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Verfahren und Vorrichtung zur Karbonatzersetzung bei Mineralien, wie Kalkstein, Dolomit, Magnesit u. dgl., durch Gasheizung in einem Schachtofen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Karbonatzersetzung bei Mineralien, wie Kalkstein, Dolomit, Magnesit u. dgl., durch Gasheizung in einem Schachtofen. Bekannte Schacht- öfen zur Karbonatzersetzung bestehen aus einer feuerfesten Kammer mit rundem, elliptischem oder rechteckigem Querschnitt und mit rechteckigem bzw. trapezförmigem Vertikalschnitt, wobei die Zufuhr des der Karbonatzersetzung zu unterwerfenden Materials in den oberen Schachtteil erfolgt. Der Ofen weist im allgemeinen drei Abschnitte auf, u. zw. eine obere Zone für das Vorerhitzen des Materials, eine mittlere Zone für die Karbonatzersetzung und eine untere Zone zum Abkühlen.
Die Verbrennungsluft wird meist unten in den Schacht eingeführt und kann vermittels einer eigenen Pressluftanlage eingeblasen oder über den Kamin durch natürlichen Zug bzw. Zwangszug angesaugt werden. Wird als Brennstoff Gas verwendet, ist die Art der Zufuhr des Brennstoffes in den Ofen, vor allem bei Öfen mit grossen
Abmessungen, von grundlegender Bedeutung, da hiebei grosse Gasmengen in den Ofen eingeführt werden müssen und im Ofeninneren möglichst gleiche Temperaturen erreicht werden sollen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Hauptnachteile eines mit Gas beheizten Industrieofens sich meist aus einer schlechten Brennstoffverteilung im Ofen ergeben, wobei diese schlechte Brennstoffverteilung eine Steigerung des Kalorienverbrauches pro Tonne Gut und eine Herstellung von ungenugend karbonatfreiem Produkt, das demnach nicht homogen ist, verursacht.
Im Falle der Gaszufuhr über an der Ofenwand angeordnete Brenner mit oder ohne Vorverbrennungskammer tritt ausserdem noch eine starke Abnützung des feuerfesten Auskleidungsmaterials in der Karbonatzersetzungszone auf. Besteht diese feuerfeste Auskleidung aus üblichen Silizium-Tonerde-Stoffen, dann kann manchmal sogar ein Einschmelzen des feuerfesten Materials wegen örtlicher Überhitzung und infolge der Schmelzwirkung des basischen Oxydes des behandelten Materials beobachtet werden.
Zur Vermeidung dieser Nachteile und vor allem zur Erreichung einer wirksameren und besseren Verteilung der Wärme im Ofen wurde bereits vorgeschlagen, bei Öfen mit an den Ofenwandungen angeordneten Hauptbrennern einen Hilfsbrenner einzuschalten, der in der Ofenmitte angeordnet ist und über den eine zusätzliche Gasmenge in den Ofen eingeführt wird. Ein solcher Hilfsbrenner führt zu besseren Betriebsverhältnissen und insbesondere zu einer Verminderung des durchschnittlichen CO-Restgehaltes im Produkt. Er wird auf verschiedene Weise aus besonderen feuerfesten Einbauten hergestellt, die auf Metallgestellen mit oder ohne Kühlung montiert und im unteren Teil, nämlich im KUhlabschnitt des Schachtes längs einer Achse bzw. eines Hauptabschnittes, angeordnet werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein derartiger Brenner, abgesehen von den hohen Einbaukosten, wegen seiner beschränkten Lebensdauer, die ein wiederholtes, längeres und teures Stillsetzen des Ofens bedingt. zu keinem befriedigenden Ergebnis führt.
Diese beschränkte Lebensdauer des Hilfsbrenners folgert vor allem aus der Schwierigkeit, eine entsprechende Kühlung des Brenners in der Mitte des Ofens zu erreichen sowie aus der Korrosionswirkung der der Karbonatzersetzung zu unterwerfenden Masse. Um den in der Ofenmitte angeordneten Hilfsbrenner
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ein von der Wandung dieser Rohrseele im Abstand gehaltenes Zuführungsrohr für das Brenngas aufweist, dessen Ende von einer auf der Rohrseele aufgesetzten kegelförmigen Haube distanziert und gegen die
Spitze dieser Haube gerichtet ist, so dass die aus dem Zuführungsrohr austretenden Brenngase im Inneren der Haube gegen deren Spitze geschleudert werden und beim Abprallen eine heftige Durchwirbelung im
Haubeninneren verursachen.
Dank dieser Durchwirbelung und der hohen Gasgeschwindigkeit wird der
Wärmeübergang zwischen dem strömenden Gas und der inneren metallischen Brenneroberfläche erhöht, so dass eine genügende Brennerkühlung erreicht wird.
In der Zeichnung ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens beispiels- weise dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 einen zentralen Gasbrenner fur Kalköfen im Axialschnitt und
Fig. 2 den Mittelteil eines Kalk-Schachtofens mit einem Gasbrenner nach Fig. l, von dem nur der
Oberteil sichtbar ist, ebenfalls im Axialschnitt im kleineren Massstab.
Der Gasbrenner (Fig. 1) besteht aus einer als Stahlrohr ausgebildeten Seele l, in die ein Gaszufuhr- rohr 2 einragt. Am oberen Ende der Seele 1 ist eine kegelförmige Haube 3 aus Stahl bzw. aus Metallguss angeordnet, die gegebenenfalls mit inneren Kuhlflügeln und mit radialen Schlitzen 3'für den Gasaustritt versehen ist. Die Seele 1 wird durch Flussstahlringe 4,5 verstärkt bzw. geschützt, die im unteren Teil hohl und im oberen Teil massiv ausgebildet sind.
Der Gasbrenner ist gemäss Fig. 2 im Schachtofen 6 koaxial angeordnet, wobei die Haube 3 etwa in der Höhe der unteren Grenze der Karbonatzersetzungszone liegt. Der Gasbrenner wird am Ofenboden auf beliebige Art befestigt und ist mit den Zufuhrleitungen in an sich bekannter und in der Zeichnung nicht dargestellter Weise verbunden. Zwischen der Seele 1 und dem Rohr 2 strömt die primäre Verbrennungsluft ein. Die Radialbrenner 8 und 9 bekannter Ausführung sind für Schachtöfen von grossem Durchmesser vorgesehen.
Um den Nachteil eines Zuschliessens der Gasaustrittsschlitze 3'der Haube 3 infolge des durch die im Ofen herrschenden Temperaturen hervorgerufenen, halbplastischen Zustandes des Stahls zu vermeiden, hat es sich, ohne Hilfskühleinrichtungen einsetzen zu müssen, als genügend erwiesen, die erfor- derliche Gasmenge vollständig oder fast vollständig über den zentralen Gasbrenner zu führen, wobei die umfangsseitige Gaszufuhr auf maximal 10% der gesamten zugeführten Gasmenge beschränkt wird.
Es hat sich gezeigt, dass unter diesen Bedingungen die durch den zentralen Gasbrenner durchströmende grosse Gasmenge genügt, um zu erreichen, dass das Metall des Brenners auf einer Temperatur gehalten wird, die seinen Bestand und einen guten Betrieb für lange Zeit sichert, ohne dass Verstopfungen der Gaszufuhröffnungen oder ein Nachgeben der Metallinnenstruktur zu befurchten sind. Es ist nunmehr möglich, das Brenngas unmittelbar in die Mitte der Karbonatzersetzungszone zu leiten, so dass eine rationelle Verteilung der Temperaturen, ein qualitativ gutes Produkt und ein geringerer Verbrauch an Brennstoff und an feuerfestem Material erzielt wird.
In diesem Zusammenhang konnte ausserdem festgestellt werden, dass bei einer zweckmässigen Auslegung des Durchmessers des Gasbrenners und des entsprechenden Ofendurchmessers die Brenngaszufuhr ausschliesslich über den zentralen Gasbrenner erfolgen kann, wodurch neben einem besonders regelmässigen Betrieb auch ein viel geringerer Verbrauch an feuerfestem Material als bei den üblichen Öfen mit am Ofenumfang angeordneten Brennern und damit eine bedeutend längere Haltbarkeit des Ofens erreichbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Karbonatzersetzung bei Mineralien, wie Kalkstein, Dolomit, Magnesit u. dgl., durch Gasheizung in einem Schachtofen, der eine obere Vorwärmzone, eine mittlere Karbonatzersetzungszone und eine untere Kuhlzone aufweist und bei dem die Zufuhr des Brenngases gegebenenfalls teils über am Umfang angeordnete Radialbrenner und teils über einen im Inneren des Ofens angeordneten Zentralbrenner erfolgt, der parallel zur Ofenachse gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine tiberwiegende Menge des Brenngases unter Druck unmittelbar in die mittlere Karbonatzersetzungszone des Ofens durch einen metallischen Zentralbrenner derart geleitet wird, dass sie sich vom unteren Teil der Karbonatzersetzungszone aus ausbreitet,
und dass diese Brenngasmenge den Zentralbrenner kontinuierlich mit einer so hohen Geschwindigkeit durchströmt, dass durch die dadurch bewirkte Wärmeableitung vom Zentralbrenner dessen Temperatur unter seinem Erweichungspunkt gehalten wird.