<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Schachtofen zum Sintern körnigen Materials Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sintern körnigen Materials in einem senkrechten Schachtofen, der an seinem unteren Ende mit einem das Material in Form einer Säule tragenden Drehrost, einer Entladeeinrichtung und einem steuerbaren Verbrennungslufteinlass und an seinem oberen Ende Verschlusseinrichtungen und einen steuerbaren Luftauslass aufweist. Weiters betrifft die Erfindung Ausgestali tungen eines solchen vertikalen Schachtofens, um diesen zur Ausführung des Verfahrens geeignet zu machen.
Um das Wesen der Erfindung genau erkennen zu können, sei zunächst auf die betrieblichen Erfordernisse und Schwierigkeiten hingewiesen, die sich beim Betriebe bisher gebräuchlicher Sinteröfen genannter Bauart einstellen. Diese Öfen sind so konstruiert, dass sie kontinuierlich betrieben werden können, sobald sich das Feuerbett am oberen Ende der Materialsäule ausgebildet hat. Frische Materialkörner werden am oberen Ende des Ofens über dem Feuerbett und dem gesinterten Material aufgegeben, und das gesinterte Material, das durch aufsteigende Luft abgekühlt wird, wird am unteren Ende des Ofens durch den zu diesem Zweck bewegbar angeordneten Rost abgegeben. In manchen Fällen ist es auch möglich, solche vertikale Schachtöfen mit chargenweisem Materialdurchsatz einwandfrei zu betreiben.
Mit Materialien, die in diesen Öfen bei der Zementerzeugung, beim Sintern von Brennstoffasche und beim Rösten von Metallen verwendet werden, ist eine gute Wärmeübertragung möglich. Wäre der Luftstrom gleichmässig verteilt und würde er im wesentlichen vertikal verlaufen, so wäre das entladene Gut kühl und es würden wenig Wärmeverluste in den Ofenwandungen auftreten. Die Wärme würde durch das Glutbett nach oben gefördert und das neu aufgelegte Material trocknen. Solche Bedingungen würden den Bau von axial kurzen Öfen ermöglichen, aber in der Praxis sehen die Dinge anders aus.
Die Schwierigkeiten, die sich in der Praxis zeigen, sind kurz zusammengefasst folgende : 1. Die Öfen neigen dazu, sich über ihre ganze Höhe (z. B. 7 m) zu erwärmen, was zu einem beachtlichen Wärmeverlust führt.
2. Das Entladegut ist heiss, zwischen 250 und 3000C und ist teilweise in Rotglut, was einen weiteren Wärmeverlust mit sich bringt.
3. Das Feuer neigt in Wandnähe zum Erlöschen und es muss daher dort zusätzlich Brennstoff aufgetragen werden. Gleichzeitig nimmt die Tiefe des Feuers in der Mitte zu. Die Folge ist, dass die Luft in der Nähe der Ofenwand weniger Widerstand findet und dort heftiger strömt. Die Verbrennung hat also dort ein grösseres Ausmass als in der Mitte. Die Tiefe des Glutbettes ist proportional dem Ausmass der Verbrennung und wächst daher gegen die Mitte zu.
Wäre die Zufuhr und die Entladung des Gutes über die ganze Querschnittsfläche des Ofens gleichmässig verteilt, dann würde verständlicherweise das Glutbett nur dann stationär bleiben, wenn der Fortschritt desFeuers Uberall der gleiche wäre. Dies ist aber nicht der Fall, weil dieses Fortschreiten vom Ausmass der Verbrennung abhängt. Es tritt nun der Zustand auf, dass das Feuer an den Wänden schneller fortschreitet als in der Mitte. Weil nun die Zufuhr von Material den mittleren Bedingungen des Ofens angepasst werden muss, kommt es dazu, dass das Feuer an den Wänden ausgeht, während es in der Mitte an Tiefe zunimmt. Diese Tiefenzunahme hat zur Folge, dass dort das Material für längere Zeit in einem halbplastischen Zustand verbleibt und zum Zusammenbacken neigt.
Die Luft, die aus der Mitte des Rostes emporströmt, wird durch dieses Zusammenbacken gegen die Ofenwandungen hin abgedrängt, diese werden heiss, heizen wieder die Luft auf und diese beschleunigt die Verbrennung nahe den Wandungen, was
<Desc/Clms Page number 2>
schliesslich zu einer fortlaufenden Steigerung aller dieser Zustände führt.
In der Praxis wurde diesen Erscheinungen auf folgende Weise. entgegengewirkt : a) Abschrägungen am Ofenkopf, so dass eine direkte Beaufschlagung der Wand durch die Luft verhin- dert ist ; b) Beaufschlagung des Glutbettumfanges mit Brennstoff. Dies bewirkt, dass das Rohmaterial zur Mitte fällt und die Durchlässigkeit dort anwächst ; c) Verminderung der Zufuhr, wenn die Feuertiefe in der Mitte zu gross wird, bis die richtige Lage wiederhergestellt ist ; d) die Anwesenheit des Glutbettes nahe der Ofenwand wird durch einen nahe der Wand eingeführten
Priifstab festgestellt. Wird er nach einer Weile wieder herausgezogen, so zeigt sein Glühen die Lage und
Tiefe des Glutbettes an.
Die Erfindung zielt darauf hin, bessere Bedingungen für den Betrieb von Brennöfen zu schaffen, so dass die vorerwähnten Nachteile behoben oder doch wenigstens vermindert werden. Als neues Grundmerkmal der Erfindung wird die Technik des Erzeugens mindestens eines freien Raumes in der Materialsäule gesehen, der sich selbst in Form eines Kanals zwischen dem Glutbett und dem Rost aufrecht erhält. Dieser Kanal erlaubt die gleichmässige Zufuhr von Luft zum Glutbett, steigert den Wirkungsgrad des Ofens und schafft die kontrollierbaren Bedingungen, die den Bestand des Glutbettes sichern.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die Verwendung mindestens eines feuerfesten Körpers er- möglicht, dessen Eigenschaften so gewählt sind, dass das an ihm vorbeiziehende Material auf die Erwei- chungstemperatur gebracht werden kann, so dass seine Klumpen erweichen und an ihren Berührungspunkten aneinander haften bleiben. Nach Beendigung des Brennvorganges kühlt die Charge rasch ab, weil genügend kühlendeLuft vorhanden ist und die gesamte Masse wird starr, weil die Berührungspunkte der vom
Körper abgleitenden Masse sich wie Schweissstellen verhalten.
Da die Masse also zu einem starren Gebilde wird, ist der Körper zweckmässig sich leicht verjüngend ausgebildet, um das Abgleiten der Masse zu erleichtern ; jedenfalls aber darf sein Durchmesser nicht zunehmen, da sonst die erfindungsgemässen Erscheinungen nicht eintreten würden.
Es sei hier bemerkt, dass dieErfindung nicht auf der Annahme beruht, dass die Temperatur in der Mitte zu hoch ist, sondern, auf der Tatsache beruht, dass dort die Verbrennung zu langsam abläuft. Die Erfindung zielt also darauf hin, die Luft mehr in die Mitte zu lenken und sie von dort dann gleichmässiger zu verteilen. Die Erfindung beruht auf der Tatsache, dass es möglich ist, die Ofencharge zu einer sich selbst tragenden Masse zu sintern. Die dabei zu verwendenden Materialien müssen daher diese Eigenschaft aufweisen oder diese muss durch Zusätze von Flussmitteln, wie Salze oder Kalk, wie an sich bekannt, herbeigeführt werden.
Es ist ein charakteristisches Merkmal der Funktion vertikaler Brennöfen, dass die im Bereiche des Glutbettes befindlichen Wandteile in Rotglut gehalten werden müssen. Wenn daher dort der Wärmeverlust zu gross ist oder die Wand nicht genügend Wärme zurückstrahlt, kann das Feuer ausgehen. Der erfindungsgemässe Körper wird innerhalb der Glutzone in einem ähnlichen Zustand gehalten.
Da somit eine gute Wärmeübertragung gewährleistet ist, kann die Höhe des Ofens geringer ausgeführt werden, und man kann unter den dreifachen Durchmesser kommen. Beispielsweise kann ein Ofen von 2 m Durchmesser und nur 2,5 m Höhe erfolgreich betrieben werden.
Zusammenfassend ist also ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass bei Hindurchleitung der Verbrennungsluft durch die Materialsäule, am oberen Ende derselben rings um mindestens einen feuerfesten Körper, ein das Material zu einer selbsttragenden, mindestens einen durchgehenden Kanal aufweisenden Masse sinterndes Glutbett erzeugt und bei gleichzeitiger Entladung von Material am unteren Ende der Säule, neues Material am oberen Ende des Ofens zugeführt wird, wobei die Materialsäule fortlaufend nach abwärts wandert, unter dauernder Aufrechterhaltung des Kanals bzw. der Kanäle, durch die die Verbrennungsluft im wesentlichen ungehindert zum Glutbett strömen kann.
Ein zur Ausführung dieses Verfahrens geeigneter Ofen genannten Typs ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch wenigstens einen feuerfesten Körper, der sich von oberhalb der Materialsäule durch das Glutbett hindurch erstreckt und dessen Gestalt so geformt ist, dass das Glutbett-Material, nachdem es durch Sinterung eine selbsttragende Masse gebildet hat, ohne zu zerfallen von ihm abgleiten kann.
Unter anderem hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, den oder die feuerfesten Körper rohrförmig auszubilden, wobei sie die Mündung von Rohren bilden, die den Schachtverschluss dichtend durchsetzen und mit einem Steuerventil ausgestattet sind sowie auch dass die Querschnittsfläche aller feuerfesten Körper zusammen einen Wert zwischen 5 und 10% der lichtenQuerschnittsfläche des Ofenschachtes, gemessen an der Oberfläche der Materialsäule, aufweist.
<Desc/Clms Page number 3>
Es kann noch erwähnt werden, dass ein Schachtofen zur Verarbeitung von Kalk bekanntgeworden ist, in dessen Mitte eine Säule vorgesehen ist, die zum Kühlen der Mitte des Materials dient. Die Wärmeab- fuhr durch diese Säule ist aber derart gross, dass in ihrer Umgebung die Verbrennung erlischt und das Ma- terial ungebrannt verbleibt. Dieser Ofen wäre aber nicht imstande, die erfindungsgemässe Kanaltechnik durchzuführen, denn das ungebrannte Material fällt zunächst auf den Rost, und der Luftstrom wird Teile davon in Form von Staub entlang der Säule emportragen. Die endgültige Folge davon wird sein, dass der
Ofen zum Stillstand kommt.
Im Gegensatz dazu wird durch den zentralen Kanal im erfindungsgemässen
Falle der Luftstrom in der Mitte verstärkt und gleichmässig verteilt, so dass in der Mitte die Verbrennung gesteigert wird, die dann von einer schnellen Kühlung durch den gleichen Luftstrom abgelöst wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer
Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. Fig. l zeigt im Längsschnitt die Hauptteile eines erfin- dungsgemässen stehenden Schachtofens mit einem einzigen feuerfesten Körper. Fig. 2 ist ein F ig. 1 ähnelnder
Längsschnitt und zeigt den gleichen Ofen, jedoch mit mehreren feuerfesten Körpern, Fig. 3 zeigt in klei- neremMassstabl eine alternative Ausbildungsform des feuerfesten Körpers für den Ofen nach Fig. 1. Fig. 4 zeigt in kleinerem Massstab den Grundriss des Ofens nach Fig. 2.
Fig. l und 2 zeigen jeweils einen senk- rechten Schachtofen 1, der am oberen Ende bei la abgedeckt ist und hier nicht gezeigte bekannte Mittel zum Aufgeben einercharge umfasst. Am unteren Ende des Ofens befindet sich ein drehbarer Entnahmerost als Unterstützung für die Charge 3, an deren oberem Ende sich das Glutbett 4 befindet ; die Charge bildet im Ofen eine Säule. Unter dem Rost ist eine Entnahmerutsche 5 angeordnet, die auf bekannte Weise durch mehrere Entnahmeklappen 6 gesteuert wird. Ein durch eine Klappe 8 gesteuerter Einlass 7 für die Haupt- verbrennungsluftzufuhr ist so angeordnet, dass er unmittelbar unter dem Rost 2, der mit Luftzuführungsöff- nungen 2a versehen ist, seitlich in den Ofen mündet.
Am oberen Ende des Ofens ist oberhalb des Glut- bettes 4 ein durch eine Klappe 10 gesteuerter seitlicher Auslass 9 für die Ofengase und Verbrennungsluft an- geordnet.
In dem Ofen nach Fig. 1 ist ferner eine gleichachsige Leitung 11 vorgesehen, die mit abdichtender
Wirkung in die geschlossene Ofenabdeckung eingebaut ist und sich nach unten in den Chargenraum er- streckt. Konzentrisch 0 mit dem unteren Ende dieser Leitung ist ein äusserer rohrförmiger feuerfester Kör- per 12 angeordnet, der sich von einem Punkt oberhalb der Chargenoberfläche im Ofen aus bis in das
Glutbett 4 und vorzugsweise ein kleines Stück nach unten über das Glutbett hinaus erstreckt. Die Aussen- fläche des rohrförmigen feuerfesten Körpers 12 kann gemäss Fig. 1 zylindrisch sein, oder man kann gemäss
Fig. 3 einen Körper 12a mit einersich nach untenverjüngenden kegelstumpfförmigenAussenflächeverwen- den.
Die Leitung 11 und der rohrförmige feuerfeste Körper 12 bzw. 12a bilden einen Strömungsweg für den
Ofen nach oben durchströmende Gase oder Luft, der zweckmässig durch eine Klappe 13 gesteuert wird, die ausserhalb des Ofens oder an anderer Stelle in die Leitung 11 eingebaut sein kann.
Die äussereQuerschnittsfläche des feuerfesten Körpers 12 bzw. 12a beträgt dort, wo sie die Chargen- oberfläche durchdringt, vorzugsweise mindestens 5% der entsprechenden vollen Innenquerschnittsfläche des Ofenschachtes und kann im Bereich von 100lu dieser Fläche liegen. In der axialen Richtung kann sich der feuerfeste Körper von der Chargenoberfläche aus z. B. über etwa 250 mm nach unten erstrecken.
Alternativ könnte man den feuerfesten Körper weiter nach unten in den Ofen hinein verlängern und ihn an einem geeigneten Punkt zwischen der Chargenoberfläche und dem Rost enden lassen.
Die den feuerfesten Körper tragende Leitung kann an ein Unterdrucksystem angeschlossen sein, damit man dasAufwärtsströmen der Abgase in der Richtung des Pfeils A und damit auch die Verteilung der Ver- brennungsluft regeln kann. Alternativ könnte man die Leitung mit einer Hilfsleitung zum Zuführen von
Verbrennungsluft verbinden. In jedem Falle kann man den nach oben gerichteten Strom der Abgase oder den nach unten gerichteten Strom der zusätzlichen Verbrennungsluft mit Hilfe der Klappe 13 in der Lei- tung 11 in Verbindung mit dem Hauptverbrennungsluftstrom einregeln, der vom Boden des Ofens nach oben steigt und mit der Klappe 8 geregelt wird.
Somit kann man den aufsteigenden Strom der Luft in der
Verbrennungszone variieren und so die gewünschte Luftverteilung erzielen, die ein stetiges und gleich- mässiges Brennen über die ganze Fläche des Glutbettes gewährleistet.
Wegen des Vorhandenseins des in das Glutbett hineinragenden feuerfesten Körpers 12 erhält das Glutbett die Form eines Ringes, und das gesinterte Material ist bestrebt, diese Gestalt während seiner Bewegung vom Glutbett zum unteren Teil des Ofens beizuhalten. Auf diese Weise ist ständig ein zylindrischer tunnelähnlicher Raum 14 in der Mitte des Sintergutes vorhanden, der von der über die Rostöffnungen 2a angesaugten Verbrennungsluft ungehindert durchströmt werden kann. Daher konzentriert sich der Luftstrom nicht mehr auf begrenzte Durchtrittsquerschnitte längs der Ofenwand, sondern die Luft kann sich leichter über die ganze Fläche des Glutbettes verteilen.
In manchen Fällen wird der Raum 14 in Fig. 1 nicht voll-
<Desc/Clms Page number 4>
ständig von dem Material freigehalten, von dem ein Teil in weniger stark agglomerierter Form dazu nei- gen kann, in diesen Raum hineinzufliessen, so dass sich annähernd die in Fig. 1 bei 15 durch einestrich- punktierte Linie angedeuteteOberflächenform ausbildet. Dieses frei rieselndeMaterial wird jedoch erheb- lich loser gepackt sein, als das agglomerierte Sintergut und bildet daher immer noch einen relativ freien j Strömungsweg für die durch die Ofenmitte nach oben strömende Luft.
Bei dem Ofen nach Fig. 2 und 4 ist genau der gleiche Grundgedanke angewendet wie bei dem Ofen nachFig. l, abgesehen davon, dass gemäss Fig. 2 und 4 vier Leitungen 16 von erheblich kleinerem Durch- messer mit abdichtender Wirkung in die Decke des Ofens la eingebaut und in gleichmässigen Abständen an denEcken einesQuadrats angeordnet sind, dessen Mittelpunkt auf der Ofenachse liegt. Diese dünneren Leitungen verlaufen somit parallel zur Ofenachse, und am unteren Ende jeder Leitung ist ein damit kon- zentrischer rohrförmiger feuerfester Körper 17 vorgesehen, der sich von einem Punkt oberhalb der Char- genoberfläche nach unten erstreckt und etwas über die Unterseite des Glutbettes 4 hinausragt. Auch diese feuerfesten Körper können sich von derChargenoberfläche z.
B. über etwa 250 mm nach unten erstrecken ; jedoch kann ihreLänge je nach den Erfordernissen grösser oder kleiner sein. Die Aussenfläche der Körper 17 i kann sich gemäss Fig. 2 nach unten kegelstumpfförmig verjüngen, oder sie kann zylindrisch sein, und in jede Leitung 16 ist ausserhalb des Ofens eine Regelklappe 18 eingebaut.
Die dünneren Leitungen 16 können wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel an ein Unterdrucksystem angeschlossen sein, oder man kann sie zum Zuführen zusätzlicher Verbrennungsluft benutzen, umso die
Verteilung des nach oben gerichteten Hauptverbrennungsluftstromes zu regeln, welche durch die Tunnel 19 strömt, die sich infolge des Vorhandenseins der feuerfesten Körper ausbilden. Auch in diesem Falle können sich die Tunnel teilweise mit frei rieselndem Sintergut füllen, das jedoch wie beim ersten Ausführungs- beispiel der strömenden Luft einen erheblich geringeren Widerstand entgegensetzt.
Bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann man im Ofenschacht an einer geeigneten
Stelle zwischen der Unterseite des Glutbetts und der Oberseite des Entnahmerostes geeignete Schürorgane vorsehen, damit es erforderlichenfalls möglich ist, zusammenhängende gesinterte Materialmassen zu zer- kleinern. Dies trägt nicht nur dazu bei, die vom Rost aus nach oben strömende Luft gleichmässiger auf das
Sintergut zu verteilen, sondern es wird dadurch die zusammengebackene Masse so weit zerkleinert, dass sie durch den Rost einwandfrei gebrochen und nach unten abgegeben werden kann.
Es sei bemerkt, dass man gemäss der Erfindung feuerfeste Körper in jeder gewünschten Zahl verwen- den kann, und dass die Aussenform dieser Körper nur durch die Notwendigkeit begrenzt wird, eine Behin- derung des Herabströmens der Materialkörper im Ofen. zu vermeiden. Ferner können der oder die Körper mehrere durchgehende Kanäle aufweisen oder rohrförmig ausgebildet sein. Natürlich kann man dem oder den feuerfesten Körpern eine solche axiale Länge geben, dass sie sich bis zur geschlossenenOfendeckeoder durch die Ofendecke hindurch und am andern Ende durch das Glutbett erstrecken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Sintern körnigen Materials in einem senkrechten Schachtofen, der an seinem unte- ren Ende mit einem das Material in Form einer Säule tragenden Drehrost, einer Entladeeinrichtung und einem steuerbaren Verbrennungsluft-Einlass und an seinem oberen Ende Verschlusseinrichtungen und einen steuerbaren Luftauslass aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Hindurchleitung der Verbrennungsluft durch die Materialsäule, am oberen Ende derselben rings um mindestens einen feuerfesten Körper, ein das
Material zu einer selbsttragenden, mindestens einen durchgehenden Kanal aufweisenden Masse sjnterndes
Glutbett erzeugt und bei gleichzeitiger Entladung von Material am unteren Ende der Säule neues Material am oberen Ende des Ofens zugeführt wird, wobei die Materialsäule fortlaufend nach abwärts wandert,
un- ter dauernder Aufrechterhaltung des Kanals. bzw. der Kanäle, durch die die Verbrennungsluft im wesent- lichen ungehindert zum Glutbett strömen kann.