Reduktionstrommelofen mit elektrischer Heizung. Trommelöfen, z. B. Drehöfen, werden meistens, wie z. B. in der Zementindustrie, durch heisse Gase erhitzt, welche in die Trommel eingeführt werden, um das in der Trommel vorwärtsbewegte Reaktionsgut auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Durch ein feuerfestes Futter wird der Man tel gegen eine zu starke Erhitzung durch die heissen Gase geschützt.
Man hat versucht, Drehtrommelöfen auch auf elektrische Art zu heizen. Zu diesem Zweck hat man Heiz- widerstände unmittelbar an die Aussenwand der Drehtrommel in eine Isolierschicht ein- gebettet oder es wurde die Drehtrommel mit einer feststehenden elektrischen Heizung, die an dem Umfang der Drehtrommel vorgesehen ist, erhitzt. Diese Anordnungen haben sich nur für Temperaturen bis zu zirka 500 C bewährt.
Es wurde auch vorgeschlagen, die Trommel durch einen elektrischen Induktions strom direkt zu erhitzen. Solche Ofen haben den Vorteil, grosse Wärmemengen auf einen verhältnismässig kleinen Raum zu vereinigen, bedingen jedoch durch die notwendige Küh lung der Heiztransformatoren erhebliche. Wärmeverluste. Die Ausbildung dieser Ofen ermöglicht anderseits., nur einen gewissen Teil des Ofeninhaltes, als, Reduktionsraum zu ver-,verten.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, einen Reduktionstrommelofen mit elektri scher Heizung zu schaffen, der für die Re duktion von Oxyden, insbesondere von Eisen oxyd oder Eisenerzen, mit reduzierenden Gasen, wie z. B. Was erstoff, bestimmt ist und der bei Temperaturen bis zu 1000 C zu verlässig arbeitet.
Dieser Trommelofen .kennzeichnet sich erfindungsgemäss dadurch, dass die zur Auf nahme des, Reaktionsgutes dienende Trom- s rnel von. einem gasdicht auf ihr angeordneten Mantel umgeben ist; zwischen welchem und der Trommel zu Stabilisierungszwecken Ab stützungen, -z.-B. aus:
keramischem Material oder hitzebeständigem =Stahl, vorgesehen sind und dass im Raum zwischen Mantel und Trommel von dieser letzteren abstehend an geordnete, gegen den Mantel hin abge schirmte, elektrische Heizelemente zur Hei zung der Trommel durch Strahlung und Konvektion vorgesehen sind.
Die Abstützungen zwischen Trommel und Mantel können auf verschiedene Art ausge führt werden, z. B. in Form metallischer oder keramischer Verstrebungen und dergleichen. Die Abschirmung der Heizelemente gegen den Mantel erfolgt vorzugsweise durch den keramischen Träger selbst, auf welchem die Heizelemente montiert sind. Der Raum zwi schen Mantel und Trommel \wird zweckmässig mit Isolationsmaterial, z.
B. mit einem po rösen Füllstoff oder mit Isolationssteinen, ausgefüllt und zweckmässig -so gewählt ..oder angeordnet, dass man ein Schutzgas, z.. B. Wasserstoff, durch den Raum zwischen Man tel und Trommel hindurchleiten kann.
Da in diesem Falle die Heizelemente nicht v-on einer oxydierenden Atmosphäre umgeben sind, wird ihre Oxydation verhindert und ihre. Lebensdauer erhöht.
Die maximale Be- triebstemperatur beträgt 1000 C, praktisch wird man jedoch bei 700-900 C arbeiten, da sich die meisten Oxyde bei diesen Tem- peraturen reduzieren lassen.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungs- gegenstandes veranschaulicht.
Fig. 1 ist ein teilweiser Längsschnitt durch einen .stationären Reduktionsofen mit horizontaler Trommel.
Fig.2 ist eine Einzelheit hierzu, eben falls im Längsschnitt, und Fig.3 veranschaulicht einen ähnlichen, um seine Längsachse jedoch drehbaren Re duktionsofen,.
Der Reduktionsofen nach Fig. 1 hat eine liegend angeordnete Reduktionstrommel 5, auf der mittels Stopfbüchsen 6 ein Mantel 7 gasdicht angeordnet ist. Die Trommel 5 ist an ihren beiden Enden mit Absclilussplatten 8 versehen, -in welchen mittels Stopfbüchsen 9 eine mit Rührflügel 10 versehene Rührwelle 11 drehbar gelagert ist. Das durch ein.
Rohr ansatz 12 der Trommel 5 zugeführte Eisen erz wird von der Rührwelle 11 gegen das Austrittsrohr 13 geführt. Im Gegenstrom hierzu wird durch den Stutzen 14 z. B. Was- serstoff in die Trommel eingeleitet, der durch den .Stutzen 15 am andern Trommel ende zusammen mit Wasserdampf, der sich gebildet hat, entweichen kann. Zur Stabili sierung der von der Trommel 5 und dem Mantel 7 gebildeten Einheit sind zwischen diesen beiden Teilen Verstrebungen 16 vor ,gesehen.
Rings um die Trommel 5 herum sind, von dieser abstehend angeordnet und in der Längsrichtung derselben sich erstrek- kend, - elektrische Heizelemente 17 vorgese hen, die-auf einem sie umgebenden kera mischen Träger angebracht sind und durch diesen nach aussen gegen den Mantel 7 hin abgeschirmt werden. Die Reduktionstrommel wird so durch Strahlung und Konvektion geheizt. Der Raum zwischen Trommel bzw.
Heizkörperträger und Mantel ist mit einem porösen Füllstoff, wie z. B. einem kerami- sehen Material, oder mit hochhitzebeständi gem Isolierstoff , ausgefüllt. Durch diese Schicht hindurch wird zweckmässig ein Schutzgas, z. B. Wasserstoff oder ein Ge misch von Wasserstoff und<B>CO,</B> hindurch geleitet. Hierzu dient der Zuführungsstutzen 18 und der Abführungsiskutzen 19. Das ganze Aggregat ist ortsfest auf Fusssockeln ge lagert.
Die Rührwelle 11 ist hohl ausgebildet und trägt eine hitzebeständige. Verkleidung 10'a, auf welcher die Rührflügel 10' befestigt sind. Der Raum zwischen Rührwelle und hitzebeständiger Aussenverkleidung ist mit Isoliermaterial ausgefüllt. Die Hohlwelle 11 kann mit Wasser gekühlt werden, das in der in Fig. 2 gezeigten Weise hindurchgeleitet wird.
In Mg: 3 ist ein ähnlicher Reduktions ofen gezeigt wie in Fig. 1, bei dem für gleiche oder entsprechende Teile gleiche Ble- zugszeichen vorgesehen sind. Im Gegensatz zum Ofen nach Fig. 1 ist dieser Ofen jedoch um seine Längsachse drehbar gelagert. Zu diesem Zwecke sind auf dem Mantel 7 Lauf ringe 20 angeordnet, die auf Rollenlagern 2'1 aufliegen und sich auf- diesen drehen können.
Im Innern der Trommel 7 können fest stehende Sohaber oder Bürsten. aus. hitze beständigem Material eingebaut sein, welche die an der Trommelwand lose anhaftenden Reduktionsprodukte, z. B. den gebildeten Eisenschwamm, abschaben.
Die Anordnung der Schaber erfolgt in zweckmässiger Weise im obern, vom Reduktionsprodukt nicht ge füllten Teil der Trommel. Dieselben werden in zweckmässiger Weise nur in regelmässigen Zeitabständen betätigt, um lose gesintertes Material, z. B. aus der Erzreduktion: stam mender Eisenschwamm, aufzulockern und von der Heizwand abzustreifen.
Die oben beschriebenen Reduktionsöfen gemäss F'ig. 1 und 3 haben verschiedene Vor teile.
Der äussere Mantel erwärmt sich relativ wenig, da infolge des starken Wärmeschut zes nur ein geringer Wärmefluss nach aussen stattfindet. Infolgedessen kann die äussere Verkleidung als mechanische Stütze und Trä ger für die stärker erhitzte Trommel dienen.
Die mechanisch beanspruchten Apparat teile des Reduktionsofens liegen ausserhalb der heissen Reaktionszone,. Die Festigkeit desselben wird somit durch die kalte Aussen verkleidung des Ofens gewährleistet.
Die Dichtheit des Reduktionsofens gegen über Gas wird durch die Aussenverkleidung des Reduktionsofens, d. h. durch den äussern Mantel, erreicht, die hocherhitzte Trommel braucht daher nicht vollständig dicht zu sein.
Durch das Vorhandensein eines Schutz gases, z. B. durch Zuleitung einer geringen Menge des Wasserstoff oder Gemische von Wasserstoff und C0, durch den Raum zwischen Mantel und Trommel werden die Heizelemente geschützt und ein Maximum an Lebensdauer derselben erzielt.
Dank geringer Wärmeverluste arbeiten diese Ofen mit einem hohen thermischen Nutzeffekt. Verluste an Reduktionsgas wer den ebenfalls. weitgehend vermieden. Die Ofen zeigen auch bezüglich der Reduktions- leistung günstige Ergebnisse, so d.ass man z.
B. bei der Reduktion von Eisenerz durch Wasserstoff mit der 2- bis, 3fachen stöchio- metrischen Menge zum Erreichen eines 85- bis 95%igen Reduktionsgrades auskommen kann.
Reduction drum furnace with electric heating. Drum furnaces, e.g. B. rotary kilns, are mostly such. B. in the cement industry, heated by hot gases which are introduced into the drum in order to heat the reaction material moved forward in the drum to the desired temperature. A fireproof lining protects the jacket against excessive heating from the hot gases.
Attempts have also been made to heat rotary drum furnaces electrically. For this purpose, heating resistors have been embedded in an insulating layer directly on the outer wall of the rotary drum, or the rotary drum has been heated with a stationary electrical heater provided on the circumference of the rotary drum. These arrangements have only proven themselves for temperatures up to approx. 500 C.
It has also been proposed to heat the drum directly by means of an electrical induction current. Such ovens have the advantage of combining large amounts of heat in a relatively small space, but require considerable cooling of the heating transformers due to the necessary cooling. Heat losses. On the other hand, the design of this furnace enables only a certain part of the furnace content to be used as a reduction space.
The purpose of the present invention is to create a reduction drum furnace with electrical shear heating that is used for the reduction of oxides, in particular of iron oxide or iron ores, with reducing gases, such as. B. What material is determined and which works reliably at temperatures of up to 1000 C.
According to the invention, this drum furnace is characterized in that the drum serving to receive the reaction material is from. is surrounded by a gas-tight jacket arranged on it; between which and the drum for stabilization purposes from supports, -z.-B. out:
Ceramic material or heat-resistant = steel, are provided and that in the space between the jacket and drum protruding from the latter on ordered, shielded against the jacket, electrical heating elements are provided for heating the drum by radiation and convection.
The supports between the drum and shell can be carried out in various ways, for. B. in the form of metallic or ceramic struts and the like. The heating elements are preferably shielded from the jacket by the ceramic carrier itself, on which the heating elements are mounted. The space between the jacket and drum \ is expediently covered with insulation material, e.g.
B. with a porous filler or with insulating stones, filled out and expediently -selected .. or arranged that you can pass a protective gas, eg .. hydrogen, through the space between Man tel and drum.
Since in this case the heating elements are not surrounded by an oxidizing atmosphere, their oxidation is prevented and theirs. Lifetime increased.
The maximum operating temperature is 1000 C, but in practice you will work at 700-900 C, since most oxides can be reduced at these temperatures.
Two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the accompanying drawing.
Fig. 1 is a partial longitudinal section through a stationary reduction furnace with a horizontal drum.
FIG. 2 is a detail of this, also in longitudinal section, and FIG. 3 illustrates a similar reduction furnace which can, however, be rotated about its longitudinal axis.
The reduction furnace according to FIG. 1 has a horizontally arranged reduction drum 5 on which a jacket 7 is arranged in a gastight manner by means of stuffing boxes 6. The drum 5 is provided at both ends with closure plates 8, in which an agitator shaft 11 provided with agitator blades 10 is rotatably mounted by means of stuffing boxes 9. That by a.
Pipe extension 12 of the drum 5 supplied iron ore is guided by the agitator shaft 11 against the outlet pipe 13. In countercurrent to this, the nozzle 14 z. B. hydrogen introduced into the drum, which can escape through the .stutzen 15 at the other end of the drum together with water vapor that has formed. To stabilize the unit formed by the drum 5 and the shell 7, struts 16 are seen between these two parts.
Around the drum 5 are arranged protruding therefrom and extending in the longitudinal direction of the drum 5 - electrical heating elements 17 are provided, which are attached to a ceramic support surrounding them and through this to the outside towards the jacket 7 be shielded. The reduction drum is heated by radiation and convection. The space between the drum or
Radiator support and jacket is covered with a porous filler, such as. B. see a ceramic material, or filled with hochhitzebeständi gem insulating material. A protective gas, e.g. B. hydrogen or a mixture of hydrogen and <B> CO, </B> passed through. For this purpose, the supply nozzle 18 and the discharge connector 19 are used. The entire unit is fixedly mounted on foot pedestals.
The agitator shaft 11 is hollow and carries a heat-resistant. Covering 10'a on which the agitator blades 10 'are attached. The space between the agitator shaft and the heat-resistant outer cladding is filled with insulating material. The hollow shaft 11 can be cooled with water which is passed through in the manner shown in FIG. 2.
In Mg: 3 a similar reduction furnace is shown as in FIG. 1, in which the same sheet metal symbols are provided for the same or corresponding parts. In contrast to the oven according to FIG. 1, however, this oven is rotatably mounted about its longitudinal axis. For this purpose 7 running rings 20 are arranged on the shell, which rest on roller bearings 2'1 and can rotate on these.
In the interior of the drum 7 there can be fixed pads or brushes. out. be built in heat-resistant material, which loosely adhering to the drum wall reduction products such. B. scrape off the sponge iron formed.
The scraper is conveniently arranged in the upper part of the drum that is not filled by the reduction product. The same are conveniently operated only at regular intervals to loosely sintered material such. B. from ore reduction: stam mender sponge iron, loosen up and strip off the heating wall.
The reduction furnaces described above according to FIG. 1 and 3 have different advantages.
The outer jacket heats up relatively little, as only a small amount of heat flows outwards due to the strong thermal protection. As a result, the outer cladding can serve as a mechanical support and carrier for the more heated drum.
The mechanically stressed parts of the apparatus of the reduction furnace are located outside the hot reaction zone. The strength of the same is guaranteed by the cold outer lining of the furnace.
The gas-tightness of the reduction furnace is ensured by the outer lining of the reduction furnace, d. H. achieved by the outer jacket, so the highly heated drum does not need to be completely sealed.
By the presence of a protective gas such. B. by supplying a small amount of hydrogen or mixtures of hydrogen and C0, through the space between the jacket and drum, the heating elements are protected and a maximum of the service life is achieved.
Thanks to low heat losses, these ovens work with a high thermal efficiency. Loss of reducing gas who will also. largely avoided. The furnaces also show favorable results in terms of reduction performance.
B. in the reduction of iron ore by hydrogen with 2 to 3 times the stoichiometric amount to achieve an 85 to 95% degree of reduction.