Verfahren zum Behandeln von Erzen mit Gasen und Drehrohrofen zur Ausführung dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Erzen mit Gasen, zum Beispiel zwecks Abröstens, Reduzierens und dergleichen, und einen Drehrohrofen zur Ausführung dieses Verfahrens.
Es. sind schon verschiedene Versuche und Konstruktionsvorschläge gemacht worden, welche bezweckten, den Drehrohrofen, der sein wichtigstes und allgemeinstes Anwen dungsgebiet bisher insbesondere in der Ze mentindustrie gefunden hat, den Hütten prozessen, besonders dem Röstvorgang, an zupassen. Bisher ist es jedoch nicht gelun gen, den Reaktionsverlauf, sowie die Wärme entwicklung und Wärmeverteilung im Dreh rohrofen derart genau zu regeln, dass jede lokale Überhitzung ebenso vermieden wird wie zu starke Abkühlung einzelner Ofen zonen.
Da eine solche genaue Regelung un bedingte Voraussetzung für die störungsfreie Durchführung der Röstarbeit und ähnlicher Hüttenprozesse ist, bei welchen Gase oder Brennstoffe in den Ofen eingeführt werden müssen, hat der Drehrohrofen bisher auf diesem Gebiete noch kaum Anwendung ge funden.
Es wurde nun gefunden, dass sich Röst- und ähnliche Prozesse im Drehrohrofen störungsfrei durchführen lassen, wenn die mit dem Gut in Reaktion zu bringenden Gase, zum Beispiel die Röstluft, nicht in ihrer Gesamtmenge an einer Stelle des Ofens, sondern auf einem Teil der Ofenlänge oder die gesamte Ofenlänge verteilt zugeführt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zufuhr der in Reaktion zu bringenden Gase durch auf mindestens einen Teil der Länge des Ofens verteilte Zuführungsöffnungen jeweils in der für den Arbeitsvorgang an der betreffenden Zufuhrstelle des Ofens not wendigen Menge erfolgt.
Die Zuführungs öffnungen können röhren- oder schlitzförmig und im Durchgangsquerschnitt einstellbar bezw. ganz abstellbar sein. Die Regulierung an den Zuführungsöffnungen kann auch in der Weise erfolgen, dass einer bestimmten Stellung des Ofens auch eine bestimmte Ein stellung der Zuführungsöffnungen entspricht, indem zum Beispiel eine Serie der Öffnun gen zeitweise gänzlich abgesperrt ist, wäh rend bei der Weiterdrehung des Ofens sich dann diese wieder öffnen und sich gleich zeitig eine andere Serie von Öffnungen ver schliesst bezw. von der Gaszufuhr abgesperrt wird.
Dabei kann die Zufuhr der mit dem Gut in Reaktion zu bringenden Gase durch Überdruck oder mittelst .Saugzug erfolgen. Mittelst des vorliegenden Drehrohrofens kann insbesondere der ganze Arbeitsvorgang unter einem Druck von mehreren Atmosphären vor genommen werden.
Durch die beschriebene Verteilung der Einführungsöffnungen für die mit dem Gut in Reaktion zu bringenden Gase auf einen Teil der Ofenlänge oder die ganze Ofenlänge wird die Reaktionszone über einen grossen Teil des Ofens ausgedehnt. Diese Vergrösse rung der Reaktionszone kann vorteilhaft insbesondere beim Abrösten von Erzen noch dadurch befördert werden, dass das zu be handelnde Erz in den verschiedenen Ofen abschnitten mit verschiedener Geschwindig keit fortbewegt wird, und zwar in der Weise, dass das Gut in dem ersten Ofenabschnitt, der Hauptreaktionszone, rascher fortbewegt wird als in den folgenden Ofenabschnitten;
ein Verstopfen des Ofens kann nicht ein treten, weil die Menge des Aufgabegutes in der Regel nur eine verhältnismässig dünne Schicht von etwa 150 bis 250 mm Stärke bildet; es tritt lediglich in demjenigen Teil des Ofens, in dem die Reaktion langsamer verläuft, eine Anhäufung von Ar beitsgut ein.
Durch diese Massnahme ver schieden rascher Fortbewegung des Gutes wird speziell beim Abrösten von Erzen er reicht, dass im ersten Ofenabschnitt die um gesetzte Schwefelmenge vermindert und Sinterungen vermieden werden und dass in den folgenden Ofenabschnitten, in welchen die Reaktion weniger lebhaft und die Tem peratur entsprechend niedriger ist, der Schwefelgehalt des Erzes und die durch die Verbrennung desselben erzeugte Wärme- menge noch genügend gross sind, um eine vollständige Abröstung zu gewährleisten.
Zugleich kann auch die gesamte ent stehende Reaktionswärme durch eine Reihe von Massnahmen auf die vorteilhafteste Weise im Ofen verteilt werden. Um lokale Abkühlung durch die in den Ofen eintreten den Gase zu vermeiden, ist es zweckmässig, diese vor ihrem Eintritt in das Ofeninnere anzuwärmen. Dies kann durch entsprechende Ausbildung der Einführungsöffnungen er möglicht werden, welche die Ofenwandung durchsetzen, so dass die Wärme der Ofenwan dung, insbesondere des Ofenfutters, zum Teil an die eingeführten Gase abgegeben werden kann.
Eine weitere Verbesserung der Wärme verteilung im Ofen kann dadurch erzielt werden, da.ss das Futter des Ofens in der Hauptreaktionszone, also an der Stelle der grössten Wärmeentwicklung, dünner gehalten wird als in den übrigen Zonen des Ofens, so dass die überschüssige Wärme von dieser Stelle durch Strahlung entweicht, wodurch sonst leicht eintretende lokale Überhitzungen t,ermieden werden, welche zu Sinterungen und eventuell sogar zum Schmelzen des Gutes führen würden.
Ferner kann das Ofen futter in der Hauptreaktionszone schwächer gehalten werden als am Austragsende des Ofens, damit die überschüssige Reaktions wärme in möglichst hohem Masse durch na türliche Wärmestrahlung des eisernen Ofen mantels abgeführt werden kann.
Die Wärme leitung durch das Ofenfutter kann dadurch geregelt sein, dass die Ausmauerung des Ofens in den verschiedenen Ofenzonen in ver schiedener Stärke ausgeführt ist, und zwar in der Weise, dass' die Ausmauerung an den kühleren Stellen des Ofens beträchtliche Stärke besitzt und als Wärmespeicher dient, in welchem die überschüssige Wärme aus der Hauptreaktionszone, in welcher die Aus mauerung geringere Stärke besitzt, teilweise gesammelt wird.
Dadurch, dass die Wand stärke des Ofenfutters mit schwächer wer dender Reaktion zunimmt, kann das Mauer werk vermöge seiner Eigenschaft als Wärme leiter einen Teil der überschüssigen Reak- tionswärme aus der Hauptreaktionszone dem jenigen Teil des Ofens zuleiten, in dem die eigene Reaktionswärme des Arbeitsgutes zur Durchführung der Reaktion nicht mehr oder nicht mehr ganz ausreicht.
Speziell beim Abrösten schwefelarmer oder schwer röstbarer Erze, wie zum Bei spiel Zinkblende; kann es vorteilhaft sein, einen Brennstoff in den Ofen einzuführen, wenn die durch die Reaktion selbst erzeugte Wärmemenge nicht zur vollständigen Ab- röstung im letzten Ofenteil genügen sollte. In diesem Falle genügt es, hinter der Haupt reaktionszone Brennstoff in den Ofen ein zuführen. Die Einführung kann durch den Ofenkopf oder durch den Ofenmantel oder auch zugleich durch Ofenkopf und Ofen mantel erfolgen. Als Brennstoff können be liebige, gasförmige, flüssige oder feste brenn bare Stoffe in entsprechend feiner Verteilung Anwendung finden.
Man kann auch als festen Brennstoff das zu verarbeitende Erz, zum Beispiel Zinkblende, in Form feinen Staubes anwenden.
Die Austragung des Abbrandes aus dem Ofen kann in der Weise erfolgen, dass das Eindringen von Luft in den Ofen, sowie das Entweichen von Gasen durch die Austrags öffnung vermieden wird.
In der Zeichnung sind beispielsweise Aus führungsformen des Drehrohrofens zur Aus führung des Verfahrens gemäss der Erfin dung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Drehrohrofen, welcher insbesondere zum Abrösten von Erzen unter Anwendung von Saugzug geeignet ist. Die Bewegung der Röstluft erfolgt bei diesem Ofen. im Gegen strom zum Erz. a. sind auf die Länge des Ofens verteilte, durch Regelvorrichtungen b in der Lichtweite einstellbare Düsen, welche in das Innere des Ofens hineinragen. Mit telst Schnecke c und Rutsche d wird das Erz dem Ofen zugeführt. Die Röstgase ziehen aus dem Ofen durch den Krümmer e und das Anschlussrohr f ab.
Der Krümmer e ist so angeordnet, dass er alle Bewegungen des Ofenkopfes mit Aus- nahme der $,otationsbewegung mitmachen kann. An der Verbindungsstelle sind die Rohre e und f doppelwandig ausgebildet und greifen ineinander. Das untere Rohrende bildet eine ringförmige Tasse, die mit einer Sperrflüssigkeit gefüllt ist. In diese Flüssig keit taucht das obere Rohrende ein. Da der obere Rohrteil ebenfalls am Ende doppel wandig ist und sein innerer Teil einen ge ringeren Durchmesser hat als das untere Rohr, wird eine Verunreinigung der Sperr flüssigkeit durch von den Gasen mitgeführ ten Staub vermieden.
Als Sperrflüssigkeit wird zweckmässig eine Flüssigkeit gewählt, die weder von den Reaktionsgasen beeinflusst wird, noch selbst die Reaktion beeinflusst. Beim Abrüsten von Schwefelerzen zum Bei spiel kann als Sperrflüssigkeit zweckmässig ein Mineralöl verwendet werden. Der beweg liche Teil der Abzugsvorrichtung ist vor zugsweise nach unten gekrümmt. Er kann aber auch nach oben abgebogen sein.
Die !3usmauerung g des Ofens nimmt gegen das Ofenende an Dicke zu. Durch Stein rin^e lt ist der Ofen in mehrere Kammern abgeteilt. Die Mitnehmer i sind in den ver schiedenen Ofenzonen in verschiedener An zahl vorhanden, und der an der betreffenden Stelle des Ofens erforderlichen Erzgeschwin digkeit entsprechend in Grösse und Form ver schieden ausgebildet, wie dies besonders aus den in Fig. 2, $, 4 und 5 dargestellten Quer schnitten durch den Ofen nach den Linien II-II, 111-11I,
IV-IV und V -V von Fig. 1 ersichtlich ist. Insbesondere sind die Mitnehmer i an jenen Stellen. des Ofens, welche das Erz rasch passieren soll, schmal und von radialen Flächen begrenzt, während sie an den Stellen, wo das Erz längere Zeit verweilen soll, eine grössere, schaufelförmige Gestaltung aufweisen. Haben die Mitnehmer eine schaufelförmige Gestalt, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, dann wird das Erz in den Schaufeln in seiner Fortbewegung in der Achsrichtung des Ofens gehemmt.
Je klei ner die Mitnehmer sind, umso geringer wird der Widerstand, der durch die Mitnehmer dem sich fortbewegenden Erz entgegengesetzt wird. Die Querschnitte der Pig. 2 bis 5 zei gen auch die verschiedene Dicke des Ofen futters g in den verschiedenen Ofenteilen. In Fig. 6 ist eine Variante dargestellt, wo die Öffnungen a für die Gaszufuhr schlitz förmig ausgebildet und schräg gestellt sind und hinter als Mitnehmer dienenden innern Vorsprüngen i des Ofenfutters münden, wo durch ein Herausfallen von Erz aus dem Ofen. sowie das Verlegen der Öffnungen mit Erz vermieden wird.
Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungsformen von Drehrohröfen zur Durchführung von Hüttenprozessen, bei welchen Luft oder ein anderes Gas nicht durch Saugzug, sondern unter Druck zugeführt werden soll. b' be deutet die regelbaren Verschlüsse der Einlass düsen a; j ist die Hauptgasleitung, 1e ein Vierwegehahn, welcher gestattet, einzelne Zweigleitungen l und damit zugleich die mit ihnen verbundene Düsenserie von der Gas zuleitung abzusperren.
Die Einrichtung des Vierwegehahnes k zeigen die Fig. 9 und 10. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des Ofens, bei welcher Erz und Gas im Gleichstrom durch den Ofen bewegt werden. j' bedeutet die Hauptgaszuleitung, d' eine Rutsche zur Zuführung des Erzes.
In Fig. 11 und 12 ist eine Vorrichtung zum Abziehen des Abbrandes unter Luft abschluss dargestellt, deren Konstruktion aus dem Querschnitt Fig. 12 klar ersichtlich ist. Eine in vier Sektoren abgeteilte Trommel m ist drehbar und luftdicht, in einen mit der Ofenwandung fest verbundenen, gegen das Ofeninnere und die äussere Luft offenen Trommelmantel n eingefügt.
Der Abbrand gelangt in den jeweils der Ofensohle zu- gekehrten,Sektor und wird bei der Drehung der Trommel m nach aussen befördert, ohne dass grössere Luftmengen in den Ofen ein dringen oder Gase aus dem Ofen entweichen können.
In Fig. 13 ist ein Ofen dargestellt, in dessen Wandung nach innen ragende Wen- der oder Mitnehmer i für das Arbeitsgut eingebaut sind; hier können die Gas- bezw. Luftzuführungsöffnungen in Form von Längsschlitzen in der Ofenwand angeordnet sein, wie es beispielsweise die Fig. 6 und 13 zeigen. In Fig. 13 sind dann die Schlitze so angeordnet, dass sie in Richtung der Längs kanten der Mitnehmer i verlaufen.
Aus Fig. 14 ist, eine Stellungsanordnung der Mit nehmer il, i2, i3 usw. ersichtlich, bei wel cher die einen parallel, andere schief zur Ofenachse gestellt sind, je nach der verschie denen Erzgeschwindigkeit in den verschiede nen Zonen des Ofens.
Process for treating ores with gases and rotary kiln for carrying out this process. The invention relates to a method for treating ores with gases, for example for the purpose of roasting, reducing and the like, and a rotary kiln for carrying out this method.
It. Various attempts and design proposals have already been made with the aim of adapting the rotary kiln, which has so far found its most important and most general area of application, especially in the cement industry, to the metallurgical processes, especially the roasting process. So far, however, it has not been possible to regulate the course of the reaction, as well as the heat generation and heat distribution in the rotary kiln, so precisely that any local overheating is avoided as well as excessive cooling of individual furnace zones.
Since such an exact regulation is an unconditional prerequisite for the trouble-free implementation of the roasting work and similar smelter processes in which gases or fuels have to be introduced into the furnace, the rotary kiln has so far hardly found application in this area.
It has now been found that roasting and similar processes in the rotary kiln can be carried out without problems if the gases to be brought into reaction with the material, for example the roasting air, are not in their total amount at one point in the kiln, but over part of the kiln length or distributed along the entire length of the furnace. This is achieved in that the gases to be reacted are fed in through feed openings distributed over at least part of the length of the furnace in the amount necessary for the operation at the feed point in question of the furnace.
The feed openings can be tubular or slot-shaped and adjustable in the passage cross-section, respectively. can be completely turned off. The regulation of the feed openings can also be done in such a way that a specific position of the feed openings corresponds to a specific position of the furnace, for example by temporarily blocking a series of openings completely, while as the furnace continues to rotate, these are then closed open again and at the same time another series of openings closes or. is shut off from the gas supply.
The gases to be brought into reaction with the material can be supplied by overpressure or by means of suction. In particular, the entire work process can be carried out under a pressure of several atmospheres in the middle of the present rotary kiln.
As a result of the described distribution of the inlet openings for the gases to be brought into reaction with the material over part of the furnace length or the entire furnace length, the reaction zone is extended over a large part of the furnace. This enlargement of the reaction zone can advantageously be promoted, especially when roasting ores, that the ore to be treated is moved in the various furnace sections at different speeds, in such a way that the material in the first furnace section, the Main reaction zone, is moved faster than in the following furnace sections;
clogging of the furnace cannot occur because the amount of the feed material usually only forms a relatively thin layer of about 150 to 250 mm thick; only in that part of the furnace in which the reaction proceeds more slowly does an accumulation of work material occur.
Through this measure, the goods move at different speeds, especially when roasting ores, that the amount of sulfur converted is reduced in the first furnace section and sintering is avoided and that in the following furnace sections, in which the reaction is less lively and the temperature is correspondingly lower is that the sulfur content of the ore and the amount of heat generated by burning it are still large enough to ensure complete roasting.
At the same time, the entire heat of reaction produced can also be distributed in the furnace in the most advantageous manner by a series of measures. In order to avoid local cooling caused by the gases entering the furnace, it is advisable to warm them up before they enter the furnace. This can be made possible by appropriate design of the inlet openings which penetrate the furnace wall so that the heat of the furnace wall, in particular of the furnace lining, can be given off in part to the gases introduced.
A further improvement in the heat distribution in the furnace can be achieved by keeping the furnace lining in the main reaction zone, i.e. at the point of greatest heat generation, thinner than in the other zones of the furnace, so that the excess heat is removed from it Place escapes through radiation, which would otherwise easily occur local overheating t, which would lead to sintering and possibly even to melting of the goods.
Furthermore, the furnace lining in the main reaction zone can be kept weaker than at the discharge end of the furnace, so that the excess reaction heat can be dissipated to the greatest possible extent by natural heat radiation from the iron furnace shell.
The heat conduction through the furnace lining can be regulated by the fact that the furnace lining in the various furnace zones is made in different thicknesses, in such a way that the lining in the cooler parts of the furnace has considerable strength and serves as a heat store , in which the excess heat from the main reaction zone, in which the brick lining has less strength, is partially collected.
Because the wall thickness of the furnace lining increases as the reaction becomes weaker, the masonry, thanks to its property as a heat conductor, can conduct part of the excess heat of reaction from the main reaction zone to the part of the furnace in which the heat of the reaction of the material to be worked is used Carrying out the reaction is no longer sufficient or is no longer entirely sufficient.
Especially when roasting low-sulfur ores that are difficult to roast, such as zinc blende; it can be advantageous to introduce a fuel into the furnace if the amount of heat generated by the reaction itself is not sufficient for complete roasting in the last part of the furnace. In this case, it is sufficient to feed fuel into the furnace behind the main reaction zone. The introduction can take place through the furnace head or through the furnace jacket or at the same time through the furnace head and furnace jacket. Any gaseous, liquid or solid combustible substances can be used as fuel in a correspondingly fine distribution.
The ore to be processed, for example zinc blende, can also be used as solid fuel in the form of fine dust.
The burn-off can be discharged from the furnace in such a way that the penetration of air into the furnace and the escape of gases through the discharge opening are avoided.
In the drawing, for example, embodiments of the rotary kiln for executing the method according to the invention are shown schematically.
Fig. 1 shows a longitudinal section through a rotary kiln which is particularly suitable for roasting ores using suction. The roasting air moves in this oven. in countercurrent to the ore. a. are distributed along the length of the furnace, the width of which can be adjusted by regulating devices b, which protrude into the interior of the furnace. The ore is fed into the furnace by means of screw c and chute d. The roasting gases are drawn out of the furnace through the elbow e and the connection pipe f.
The bend e is arranged in such a way that it can follow all movements of the furnace head with the exception of the rotational movement. At the connection point, the tubes e and f are double-walled and interlock. The lower end of the tube forms an annular cup that is filled with a barrier liquid. The upper end of the pipe is immersed in this liquid. Since the upper tube part is also double-walled at the end and its inner part has a ge smaller diameter than the lower tube, contamination of the barrier liquid is avoided by dust entrained by the gases.
A liquid that is neither influenced by the reaction gases nor itself influences the reaction is expediently chosen as the barrier liquid. When dismantling sulfur ores, for example, a mineral oil can be used as a barrier fluid. The movable part of the trigger device is preferably curved downwards. But it can also be turned upwards.
The walling g of the furnace increases in thickness towards the end of the furnace. The oven is divided into several chambers by a stone ring. The drivers i are available in various numbers in the different furnace zones, and the required ore speed at the relevant point of the furnace is different in size and shape, as shown in FIGS. 2, 4 and 5 in particular shown cross sections through the furnace along lines II-II, 111-11I,
IV-IV and V -V of Fig. 1 can be seen. In particular, the drivers i are at those points. of the furnace, which the ore is to pass quickly through, narrow and delimited by radial surfaces, while they have a larger, shovel-shaped design at the points where the ore is to remain for a long time. If the drivers have a shovel shape, as shown in FIGS. 2 and 3, then the ore in the shovels is inhibited in its movement in the axial direction of the furnace.
The smaller the driver, the lower the resistance that is opposed by the driver to the moving ore. The cross sections of the pig. 2 to 5 also show the different thicknesses of the oven lining g in the different oven parts. In Fig. 6 a variant is shown where the openings a for the gas supply are slit-shaped and inclined and open behind serving as drivers inner projections i of the furnace lining, where ore falls out of the furnace. as well as laying the openings with ore is avoided.
7 and 8 show embodiments of rotary kilns for carrying out metallurgical processes in which air or another gas is to be supplied under pressure rather than by induced draft. b 'be the adjustable closures of the inlet nozzle a; j is the main gas line, 1e a four-way valve which allows individual branch lines l and thus at the same time the series of nozzles connected to them to be shut off from the gas supply line.
The device of the four-way valve k is shown in FIGS. 9 and 10. FIG. 8 shows an embodiment of the furnace in which ore and gas are moved in cocurrent through the furnace. j 'means the main gas supply line, d' a chute for feeding the ore.
In Fig. 11 and 12, a device for removing the burn-off is shown in the absence of air, the construction of which can be clearly seen from the cross section of FIG. A drum m divided into four sectors is rotatable and airtight, inserted into a drum shell n that is firmly connected to the furnace wall and is open to the furnace interior and the outside air.
The burned-off reaches the sector facing the furnace base and is conveyed to the outside when the drum m rotates without large amounts of air penetrating into the furnace or gases escaping from the furnace.
In FIG. 13, a furnace is shown, in the wall of which inwardly protruding turns or drivers i are installed for the work item; here the gas or Air supply openings can be arranged in the form of longitudinal slots in the furnace wall, as shown, for example, in FIGS. 6 and 13. In Fig. 13 the slots are then arranged so that they run in the direction of the longitudinal edges of the driver i.
From Fig. 14, a position arrangement of the takers il, i2, i3, etc. can be seen in wel cher the one parallel, others are placed at an angle to the furnace axis, depending on the different ore speed in the various zones of the furnace.