In der chemischen und metallurgischen Verfahrenstechnik be- steht fallweise die Notwendigkeit, feinkörnige Feststoffe einer thermischen Behandlung zu unterziehen. Dabei kann es zur Erweichung des Stoffes bzw. einzelner Phasen desselben kommen.

Die Bildung von Agglomeraten und Anlagerungen an den Wänden des Aggregates, das zur thermischen Behandlung verwendet wird, ist unerwünscht und kann die Produktqualität negativ beein- flussen und/oder den Prozeßablauf beeinträchtigen. Die Ag- glomerate müssen nachträglich mit hohem technischen Aufwand zerkleinert und das Produkt muß nachklassiert werden.

Für die Behandlung feinkörniger Feststoffe naheliegend sind Suspensionsverfahren, bei denen die feinkörnigen Feststoffe in einem gasförmigen Medium suspendiert werden. Derartige Gas- Feststoffsysteme sind beispielsweise als stationäre und als Zirkulationswirbelschicht bekannt. (Wirbelschichtprozesse für die Chemie-und Hüttenindustrie, die Energieumwandlung und den Umweltschutz, Chem.-Ing.-Technik 55,1983, Nr. 2, S. 87-93).

Erstere arbeiten bei Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb, letztere oberhalb der dem Feststoff zuzuordnenden pneumati- schen Austragsgeschwindigkeit, wobei im Gegensatz zum Stromre- aktor, der mit geringen Feststoffdichten arbeitet, für beide Systeme hohe Feststoffdichten charakteristisch sind. Wird bei Temperaturen im oder über dem Erweichungsbereich der Fest- stoffteilchen oder einzelner Phasen derselben gearbeitet, agglomerieren diese auch in der Wirbelschicht und sintern an den Reaktorwänden an.

In der DE-OS 3 540 206 wird ein Hochtemperatur-Suspensions- verfahren zur Kalzination und zum Brennen von Aluminiumhydro- xid bei 1400° C beschrieben, das eine Zirkulationswirbel- schicht zur Aufheizung und Kalzination des Feststoffes und einen Stromreaktor zum Brennen des Al203 bei 1400° C verwendet.

Die Agglomeration der Feststoffteilchen wird dadurch vermie- den, daß das vorgewärmte Aluminiumhydroxid direkt in die Bren- nerflamme des Stromreaktors eingeführt und dabei auf 1400° C erhitzt wird. Beim Transport durch den Stromreaktor erfolgt die vollständige Kalzination. Um Agglomerationen zu verhin- dern, wird außerdem in der Reaktionszone des Stromreaktors mit geringer Feststoffdichte gearbeitet und im oberen Teil des Stromreaktors mit Luft gekühlt. Ansinterungen an der Ofenwand sollen durch hohe Relativgeschwindigkeiten der Feststoffteil- chen, bezogen auf die Ofenwand, vermieden werden.

Der Nachteil des Verfahrens liegt in dem hohen technischen Aufwand für das Aufheizen und die Kalzination des Feststoffes in einer Zirkulationswirbelschicht und die Durchführung der Hochtemperaturreaktion im nachgeschaltenen Stromreaktor, der je nach geforderter Verweilzeit Bauliöhen von 10 bis 20 m haben kann. Trotz geringer Feststoffdichte sind Ansätze an den Reaktorwänden durch Wirbelbildungen und Rückströme nicht zu vermeiden.

Ausgehend von den Mängeln bekannter Lösungen liegt der vorlie- genden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein Aggregat zur thermischen Behandlung von bei erhöhter Tempera- tur zur Agglomeration und/oder Ansinterung an die Reaktorwand neigenden feinkörnigen Stoffen mit einer Korngröße von vor- zugsweise 0 bis 1000 ym bereitzustellen, die eine thermische Behandlung im Temperaturbereich ihrer Erweichung und Sinterung gestatten, dabei eine Agglomeration der Teilchen weitgehend ausschließt und ein Ansintern der Teilchen an den Wänden des Aggregats verhindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 7 gelöst.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gerichtet.

Das Grobkorn besteht aus artgleichen, artverwandten und/oder artfremden Stoffen der Korngröße 1 bis 10 mm. Die Stoß-und Scheuerwirkung des die Fremdbettwirbelschicht bildenden Grob- korns einerseits und die Temperaturdifferenz zwischen Erwei- chungs-und Sintertemperatur des Grob-und Feinkorns anderer- seits verhindern die Agglomeration der Feinkornteilchen unter- einander, das Aufsintern auf die Grobkornteilchen der Fremdbettwirbelschicht und das Ansintern an den Reaktorwänden.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Wirbelschicht in einem in sich geschlossenen konischen Ofenraum bei vollständi- ger Füllung desselben ausgebildet wird, das Feinkorn unmittel- bar über dem Düsenrost in diese eingetragen wird und diese dadurch eine zirkulierende, die Verweilzeit erhöhende Bewegung ausführt. Dabei erfolgt in der gegebenen Ofenatmosphäre die gewünschte chemische oder physikalische Reaktion im Feinkorn.

Das Aggregat besteht aus einem zweistufigen Apparat, dessen untere Stufe ein Wirbelschichtsegment darstellt, in dem eine Wirbelschicht erzeugt wird, und dessen obere Stufe-das Ober- ofensegment-als doppelwandiger Kühler ausgebildet ist und erfindungsgemäß Innenwandtemperaturen aufweist, die mindestens 10° C bis 200° C, vorzugsweise 100° C, unter der Erweichungs- bzw. Agglomerationstemperatur des Feinkorns liegen, wodurch Ansatzbildungen an dessen Wänden verhindert werden. Das Wir- belschichksegment ist keramisch ausgekleidet, wobei die Sei- tenwände und die Deckenwand mit Kühlmänteln ausgerüstet sind.

Das Oberofensegment ist als doppelwandiger Kühler ausgebildet, bei dein die Verbrennungsluft als Kühlmittel fungiert. Das Oberofensegment ist in seinem Unterteil konisch, in seinem Oberteil zylindrisch ausgebildet. Dadurch entstehen zirkulie- rende Bewegungen des Feinkorns, die seine Kühlung intensi- vieren.

Erfindungsgemäß wird das Feinkorn durch eine zentral angeord- nete, als Diffusorhals bezeichnete Öffnung in das als Kühler ausgebildete doppelwandige Oberofensegment pneumatisch ausge- tragen und dort unter seine Agglomerationstemperatur abge- kühlt. Damit wird eine nachträgliche Agglomeration und Ans- interung an die Wände des Oberofensegmentes verhindert.

Der Größenunterschied zwischen dem Grobkorn der Fremdbett- wirbelschicht und dem Feinkorn muß so gewählt werden, daß der pneumatische Austrag des Grobkorns in das Oberofensegment und damit dessen unerwünschte Kühlung weitgehend verhindert ist.

Erfindungswesentlich ist, daß der Diffusorhals ein Öffnungs- verhältnis von Fläche Wirbelschicht ____________________ _ 6 bis 9 Fläche Diffusorhals und ein Längenverhältnis von Länge Diffusorhals L = ------------------------ = 0, 5 bis 1 Durchmesser Diffusorhals besitzt, damit die Rückführung von Grobkorn der Fremdbett- wirbelschicht aus dem Oberofen in die Wirbelschicht ermöglicht und eine unerwünschte Rückführung des Feinkorns in die Wirbel- schicht weitgehend eingeschränkt wird.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbei- spieles näher beschrieben werden, das sich auf die thermische Behandlung von Schleifkorn auf Basis von mit Titanoxid legier- tem Korund bezieht.

FIG. 1 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Wirbelschichtofen, der einen Düsenboden 10, ein Wirbelschicht- segment 20, ein Oberofensegment 30 und eine Aufgabevorrichtung 40 aufweist.

Dem Düsenboden 10 werden über eine Luftkammer 11 und eine Gaskammer 12 Heißluft und Brenngas so zugeführt daß diese intensiv gemischt aus den Düsenköpfen 13 austreten und im Wirbelschichtsegment 20 verbrennen. Das dabei entstehende Rauchgas erzeugt eine aus grobkörnigen Schmelzkorundkörnern bestehende Wirbelschicht 21, die dabei auf Temperaturen bis > 1350° C aufgeheizt wird. Das Wirbelschichtsegment 20 besteht aus der keramischen Innenwand 22 und der Deckenwand 23, die von einem Kühlmantel 24 umgeben sind. Diesem wird kalte Ver- brennungsluft als Kühlluft zugeführt. Dadurch reduziert sich die Temperatur der keramischen Innenwand 22 auf der Innenseite auf < 1000° C.

Mit Hilfe der Aufgabevorrichtung 40, die unmittelbar über dem Düsenboden 10 angeordnet ist, wird sinterempfindliches Korund- Feinkorn der Wirbelschicht 21 zugeführt, wobei sich dieses zwischen den grobkörnigen Schmelzkorundteilchen verteilt und auf beispielweise 1350° C aufgeheizt wird. Dabei oxidiert ein Teil des im Korundkorn gelösten Ti203 zum TiO2 und wird ausge- schieden. Die dadurch verursachte Lichtbrechung vermittelt die gewünschte Blaufärbung des Schleifkorns. Das aufgeheizte Schleifkorn wird in der Folge pneumatisch nach oben befördert. Der größere Anteil prallt auf die keramische Deckenwand 23 und wird in die Wirbelschicht 21 zurückgestoßen. Der kleinere Teil wandert durch einen Diffusorhals 25 in das Oberofensegment 30, wird dort unter seine Agglomerations-oder Sintertemperatur abgekühlt, durch das Abgasrohr 31 in das Abgassystem ausgetra- gen ynd schließlich im nachgeschalteten Zyklon und Gewebefil- ter abgeschieden. Der Diffusorhals 25 besitzt ein Öffnungs- verhältnis Fläche Wirbelschicht o =--------------------= 7 Fläche Diffusorhals und ein Längenverhältnis von Länge Diffusorhals L =------------------------= o, 7 Durchmesser Diffusorhals Das Oberofensegment 30 ist als doppelwandiger Wärmeaustauscher ausgeführt. Es besteht aus einem konischen Unterteil mit einem Konuswinkel von 35° und einem zylindrischen Oberteil. Kühlmittel ist die Verbrennungsluft, die über den Kühlmantel 24 und das Oberofen- segment 30 als Heißluft von 700 bis 800° C der Luftkammer 11 des Düsenbodens 10 zugeführt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der feinkörnige Feststoff in eine grobkörnige Fremdbettwirbelschicht eingetragen, die in einem in sich geschlossenen Ofenraum bei vollständiger Füllung des- selben zur Ausbildung kommt. Die Stoß-und Scheuerwirkung des Grobkorns verhindert das Zusammensintern des Feinkorns unter- einander, das Aufsintern auf dem Grobkorn und das Ansintern an den Reaktorwänden.

Das Aggregat zur Durchführung des Verfahrens ist ein zweistufiger Apparat, dessen untere Stufe als Wirbelschicht- segment und dessen obere Stufe als doppelwandiger Kühler aus- gebildet ist, wobei dessen Innenwandtemperatur mindestens 10° C bis 200° C, vorzugsweise 100° C, unter der Erweichungs-bzw.

Agglomerationstemperatur des Feinkorns liegt. Dadurch werden Ansinterungen an den Reaktorwänden verhindert.

Das Verfahren ermöglicht beispielsweise das nahezu agglomera- tionsfreie Blauglühen von feingekörnten Schleifmitteln auf Basis von mit Titanoxid legiertem Korund bei Temperaturen bis 13z-) C.