Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Gut verschiedener Art, insbesondere zum Brennen von Zement und Erdalkali#Carbonaten. Es ist bekannt, dass Ofenanlagen zum Brennen von Zement und Erdalkalimetallen durch elektrische Lichtbögen beheizt werden. Diese Ofen weisen sehr grosse Leistungen von 5000 bis 15 000 kW auf, und gemäss dex bekannten Anordnung der Wärmequelle wird diese gesamte Leistung in Ofenkopf in einen verhältnismässig kleinen Raum erzeugt. Dies bringt wesentliche Nachteile mit sich.
In folge seiner sehr hohen Temperatur gibt der elektrische Lichtbogen seine Energie zu einem sehr grossen Teil als Strahlungswärme ab. Da nun die Intensität der Strahlung auf die Ofenwand mit zunehmendem Abstand vom Ofenkopf sehr rasch abnimmt, konzen triert sich die Wärmeabgabe des Lichtbogens vorwiegend auf den dem Ofenkopf benach barten Ofenabschnitt. Dadurch wird dem durch den Ofen gegen den Ofenkopf fliessen den Gut erst in dessen Nähe im erforder lichen Mass die für die Wärmebehandlung benötigte Wärmemenge zugeführt, während es im hintern Ofenteil nur ungenügend vor gewärmt wird. Die Ofenanlage wird dadurch uiigleiehmässig ausgenützt.
Auch wird durch die starke Wärmeabstrahlung des Licht bogens das Futter des Ofenkopfes und des anschliessenden Ofenteils thermisch sehr hoch beansprucht und unterliegt dadurch einem grossen Verschleiss.
Die grosse Wärmekonzentration im Ofen kopf bedingt eine intensive Kühlung des Elektrodeos stems fair den Lichtbozen. Da- durch entstehen grosse, durch das Kühlwas ser abgeführte Wärmeverluste, die den Ofen wirkungsgrad vermindern. Auch resultiert ein verhältnismässig grosser Abbmnd des Elektradenmateriale, dessen Kosten die Wirt schaftlichkeit des Ofenbetriebes herabsetzen.
Infolge der erforderlichen spitzwinkligen Anordnung der Elektroden im Ofenkopf ist es mit erheblichen Schwierigkeiten verbun den, einen frei ins Ofeninnere hinein bren nenden, stabilen Lichtbogen mit der gefor derten Leistung zu erzeugen. In verGchiede- nen bekannten Ausführungsformen kann dies nur durch Einschalten einer genügend grossen Reaktanz in Serie mit dem Lichtbogen er reicht werden.
Dies hat jedoch eine starke Verminderung des Leistungsfaktors der elek trischen Anlage zur Folge, der nur durch eine kostspielige Kompensationsanlage verbessert werden kann.
Alle diese Faktoren, wie Verschleiss der Elektroden und des Ofenfutters, Wärmever luste im Kühlwasser, .Stabilitätsverminderung des Lichtbogens, schlechter Leistungsfaktor oder teuere Kompensationsanlage und un gleichmässige Ofenausnützung, sind für einen wirtschaftlichen Ofenbetrieb unerwünscht und sie müssen daher möglichst klein gehal ten werden.
Erfindungsgemäss lässt sich dies dadurch erreichen, dass die für die Wärme behandlung des Gutes erforderliche Wärme menge in mindestens zwei voneinander ge- trennten Wärmequellen erzeugt wird, von denen mindestens eine elektrisch ist.
Drei Ausführungsbeispiele des' Erfin dungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt. Wie die bekannten Ofenanlagen weisen die gezeichne ten Vorrichtungen drei Hauptteile auf, näm lich den Vorwärmer 1, in welchem das zu behandelnde Gut vorgewärmt wird, den eigentlichen Ofen 2, der meistens als Dreh ofen ausgeführt wird und in dem das aus dem Vorwärmer austretende Gut fertig be handelt, insbesondere gebrannt,
wird, und den Kühler 3, in dem das aus: dem Ofen austretende, fertig behandelte Gut abgekühlt wird. Oft werden Vorwärmer und Drehofen in ein und demselben Drehrohr vereinigt, das hinten die Vorwärmezone und vorn gegen den Ofenkopf die Brennzone umfasst. Die höchste Temperatur bei der Wärmebehand lung des Gutes wird im Drehofen 2, und zwar in Ofenkopf 4 in der Nähe des Aus- trittes des fertig behandelten Gutes benötigt.
Demzufolge wird hier die Wärmequelle an gewendet. werden müssen, die die höchste Temperatur erzeugen kann, bei elektrischem Betrieb somit der zwischen den Elektroden 5 brennende Lichtbogen, bei Brennstoffbe- trieb die Brennstoffflamme.
Gemäss vorligender Erfindung braucht nun in dieser Wärmequelle nicht die ge samte für die Wärmebehandlung des Gutes erforderliche Wärmemenge erzeugt zu wer den, sondern nur noch derjenige Anteil, der für die Erwärmung und die chemischen Vor gänge im obersten Temperaturbereich bis zur höchsten Temperatur des behandelten Gutes beim Austritt aus dem Drehofen benötigt wird.
Die restliche Wärmemenge für die Er wärmung, Trocknung und chemischen Vor gänge im untersten und mittleren Tempera turbereich wird durch eine zweite Wärme quelle geliefert. Diese kann grundsätzlich beliebiger Natur sein unter der Voraus setzung, dass sie die von ihr verlangte Lei stungsfähigkeit besitzt.
Bei Anwendung der elektrischen Wärmeerzeugung kommen fol gende drei Arten in Frage: der elektrische Lichtbogen, stromdurchflossene, elektrische Widerstände oder durch direkten Stromdurch gang beheizte Schmelzen. Die in dieser zwei ten Wärmequelle erzeugte Wärmemenge muss nun auf geeignete Weise auf das zu behandelnde Gut übertragen werden. Hierzu stehen zwei Wege offen, nämlich: Die zweite Wärmequelle befindet sich in einem Zusatz ofen, und die von ihr erzeugte Wärmemenge wird durch .einen Gasstrom auf das zu be handelnde Gut übertragen, oder die zweite Wärmequelle befindet sich direkt im Vor wärmer.
Die von ihr erzeugte Wärmemenge wird durch Strahlung und Konvektion direkt oder unter Zwischenschaltung eines die Wärme leitenden Materials auf das zu behandelnde Gut übertragen.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 wird der Gasstrom 6 im Kreislauf den aus dem Vorwärmer 1 austretenden Gasen ent nommen und nach seiner Erwärmung in einem Zusatzofen 7 durch die zweite Wärmequelle mit elektrischen Widerständen 8 zu einem Teil durch den Ofenkopf 4, zum andern Teil zwischen Drehofen 2 und Vor wärmer 1 wieder in die Hauptofenanlage eingeführt.
Beim Durchströmen des Drehofens und des Vorwärmers gibt der Gasstrom seine im Zusatzofen aufgenommene Wärmemenge wie der ab an das im Gegenstrom durch den Vor wärmer und Drehofen fliessende Gut, tritt derart gekühlt bei niedriger Temperatur wie der aus dem Vorwärmer aus und beginnt den Kreislauf von neuem.
Das Gut ent wickelt im Verlaufe seiner Wärmebehand lung eine bestimmte Gasmenge, die sich mit dem eingeführten Gasstrom mischt. Nach dessen Austritt muss diese entwickelte Gas menge ihm wieder entnommen und dem Ka min 9 zugeführt werden.
Um die Wärmeverluste der Ofenanlage möglichst zu reduzieren, wird vorteilhaft der Gasstrom nach dem Austritt aus. dem Vor wärmer zunächst dem Kühler 3 zugeführt, wo er dem aus dem Drehofen ausgetretenen Gut die fühlbare Wärme möglichst weit gehend entzieht und sich dabei entsprechend erwärmt und erst nach dem Austritt aus dem Kühler dem Zusatzofen 7 zugeführt wird, so dass er dem Drehofen bzw. Vor wärmer die Summe der dem abgekühlten Gut entnommenen und der im Zusatzofen erzeugten Wärmemenge zuführt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zeigt Fig. 2. Der Gasstrom 6 wird der Frischluft der Umgebung entnom men, nach seiner Erwärmung im Zusatzofen 7 zwischen Drehofen 2 und Vorwärmer 1 in den Vorwärmer eingeführt und nach seinem Austritt aus dem Vorwärmer durch das Ka min 9 ins Freie geleitet.
Diese Vorrichtung wird dann von Vorteil sein, wenn der dem Ofen entnommene Gasstrom, der bei seiner Berührung mit dem feingemahlenen Gut be trächtliche Mengen Staub mitreisst, infolge seines Staubgehaltes seine Aufheizung im Zusatzofen nicht zulässt. In diesem Fall ist ,jedoch bei Beheizung des Drehofens durch einen elektrischen Lichtbogen darauf zu achten, dass der aufgeheizte Frischluftstrom nicht durch den Ofenkopf am Lichtbogen vorbei in den Drehofen eingeführt wird, da mit sich nicht das unerwünschte und ge fährliche Stickoxyd bilden kann.
Aus dem gleichen Grund kommt bei Verwendung eines Frischluftstromes der Lichtbogen als zweite Wärmequelle im Zusatzofen nicht in Frage.
Wird der Drehofen durch eine Brenn stoffflamme beheizt, so kann bei Verwendung eines Frischluftstromes dieser nach seiner Aufheizung im Zusatzofen direkt für die Verbrennung des Brennstoffes ganz oder teilweise herangezogen und daher durch den Ofenkopf eingeblasen werden.
Zweckmässig wird auch bei diesem Aus führungsbeispiel derFrischluftstromzunächst durch den Kühler 3 geleitet, um dem fertig behandelten Gut seine Wärme zu entziehen.
Ein Ausführungsbeispiel, gemäss demsich die zweite Wärmequelle direkt im Vorwär- iner befindet, ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Anordnung des Vorwärmers 1, des Drehofens 2 mit dem Ofenkopf 4 und des Kühlers 3 ist gleich wie im erstgenannten Verfahren. Jedoch fehlt der Zusatzofen 7. Dafür ist der Vorwärmer 1 selbst als Ofen ausgebildet. Er enthält einen Wanderrost 10, der das zu erwärmende Gut durch eine Ofen kammer 11 führt. Diese Ofenkammer enthält zudem eine geeignete Wärmequelle, beispiels weise stromführende elektrische Widerstände 12, welche das auf dem Wanderrost durch fliessende Material durch Strahlung und Kon vektion erwärmen. Vom Wanderrost 10 wird das vorgewärmte Gut direkt in den Dreh ofen 2 befördert.
Auch hier kann der Wärme inhalt des aus dem Drehofen anfallenden Gutes zur Vorwärmung des in den Vorwär- mer eintretenden Gasstromes auf bekannte Art herangezogen werden.
Um eine noch weitergehende Aufteilung der Wärmeerzeugung in der Ofenlage zu er reichen, besteht die Möglichkeit, das erst genannte Verfahren mit dem zweitgenannten zu kombinieren und das zu behandelnde Gut. gleichzeitig durch einen in einem Zusatzofen aufgeheizten Gasstrom und in einem direkt beheizten Vorwärmer zu erwärmen. Auch besteht die Möglichkeit, die zweite Wärmequelle durch mehrere T'eilwärmequel- len zu ersetzen, die in ihrer Gesamtheit den gleichen Zweck erfüllen wie die ersetzte ur sprüngliche Wärmequelle.
So können bei spielsweise mehrere einzelne Zusatzöfen mit gleichartiger oder verschiedenartiger Behei- zung derart angeordnet werden, dass der Gas strom in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, die ihrerseits jeder für sich in einem Zusatz ofen aufgeheizt werden und entweder mit einander vereinigt oder an verschiedenen Stel len in die Ofenanlage eingeleitet werden, oder dass ein und derselbe Gasstrom durch meh rere aufeinanderfolgende Zusatzöfen geleitet und dadurch stufenweise erwärmt wird.
Die Vorteile der beschriebenen neuen Vorrichtungen liegen in erster Linie darin, dass der im Ofenkopf angeordneten Wärme quelle infolge der Aufteilung der gesamten Wärmeerzeugung auf zwei getrennte Wärme quellen eine bedeutend kleinere Leistung zu geteilt werden kann als bei der bekannten Vorrichtung. Dadurch wird die thermische Beanspruchung des Drehofens herabgesetzt.
Bei Ausführung dieser Wärmequelle als elek trischer Lichtbogen und der zweiten Wärme quelle als elektrischer Widerstand oder elek trisch beheizte Schmelze, welche beide einen sehr guten Leistungsfaktor besitzen, kann der mittlere Leistungsfaktor der gesamten Ofenanlage gegenüber dem niedrigen Lei stungsfaktor des elektrischen Lichtbogens bedeutend verbessert werden.
Auch wird der Elektrodenabbrand durch den Lichtbogen pro total verbrauchte Kilowattstunde minde stens entsprechend dessen Leistungsvermin derung herabgesetzt; ebenso verkleinern, sich die durch das Kühlwasser abgeführten Wärmeverluste. Ebenso sind die Schwierig keiten, einen stabilen, den Anforderungen genügenden Lichtbogen zu erzeugen, um so kleiner je kleiner dessen Leistung gehalten werden kann. Da zudem sein Leistungs faktor nichtmehr dieselbe ausschlaggebende Rolle spielt, kann dieser noch herabgesetzt werden, um einen möglichst stabilen Betrieb zu erzielen.
Dadurch wird die gesamte Wärmeerzeugung betriebssicherer gestaltet.
Soll der Zusatzofen als zweite Wärme quelle einen elektrischen, @durch den Gas strom stabilisierten Lichtbogen enthalten, so kann dieser Ofen ganz unbehindert nach Ge sichtspunkten konstruiert und den Bedingun gen angepasst werden, wie sie von einer be triebssicheren Lichtbogenheizung gefordert werden. Derart lassen sich der Elektroden abbrand und die Kühlwasserverluste pro verbrauchte Kilowattstunde dieser Licht bogenheizung im Vergleich zur Lichtbogen heizung im Drehofen stark vermindern.
Zu dem besteht hier die Möglichkeit, durch be kannte Schaltungen, wie beispielsweise die Serieschaltung von zwei Lichtbögen, den Leistungsfaktor für den Zusatzofen derart zu erhöhen, dass keine weitere Kompensation mehr erforderlich ist. Daraus folgt, dass auch bei Anwendung der Lichtbogenheizung im Zusatzofen eine bedeutende Verbesserung der Betriebssicherheit und Wirtschaftlich keit der Wärmeerzeugung erzielt werden.