DE319046C - Ofen zur Erzeugung von Aluminiumnitrid - Google Patents

Description

• Ofen zur Erzeugung von Aluminiumnitrid. Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Erzeugung von Aluminiumnitrid. Die praktische Durchführung der Erzeugung von Alurniniumnitrid, z. B. in der Weise, daß Bauxit mit einem Überschuß von Stickstoff, der mit Menthan versetzt. ist, in Reaktion gebracht wird, ist bisher auf Schwierigkeiten gestoßen, weil keine Vorrichtung bekannt war, die die Durchführung des Verfahrens in kontinuierlichem Betriebe ermöglichte. Zweck der Erfindung ist, die Erzeugung von Aluminiumnitrid in kontinuierlichem Betriebe bei ununterbrochenem- Zu- und Abfiuß des Reaktionsgutes zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Verfahren in einem Ofen durchgeführt wird, der durch mit Gas, z. B. Erdgas, beheizte Heizkammern in eine Anzahl schmaler vertikaler Reaktionsglühkammern unterteilt ist, wobei in der unteren Höchsttemperaturzone derselben aus besonderen Kammereinsätzen hochwertige Reaktionsgase unmittelbar in das Reaktionsgut eingeführt werden. Durch diese Zerlegung des Reaktionsgutes in eine Anzahl für sich beheizter Ströme einerseits und durch die Anordnung von besonderen Heizstellen. in der Höchsttemperaturzone anderseits wird die Reaktionsgeschwindigkeit in einem beständigen Zu- und Abfluß des Reaktionsgutes ermöglichenden Maße erhöht, so daß die Erzeugung des Aluminiumnitrids nunmehr in kontinuierlichem Betriebe vor sich gehen kann. Um die Reaktionsgeschwindigkeit nicht durch das Verbleiben reaktionshemmender Abgase im Reaktionsgut. wieder herabzusetzen, ist hierbei die Anordnung getroffen worden-, daß die Reaktionsgase durch die Reaktionskammern von der einen Stirnseite zur andern quer zum abwärts gleitenden Reaktionsgut wagerecht hindurchgeleitet werden, so daß die reaktionshemmenden Abgase bei sicherer Bespülung des Reaktionsgutes rasch und leicht abgesaugt werden.
• Die Elemente, durch die der neue Ofen gebildet ist, wie Heizstellen, Zu- und Abführvorrichtungen und -stellen, Kanäle, Reaktionsglühkammern usw., sind naturgemäß an sich und in Verbindung anderer Art bekannt; erst die Erfindung hat aber eine solche Kombination und Gesamtanordnung der bekannten Konstruktionselemente angegeben,' die die kontinuierliche Durchführung der Aluminiumnitrider zeugung ermöglicht.
• Die Zeichnung zeigt den Gegenstand der Erfindung in einer beispielsweisen Ausführung. In Fig. i und 2 ist der zur Reaktion dienende Vertikalkammerofen in vertikalen Schnitten, in Fig. 3 in horizontalem Querschnitt dargestellt.
• Der Ofen erhält zweckmäßig einen rechteckigen Querschnitt, kann jedoch auch in einer anderen Querschnittsform ausgeführt werden.
• Der eigentliche Vertikalkammerofen besteht aus drei zusammenhängenden, in der aus feuerfesten Materialien hergestellten und durch Eisenträger verankerten Ofenhülse, x eingebauten Hauptteilen: dem Oberteil =i mit der Beschickungsvorrichtung =o, dem mittleren Teil 13, 14. mit den einzelnen. Reakt:oPsräumen 14 und . dem Unterteil 6 mit der Entleerungsvorrichtung 62.
• Durch die Beschickungsvorrichtung io mit den doppelten Luftabschlußorganen, analog der diesbezüglichen Anordnung bei Hochöfen, gelangt das Rohmaterial, z. B. zerkleinerter Bauxit mit Kohlepulver gemischt, in die obere gemeinsame Aufgabekammer ii, wo zunächst die Vorwärmung derReaktionsmaterialien durch die Ofenabgase erfolgt.
• Der gemeinsame Vorwärmraum kann zweckmäßig mit einer Querrostlage aus Stäben 12 ausgestattet werden, um eine möglichst lockere Lagerung des Materials zu erreichen.
• Der mittlere Teil des Ofens, -der eigentliche Reaktionsraum, wird durch Heizkammern oder Heizelemente 13 in einzelne schmale Reaktionsglühkammern 14 zerlegt, in denen das der Reaktion unterworfene Material langsam auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird und dabei sich selbständig abwärts bewegt.
• Das Innere der Heizkammern 13, deren Wände 13o aus hochfeuerfestem Schamottematerial (mit Beimischung von Zirkon-, Magnesia-, Thoroxyd nach Verfahren von Ruff). bestehen, wird zweckmäßig mit einem für sogenannte flammlose Oberflächenverbrennung geeigneten Eüllmaterial versehen.
• Nachdem die Verbrennungsgase die Heizkammer 13 durchstrichen haben, ziehen sie durch die im oberen Kopf der Heizkammern angebrachte Abzugsöffnungen 2o2 in den Vorwärmraum ii, erwärmen dort das Rohmaterial und ziehen dann durch die Öffnungen 203 in den Rauchsammelkanal 204 und von da durch den Fuchs .2o5, bei Ausnutzung der abziehenden Wärme; in den Schornstein., Die Erhitzung des Rohmaterials auf die Reaktionstemperatur erfolgt langsam von oben nach unten in den durch die Oberflächenverbrennung auf hohe Temperatur gebrachten Glühkammern 14. Da jedoch die so erreichbaren Hitzegrade verhältnismäßig beschränkt sind, und bekanntlich bei Herstellung von Nitriden aus Bauxiten eine weitere Erhöhung der Temperatur die Reaktionszeiten bedeutend abkürzt, gegebenenfalls auf Minuten, so kann es aus wirtschaftlichen Rücksichten -und um vollen Erfolg der Reaktion zu, gewährleisten, vorteilhaft sein, in dem untersten Teile der Glühkammer 14 noch besondere Brenner 15o, 151, gespeist mit Heizgasen, oder u. U. eine elektrische Widerstandsheizung einzubauen..
• Die unteren Teile der Heizkammern 13 sind dann zu besonderen Verbrennungskammern ausgebildet, und , zwar so, daß die Gaszuführungskammern 21 in den Luftzuführungskammern 22 angeordnet sind. Aus diesen Gaskammern 21 führen Gasdüsen 23 einerseits zu den Brennern i5o der Heizkammern 13, an'erseits zu den direkten Heizbrennern 15i der Glühkammern 14, wobei die Gasdüsen 23 von den Luftzuführungsöffnungen 24 ringförmig -amfaßt .werden. Selbstverständlich wird sowohl die Verbrennungsluft als auch das Heizgas vor Eintritt in die Glühkammer hoch erhitzt, zu welchem Zwecke . die Gasheizkammern 28 und die Luftheizkammern 32 angeordnet sind, welche durch die Seitenwände der. beiden.äußersten Heizkammern x3 erwärmt werden.
• Das Heizgas wird. durch Kanäle 26 und 27 zugeführt, geht von hier durch Kanäle 29 und 200 und Zuführungsrohre toi in die Gaskammern 21 und strömt von dort zu den Brennern 23. Die Verbrennungsluft wird durch Kanäle 3 .und 31, durch Vorwärmkämmer 32 zugeführt, strömt dann durch Kanäle 33, 34 und Zuführungsrohre 35 in die Luftkammern 22 und von dort zu den Luftdüsen 24. an den Brennern.
• Nachdem das Rohmaterial die Reaktionskammer - bzw. die Maximaltemperaturzone passiert hat, fällt es in die gemeinsame Sammel-und Abkühlkammer 6, von wo es periodisch durch Öffnen der Schieber 62 und 63 abgezogen wird. Schauluken und Stocheröffnungen Z2o sind in den Beschickungs- und in den geneigten Entleerungskammern vorgesehen.
• Die Reaktionskammern 14 sind im Verhältnis zur Höhe und Breite sehr schmal gehalten, um bei entsprechenden Temperaturen in kürzester Reaktionszeit eine Umwandlung durchführen zu können. _ Die Reaktionsgase, also bei Aluminiumnitridfabrikation aus Bauxiten, Stickstoff mit Beimischung von Methan, treten aus der einen Stirnseite der Kammer bei 4. durch horizontale Verbindungskanäle 41 in die vertikalen Verteilungskanäle 42 und von hier aus durch zahlreiche Eintrittsöffnungen 43 horizontal in die Reaktionskammern 14.
• Das während der Reaktionszeit entstehende, die Reaktionsgeschwindigkeit sehr hemmende und daher sofort abzuführende Kohlenoxyd wird durch zahlreiche, auf -der anderen Stirnseite der Kammer angeordnete Öffnungen 5 horizontal in die Vertikalkanäle 55 und von dort durch Horizontalkanal 56 und Abzugsrohr 57 weitet abgesaugt; auf demselben Wege «erden auch die Verbrennungsprodukte aus den Brennern 151 abgeführt.
• Da der ganze Reaktionsverlauf unter Luftabschluß stattfindet, müssen, die oberen Beschickungs- und die unteren Entleerungsvorrichtungen luftdicht abschließen. Da im Ofenbetrieb zweierlei Gasströmungen entstehen, und zwar erstens der Verlauf der Verbrennungsgase der Heizkammern 13, , welche durch Öffnungen bzw. Kanäle 202, 11, 203, 204 nach 2o5 abziehen, zweitens die Strömung der Reaktionsgase aus den Glühkammern 14, welche durch 5, 55, 56 nach 57 abziehen, so müssen, um Störungen in den Gasbewegungen zu vermeiden, die Unterdrücke bei den Gasaustritten 2o5 und 57 auf gleiche Höhe eingestellt sein.
• Dieses wird erreicht dadurch, daß man beide Abgase in denselben Schornstein münden oder durch gemeinsamen Exhaustor absaugen läßt.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: Z. Ofen zur Erzeugung von Alüminiumnitrid, in welchem Bauxit mit einem Überschuß von Stickstoff, der mit Methan versetzt ist, in Reaktion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß er durch mit Gas (z. B. Erdgas) beheizte Heizkammern (i3) in eine Anzahl schmaler vertikaler Reaktionsglühkammern unterteilt . ist, in deren unterer Höchsttemperaturzone aus besonderen Kammereinsätzen hochwertige Reaktionsgäse unmittelbar in das Reaktionsgut einströmen, zum Zwecke, durch .Vergrößerung der Reaktionsgeschwindigkeit einen kontinuierlichen Betrieb mit beständigem Zu- und Abfluß zu ermöglichen.
2. 2. Ofen nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgase durch die Reaktionsglühkammern (i4) von der einen Stirnseite. zur änderen quer zum abwärts gleitenden Reaktionsgut wagerecht hindurchgeleitet sind, so daß bei sicherer Bespülung des Reaktionsgutes reaktionshemmende Abgase rasch und leicht abgesaugt werden.