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Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von Metalloxyden auf trockenem Wege.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur
Darstellung von Metalloxyden auf trockenem Wege durch Oxydation von fein zerstäubtem
Metall unter Anwendung von Oxydationsretorten, bei welchen der Oxydationsvorgang dadurch zu einem besonders vollkommenen wird, dass einerseits die Zerstäubung mittels des üblichen
Druckmittels derart geschieht, dass keine unzerstäubten Teile des flüssigen Metallstroms durch das Druckmittel mitgerissen werden oder grössere Metallklumpen entstehen konnen und anderer- seits alle diejenigen Umstände ausgeschaltet werden, welche eine Wiedervereinigung des zerstäubten
Metalls auf seinem weiteren Wege bewirken und die Oxydationsretorten auf eine zu niedere
Temperatur abkühlen können.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders für alle diejenigen Fälle, wo man den Metallstaub durch einen kräftigen
Zugerreger durch die ganze Anlage hindurchsaugt, um Ansetzen des Metallstaubes bezw. des entstandenen Oxyds an den Retortenwandungen zu verhindern, in welchem Falle die Zerstäubung am zweckmässigsten durch ein dampfförmiges Druckmittel, beispielsweise durch Wasserdampf, bewirkt wird. Die Erfindung ist jedoch auf die Verwendung dieses Druckmittels nicht beschränkt.
Die vollkommene Oxydation eines unter dem Druck eines Druckmittels aus einem Schmelz- gefäss herausgepressten. Metallstroms wird häufig dadurch beeinträchtigt, dass das Druckmittel bei seinem Austritt aus dem Zerstäubungsapparat, welcher zur Überführung des flüssigen Metalls in Metallstaub dient, mehr oder weniger grosse Anteile des Metalls in unzerstäubtem Zustande mit sich reisst und dass andererseits durch Wiedervereinigung von Metallteilchen eine Klumpenbildung eintritt.
Da aber die vollkommene Oxydation von der Feinheit und insbesondere von der Gleichmässigkeit der Zerstäubung abhängt, so wird hierdurch der Oxydationsvorgang beein-
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erfolgt und der Metallstaub auf seinem ganzen Wege an der Wiedervereinigung uud Klumpenbildung gehindert wird. Auf diese Weise wird eine weit bessere Zerteilung des flüssigen Metalls erreicht, als beispielsweise beim Gegenschleuden gegen feste Flächen, wie es ebenfalls vorgeschlagen worden ist, um die sich durch das Mitreissen von unzerstäubten Metallteilen durch den Strom des unter grossen Druck austretenden Druckmittels ergebenden MiPstände zu vermeiden.
Die Abscheidung des Druckmittels nach dem Austreten aus dem Zerstäuber erfolgt beispielsweise derart, dass man das Druckmittel von dem Metallstaub absaugt, wobei der letztere durch eine Tr'lsportvorrichtung, die gegen den Raum, in welchem das Absaugen stattfindet in an sich bekannter Weise luftdicht abgeschlossen ist, der Vorrichtung zugeführt wird, wo die innige Mischung und Durchwirbelung mit dem die Voroxydationsflamme speisenden Gas und mit einer begrenzten Menge von Aussenluft geschieht.
Man erreicht auf diese Weise nicht allein eine sehr schnell erfolgende glatte vollkommene Oxydation, sondern ist dadurch ferner imstande, wegen der sich dabei ergebenden Möglichkeit des Ausschlusses der Abkühlung der Oxydationsreforten und wegen der durch vorliegende Erfindung bedingten Möglichkeit einer leichten Regelung des Zerstäubungsvorgangs und des Einströmens des Metallstaubs in die Retorten, als welche man einfache Röhren verwenden kann, den üblichen
Retortenofen, dessen man bisher zur Heizung der Retorten benötigte, ganz fortfallen zu lassen und dadurch eine bedeutende Ersparnis an Arbeits-und Anlagekosten zu erzielen.
Durch die
Verwendung von Azetylengas zur Speisung der V oroxydationsflamme wird ein besonders hoher
Wirkungsgrad bei der Verbrennung von Zinnstaub erzielt, da dieses Gas infolge seines hohen
Kohlenstoff gehaltes auch eine grosse Menge Luft zu seiner Verbrennung benötigt-and dädurch sehr stark oxydierend wirkt.
Ausserdem wird durch die hohe Verbrennungstemperatur des
Azetylengases auch der noch mitübergehende Anteil von Wasserdampf, welcher dem Zinnstaub
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer gemäss vorliegender Erfindung ausgeführten, beispielsweisen Form einer Gesamtanlage zur Erzeugung von Zinnoxyd. Fig. 2 ist eine Darstellung einer beispielsweisen Form der bei vorliegender Erfindung benutzten Vorrichtung zum Schmelzen und Einpressen des geschmolzenen Metalls in die Zerstäuber. Fig. 3 ist ein Längsschnitt von Fig. 2 nach der Ebene A-B. In Fig. 4,5 und 6 sind in Verbindung mit der Vorrichtung in Fig :. 2 anzuwendende beispielsweise Formen von, durch Expansion wirkenden Zerstäubern dargestellt.
Fig. 7 ist eine Sonderdarstellung der Vorrichtung zur Entfernung des, dem zerstäubten Metall beigemengten Druckmittels, beispielsweise von überhitztem Dampf. Fig. 8 und 9 verdeutlichen die Vorrichtung zur Weiterbeförderung des in der oben beschriebenen Weise von der Beimischung des Druckmittels befreiten Metallstaubs in die, zum Brennei Fig. 10 führenden, beispielsweise gleichzeitig zum Einblasen des Metallstaubs in die Retorten dienende Leitung. Fig. 11 verdeutlicht eine zweckmässige Form der Anbringung der Schmelz-und Druckvorrichtung der Fig. 2 und 3 in dem, zur Erhitzung des Metalls dienenden Ofen.
Zum Schmelzen des Metalls dient hier beispielsweise der Behälter 1, der durch eine, am einfachsten im Boden gelegene Rohrleitung 2 mit einem neben dem Behälter 1 gelegenen und oben luftdicht verschlossenen Behälter 3 in Verbindung steht. in welchem durch eine oder mehrere Öffnungen 4, die mit geeigneten Hähnen oder Ventilen versehen sein können, ein Druckmittel, beispielsweise Druckluft oder überhitzter Hochdruckdampf, oder ein beliebiges erhitztes neutrales
Druckgas eingeleitet wird. Vom Boden des Behälters 3 führt eine beliebige Anzahl von Leitungen 5 nach dem Zerstäuber 6, welche in Fig. 4 bis 6 in verschiedenen Ausführungsformen gesondert dargestellt sind. Die im Boden der Behälter 1 und 3 befindlichen Kanäle oder Leitungen 2 bezw. J sind durch Ventile verschliessbar und regelbar.
Zu diesem Zweck kann man sich, wie aus der Figur ersichtlich, von aussen leicht zu betätigender drehbarer Spindeln 7 bedienen, welche durch Auf- und Abschrauben die Ventilöffnungen öffnen und verschliessen können. Zwecks leichter Reinigung sind die, die Verbindung zwischen den Behältern 1 und 3 herstellenden Kanäle 2 durch den Boden dei'Vorrichtung hindurch nach aussen geführt und durch einen Stopfen 9 verschliessbar. Die ganze
Vorrichtung, die aus einem einzigen Stück Stahlguss bestehen kann, ist in einem Ofen 10 (Fig. 11) I untergebracht. Selbstverständlieh kann auch jede andere zweckmässigere Art der Heizung
Anwendung finden.
Ist die im Behälter 1 befindliche Spindel 7 angehoben, so wird das flüssige
Metall in den Behältern 7 und 3, die die Schenkel eines kommunizierenden Gefässes bilden, gleich hoch stehen. Durch Einstellung der in den beiden Behältern befindlichen Ventilspindeln 7 lässt sich der Durchfluss sehr leicht regeln. Die Ventilsitze 8, sowie die Spindeln 7 sind leicht auswechselbar, ohne dass es nötig ist, den Betrieb auf längere Zeit zu unterbrechen, was für die
Gleichmässigkeit des Ganges der Retorten und für die Gewährleistung eines kontinuierlichen
Betriebes von Wichtigkeit ist.
Wegen der beschriebenen Gestaltung der Ventile und wegen'der
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sich ein, hier durch eine übergeschraubte Kappe gebildeter erweiterter Raum 21, in welchem auch das seitlich oder parallel zur Richtung des Metallstroms zugeleitete, die Zerstäubung bewirkende Druckmittel, beispielsweise komprimierte Luft oder Hochdruckdampf einströmt.
In diesem Raum 21 expandiert sowohl das Druckmittel, als auch das unter Druck zuströmende flüssige Metall, wodurch in bekannter Weise ein plötzliches Zerreissen des flüssigen Metalls in äusserst feine, oft fast unfühlbare Partikelchen eintritt. Um das Druckmittel, wie oben angegeben, noch vor dem Auftreffen auf den Metallstrom expandieren zu können, ist bei der Ausfiihrungsform der Fig. 4 die Expansionskammer 21, deren Grösse durch Auf-und Abschrauben der Kappe vergrössert oder verringert werden kann, welche auch die Einströmungsöffnung 14 für das Druckmittel bei der Ausführungsform der Fig. 4 enthält, an der Eintrittsstelle des Druckmittels nach rückwärts vertieft.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 sind besondere Expansionskammern 15 ausser der Expansionskammer 21 vorgesehen, in welche nur das Druckmittel aus dem seitlichen Kanal 11 eintritt und hier etwas expandieren kann, bevor es an der Mündung des Innenrohrs 13 vorbei in die Expansionskammer 21 fliesst, wo eS auf den Metallstrom auftrifft, sich mit diesem infolge des durch die vorherige Expansion etwas verminderten Drucks innig unter Durchwirbelung mischt und nunmehr zusammen mit dem flüssigen Metall völlig expandiert
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wird auch das Zurückfliessen des flüssigen Metalls in die Kammer 15 verhindert.
Durch Hin-und Herschrauben der übergeschraubten oder in anderer Weise verschieblich angebrachten Kappe 18 kann sowohl der Raum 15. als auch der Raum 21 beliebig vergrössert oder verkleinert werden.
Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist die Kappe 18 aus zwei düsenförmigen, übereinander geschraubten oder sonst verschieblich miteinander verbundenen Kappen zusammengesetzt, von welchen die innere 19 aus anderem Material als die äussere Kappe 18 bestehen kann. Durch diese Anordnung zweier Kappen ist es mÖglich, die Grösse der beiden Expansionskammern 15 und 21 unabhängig von einander zu variieren. Bei der Ausführungsform Fig. 4 ist eine Düse 1-1, der Ausströmungsöffnung des Rohrs 13 gegenüber in die abschraubbare Kappe ebenfalls axial verschieblich eingesetzt. Auch diese Anordnung gestattet eine Regulierung des im Raum 21 vor sich gehenden Expansionsvorganges.
Durch die Anordnung der auf-und abschraubbaren bezw. ver- schiebbaren Kappen ist es möglich, auch während des Betriebs selbst die Grösse des Expansinn. s- raums und damit den Expansions-und Zerstäubungsvorgang zu regeln und jeden gewünschten
Grad der Zerteilung auf diese Weise zu erreichen, sowie die einzelnen Kappen, sogar während des Betriebes auszuwechseln, ohne dass es nötig ist, den ganzen Zerstäuber auseinander zu nehmen. Irgend eine wesentliche Abnutzung findet bei den, bei vorliegender Erfindung benutzten Zerstäubern nur an der, der Ausströmungsöffmmg des Rohrs 13 gegenüber- liegenden Ausströmungsdüse der Kappe 18 statt, deren Bohrung nicht verschieden von der Ausströmungsöffnung des Rohres 13 zu sein braucht.
Dies ist ebenfalls von wesentlicher
Bedeutung gegenüber den bisher für die Metallzerstäubung benutzten Vorrichtungen, da t hierdurch das Expansionsgemisch in der Kammer 21 etwas zurückgehalten und innig zerteilt und das Mitreissen unzerteilter Anteile besser verhindert werden kann, als bei denjenigen Einrichtungen, wo die innere und äussere Düse verschieden grosse Austritts öffnungen besitzen
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Die Verschiebung der Kappen kann durch einen Anschlag 20 begrenzt worden.
Aus dem Zerstäuber 6 gelangt das fein zerstäubte Metall in Mischung mit dem Druckmittel in einen Raum, in welchem die Abtrennung des Druckmittels oder des grössten Teils desselben von dem fein zerstäubten Metall geschieht. Für diesen Zweck kann man beispielsweise einen trichterförmig gestalteten Behälter 22 (Fig. 7) anwenden, ähnlich denjenigen Behältern, die beispielsweise zum Lüften von Grünmalz und zur Fortschafiung desselben nach Abtrennung 1'on der mitgesaugten Luft benutzt werden.
Von diesem hier beispielsweise angewandten trichter- förmigen Behälter 22 trennt sich das Druckmittel dadurch ab, dass dieser Behälter entweder oben offen, bezw. mit geeigneten nach aussen führenden öffnungen versehen ist, die mit durchlässigem Material, wie beispielsweise mit Segeltuch, überspannt sein können, oder das Druckmittel wird aus dem, im übrigen geschlossenen, und durch öffnungen 31 an die Zerstäuber angeschlossenen Behälter 22, beispielsweise durch einen Exhaustor, bei 23 abgesaugt. Zweckmässigerweise ist der Behälter 22 noch mit einem der üblichen Rüttelapparate 24 versehen, welche von der Haupttriebwelle, oder auf beliebig andere Weise betätigt werden können und dazu dienen, das Ansetzen des Metallstaubs an den Wandungen zu verhüten.
Am unteren Ende wird die Kammer 22 ähnlich der, wie oben erwähnt, zur Abtrennung der Luft von dem Grünmalz dienenden Kammer durch eine sich luftdicht in einem Gehäuse25 drehende Transportvorrichtung (Fig. 8 und 9) abgeschlossen, die beispielsweise eine Transportschnecke oder dergleichen sein kann, und aus einer drehbaren Scheibe 32 bestehen kann, welche an ihrem Umfang mit federnden, sich fest gegen die Wandung anlegenden Platten oder Blättchen 33 besetzt ist, die einen luftdichten Abschluss bewirken, und gleichzeitig den erzeugten, vom Druckmittel getrennten Metallstaub regelmässig abführen und ihn dann weiterhin in einen Sammelraum oder eine Leitung 26 gelangen lassen, aus welcher der Metallstaub in den Brenner (Fig.
10) befördert wird, was am einfachsten durch ein Gebläse oder einen kleinen Ventilator 30 geschieht, dessen Druckwirkung durch ein, in der Ventilatorleitung angebrachtes Ventil 29 geregelt werden kann.
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PATENT. ANSPRÜCHE : 1. Vermehren zur Darstellung von Metalloxyde auf trockenem Wege durch Oxydation von Metall, das mit Hilfe eines vorexpandierten und dann in Mischung mit dem flüssigen Metall expandierten dampf-oder gasförmigen Zerstäubungsmittels zerstäubt wurde, unter Zuhilfe- nahme der Einwirkung einer am Anfang der Oxydationsretorten befindlichen, die Voroxydation bewirkenden Flamme auf den vorher vom Zerstäubungsmittel getrennten Metallstaub, dadurch gekennzeichnet, dass der verbleibende Metallstaub nach Mischung mit Verbrennungsluft und brennbarem Gas und unter möglichstem Ausschluss eines Überschusses von Luft der Einwirkung der Voroxydationsflamme unterworfen wird.