DE102019207903A1

DE102019207903A1 - Drehrohrofen zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs

Info

Publication number: DE102019207903A1
Application number: DE102019207903.2A
Authority: DE
Inventors: Toralf Rensch
Original assignee: Ibu Tec Advanced Materials AG
Current assignee: Ibu Tec Advanced Materials AG
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehrohrofen (1, 1A, 1B) zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs (RS). Der Drehrohrofen (1, 1A, 1B) umfasst ein Drehrohr (2) mit einer Wand (3), wobei die Wand (3) zumindest zweischichtig ausgebildet ist und eine äußere Schicht (3.2) und eine innere Schicht (3.1) nickelhaltig sind oder die äußere Schicht (3.2) nickelhaltig und die innere Schicht (3.1) nickelfrei sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehrohrofen zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines solchen Drehrohrofens.
Aus dem Stand der Technik sind Drehrohröfen bekannt, welche als schräg liegende, sich drehende, rohrförmige Reaktions- und Trockenapparate für rieselfähige Stoffe ausgebildet sind, die den Drehrohrofen infolge der Schrägstellung kontinuierlich und unter dauernder Umwendung durchwandern.
Solche Drehrohröfen umfassen Drehrohre, deren Wände beispielsweise aus Metall gefertigt sind. Verbindungen aus Metall, Glas und/oder Keramik sind aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten für eine Nutzung bei Hochtemperaturen im Drehrohrofen ungeeignet. Bei einer thermischen Behandlung im Drehrohrofen von Rohstoffen, die insbesondere korrosive Komponenten wie beispielsweise Schwefelverbindungen oder Lithiumverbindungen enthalten, welche für die Batterieherstellung genutzt werden, treten an Nickel-basierten Wänden Korrosionsschäden auf.
Die JP 2018 040 508 A2 offenbart einen Drehrohrofen, welcher an seiner Innenfläche ein feuerfestes Material enthält. Der Drehrohrofen hat eine Schutzschicht mit Schlacke, die Calcium, Aluminium und Silizium enthält, auf einer Oberfläche des Feuerfestmaterials.
Die US 10 069 142 B2 umfasst einen Drehrohrofen zur Herstellung eines Negativelektrodenaktivmaterials für eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt durch Pyrolyse eines organischen Gases, um jeweils Siliziumverbindungsteilchen aus SiOx mit Kohlenstoff zu beschichten. Das Ofenrohr hat eine Doppelstruktur, die aus einem äußeren Metallteil und einem inneren Kohlenstoffteil besteht, der in direkten Kontakt mit Partikeln kommt. Das Ofenrohr ist dabei aus einem hitzebeständigen Gussstahl, einer Nickelbasis-Superlegierung, einer Nickel-Molybdän-Chrom-Legierung, einem Kohlenstoffmaterial, Aluminiumoxid, Silizium-Kohlenstoff, einem Magnesiumoxid-Kohlenstoffmaterial, einem Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Kohlenstoffmaterial oder einem Magnesiumoxid-Chrommaterial hergestellt.
Die DE 1 558 792 A1 offenbart einen Drehrohrofen mit korrosionsfestem Mantel zur Herstellung von Aluminiumoxid. Dabei liegt zwischen einer Ausmauerung und einem Ofenmantel ein dünnes, korrosionsfestes Edelstahlblech.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Drehrohrofen zur thermischen Behandlung eines Rohstoffes und eine Verwendung des Drehrohrofens anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Drehrohrofen zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs mit den in Anspruch 1 oder den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen sowie eine Verwendung des Drehrohrofens mit den in Anspruch 4 oder den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer ersten Ausführungsform umfasst ein Drehrohrofen zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs ein Drehrohr mit einer Wand, die zumindest zweischichtig ausgebildet ist, wobei zumindest eine äußere Schicht und eine innere Schicht der Wand nickelhaltig sind. Die äußere Schicht ist als Tragschicht ausgebildet, die mechanische Beanspruchungen aufnimmt. Die innere Schicht ist als Korrosions- und/oder Verschleißschutzschicht ausgebildet. Als Rohstoff wird oder werden ein Stoff bzw. ein Stoffgemisch verstanden, beispielsweise Pulver, Granulate, Suspensionen und Formkörper, welcher/welches durch die thermische Behandlung zu einem Produkt, insbesondere zu feinteiligen Partikeln umgesetzt wird.
Bei einem solchen Drehrohrofen wirkt die nickelhaltige äußere Schicht mechanisch tragend und erlaubt ein Schweißen der äußeren Schicht. Die innere Schicht wirkt als ein Korrosionsschutz und/oder Verschleißschutz und schützt die äußere Schicht vor Korrosion und/oder Verschleiß. Entweder verhindert die innere Schicht den korrosiven Angriff auf die Tragschicht oder anstatt einer Abtragung der äußeren Schicht wird nur die innere Schicht abgetragen. Dadurch wird eine Lebensdauer des Drehrohrs erhöht und die Anzahl an Wartungsintervallen reduziert.
Die äußere Tragschicht ist zumindest aus einem hitze- und/oder zunderbeständigen Werkstoff, beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, zum Beispiel aus einem nichtrostenden, hitzebeständigen und/oder austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, mit einer Werkstoffnummer DIN/EN 1.4828 oder DIN/EN 1.4841, gemäß beispielsweise EN 10095, oder einer hochwarmfesten chemisch beständigen Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mit einer Werkstoffnummer DIN/EN 2.4633, gemäß beispielsweise EN 10302 oder EN 10027, oder ähnlichem gebildet.
Die innere Schicht des Drehrohrs kann in einer Weiterbildung zumindest einer der folgenden Elemente Nickel, Chrom, Eisen und weitere Legierungselemente, wie zum Beispiel Aluminium umfassen. Ein Werkstoff für die innere Schicht kann beispielsweise ein Stoff mit der Werkstoffnummer DIN/EN 2.4633, gemäß beispielsweise EN 10302 oder EN 10027 sein. Auch Werkstoffe mit höherem Nickelanteil sind möglich.
Bei der Behandlung des Rohstoffes im Drehrohrofen kann es zu einer Abtragung der inneren Schicht kommen. Dies erfolgt beispielsweise bei der Behandlung von nickelhaltigen Rohstoffen im Drehrohrofen. Wird eine innere Schicht mit einem hohen Anteil an Nickel teilweise bei der Behandlung des Rohstoffes abgetragen, so wird eine Verunreinigung oder eine Verschmutzung von nickelhaltigen Produkten durch andere Stoffe, wie beispielsweise Eisen oder Chrom, weitestgehend vermieden. Der Anteil an Eisen und Chrom in der inneren Schicht ist hierzu möglichst gering.
In einer Weiterbildung weist die innere Schicht einen Nickelanteil von mindestens 70% auf. Dadurch wird eine Verunreinigung eines nickelhaltigen Produktes durch Abtragungen der inneren Schicht bei der Behandlung weitestgehend vermieden.
Ein solcher Drehrohrofen mit einem Drehrohr mit einer zweischichtigen Wand, wobei die innere Schicht nickelhaltig ausgebildet ist, kann zur thermischen Behandlung von einem Rohstoff, beispielsweise zur Herstellung von Batteriematerial, insbesondere Kathodenmaterial, oder Katalysatormaterial verwendet werden. Dabei umfasst der Rohstoff zumindest Lithium und/oder Nickel, gegebenenfalls auch Elemente wie Cobalt, Mangan und/oder Aluminium. Durch die Verwendung des Drehrohrofens mit der nickelhaltigen inneren Schicht für insbesondere nickelhaltige Rohstoffe wird eine Verunreinigung der aus solchen Rohstoffen herzustellenden Produkte weitestgehend vermieden. Darüber hinaus dient die innere Schicht bei der Verwendung des Drehrohrofens als ein Schutz vor Korrosion und/oder Verschleiß der äußeren Schicht.
In einer alternativen und zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Drehrohrofen zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs ein Drehrohr mit einer Wand, die zumindest zweischichtig ausgebildet ist, wobei die äußere Schicht als Tragschicht nickelhaltig sein kann und eine innere Schicht der Wand nickelfrei bzw. nickelarm ist, wobei die innere Schicht zumindest Eisen, Chrom und/oder Aluminium umfasst. Ein Werkstoff der inneren Schicht kann beispielsweise ein Stoff mit der Werkstoffnummer DIN/EN 1.4762, gemäß beispielsweise EN 10095 sein.
Auch bei diesem alternativen Drehrohrofen ist die äußere Schicht als Tragschicht ausgebildet, die mechanische Beanspruchungen aufnimmt. Die innere Schicht ist als Korrosions- und/oder Verschleißschutzschicht ausgebildet. Als Rohstoff wird oder werden ein Stoff bzw. ein Stoffgemisch verstanden, beispielsweise Pulver, Granulate, Suspensionen und Formkörper, welcher/welches durch die thermische Behandlung zu einem Produkt, insbesondere zu feinteiligen Partikeln umgesetzt wird.
Ein solcher Drehrohrofen mit einem Drehrohr mit einer zweischichtigen Wand, wobei die innere Schicht nickelfrei ausgebildet ist, kann zur thermischen Behandlung von einem Rohstoff verwendet werden, der insbesondere einen korrosiven Angriff zum Beispiel durch eine schwefelhaltige Verbindung verursachen kann. Bei der Verwendung eines solchen Drehrohrofens mit einer nickelfreien inneren Schicht zur thermischen Behandlung von schwefelhaltigen Rohstoffen im Drehrohrofen dient die innere Schicht als Schutz vor Korrosion der nickelhaltigen äußeren Schicht.
Insbesondere bei einer thermischen Behandlung von schwefelhaltigen Rohstoffen verhindert die nickelfreie innere Schicht eine Reaktion des Nickels der nickelhaltigen äußeren Schicht mit dem Schwefel des Rohstoffs. Darüber hinaus wirkt die nickelhaltige äußere Schicht mechanisch tragend und erlaubt ein Schweißen der äußeren Schicht.
In einer möglichen Weiterbildung der ersten Ausführungsform sind ein Nickelanteil der inneren Schicht und ein Nickelanteil der äußeren Schicht voneinander verschieden. Die innere Schicht kann dabei beispielsweise einen höheren Nickelanteil aufweisen als die äußere Schicht. Dadurch dient die innere Schicht bei der Verwendung des Drehrohrofens als ein Schutz vor Korrosion und/oder vor Verschleiß der äußeren Schicht. Der hohe Nickelanteil der inneren Schicht bewirkt dabei eine Reduzierung der Verunreinigung eines zu behandelnden nickelhaltigen Rohstoffs durch andere Stoffe der inneren Schicht bei einer möglichen Abtragung dieser.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist die innere Schicht nickelfrei. Hierdurch kann der Drehrohrofen für eine thermische Behandlung von schwefelhaltigen Rohstoffen verwendet werden. Insbesondere eine nickelfreie innere Schicht der Drehrohrwand verhindert eine Reaktion von Schwefel aus dem Rohstoff mit Nickel der äußeren Schicht der Drehrohrwand.
In einer möglichen Weiterbildung umfasst die äußere Schicht der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform zumindest Eisen, Nickel, Chrom und Aluminium. Ein Werkstoff der äußeren Schicht kann beispielsweise ein Stoff mit der Werkstoff-Nr. DIN/EN 1.481 sein. Dadurch weist die äußere Schicht eine gegenüber der inneren Schicht verbesserte mechanische Tragfestigkeit und/oder eine verbesserte Schweißmöglichkeit auf. Es sind jedoch auch andere geeignete nickelhaltige Verbindungen, wie zum Beispiel DIN/EN 1.4828, DIN/EN 2.4633 möglich.
Die äußere Schicht umfasst in einer möglichen Weiterbildung mindestens einen Nickelanteil von 10%. Ein Werkstoff der äußeren Schicht kann beispielsweise ein Werkstoff mit der Werkstoff-Nr. DIN/EN 1.4828 sein. Auch ein Nickelanteil von 20% ist möglich, wie beispielsweise bei einem Werkstoff mit der Werkstoff-Nr. DIN/EN 1.481. Der Nickelanteil dient dabei insbesondere der Erzielung der Temperaturbeständigkeit bei gleichzeitig guter mechanischer Bearbeitbarkeit (Umformen, Spanbarkeit) sowie Schweißbarkeit des Tragwerkstoffs und damit der Wand des Drehrohrofens.
Herstellungsverfahren
Das Drehrohr des Drehrohrofens kann mittels eines Schleudergussverfahrens hergestellt werden. Dabei erfolgt eine Aufbringung der inneren Schicht und der äußeren Schicht rotationssymmetrisch. Durch den Schleuderguss ist eine gleichmäßige Aufbringung der Schichten möglich. Das Drehrohr des Drehrohrofens kann alternativ mittels eines Metallspritzgussverfahrens hergestellt werden. Durch das Spritzgussverfahren ist es möglich, das Drehrohr in einfacher Art und Weise herzustellen.
Das Drehrohr des Drehrohrofens kann darüber hinaus zum Beispiel mittels eines Pressverfahrens mit anschließendem thermischen Sintern hergestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:

1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Drehrohrs für einen Drehrohrofen,
2A und 2B schematisch eine Längsschnitt des Drehrohrs in einer ersten Ausführungsform mit einer nickelhaltigen (2A) und einer zweiten Ausführungsform mit einer nickelfreien (2B) inneren Schicht,
3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines direkt beheizten Drehrohrofens,
4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines indirekt beheizten Drehrohrofens und
5 schematisch einen Längsschnitt einer inneren Schicht eines Drehrohrs bei einer Herstellung des Drehrohrs mittels Schleudergussverfahrens.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Drehrohrs 2 für einen Drehrohrofen 1 zur thermischen Behandlung eines Rohstoffes RS.
Das Drehrohr 2 ist in verschiedenen Ausführungsformen in den 2A und 2B dargestellt. Eine zweischichtig ausgebildete Wand 3 des Drehrohrs 2 umfasst eine innere Schicht 3.1 und eine äußere Schicht 3.2. Es ist jedoch auch möglich, dass die Wand 3 aus mehr als zwei Schichten 3.1, 3.2 gebildet ist. Dabei können zwischen der inneren Schicht 3.1 und der äußeren Schicht 3.2 weitere mittlere Schichten (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Die äußere Schicht 3.2 ist als eine Tragschicht ausgebildet, welche das Drehrohr 2 trägt und welche beispielsweise mechanische Beanspruchungen aufnimmt. Die äußere Schicht 3.2 als Tragschicht ist zumindest aus einem hitze- und/oder zunderbeständigen Werkstoff, beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, zum Beispiel aus einem nichtrostenden, hitzebeständigen und/oder austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, mit der Werkstoffnummer DIN/EN 1.4828 oder DIN/EN 1.4841 oder einer hochwarmfesten chemisch beständigen Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mit der Werkstoffnummer DIN/EN 2.4633 oder einem ähnlichen Material gebildet.
Die innere Schicht 3.1 des Drehrohrs 2 ist als eine Korrosions- und/oder Verschleißschutzschicht ausgebildet. Die innere Schicht 3.1 des Drehrohrs 2 kann zumindest aus einem der folgenden Elemente Nickel, Chrom, Eisen und weitere Legierungselemente, wie zum Beispiel Aluminium, gebildet sein. Ein Werkstoff für die innere Schicht 3.1 kann beispielsweise ein Stoff mit der Werkstoffnummer DIN/EN 2.4633 sein. Auch Werkstoffe mit höherem Nickelanteil sind möglich.
In einer ersten Ausführungsform des Drehrohrs 2 sind die äußere Schicht 3.2 und die innere Schicht 3.1 nickelhaltig ausgebildet (wie in 2A dargestellt). In einer zweiten Ausführungsform des Drehrohrs 2 ist die äußere Schicht 3.2 nickelhaltig und die innere Schicht 3.1 nickelfrei ausgebildet (wie in 2B dargestellt). Die innere Schicht 3.1 beider Ausführungsformen umfasst zumindest Eisen, Chrom und Aluminium. Dabei können die Anteile variieren. Das Drehrohr 2 ist Teil eines Drehrohrofens 1, der in verschiedenen Ausführungsformen - Drehrohrofen 1A und Drehrohrofen 1B - in den 3 und 4 dargestellt ist.
In 2A ist schematisch ein Längsschnitt der ersten Ausführungsform des Drehrohrs 2 dargestellt. In der ersten Ausführungsform sind die innere Schicht 3.1 und die äußere Schicht 3.2 der Wand 3 nickelhaltig. Dabei ist der Nickelanteil der inneren Schicht 3.1 verschieden zu dem Nickelanteil der äußeren Schicht 3.2. Der Nickelanteil der inneren Schicht 3.1 ist insbesondere größer als der Nickelanteil der äußeren Schicht 3.2.
Die äußere Schicht 3.2 kann beispielsweise aus einem Werkstoff hergestellt sein, welcher Eisen, Nickel, Chrom und Aluminium umfasst. Insbesondere umfasst der Werkstoff der äußeren Schicht 3.2 einen Nickelanteil von mindestens 10%. Solche Werkstoffe können beispielsweise Stoffe mit der Werkstoff-Nr. DIN/EN 1.4828 oder der Werkstoff-Nr. DIN/EN 1.481 sein. Die äußere Schicht 3.2 weist beispielsweise eine Schichtdicke von 5 mm bis 20 mm auf.
Die innere Schicht 3.1 umfasst beispielsweise Nickel, Chrom und Eisen. Der Nickelanteil der Verbindung umfasst dabei mindestens 70%. Ein Werkstoff für die innere Schicht 3.1 kann beispielsweise ein Stoff mit der Werkstoff-Nr. DIN/EN 2.4633 sein. Die innere Schicht 3.1 weist beispielsweise eine Schichtdicke von 1 mm bis 10 mm auf.
In 2B ist schematisch ein Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform des Drehrohrs 2 dargestellt. In der zweiten Ausführungsform ist die innere Schicht 3.1 nickelfrei ausgebildet. Die äußere Schicht 3.2 der zweiten Ausführungsform ist ebenso wie die äußere Schicht 3.2 der ersten Ausführungsform nickelhaltig ausgebildet.
Die äußere Schicht 3.2 der zweiten Ausführungsform kann beispielsweise aus einem Werkstoff hergestellt sein, welcher Eisen, Nickel, Chrom und Aluminium umfasst. Insbesondere umfasst der Werkstoff der äußeren Schicht 3.2 einen Nickelanteil von mindestens 10%. Ein solcher Werkstoff kann beispielsweise ein Stoff mit der Werkstoff-Nr. 1.4828 oder der Werkstoff-Nr. DIN/EN 1.481 sein. Die äußere Schicht 3.2 weist beispielsweise eine Schichtdicke von 5 mm bis 20 mm auf.
Die nickelfreie innere Schicht 3.1 ist beispielsweise aus einem Werkstoff hergestellt, welcher Eisen, Chrom und Aluminium umfasst. Ein solcher Werkstoff kann beispielsweise ein Stoff mit der Werkstoff-Nr. DIN/EN 1.4762 sein. Die innere Schicht 3.1 weist beispielsweise eine Schichtdicke von 1 mm bis 10 mm auf.
3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines direkt beheizbaren oder beheizten Drehrohrofens 1A. Der direkt beheizbare Drehrohrofen 1A umfasst ein Drehrohr 2, ein Einlassende 4, eine Abluftöffnung 5, einen Brenner 6, ein Auslassende 7 und eine Umwälzanlage 8. Das Drehrohr 2 kann gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform nach 2A bzw. 2B ausgebildet sein.
Durch das Einlassende 4 wird ein Rohstoff RS in den Drehrohrofen 1A eingeführt, insbesondere in das Drehrohr 2 befördert. Das Drehrohr 2 ist als Reaktionsraum RM ausgebildet Der Rohstoff RS kann mittels einer nicht dargestellten Förderschnecke oder Düse in den Drehrohrofen 1A eingebracht werden.
Der Brenner 6 ist unmittelbar im Drehrohr 2 und im Reaktionsraum RM angeordnet. Ebenso ist der Brenner 6 an einem gegenüber dem Einlassende 4 liegenden Ende des Drehrohrs 2 angeordnet. Ein Erhitzen des Rohstoffes RS erfolgt direkt durch eine mittels des Brenners 6 erzeugte Brennerflamme und/oder durch einen mittels des Brenners 6 erzeugten Heißgasstrom HGS. Dabei können Temperaturen von bis zu 1.250° C im Drehrohrofen 1A (bei einer Ausführung des Drehrohrofens 1A ohne Ausmauerung) erzeugt werden. Ein direkt beheizter und nicht näher dargestellter und ebenfalls unter den Schutzbereich fallender Drehrohrofen weist beispielsweise Ausmauerungen auf, die dann auch höhere Temperaturen zulassen.
Durch die Abluftöffnung 5 werden Abgase AG aus dem Drehrohr 2 abgeführt. Die Abluftöffnung 5 ist an einem Ende des Drehrohrs 2 angeordnet, an welchem das Einlassende 4 ausgebildet ist. Auch andere Positionen für die Abluftöffnung 5 sind denkbar.
Mittels des Auslassendes 7 können Produkte P, welche durch die thermische Behandlung des Rohstoffs RS im Reaktionsraum RM des Drehrohrs 2 erzeugt werden, aus dem Drehrohrofen 1A abgeführt werden. Das Auslassende 7 ist an dem gegenüber dem Einlassende 4 liegenden Ende des Drehrohrs 2 ausgebildet.
Das Drehrohr 2 ist in Laufanlage 8, zum Beispiel Laufringe oder Laufrollen, gelagert und kann während der thermischen Behandlung des Rohstoffes RS mittels der dieser Laufanlage 8 kontinuierlich um eine Achse des Drehrohrs 2 gedreht werden.
Es ist möglich, dass das Drehrohr 2 leicht in eine Richtung des Auslassendes 7 nach unten geneigt ist, wodurch mittels der Drehung des Drehrohrs 2 ein Transport des Rohstoffes RS und der Produkte P vom Einlassende 4 zum Auslassende 7 erfolgt. Eine Transportrichtung des Rohstoffes RS und der Produkte P kann dabei entgegen einer Strömungsrichtung des Heißgasstroms HGS erfolgen. Es ist auch möglich, dass eine Transportrichtung des Rohstoffes RS und der Produkte P in die Strömungsrichtung des Heißgasstroms HGS erfolgt. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Drehrohrofen 1A in einem sogenannten Batch-Betrieb verwendet wird.
4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines indirekt beheizten Drehrohrofens 1B. Der Drehrohrofen 1B umfasst ein Drehrohr 2, ein Einlassende 4, eine Abluftöffnung 5, ein Wärmezufuhrelement 9, ein Auslassende 7 und eine Umwälzanlage 8. Das Drehrohr 2 kann gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform nach 2A bzw. 2B ausgebildet sein.
Wie bei dem in 3 dargestellten Drehrohrofen 1A wird ein Rohstoff RS über das Einlassende 4 in das Drehrohr 2 befördert. Das Drehrohr 2 dient dabei als Reaktionsraum RM. Durch die Abluftöffnung 5 ist es möglich, dass ein erzeugter Heißgasstrom HGS und Verbrennungsgase als Abgase AG aus dem Drehrohr 2 abgeführt werden. Mittels des Auslassendes 7 können Produkte P, welche durch die thermische Behandlung des Rohstoffs RS im Reaktionsraum RM des Drehrohrs 2 erzeugt werden, aus dem Drehrohrofen 1B abgeführt werden.
Mittels der Laufanlage 8 kann während der thermischen Behandlung des Rohstoffes RS das Drehrohr 2 kontinuierlich um eine Achse des Drehrohrs 2 gedreht werden.
Anders als bei dem direkt beheizten Drehrohrofen 1A wird beim indirekt beheizten Drehrohrofen 1B Wärme von außerhalb des Reaktionsraumes RM mittels des Wärmezufuhrelements 9 über die Wand 3 zugeführt. Dabei kann das Wärmezufuhrelement 9 beispielsweise als ein Erdgasbrenner oder als elektrische Heizelemente ausgebildet sein. Die Wärme kann in einer möglichen Ausführungsform über einen Wärmeaustausch von einem nicht näher dargestellten Fluid im Wärmezufuhrelement 9, wie beispielsweise Luft oder ein flüssiges Medium, an die Wand 3 abgegeben werden.
Durch eine Wärmezufuhr über die Wand 3 kann die thermische Behandlung des Rohstoffs RS im Reaktionsraum RM in einer definierten Gasatmosphäre, wie beispielsweise einer inerten Gasatmosphäre oder einer reduzierenden Gasatmosphäre, durchgeführt werden.
Entstehende Verbrennungsgase dringen nicht in den Reaktionsraum RM ein, wodurch ein Gasvolumenstrom im indirekt beheizten Drehrohrofen 1B geringer sein kann als bei direkt beheizten Drehrohröfen 1A.
Im indirekten Drehrohrofen können beispielsweise Temperaturen im Bereich von mindestens 50° C und maximal 1.200° C erzeugt werden. Eine Transportrichtung des Rohstoffes RS und der Produkte P kann beispielsweise entgegen einer Strömungsrichtung des Heißgasstroms HGS oder entlang der Strömungsrichtung des Heißgasstroms HGS erfolgen. Es ist auch möglich, dass der Drehrohrofen 1B in einem sogenannten Batch-Betrieb verwendet wird.
Beide Ausführungsformen des Drehrohres 2 mit nickelfreier oder nickelumfassender innerer Schicht 3.1 können mit den gleichen Verfahren hergestellt werden. Nachfolgend wird die Herstellung des Drehrohres 2 mittels des Schleudergussverfahrens beispielhaft erläutert.
5 zeigt schematisch einen Längsschnitt des Drehrohrs 2 bei einer Herstellung der inneren Schicht 3.1 des Drehrohrs 2 mittels Schleudergussverfahrens. Dabei wird beispielsweise eine nickelhaltige Legierung für die innere Schicht 3.1 mittels einer Einspritz- oder Zuführanlage 10 in den Innenraum der bereits hohlzylinderförmig geformten äußeren Schicht 3.2 des Drehrohrs 2 eingeführt. Die nickelhaltige Legierung kann beispielsweise als Schmelze oder Pulver vorliegen. Durch ein Schleudern kann beim Einführen der Legierung eine rotationssymmetrische Aufbringung beispielsweise der inneren Schicht 3.1 auf der bereits geformten äußeren Schicht 3.2 erfolgen.
Bei einer nickelfreien inneren Schicht 3.1 des Drehrohrs 2 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels nach 2B kann die Herstellung des Drehrohrs 2 alternativ mittels Metallpulverspritzgussverfahrens erfolgen. Dadurch wird ein nahtloses Rohr erzeugt. Das Metallpulverspritzgussverfahren kann sowohl für die Herstellung der inneren Schicht 3.1 als auch für die Herstellung der äußeren Sicht 3.2 genutzt werden.
Ein Drehrohrofen 1A oder 1B mit einem Drehrohr 2 mit einer nickelhaltigen inneren Schicht 3.1 und einer nickelhaltigen äußeren Schicht 3.2 für die Wand 3 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels kann beispielsweise zur thermischen Behandlung von einem Batterie- oder Katalysatormaterial, insbesondere von einem nickelhaltigen Rohstoff RS, insbesondere einem Rohstoff RS, welcher Nickel, Lithium, Cobalt und Aluminium umfasst, verwendet werden.
Ein Drehrohrofen 1A oder 1B mit einem Drehrohr 2 mit einer nickelfreien inneren Schicht 3.1 und einer nickelhaltigen äußeren Schicht 3.2 für die Wand 3 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels kann zur thermischen Behandlung von einem schwefelhaltigen Rohstoff RS verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Drehrohrofen
1A: Drehrohrofen
1B: Drehrohrofen
2: Drehrohr
3: Drehrohrwand
3.1: Innere Schicht
3.2: Äußere Schicht
4: Einlassende
5: Abluftöffnung
6: Brenner
7: Auslassende
8: Laufanlage
9: Wärmezufuhrelement
10: Einspritz- oder Zuführanlage für Rohstoff
AG: Abgas
HGS: Heißgasstrom
P: Produkt
RM: Reaktionsraum
RS: Rohstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018040508 A2 [0004]
US 10069142 B2 [0005]
DE 1558792 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN/EN 1.481 [0023, 0024, 0035]
DIN/EN 1.4828 [0023, 0024, 0031, 0035]
DIN/EN 2.4633 [0023, 0031, 0032, 0036]
DIN/EN 1.4841 [0031]

Claims

Drehrohrofen (1, 1A, 1B) zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs (RS), umfassend ein Drehrohr (2) mit einer Wand (3), wobei - die Wand (3) zumindest zweischichtig ausgebildet ist und eine äußere Schicht (3.2) und eine innere Schicht (3.1) nickelhaltig sind.
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) nach Anspruch 1, wobei die innere Schicht (3.1) zumindest Nickel, Chrom und Eisen, umfasst.
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innere Schicht (3.1) einen Nickelanteil von mindestens 70% umfasst.
Verwendung des Drehrohrofens (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur thermischen Behandlung von einem Rohstoff (RS), insbesondere zur Herstellung von Batteriematerial oder Katalysatormaterial.
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) zur thermischen Behandlung eines Rohstoffs (RS), umfassend ein Drehrohr (2) mit einer Wand (3), wobei - die Wand (3) zumindest zweischichtig ausgebildet ist, - eine äußere Schicht (3.2) nickelhaltig ist und - eine innere Schicht (3.1) nickelfrei ausgebildet ist und zumindest Eisen, Chrom und/oder Aluminium umfasst.
Verwendung des Drehrohrofens (1, 1A, 1B) nach Anspruch 5 zur thermischen Behandlung eines Rohstoffes (RS), der eine schwefelhaltige Verbindung umfasst.
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Nickelanteil der inneren Schicht (3.1) und ein Nickelanteil der äußeren Schicht (3.2) voneinander verschieden sind.
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) nach Anspruch 7, wobei die innere Schicht (3.1) einen höheren Nickelanteil aufweist als die äußere Schicht (3.2).
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) nach Anspruch 7, wobei die innere Schicht (3.1) einen geringeren Nickelanteil aufweist als die äußere Schicht (3.2).
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 oder 7 bis 9, wobei die äußere Schicht (3.2) zumindest Eisen, Nickel, Chrom und Aluminium umfasst.
Drehrohrofen (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 oder 7 bis 10, wobei die äußere Schicht (3.2) einen Nickelanteil von mindestens 10% umfasst.