP> Nr. <SEP> 6
<tb>
In der hiezu gehörigen graphischen Darstellung in Fig. 1 sind auf den beiden Achsen zwei skalare
Grössen abgetragen, u. zw. die Schubkraft in
Gramm-Gewicht bzw. das Verschiebungsausmass in Längeneinheiten pro Sekunde. Die Längeneinheit ist in diesem Falle nicht näher definiert, da sie eine Konstante darstellt, welche von dem verwendeten Apparat abhängt. Die graphische Darstellung dieser beiden Grössen ist eine allgemeine Methode, um ein Mass der viskosimetrischen Eigenschaften einer Suspension zu erhalten.
Die in den Darstellungen aufgezeichneten Werte werden mit Hilfe eines entsprechend abge- änderten "Stormer"-Viskosimeters erhalten und geben dem Fachmanne, welcher mit Schwerstoffsuspensionen zu tun hat, klare Aufschlüsse.
Die Kurven für jede der Suspensionen, wie sie zuvor angeführt worden sind, tragen die gleichen Nummern wie diese Suspensionen.
Es ist hervorzuheben, dass in allen dargestellten Fällen das Produkt, welches gemäss der Erfindung in kugelige Form gebracht worden ist, die besseren viskosimetrischen Eigenschaften zeigt als die vorher erwähnten, im Handel erhältlichen Produkte.
Die Einstellung der richtigen Grössenverteilung der Partikel ist ein Faktor von besonderer Wichtigkeit bei der Herstellung von den sogenannten schweren Flüssigkeiten.
Das Verfahren ist mit besonderem Vorteil zur Aufbereitung von Hämatit-Eisenerzen u. a. oxydischen Eisenerzen mit einem spezifischen Gewicht der Suspension von etwa 3, 6 oder mehr angewendet worden. Am Endergebnis gemessen ergaben sich sehr gute Erfolge bei der Ausführung von Trennverfahren mit einem Medium (einer Suspension), das gemäss der Erfindung hergestellt worden war und ein spezifisches Gewicht in der Grössenordnung von 4 hatte.
Die Erfindung ist mit Vorteil auch für andere Verwendungszwecke verwendbar, bei welchen kugelige Partikel verwendet werden, beispielsweise zur Herstellung von kugeligen Partikeln von Katalysatoren, welche in strömenden oder fliessenden Medien verwendet werden, so etwa bei Fischer-Tropsch-Verfahren, die mit strömenden oder fliessenden Reaktionspartnern durchgeführt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung mit nasser Ab- kühlung ist im folgenden lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 2 der schematischen Zeichnung erläutert, welche einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung zeigt.
In der Zeichnung bedeutet 1 das zentrale Rohr einer Düse, durch welche Luft von oben her eingeblasen wird ; Sauerstoff wird von der Rohrleitung 2 her eingeblasen. 3 bezeichnet ein Rohr zur Einführung von gemahlenem Ferro-
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Venturirohr 4, welches das Material in den Strom von mit Sauerstoff angereicherter Luft ansaugt.
Das Gemisch von mit Sauerstoff angereicherter Luft und dem Ferrosilizium geht durch das Zentralrohr der Düse hindurch. Mit 5 ist die Mündung oder Spitze des Zentralrohres bezeichnet. 6 bedeutet ein Rohr zur Zuführung eines Brenngases, beispielsweise Koksofengas, in eine ringförmige Kammer 7, welche das zentrale Rohr 1 umgibt. Durch diese Anordnung wird eine invertierte Flamme erzeugt, welche in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei bezeichnet 0 die Oxydationszone und R die Reduktionszone. Diese ringförmige Kammer kann mit einem Mantel zur Kühlung mittels Wasser umgeben sein. Die ganze Düse ist in der Mitte des Ofendeckels 8 angeordnet, welcher den Schacht 9 von oben her abschliesst, der einen inneren Durchmesser von rund 54 cm aufweist. Der Deckel und die Wände des Schachtes sind mit widerstandsfähigem Material ausgekleidet.
Wenn es erwünscht oder erforderlich ist, kann ein Strom kalter Luft oder eines andern kühlenden Gases und/oder von Heizgas durch einen ringförmigen Schlitz 10 im Deckel 8, welcher Schlitz nahe an den Wänden des Schachtes verläuft, eingeführt werden.
Heiz-und/oder Kühlgase können auch, wenn dies erforderlich erscheint oder gewünscht wird, von den Ringleitungen 11 oder 12 her durch Schlitze oder Düsen eingeführt werden. Der Schacht 9 ist an seinem Grunde offen und ruht auf einem wassergekühlten Gestell 13, welches sich oberhalb eines Wasserbades 14 mit einem Überlauf 15 befindet. Im Wasserbad 14 wird das in kugelige Form gebrachte Ferrosilizium gesammelt. Ein ringförmiger Wasservorhang 16 ist vorgesehen, um jede Belästigung durch heraustretenden Staub zu vermeiden oder zumindest herabzusetzen und um die Wiedergewinnung des staubförmigen Materials zu ermöglichen.
Die im folgenden angegebenen Temperaturen der dem Verfahren unterzogenen Partikel wurden mit Hilfe eines optischen Pyrometers gemessen ; es muss aber hervorgehoben werden, dass die angegebenen Werte-entsprechend den begrenzten Möglichkeiten des Instrumentes-nicht unbedingt die tatsächlichen Temperaturen sein müssen und eher ein wenig zu niedrig sind.
Es wurde gemessen :
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<tb>
<tb> In <SEP> der <SEP> Flamme <SEP> nahe <SEP> dem
<tb> Deckel <SEP> 1300-1400 <SEP> C
<tb> In <SEP> der <SEP> Flamme <SEP> etwas <SEP> tiefer <SEP> rund <SEP> 1200 <SEP> <SEP> C <SEP>
<tb> In <SEP> der <SEP> Mitte <SEP> des <SEP> Ofens.... <SEP> rund <SEP> 1050-1100 <SEP> <SEP> C <SEP>
<tb>
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Die Flammentemperaturen sind merklich höher und durch Rechnung wurde theoretisch gefunden, dass diese Temperaturen sich in der Grössen- ordnung von etwa 20000 C befinden dürften.
Eine Vorrichtung zur trockenen Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird nun rein beispielshalber an Hand der Fig. 3 be- schrieben, welche schematisch einen Aufriss dieser
Vorrichtung zeigt. Die Erfindung ist klarerweise nicht auf das gegebene Beispiel beschränkt.
In Fig. 3 ist mit 1 der Brenner bezeichnet.
Hiebei ist 2 der Einlass für vorgeheizte Luft in den Brenner, 3 der erste Einlass für das Heizgas und 4 der Einlass für den zur Anreicherung ver- wendeten Sauerstoff. 5 bedeutet einen zweiten
Einlass für das Heizgas; 6 und 7 sind Zuleitungen für Luft oder andere Gase, welche zu ringförmigen Schlitzen führen und dem Zwecke der Regulierung der Gaszusammensetzung im
Ofen dienen. 8 ist der Körper des Ofens, welcher im wesentlichen aus zwei doppelwandigen, luftgekühlten Stahlzylindern besteht. Am unteren Ende des Ofens ist ein doppelwandiger, wassergekühlter kegelstumpfförmiger Abschnitt befestigt, welcher mit einem Wassereinlass 10 und mit einem Wasserauslass 11 versehen ist.
Am unteren Ende dieses kegeligen Abschnittes ist ein Wärmetauscher 12 vorgesehen. Der Zweck dieses Wärmetauschers ist erstens darin gelegen, die aus dem Ofen nach unten austretenden heissen Gase, welche die kugelig umgeformten Partikel enthalten, zu kühlen, und zweitens die Luft vorzuwärmen, welche für die Verbrennung gebraucht wird und mittels des Gebläses 13 durch den Wärmetauscher hindurch-
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mit den Partikeln werden sodann in einen ZyklonStaubabscheider 14 eingeführt, welcher die Auf-
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Das den Zyklon verlassende Produkt gelangt in den Behälter 15, welchem es von Zeit zu Zeit entnommen wird. Die Heizgase treten beim Zyklon 14 aus und werden durch das Absauggebläse 16 abgeführt, von welchem sie über das Rohr 17 in die freie Atmosphäre austreten.
Ein Teil der Luft, welche vom Gebläse 13 geliefert wird, findet zur Kühlung des Ofenschaftes Verwendung (welcher aber auch mit Wasser gekühlt werden kann) und wird diesem durch das Rohr 18 zugeführt. Die hiebei erwärmte Luft wird durch das Ventil 20 ganz oder auch nur zum Teil in die Atmosphäre ausgeblasen. Der verbleibende Teil dieser Luft wird über das Ventil 19 dem Brenner 21 zugeführt, welcher die Aufgabe hat, das zu behandelnde
Material im Wärmetauscher 22 vorzuwärmen.
Das hier entstehende Abgas wird durch das
Rohr 23 in die Atmosphäre ausgestossen.
Der Zufluss heisser Luft zum Hauptbrenner 1 wird mit Hilfe des Ventils 24 geregelt. Das zu behandelnde Material wird dem Brenner durch irgendwelche übliche Mittel durch das Rohr 25 zugeführt. Im vorliegenden Falle wird ein
Schraubenförderer verwendet, welcher vom Mo- tor 26 angetrieben wird. Der Ofendeckel 27 ist, so wie auch die Düse 28 des Brenners, wasser- gekühlt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Überführen fester, unregelmässig geformter Ferro-Siliziumpartikel in Kugelform oder kugelähnliche Form durch Hitzeeinwirkung, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel durch eine invertierte Flamme hoher Temperatur, welche durch Verbrennen von brennbarem Gas in Luft oder in mit Sauerstoff angereicherter Luft erzeugt wird, wobei der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft zentral eingeführt wird und von einem Mantel Brenngasen umgeben wird, hindurchgeführt werden, wobei sie zumindest an ihrer Oberfläche schmelzen, und dass die so behandelten Partikel sodann gekühlt werden.