mini Rennofen

[MythBuster]

Hallo,

ich hab mal versucht einen Rennofen so weit zu miniaturisieren, dass man ihn für schnelle Versuche einsetzen kann, ohne ständig so viel Zeit, Geld und Schweiß in Experimente mit ungewissen Ausgang zu stecken. Ziel für mich ist das schnelle Austesten von verschiedenen Betriebs-Parametern, Ofentypen und verschiedenen Erztypen, die ich mir erstmal vollsyntetisch selber zusammenmische. Das hat erstmal den Vorteil, dass ich ein homogenes Erz mit bekannter chemischer Zusammensetzung habe, mit dem ich nach Belieben rumspielen kann. Das war gar nicht so einfach und ist auch noch nicht abgeschlossen, aber ich will Euch trotzdem schon mal einen kleinen Teilerfolg von meinen 4.ten Versuch zeigen.
Das erste Bild zeigt den Reaktor, der ist aus zwei Bohnenbüchsen gebaut. Innen befindet sich ein selbstgemachtes Tonrohr mit einem Durchmesser von 75mm (um Kanalrohr getöpfert). Zwischen Rohr und Dose befindet sich eine Schüttung aus feinen Korundpulver, was eine sehr gute Isolierung und Abdichtung ist. (Höhe und Breite s. Jever-Skalierung)


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Als Düse verwende ich ein dichtgesintertes Korundrohr mit einem Innedurchmesser von 7mm. An der Düse steckt wie üblich ein Y-Rohr mit Sichtfenster. Die Luftblaserei besorgt ein Kompressor. Bei dem Versuch wurden 30l/min bei 12mbar Überdruck reingeblasen.


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Gefüttert wird mit Holzkohle (3-10mm) und ebenso kalibriertem Erz, das aus Eisenoxid-Pigment und silikatischen Binder hergestellt wird. Hier war auch eine unvermutete Haupschwierigkeit verbunden; vorherige Versuche ohne Binder oder mit organischen Bindemitteln waren nicht erfolgreich, was sich dadurch äußerte, dass das Eisenoxid oben wieder rausgeblasen wurde.


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Von Oben schaut der möchtegern Rennofen aus wie ein Großer.

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Nach 3 Stunden und 700g Erz hat er dann angefangen zu blubbern und ich hab die Luppe nach unten rausfallen lassen.

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Zerteilte und angeschliffene Luppe (bin schon mal gespannt auf die Schliffbilder:


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Gruß

MythBuster

 

[Falke226]

Sieht ja supa aus, wie ein kleine experimentartbeit.
Könntest du vllt. nähere angaben machen, weil ich ihn vllt. auch mal gerne Nachbauen würde?!
Hast du verschiedene Eisenerzverbindungen probiert?

MFG

 

[Hephaestos]

Aaaahhhhh... so sieht das Teil also aus. Wirklich sehr übersichtlich, damit sollten sich tatsächlich reproduzierbare Experimente machen lassen!
Seh ich das richtig, dass bei deiner Luppe außen noch jede Menge Fayalith dranhängt, und nur der innere Teil wirklich Eisen ist? Bin echt begeistert, dass du mit diesem niedlichen Ding auf die benötigten Temperaturen kommst.
Du solltest die Dinger als Bausatz verkaufen, damit alle Forums-Pyromanen die keinen Garten haben, auch auf dem Balkon verhütten können.
Gruß
Hannes

 

[gast]

Tolle Sache,


Kannst du die Windmenge,und Temperatur messen?
Eigendlich sind solche Probieröfen seit langem bekannt, aber dies ist der erste den ich sehe.
Ich denke das Röhrchen an deinem Ofen ist das Geheimniss, du blässt den Wind geregelt dort hinein, und hast die reduzierende CO menge im Griff.
Bei meinem letzten Versuch, einen sehr kleinen Rennofen zu bauen ist die Luftregulierung das Problem gewesen. Ich hatte den Fehler gemacht die gleichen Teile zu benutzen wie bei den grossen Rennöfen, und bekam nicht genug gedrosselt.

Super ich werde mich wohl auch nochmals an einem Minirennofen wagen.
Danke für s zeigen.

Gruss Rom.

 

[MythBuster]

@Falke226: Das Tonrohr ist 50cm lang, Wandstärke 1cm, Innendurchmesser 7,5cm. Die Tonmischung hab ich mir selber gemacht, aber ein gut schamottierter Töpferton oder ein guter Feuerfestbeton müsste auch gut gehen. Die Isolierung ist wohl das wichtigste an der down-scaling Geschichte. Da Du wahrscheinlich nicht an feines Korundpulver rankommst würde ich Dir feines Schamottemehl empfehlen, natürlich kannst Du auch Keramikwolle nehmen, dann muss der Ofen halt absolut dicht sein. (Aber ich arbeite ungern mit dem teurem und giftigen Zeugs). Die Dose hat unten auch eine Öffnung die dem Innendurchmesser des Rohres entspricht. Das Ganze steht auf einem Schamotte-Stein, wobei ich zur Abdichtung nach unten wieder Korund-Mehl verwende.
Experimente mit verschiedenen Erz-Mischungen folgen noch, aber bisher war ich mit dem prinzipiellen Aufbau beschäftigt.

@Hephaestos: ja da hängt noch viel Schlacke dran, was das genau ist muss ich noch analysieren. So schrecklich viel Fayalith kann das nicht sein, denn dazu fehlt mir einfach das SiO2. Das Eisenoxid ist nur mit sehr wenig SiO2 gebunden, und vom Rohr ist absolut gar nix abgeschmolzen. Also schon mal ein kleines Rätsel das es zu lösen gibt.

@unsel: Die Luftmenge hab ich fix eingestellt und vorher kalibriert (Wasserfass, Eimer). Schwebekörperdurchflussmesser (die ich mir leisten könnte) sind dafür leider zu ungenau. Auf kurz oder lang werde ich mir wohl eine doppelt wirkende Kolbenluftpumpe bauen, wo sich das messen der Luftmenge auf das Zählen der Hübe vereinfacht. Man kann aber auch prima (zumindest bei dem von mir verwendeten Volumenstrom) von der verbrauchten Kohlemenge auf die Luftmenge zurückrechnen. Ich hab z.B. 40g Kohle in 5min zugefüttert, das entspricht dann 31 l/min wenn man annimmt das 100% CO gebildet werden. Temperaturmessung ist schon in Vorbereitung; ich bau mir ein langes Pt/Pt-Rh Element mit dem ich dann von oben reinstochern kann (außerdem kann ich das dann auch bei richtigen Rennöfen benutzen).
Ja, die genaue Regelung der Luft ist sehr wichtig, da verwende ich jetzt (nach mehreren Fehlversuchen) einen auf 1bar eingestellten Druckminderer mit nachgeschalteter regelbarer Luftdrossel.
Den gewählten Durchmesser halte ich übrigens für das absolute Minimum. Bei einem Versuch mit 5cm Durchmesser verkeilte sich die Kohle (hab verschiedenste Siebungen ausbrobiert) oder sie flog einfach oben raus.

Gruß

MythBuster

 

[gast]

Hallo Oliver,
An einem doppelwirkenden Kolbengebläse plane ich auch , und zwar hab ich vor diese Orangen Abwasserrohre dazu zu benutzen, die s in grossen Durchmessern (500mm oä), mit passenden Deckeln etc.gibt.
Wie du schreibst, lässt sich per Volumen und Überdruck die genaue Windmenge rechnen. Mit 2 davon und einem dazwischen geschaltetem Windbehälter, dürfte ein sehr kontinuierlicher Windstrom zu ereichen sein.

Das ganze mit einem Untersetzungsgetriebe in Bewegung gehalten, dürfte wenn auch Voluminöser als die bisherbenutzten Radialgebläse eine echte Alternative zu denselben sein.
Die Geschichte mit deiner Windmengenberechnung solltest du mal hier veröffentlichen, das schnackel ich nicht so richtig.

Danke fürs Zeigen, Rom.

 

[MythBuster]

Hallo Rom,

Gedankenbertragung!? genau sowas mit Abflussrohren schwebt mir auch vor.
Nein Du kannst von dem Überdruck nicht auf den Volumenstrom zurückrechnen. Ich hab das bei mir einfach nur so gemacht, daß ich einen gefüllten Eimer mit bekannten Volumen mit der Öffnung nach unten in ein volles Wasserfass gestülpt habe. Dann habe ich unten die Luft reingeblasen und einfach die Zeit gemessen, die die Luft benötigt hat um das Wasser zu verdrängen. Wenn man den Rand des Eimers nur ganz knapp unterhalb des Wasserspiegels hält, dann ist die Luftmenge im Eimer unter Umgebungsdruck. Bei dem Ganzen hoffe ich natürlich, dass mein Volumenstrom keine allzu große Druckabhängigkeit hat und ich die 10-30mbar die mein Ofen (je nach Körnung der Kohle und Erz) der Luft an Druckabfall abfordert vernachlässigen kann.
Streng genommen müsste man natürlich den Volumenstrom noch auf Normalbedingungen umrechnen (was auch kein Problem ist) aber ich befürchte, diese hohe Stufe der Perfektion werden wir nie erreichen

Gruß

MythBuster

 

[gast]

Eben diese hohe Stufe der Perfektion, ist wohl in der Praxis kaum nötig.
Theoretisch, würde man den zur verfügungstehenden Luftvolumen eines Kolbengebläses,ja Innenvolumen des Zylinders, minus Kolben samt Kolbenstange,mal den damit ereichbaren Überdruck, halt mal 2 bei doppelwirkender Ausführung rechnen.

Eine andere Sache die man sich überlegen könnte, wäre die Tonmischung des Tonzylinder des Ofens stark mit Graphit zu mischen um ein anhaften der Schlacke zu vermeiden?

Rom

 

[MythBuster]

Hallo,

@unsel: ja, das mit dem Graphit ist zu überlegen, ist halt ne mord´s Sauerei. Hab auch schon mal versucht die Röhre mit Bitumen zu impregnieren, hat aber nicht so funktioniert. Alternativ kann man natürlich auch versuchen die Röhre zweiteilig zu machen und den mit Schlacke verbackenen Teil einfach zu verwerfen. Bei diesem Versuch hatte ich überhaupt keine Anbackungen; das wird sich aber sicher ändern, wenn ich den SiO2-Gehalt hochfahre.

Hab noch ein paar Schliffbilder gemacht. Die hellen Bereiche sind Fe (metallisch), die dunklen höchstwahrscheinlich mit vielen Blasen durchsetzter Wüstit, eingebettet in eine glasige Matrix. Die schwarzen bereiche sind Löcher. Fayalit mit eingebetteten Wüstitbäumchen, eigentlich typisch für Rennofenschlacken, hab ich fast gar nicht entdeckt, kein Wunder, das Erz enthielt nur 6% SiO2.
Rechts unten ist der Rand eines größeren kompakten Fe Gebietes. Die kleinen versteuten "Eisen-Schäfchen" haben es nicht mehr geschafft vor Anbruch der Nacht zur Herde zu kommen:lach:. Die Viskosität der Schlacke war wohl etwas zu hoch.



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Hier ein Blick auf den schaumigen Außenbereich der Luppe. Man sieht eine Aufkonzentration der Eisenpartikel in den Schaumlamellen, wahrscheinlich bedingt durch eine Drainage der flüssigen Schlacke. Diese Bild ist aber nicht ganz typisch für die ganze Probe, man sieht durchaus auch Schaumlamellen ohne Eisenpartikel.




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Das nächste Bild ist typisch für die ganze Probe: viele kleine rundliche metallische Eisenpartikel.



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Viel Spaß beim Anschauen.
Gruß

Mythbuster

 

[Rafail]

Lustig der Mini-Rennofen; erinnert mich etwas an meine ersten Versuche in Vaters-Gartenlaube. Leider hatte ich damals noch keinen Plan von dem ganzen und zu Eisenschämmchen hatte es mein Dosenkonstrukt niemals gereicht.

@ MythBuster: Schön dass es Leute wie dich gibt, die sich so intensiv mit dem Thema beschäftigen und entsprechende Geräte zu Hand haben
Arbeitest du zufällig in einem Festkörper-AK?

Und soll ich was verraten? Ich baue auch derzeit an einem doppelt-wirkendem Kasten-Gebläse für künftige Rennfeuer Ist wohl grad modern.

 

[Damascener]

Huhu!

Ich finde es faszinierend, dass man in so einer kleinen Versuchsanordnung so schöne Ergebnisse bekommt!
Wirklich toll, ich freu mich schon auf Deine nächsten Berichte...

Thumbs up

 

[Falke226]

Ich habe da mal eine Frage und zwar:
Du hast ja ein Guckloch im Rennofen, aber wie sieht man durch, weil eigentlich ist ja doch die Schicht um die Wärmeabzuhalten oder war das Kohle?

MFg

 

[MythBuster]

@Rafail: Nein ich komme aus keiner Festkörper-Ecke, bin Chemiker, aber meine Uni-Zeit ist schon ne Weile her. Ja, Luftpumpen stehen zur Zeit hoch im Kurs, aber vielleicht besorg ich mir auch nur einen Hausgaszähler und bleib bei meinem Kompressor (wäre sicher die bequemere Lösung zumindest bis hier die ersten Baupläne von Luftpumpen auftauchen)

@Falke226: Man kann durch den geraden Teil des Y-Stückes, das auf dem beschriebenen Keramikrohr sitzt und durch die Isolierung in den Reaktor führt, direkt in den Ofen schauen. Vorne befindet sich ein Sichtfenster, das ein entweichen der Luft verhindert. Der Wind gelangt durch den seitlichen Teil des Y-Stückes in den Ofen.

Ich hab noch vergessen zu erwähnen, daß der Kohlenstoffgehalt im Eisen gleich Null ist. Zumindest seh ich in den angeätzten Eisenbereichen keinen Perlit.

Gruß

MythBuster

 

[LeSchub]

Ich krame das Thema einfach nochmal raus.

Könnte man nicht im unteren Bereich des Mini Rennofens nicht eine Art Abstichloch für die Schlacke einbringen?

Mythbuster schreibt dass er die Luppe entnommen hat nachdem es angefangen hat zu blubbern. Ich gehe mal davon aus das die Flüssige Schlacke geblubbert hat?
Wenn man nun die flüssige Schlacke zum Ablaufen bewegen könnte, dann müsste sich die Reduktionszeit und auch die Versinterung der Luppe doch verbessern lassen oder?

Ich plane den Mini Rennofen nachzubauen und mal ein wenig zu testen bevor ich mit meinem Projekt ( hier ) starte und nachher alles versaue.

Was meinen die Kenner zu der Idee mit dem Schlackeabstich?

Grüße vom Niederrhein

Tim

 

[gast]

Die Frage ist ob sich ein Schlackenabstich bei diesen Dimensionen lohnt, wenn die Schlacken die Düse nicht verstopfen, tuts die gigantische Luppe.

Wenn wir Eisen selbst produzieren wollen, geht das auch mit einem normalen Rennofen.
Oliver wollte in diesem Falle wohl eher zeigen was möglich ist?

Grüss unsel

 

[LeSchub]

Okay sorum habe ich nicht daran gedacht

Ich hatte nur überlegt ob man den Eisenpartikeln durch den Schlackenabstich nicht mehr Zeit gibt sich zu agglomerieren.

Naja, ich probier's einfach mal aus. Und der große Rennofen wird auch noch gebaut, aber ich denke ersz gegen Ostern. Im Moment ist es noch zu kalt/nass/unbeständig um auf unserer Wiese einen Rennofen zu fahren und meine Nachbarn würden sich bedanken wenn ich das im Garten mache

 

[MythBuster]

Hallo LeSchub,

wie Unsel schon geschrieben hat, geht es mir bei dem Ofen nicht um Ausbeutemaximierung. Ein Schlackeabstich ist prinzipiell möglich, wenn auch nicht ganz unproplematisch, wegen der Geometrie (Isolierung) und der Gefahr der Verstopfung. Ein Möglichkeit dazu wäre aber dennoch wünschenswert, da man dadurch die Schlacke-Viskosität direkt beobachten könnte.
Der Ofen funktioniert soweit ganz gut, es gibt aber dennoch ein unerwartetes Problem, dass ich noch nicht so ganz im Griff habe. Ich hab noch kein optimales Bindemittel für das von mir eingesetzte Eisenoxid-Pigment gefunden. Bisher hab ich versucht es mit Xanthan oder einem Schichtlilikat (ohne vorheriges Brennen) zu binden, was nicht ganz gelungen ist und mir ein Großteil des staubfeinen Pigmentes nach oben rausgeblasen wurde. Werde das demnächst mal mit Zucker oder Stärke versuchen, was den Vorteil hätte, dass ich mir nicht ungewollt SiO2/ Al2O3 etc. mit eintrage und ich die chemische Zusammensetzung des Erzes frei bestimmen kann.

Gruß

MythBuster

 

[sanjuro]

Mini-Rennofen

.......es gibt aber dennoch ein unerwartetes Problem, das ich noch nicht so ganz im Griff habe. Ich habe noch kein optimales Bindemittel für das von mir eingesetzte Eisenoxid-Pigment gefunden. Bisher habe ich versucht, es mit Xanthan oder einem Schichtsilikat (ohne vorheriges Brennen) zu binden, was nicht ganz gelungen ist und mir ein Großteil des staubfeinen Pigments nach oben rausgeblasen wurde......

Eine weitere günstige Möglichkeit wäre Methyzellulose (Tapetenkleber). Damit könntest Du, mit dem Eisenoxid vermischt, Platten gießen und nach Wunsch zuschneiden.

Ob es besser als Xanthan ist, weiß ich nicht; billiger wahrscheinlich.

Da Du ein recht reines Eisenoxid verwendest, könnte aber auch Tonschlamm gute Dienste leisten (ist schwerer), auch wenn Du damit Aluminiumoxid und Silikat einbringst. Bei natürlichem Erz wäre das ja auch gegeben, und aus irgend etwas soll ja die Schlacke auch bestehen!

Gruß

sanjuro

 

[gast]

Wir haben in Neuhäusgen vor 3 Jahren Knödel aus Mehl und Erzstaub mit etwas Wasser gemacht, das hat geklappt.
Ok ich gebs zu der Trick ist von Nando Nava und streng geheim


Aber das funktioniert weil das Mehl sehr hohe Temperaturen aushält.

Gruss Rom.

 

[MythBuster]

hmm, ich denke das sich Methylzellulose ähnlich verhalten wird, wie Xanthan. Sind eben beides hochwirksame Verdicker; das Problem wird sein, dass beide zwar ohne viel Materialeinsatz effektiv binden, was aber dann im Rennofen ein Nachteil ist, wenn der wenige Binder wieder wegoxidiert wird. Auch habe ich den Verdacht, dass oben kein Eisenoxid rausgeblasen wird, sonder feiner Eisenstaub, also dass die Zersetzung des Binders ziemlich weit unten im Reaktor geschieht. Das würde aber auch heißen, dass ein höherer Anteil an kohlenstoffhaltigem Binder (wie Zucker) auch nicht hilft.
Tonschlämme, also Kaolin, wird sicher funktionieren aber wahrscheinlich erst effektiv binden nachdem das ganze gebrannt wurde. Das erhöht natürlich den Aufwand allein für die Präparation des Erzes; werd´s aber mal probieren. Allerdings muss ich dann auch noch extra SiO2 zugeben, denn mit dem Kaolin schlepp ich mir 40% Al2O3 (bezogen auf Kaolin) ein, was meinen Schlackeschmelzpunkt ziemlich in die Höhe treibt.

Gruß

MythBuster

@unsel: ja, das mit dem Mehl ist auch einen Versuch wert