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Verfahren zum Betrieb und Beschickungsvorrichtung von Schachtöfen oder schacht- förmigen Reaktionsgefässen
Die Betriebsweise der Schachtöfen, wie sie in verschiedenen Ausführungsformen für das Rösten,
Brennen, Sintern und Schmelzen von Erzen sowie von anderen mineralischen und metallischen
Ausgangsstoffen verwendet werden, setzt be- kanntlich eine grobstückige Beschickung voraus.
Nur bei Einhaltung dieser Bedingung ist der sich den durchströmenden Gasen entgegenstellende
Widerstand gering genug, um einen reibungslosen
Ablauf der Prozesse zu ermöglichen.
Aus dieser Beschränkung ergeben sich ver- schiedene Nachteile, da je nach den Verhältnissen ein mehr oder weniger grosser Anteil des in den Öfen zu verarbeitenden Feststoffes in feiner
Körnung vorliegt. Der Verzicht auf diese feinen
Körnungen würde einen Stoffverlust bedeuten, der um so weniger tragbar ist, je wertvoller das zu behandelnde Gut und je grösser der Feinanteil ist. Es sind daher meist zusätzliche Auf- wendungen zur Nutzbarmachung des Feingutes notwendig, sei es, dass man den Schachtofenbetrieb durch besondere Feinkornöfen, beispielsweise durch Herdöfen ergänzt, oder dass man durch Stückigmachungsverfahren, wie Sinterung oder Brikettierung, das feinkörnige Gut in eine für den Schachtofen geeignete Form überführt.
Anderseits ist es gelungen, durch entsprechende Profilierung der Schachtöfen sowie durch lagenweise Beschickung mit wechselnden Siebklassen, die erfassbare Komgrenze nach unten zu erweitern, ohne jedoch damit eine durchgreifende Lösung der Feinkornfrage des Schachtofens gefunden zu haben.
Demgegenüber bedeutet die Erfindung insofern einen grundsätzlichen Fortschritt, als sie die Mitverarbeitung von Feinkorn im Schachtofen bis zu den feinsten Korngrössen unmittelbar ohne eingreifende Umstellung und wesentliche zusätzliche Aufwendungen gestattet. Ihr Wesen besteht darin, dass der Feingutanteil als eigene, vom Grobgut umgebene Beschickungssäule durch den Ofen durchgesetzt wird. Die Beschickungssäule kann runden, rechteckigen oder oblongen Querschnitt haben. Bei rechteckigem Querschnitt teilt sie den Schachtraum in zwei senkrechte äussere Teile, die beide, dank der Grobbeschickung, günstige Strömungsverhältnisse aufweisen und zwischen denen eine, aus Feinkorn gebildete Wand mit höherem Strömungswider- stand liegt.
Bei entsprechend angepassten Ab- messungen der Beschickungssäule vollziehen sich in der Feinkornschicht die gleichen thermischen und chemischen Vorgänge wie in der Grobkorn- beschickung, ohne dass die Anwesenheit des
Feinkornes den Ofengang beeinträchtigt. Wenn die Menge des zu verarbeitenden Feingutes zu einer übermässigen Schichtdicke führen würde, empfiehlt sich die Aufteilung auf mehrere
Beschickungssäulen.
Die Bildung der getrennten Beschickungssäulen von Fein-und Grobkorn geschieht erfindung- gemäss mit Hilfe von, im oberen Schachtteil eingehängten oder eingebauten, im wesentlichen lotrecht stehenden, vorteilhaft sieb-oder rost- artig ausgebildeten Trenn-und Leitflächen, z. B. in Form von zylindrischen Gittern, gelochten
Rohren oder Wänden, die nur bis zu einer geringen
Tiefe unter den Beschickungsspiegel reichen und nach Form und Zahl den zu bildenden Grob-und
Feinkornbeschickungssäulen angepasst sind. Sie haben den Zweck, im Beschickungsbereich die Räume für Grob-und Feingut gegeneinander abzugrenzen, während weiter unterhalb die Beschickungssäulen bei gleichmässigem Absinken der Schachtfüllung ohne feste Begrenzung in unmittelbarer Berührung von Fein-und Grobkorn erhalten bleiben.
Die beschriebene Unterteilung des oberen Schachtteiles und die Abgrenzung der Aufgaberäume sind das wesentliche Merkmal der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Beschickungseinrichtung, wobei es belanglos ist, ob im übrigen die Aufgabe des Gutes von Hand, oder unter Anwendung bekannter Mittel mechanisch und stossweise oder stetig erfolgt. Von den sich aus dieser Verbindung ergebenden baulichen Gestaltungsmöglichkeiten der Beschickungseinrichtung sei eine Ausführungsform hervorgehoben, bei der das zur Trennung des Gutes in Feinund Grobkorn benötigte Sieb unmittelbar über der oberen Ofenöffnung angeordnet ist und gegebenenfalls gleichzeitig für die Zufuhr des getrennten Gutes zu den einzelnen Beschickungsräumen verwendet wird.
Ausser dem Vorzug einer Konzentrierung des Feinanteiles in einer zweckmässig abgegrenzten Säule hat die neue Beschickungsart den weiteren
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Vorteil, dass sie es ermöglicht, die Höhe der Feinkornbeschickung niedriger zu halten als die Grobkornfüllung und damit den Strömungswiderstand in weitgehendem Masse zu regeln. Sie schliesst ausserdem die bekannte lagenweise Aufgabe des in Kornklassen unterteilten Gutes nicht aus.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfasst Schachtofenprozesse für das Rösten und Schmelzen von Erzen aller Art, für das Brennen von Kalkspat, Dolomit und anderen mineralischen Stoffen, ferner die Vergasung und Entgasung in Schachtgeneratoren, wie überhaupt alle technischen Prozesse, bei denen das Durchströmen von Gasen, Dämpfen, und sinngemäss auch von Flüssigkeiten, durch hohe Schichten fester Stoffe eine verfahrens- mässige Rolle spielt. Ihr besonderer Vorteil ist die Einfachheit der Umstellung bestehender Öfen, die unabhängig von der jeweiligen Bau- art ist.
In den Zeichnungen sind einige beispielsweise
Ausführungsformen der zur Durchführung des
Verfahrens geeigneten Vorrichtung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Schachtofen 1, in dem ein röhrenförmiger Einbau 2 vorgesehen ist, dessen unteres Ende unter den Beschickungs- spiegel reicht. Durch diesen Einbau 2 wird das feinkörnige Gut 3 eingebracht, wogegen das grob- körnige Gut 4 durch den den Einbau 2 kon- zentrisch umgebenden freien Ringraum zu- geführt wird. Das feinkörnige Gut 3 behält auch nach dem Austreten aus dem Einbau 2 die zylindrische Form bei, da es allseitig von grobkörnigem Gut 4 umgeben ist und gleichzeitig mit diesem im Masse des Fortschreitens des Prozesses absinkt.
Durch entsprechendes Einstellen der Höhe der das feinkörnige Gut 3 enthaltenden Beschickungssäule gelingt es, den
Strömungswiderstand zu verringern und demjenigen der Grobkornbeschickung weitgehend anzugleichen. Wie bereits ausgeführt, beeinträchtigt die erfindungsgemässe Beschickungsvorrichtung in keiner Weise die lagenweise Aufgabe der nach Korngrösse klassierten Erze und der erforderlichenfalls in gleicher Weise vorbehandelten Zuschlagstoffe.
An Stelle eines rohrförmigen Einbaues für die Feinkornbeschickung werden zwecks besserer Durchgasung der das feinkörnige Gut enthaltenden Beschickungssäule vorteilhafter anders geformte Vorrichtungen verwendet, wie sie in den Fig. 2-5 beispielsweise dargestellt sind.
An den kurzen Aufgabeschacht 2 (Fig. 2,3) schliesst sich der nach unten verjüngte Kasten 5 an, dessen Breite etwa dem Ofendurchmesser entspricht. Aus diesem Kasten tritt das feinkörnige Gut durch einen mehr oder weniger schmalen Schlitz 6, der sich über die ganze Breite des Kastens 5 erstreckt, in das umgebende Grobkorn aus. Noch wirkungsvoller ist die Vorrichtung nach den Fig. 4,5, bei welcher der untere Teil des Kastens 5 durch Einbauten 7 in mehrere Kanäle 8 unterteilt ist, so dass an Stelle des durchgehenden Austragsschlitzes mehrere, der Zahl der Einbauten entsprechende Öffnungen gebildet werden. Bei der Beschickung unter Verwendung einer derartigen Einrichtung entstehen einzelne, allseitig von grobkörnigem
Gut umgebene Beschickungssäulen aus feinkörnigem Gut.
Die Leitvorrichtungen 2'für das feinkörnige
Gut sind zweckmässig aus gelochten oder geschlitzten Blechen oder auch aus Drahtgeflecht hergestellt. Für die Lage der Leitvorrichtungen im Schachtofenquerschnitt sind die Arbeitsweise der Öfen, insbesondere die Art und Anordnung der Heizgaszufuhr massgebend, so dass angesichts der mannigfachen Ofenarten fallweise die für eine günstige Durchgasung und Wärmeübertragung besonders geeignete Stellung ermittelt werden muss. Das gleiche gilt für die Zahl, Form und Bemessung der aus feinkörnigem Gut bestehenden Beschickungssäulen.
Abgesehen von einigen Schachtöfen, die, beispielsweise beim Kalkbrennen, noch mit offener Gicht betrieben werden, sind im allgemeinen die Öfen oben geschlossen. Die Begichtung erfolgt dann durch einen zentral über der Schachtscheibe liegenden Aufgabetrichter. Um diese zweckmässige Beschickungsart beizubehalten, ist es bei der gesonderten Führung des feinkömigen Gutes notwendig, unterhalb des gemeinsamen Aufgabetrichters einen Verteiler einzubauen, der die Aufgabe hat, das wechselweise aufgegebene grob-und feinkörnige Gut im Sinne der Erfindung innerhalb des Ofenraumes anzuordnen. Bei der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung dient das unter dem Aufgabetrichter 9 befindliche Krählwerk 10 als Verteiler. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, verlaufen die gerade oder spiralartig ausgebildeten Krählräume nicht radial, sondern tangential zu einem um den Mittelpunkt gedachten Kreis.
Dadurch wird erreicht, dass erfindungsgemäss je nach der Drehrichtung des Krählwerkes 10 das auf der Platte 11 (Fig. 6) liegende Gut entweder über den Ringkonus 12 der äusseren ringförmigen Zone zugeführt oder nach innen und damit in den Trichter 13 bzw. das Beschickungsrohr 14 für das feinkörnige Gut 3 befördert wird. Bei einem Wechsel in der Aufgabe von grob-und feinkörnigem Gut erfolgt die Änderung der Verteilung des aufgegebenen Gutes lediglich durch eine Änderung der Drehrichtung des Krählwerkes, was sich durch bekannte Vorrichtungen in einfacher Weise bewerkstelligen lässt. Das aufgegebene Gut fällt durch den vom Aufgabetrichter 9 und dem feststehenden Kegel 2" gebildeten Ringraum auf die Platte 11, die eine zentrische Öffnung 11'besitzt.
In der Ausführungsart der Vorrichtung nach Fig. 6 ist diese Platte 11 gelocht bzw. mit Schlitzen versehen, womit gleichzeitig der Verteiler als Sieb wirkt.
Man kann auf diese Weise aus der Grobkornaufgabe feinkörnigen Abrieb entfernen, der durch die Siebplatte 11 in den Trichter 13 für feinkörniges Gut 3 fällt. Mit dieser Vorrichtung besteht auch die Möglichkeit, ein vorher nicht
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in Kornklassen zerlegtes Gut sowohl abzusieben in Fein-und Grobkorn als auch diese Produkte dabei gleichzeitig den für sie bestimmten Zonen innerhalb des Ofens zuzuleiten. In diesem Fall erübrigt sich ein Drehsinnwechsel des Krählwerkes 10. In der Art und Anordnung kann man sich weitgehend den jeweils gegebenen Verhältnissen anpassen. An Stelle der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Beschickungsvorrichtung ist auch z. B. eine Anordnung möglich, bei welcher der Antrieb innerhalb des feststehenden Kegels 2"untergebracht wird.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Beschickungsvorrichtung, bei welcher als Verteiler eine heb-und senkbare Glocke 15 verwendet wird, die zwischen dem Aufgabetrichter 9 und der Feingutführung 13, 14 axial verschiebbar angeordnet ist. Der feststehend eingebaute
Leitkegel 2"dient der gleichmässigen Aufgabe des Gutes.
In der Stellung I (Glocke 15 voll gezeichnet) verschliesst die Verteilerglocke 15 den Beschickungstrichter 13 für das feinkörnige
Gut 3 und leitet das aufgegebene grobkörnige
Gut 4 über den Ringkonus 12 in die äussere ringförmige Zone ; diese Stellung ist die"Grob- kornste1lung". Bei der "Feinkornste1lung" II wird dagegen die Glocke 15 bis zu der gestrichelt gezeichneten Lage gehoben ; das feinkörnige Gut 3 fällt dann durch den Trichter 13 in das Be- schickungsrohr 14. Auch bei dieser Ausführungs- form der Vorrichtung lässt sich die Verteiler- glocke 15 durch entsprechende Lochung oder
Schlitzung in Stellung I für die Absiebung der feinkörnigen Anteile bei Aufgabe von grob- körnigem Gut verwenden.
Die einfachste Verteilervorrichtung besteht erfindungsgemäss aus einer feststehenden, siebartig gelochten Glocke, die in Form einer Haube die Beschickungsvorrichtung für das feinkörnige
Gut oben abschliesst und nur das Gut unterhalb einer bestimmten Korngrösse, also das feinkörnige Gut, ungehindert hindurchfallen lässt, während das grobkörnige Gut nach der Ofenwand über die Haubenfläche hinwegrutscht. Bei dieser Anordnung gibt es keine beweglichen Teile, die bei dem Wechsel von Grobkorn und Feinkorn gesteuert werden müssen. Allenfalls kann die Siebglocke zur Vermeidung von Verstopfungen mittels eines Schwingungserregers nach Art der Zittersiebe in eine leicht vibrierende Bewegung gebracht werden.
Alle Ausführungsarten, insbesondere die letztgenannte, lassen sich zusätzlich in die bekannten, meist schleusenartig wirkenden Gichtverschlüsse und Beschickungsvorrichtungen einbauen. Durch entsprechende Anpassung an den vorliegenden Zweck ist sogar eine unmittelbare Verwendung vorhandener Bauteile möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb von Schachtöfen oder schachtförmigen Reaktionsgefässen zum Brennen, Sintern und Schmelzen von Erzen sowie anderen mineralischen und metallischen Ausgangsstoffen unter gleichzeitiger Aufgabe von grob-und feinkörnigem Gut, dadurch gekennzeichnet, dass das fein-und das grobkörnige Gut voneinander getrennt in nebeneinanderliegenden Beschickungssäulen durch den Ofen oder das Reaktionsgefäss geführt werden.