Verfahren und Ofen zum Brennen von körnigem Material Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bren nen von körnigem Material in einem Ofen und ist in erster Linie zur Anwendung für die Herstellung von porösem Klinker bestimmt. Sie kann aber eben falls für andere Zwecke, z. B. zum Brennen von Rohmaterial bei der Herstellung von Zement sowie bei metallurgischen Vorgängen benutzt werden.
Bei der Herstellung von porösem Klinker, der als Füllmaterial bei der Herstellung von Leichtbeton anzuwenden ist, besteht das Ausgangsmaterial aus Tonschiefer oder aus Ton derjenigen Art, die imstande ist, bei Erhitzung Gas unter Sinterung zu entwickeln, wobei das zu Stücken oder Körnern geeigneter Grösse im voraus hergestellte Material ausgebreitet und auf dem Bodenherd eines Ofens erhitzt wird. Vorher bekannte Herstellungsmethoden dieser Art haben den Nachteil, dass die Materialkörner infolge des Sin- terns zum Zusammenbacken und zum Festhaften am Bodenherd geneigt sind.
Vorliegende Erfindung hat zum Zweck, diesem Übelstand vorzubeugen und kennzeichnet sich dadurch, dass das Material aus gebreitet und über den Bodenherd in Form einer dün nen Schicht gebracht wird, welche von oben erhitzt und von unten durch Wärmeübertragung an den gekühlten Bodenherd abgekühlt wird, wobei die Materialkörner durch Vibrieren des Bodenherdes in eine senkrecht oszillierende und waagrecht fort schreitende Bewegung im Verhältnis zum Bodenherd gebracht werden, und zwar in der Weise, dass eine freie Bewegung der Materialkörner im Verhältnis zu einander in dem über den Bodenherd befindlichen Luftraum gestattet wird.
Der Bodenherd besteht zweckmässig aus einem feuerfesten, metallischen Ma terial, wobei die Abkühlung vorzugsweise mittels Luft oder eines anderen Kühlmittels erfolgen kann, welches veranlasst wird, durch in wärmeleitender Ver bindung mit der Unterseite des Bodenherdes angeord- nete Rohre zu strömen. Die Erhitzung des Materials kann mittels heisser Verbrennungsgase erfolgen, wel che entweder in unmittelbarer Berührung mit dem Material auf dem Bodenherd gebracht oder zum Erhitzen einer über den Bodenherd vorgesehenen Wand ausgenutzt werden, welche durch Strahlung Wärme an das Material abgibt. Genannte obere Wand kann gegebenenfalls stattdessen mit elektri schem Strom erhitzt werden.
Die Erfindung wird mit Hinweis auf die Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrie ben.
Fig. 1 zeigt eine Ofenkonstruktion im senkrechten Längsschnitt; Fig. 2 zeigt einen senkrechten Querschnitt durch dieselbe in grösserem Massstab; Fig. 3 zeigt Einzelheiten des Bodenherdes nebst dem zugehörigen Kühlsystem; Fig. 4 zeigt einen senkrechten Längsschnitt einer abgeänderten Ausführung der Ofenkonstruktion.
Der in Fig. 1 dargestellte Ofen ist mit einem Vor- wärmungsturm 1 versehen, nach dessen oberem Teil das vorher in körniger Form hergestellte Material 2 durch einen Förderer oder Zubringer 3 geführt wird. Aus einem Schüttrohr 4 wird das Material durch sein Gewicht längs zickzackförmig angeordneten, ge neigten Platten 5, 6, 7, 8 nach dem Einlauf 9 des Ofenraumes vorgeführt. Die Platten 5, 6 sind in einer oberen, geräumigeren Vorwärmungskammer 10 an geordnet, während die Platten 7, 8 in einer engeren Vorwärmungskammer 11 angebracht sind.
Die Plat ten sind gasdurchlässig und am unteren Ende mit einer Öffnung zwecks Hindurchführung des Materials nach der nächsten Platte versehen. Beim Einlauf 9 fällt das Material auf eine Plattform 12 nieder, von welcher das Material mittels einer Kolbenvorrichtung 13 vorgeschoben wird, welche mittels einer Kurbel zapfenverbindung 14 durch einen Motor 15 ange trieben wird. Von der Platte 10 fällt das Material auf den Bodenherd 16 des Ofens nieder.
Der Bodenherd ist, wie sich aus Fig. 3 ergibt, aus einer Mehrzahl miteinander lösbar zusammen gefügter, zweckmässig rechteckiger Platten 17 zusam mengesetzt, welche an den längsverlaufenden Seiten des Bodenherdes mit aufrechtstehenden Kantenleisten 18 versehen ist. Die Platten bestehen zweckmässig aus einem feuerfesten, metallischen Material, wie z. B. Kanthal , können aber ebenfalls aus anderem feuer festen Material bestehen. Der Bodenherd ist an der oberen Seite einer kastenförmigen Konstruktion fest angebracht, welche aus einem oberen Blech 19, einer Bodenkonstruktion 20, zwei längsverlaufenden Sei tenblechen 21, 22 sowie aus zwei Endwänden 23, 24 besteht.
Zwischen dem Bodenherd und dem Blech 19 ist eine Anzahl Kühlrohre 25 angeordnet, welche mit einander vereinigt sind, so dass sie ein Umlauf system bilden, in welchem Kühlluft hauptsächlich in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsrichtung des Materials am Bodenherd umläuft. Die Rohre sind zwischen dem Bodenherd und dem Blech 19 mittels Befestigungsglieder 26, Fig.3, und Keilstücken 27 festgeklemmt. Mit Hilfe der Keilstücke kann der Bo denherd gegen die Rohre mit der erforderlichen Kraft angesetzt werden, um eine gute wärmeleitende Ver bindung zwischen den Rohren und dem Bodenherd zu erreichen. Die Seitenbleche 21, 22 sind nach unten verlängert und bilden Scheidewände in gasdichten Flüssigkeitsschlössern 28, 29.
Die Vorderwand 23 der Kastenkonstruktion bildet in ähnlicher Weise eine Scheidewand eines Flüssigkeitsschlosses 30, während die Seitenkanten des oberen Bleches 19 Scheidewände in Labyrinthdichtungen 31, 32 bilden.
Die Kastenkonstruktion 19-24 ist auf einem vom Inneren des Ofens herausziehbaren Wagen 33 an gebracht und gegen die Wagenplattform 34 mittels einer Anzahl Federn 35 abgefedert, welche der Ka stenkonstruktion und dem darauf angebrachten Bo denherd gestattet, eine oszillierende Bewegung in senkrechter Richtung auszuführen.
Der Boden 20 des Kastens, welcher an den Seitenblechen 21, 22 mittels Bolzen befestigt ist bildet die tragende Konstruktion für eine an deren Unterseite angebrachte Vibrier- vorrichtung, die aus zwei längsverlaufenden, durch Motoren 36 angetriebenen Wellen 37, 38 und aus den Wellen exzentrisch angebrachten Gewichten 39 be steht. Die Wellen sind in an der Unterseite des Bo dens 20 angebrachten Lagerungen 40 gelagert.
Die beiden Wellen sind elektrisch oder mechanisch in solcher Weise zusammengekuppelt, dass die Gewichte synchron arbeiten, wobei die Schwerpunkte der Ge wichte an derselben Welle in denselben Radialebenen liegen. Die Wellen laufen in entgegengesetzten Rich tungen um, so dass die Vibrationsimpulse einander in der Seitenrichtung entgegenwirken, aber in senk rechter Richtung zusammenwirken.
Die Bodenkonstruktion besteht aus zwei Blechen 41, 42, die gegenseitig mittels Rohrstutzen 43 abge- stützt sind. Sie ist angeordnet, um mittels Luft abge kühlt zu werden, welche durch den Zwischenraum zwischen den Blechen 41, 42 geführt wird. Um eine weitere Wärmeisolierung gegen den Bodenherd zu erreichen, ist der Raum zwischen dem Boden 20 und dem oberen Blech 19 mit einem Isoliermaterial ge füllt.
Der Wagen 33 hat zwei Räderpaare 44, 45, die auf Schienen 46 laufen. Wenn sich der Wagen in eingeschobener Stellung befindet, wird das vordere Räderpaar 44 von einer zweckmässig hydraulischen Hubvorrichtung 47 getragen, um das Vorderende des Wagens zu heben und zu senken, wobei der Wagen um die Achse des hinteren Räderpaares 45 schwing bar ist. In Fig. 1 wird der Wagen in seiner waag rechten Mittelstellung gezeigt, wobei der Bodenherd nach unten in Richtung gegen das Vorderende um einen kleinen Winkel, zweckmässig um 4,5 Grad gegen die waagrechte Ebene neigt.
Durch Schwingung des Wagens in der angegebenen Weise um die Achse des hinteren Räderpaares nach oben oder nach unten von der Mittellage kann genannter Winkel in der ge wünschten Weise verändert werden, um die Zeit für die Bewegung des Materials über den Bodenherd zu verändern.
Die Erhitzung des über den Bodenherd laufenden Materials erfolgt bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel mittels eines in der Giebelwand 48 des Ofens ein gesetzten Brenners 49, wobei die Verbrennungsgase Wärme an eine über dem Bodenherd angebrachten Scheidewand 50 abgeben, welche ihrerseits Strah lungswärme an das Material auf dem Bodenherd ab gibt. Die Verbrennungsgase entweichen durch die Vorwärmungskammern 10, 11 und werden mittels eines Ventilators 51 durch Rohre 52, 53 heraus gesaugt, welche an verschiedenen Stellen der oberen Vorwärmungskammer münden und von welchen die untere mittels eines Ventils regelbar ist.
Der Verbrennungskammer 54 wird Sekundärluft durch einen ventilgeregelten Zulauf 55 zugeführt, wel cher zweckmässig an das Kühlrohrsystem des Boden herdes angeschlossen ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Scheidewand 50 durchlöchert sein, so dass sie einem Teil der Verbrennungsgase gestattet, in die unter der Scheidewand befindliche Strahlungskammer 56 hin einzuströmen. Das im Ofen fertigbehandelte Material verlässt den Ofen durch eine in der Giebelwand 48 befindliche Öffnung 57. Diese Öffnung kann gege benenfalls in der in Fig. 4 gezeigten Weise mit einer Schleusenvorrichtung 58 versehen sein, um das Ma terial abzufördern.
Das in den Ofen eingeschüttete Material 2 hat die Form von kleinen Kugeln oder Körnern, die aus feinzerquetschtem Tonschiefer oder Ton herge stellt sind, wobei das nasse Pulver geformt und nach her getrocknet wird. Um den Körnern eine für die Förderung erforderliche Festigkeit zu verleihen, kann ein Bindemittel zu dem feinzerquetschten Material hinzugefügt werden. Das Pulver kann gegebenenfalls mit Kalksteinmehl vermischt werden. Während des Durchganges durch den Vorwärmungsturm 1 hin durch wird das Material zunächst langsam bis auf etwa 200' C in der Kammer 10 und nachher in der Kammer 11 schneller auf eine Temperatur von 500-1000e C erhitzt.
Diese Vorwärmung kann in einer im wesentlichen reduzierenden Atmosphäre erfolgen, und zwar mittels der aus der Ver brennungskammer 54 hinausströmenden Gase. Während der Bewegung über den Bodenherd wird das Material allmählich auf Sinterungstempera- tur durch Wärmestrahlung von der Scheidewand 50 erhitzt. Diese Erhitzung erfolgt in einer im wesent lichen oxydierenden Atmosphäre, die aus Luft be steht, welche in die Strahlungskammer 56 gelangt und zusammen mit den Verbrennungsgasen via den Ein lauf 9 abgehen.
Das Material wird dem Bodenherd in einer im Verhältnis zu seiner Bewegungsgeschwindigkeit längs dem Bodenherd derart abgepassten Menge zugeführt, dass es gleichförmig über den ganzen Bodenherd in Form einer dünnen Schicht ausgebreitet wird, wobei den Materialkörnern durch das Vibrieren des Bo denherdes und infolge der Neigung derselben eine waagrecht fortschreitende und senkrecht oszillierende Bewegung im Verhältnis zum Bodenherd beigebracht wird. Die Körnerdichte der Materialschicht ist nicht grösser, als dass sich die Körner verhältnismässig frei im Verhältnis zueinander in dem über dem Boden herd befindlichen Luftraum bewegen können.
Durch die Vibrationsimpulse werden die Körner vom Bo denherd gehoben, so dass sie über dem Bodenherd praktisch eine schwebende Schicht bilden, wodurch die Wärmebestrahlung der Körner äusserst wirksam wird. Dank der Kühlung des Bodenherdes wird ver hindert, dass die Körner am Bodenherd haften, und es wird erreicht, dass die Körner gegen den vibrieren den Bodenherd prallen können. Durch Veränderung der Neigung des Bodenherdes in der oben beschrie benen Weise kann die Zeit für die Bewegung der Körner vom Einlauf 9 zum Auslass 57 geändert wer den. Dadurch kann auch das Blähen der Körner und die Schlusstemperatur des entweichenden Materials ge regelt werden.
Demgemäss kann auch die Vorwär- mungszeit im Verhältnis zur Blähungszeit geregelt werden.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung wird das Material durch einen in der Ofendecke 59 vor gesehenen Kanal 60 zugeführt, welcher gleichzeitig einen Gasauslass aus der Strahlungskammer 56 bildet. Durch die Scheidewand 50 ist diese Kammer von der Verbrennungskammer 54 gänzlich getrennt. Für die Verbrennungsgase ist ein besonderer Auslass in Form eines Kanals 61 angeordnet, welcher durch eine Zwischenwand 62 in wärmeaustauschender Ver bindung mit dem Kanal 60 angeordnet ist. Beide Ka näle 60 und 61 sind an einen in der Zeichnung nicht gezeigten Vorwärmer für das Material angeschlossen.
Ausser dem Brenner 49 kann der Ofen mit einer Anzahl in der Ofendecke vorgesehener Brenner 63, 64 nebst einem dazu gehörenden Sekundärlufteinlass 65, 66 versehen sein, welchen vorgewärmte Luft aus dem Kühlsystem des Ofenbodens zugeführt wird. Die Anordnung hat unter anderem den Vorteil, dass die Temperaturverhältnisse des Ofens, z. B. durch Regelung der Kühlluftzufuhr nach dem Kühlsystem des Bodenherdes und der Zufuhr von Sekundärluft nach den Brennern mit Hilfe von in die Leitungen eingesetzten Ventilen, selbsttätig geregelt werden kön nen.
Method and furnace for burning granular material The invention relates to a method for burning granular material in a furnace and is primarily intended for use in the production of porous clinker. But you can also if for other purposes such. B. be used for burning raw material in the manufacture of cement as well as in metallurgical processes.
In the production of porous clinker, which is to be used as a filler material in the production of lightweight concrete, the starting material consists of slate or clay of the kind that is capable of evolving gas under sintering when heated, this being to pieces or grains of suitable size pre-made material is spread out and heated on the bottom hearth of an oven. Previously known production methods of this type have the disadvantage that the grains of material tend to stick together and stick to the hearth as a result of the sintering.
The present invention has the purpose of preventing this drawback and is characterized in that the material is spread out and brought over the floor hearth in the form of a thin layer, which is heated from above and cooled from below by heat transfer to the cooled floor hearth, the Grains of material are brought into a vertically oscillating and horizontally progressing movement in relation to the hearth by vibrating the hearth, in such a way that a free movement of the grains of material in relation to each other in the air space above the hearth is allowed.
The floor hearth expediently consists of a refractory, metallic material, whereby the cooling can preferably take place by means of air or another coolant which is caused to flow through pipes arranged in a thermally conductive connection with the underside of the floor hearth. The heating of the material can be done by means of hot combustion gases, wel che either brought into direct contact with the material on the floor hearth or used to heat a wall provided above the floor hearth, which radiates heat to the material. Said upper wall can optionally be heated with electrical current instead.
The invention will be described in more detail with reference to the drawing which represents an embodiment.
Fig. 1 shows a furnace construction in vertical longitudinal section; Fig. 2 shows a vertical cross section through the same on a larger scale; Fig. 3 shows details of the oven and the associated cooling system; Fig. 4 shows a vertical longitudinal section of a modified embodiment of the furnace construction.
The furnace shown in FIG. 1 is provided with a preheating tower 1, after the upper part of which the material 2 previously produced in granular form is guided by a conveyor or feeder 3. From a pouring pipe 4, the material is presented by its weight along zigzag arranged, ge inclined plates 5, 6, 7, 8 after the inlet 9 of the furnace chamber. The plates 5, 6 are arranged in an upper, more spacious preheating chamber 10, while the plates 7, 8 are mounted in a narrower preheating chamber 11.
The plat th are gas-permeable and provided at the lower end with an opening for the purpose of passing the material to the next plate. At the inlet 9, the material falls onto a platform 12 from which the material is advanced by means of a piston device 13 which is driven by a motor 15 by means of a crank pin connection 14. The material falls from the plate 10 onto the bottom hearth 16 of the furnace.
The floor hearth is, as can be seen from Fig. 3, from a plurality of detachably joined together, suitably rectangular plates 17 together set, which is provided with upright edge strips 18 on the longitudinal sides of the floor hearth. The plates are expediently made of a refractory, metallic material, such as. B. Kanthal, but can also consist of other refractory material. The floor hearth is firmly attached to the upper side of a box-shaped structure, which consists of an upper sheet 19, a floor structure 20, two longitudinal Be tenblechen 21, 22 and two end walls 23, 24 consists.
A number of cooling tubes 25 are arranged between the floor hearth and the sheet metal 19, which are combined with one another so that they form a circulation system in which cooling air mainly circulates in the opposite direction to the direction of movement of the material on the floor hearth. The pipes are clamped between the hearth and the sheet metal 19 by means of fastening members 26, FIG. 3, and wedge pieces 27. With the help of the wedge pieces, the Bo can denherd against the pipes with the necessary force to achieve a good heat-conducting connection between the pipes and the hearth Ver. The side plates 21, 22 are extended downwards and form partitions in gas-tight liquid locks 28, 29.
The front wall 23 of the box construction similarly forms a partition wall of a liquid lock 30, while the side edges of the upper sheet 19 form partition walls in labyrinth seals 31, 32.
The box structure 19-24 is placed on a pull-out from the inside of the furnace carriage 33 and sprung against the carriage platform 34 by means of a number of springs 35, which denherd the Ka stenkonstruktion and the attached Bo to perform an oscillating movement in the vertical direction.
The bottom 20 of the box, which is fastened to the side plates 21, 22 by means of bolts, forms the supporting structure for a vibrating device attached to its underside, consisting of two longitudinal shafts 37, 38 driven by motors 36 and eccentrically attached from the shafts Weights 39 exist. The shafts are mounted in bearings 40 attached to the underside of the Bo dens 20.
The two shafts are electrically or mechanically coupled together in such a way that the weights work synchronously, with the centers of gravity of the weights on the same shaft in the same radial planes. The waves run in opposite directions, so that the vibration impulses counteract each other in the lateral direction, but cooperate in the perpendicular direction.
The floor construction consists of two metal sheets 41, 42 which are mutually supported by means of pipe stubs 43. It is arranged to be cooled by means of air, which is passed through the space between the sheets 41, 42. In order to achieve further thermal insulation from the floor hearth, the space between the floor 20 and the upper plate 19 is filled with an insulating material.
The carriage 33 has two pairs of wheels 44, 45 which run on rails 46. When the carriage is in the retracted position, the front pair of wheels 44 is carried by a suitable hydraulic lifting device 47 to raise and lower the front end of the carriage, the carriage about the axis of the rear pair of wheels 45 being swingable. In Fig. 1, the carriage is shown in its horizontal right central position, the bottom hearth inclines downward in the direction towards the front end by a small angle, expediently by 4.5 degrees to the horizontal plane.
By oscillation of the carriage in the specified manner around the axis of the rear pair of wheels up or down from the central position, said angle can be changed in the desired manner in order to change the time for the movement of the material over the hearth.
The heating of the material running over the hearth is carried out in the example shown in Fig. 1 by means of a burner 49 set in the gable wall 48 of the furnace, the combustion gases giving off heat to a partition 50 attached above the hearth, which in turn radiates heat to the Material on the floor hearth. The combustion gases escape through the preheating chambers 10, 11 and are sucked out by means of a fan 51 through pipes 52, 53 which open at various points in the upper preheating chamber and of which the lower one can be regulated by means of a valve.
The combustion chamber 54 is supplied with secondary air through a valve-regulated inlet 55, which is conveniently connected to the cooling pipe system of the floor stove. As shown in FIG. 2, the partition 50 can be perforated so that it allows some of the combustion gases to flow into the radiation chamber 56 located under the partition. The finished material in the furnace leaves the furnace through an opening 57 located in the gable wall 48. This opening can optionally be provided with a lock device 58 in the manner shown in FIG. 4 in order to convey away the material.
The material 2 poured into the furnace is in the form of small balls or grains made from finely crushed slate or clay, the wet powder being shaped and then dried. In order to give the grains a strength required for conveyance, a binder can be added to the finely crushed material. The powder can optionally be mixed with limestone powder. During the passage through the preheating tower 1, the material is first slowly heated up to about 200 ° C. in the chamber 10 and then in the chamber 11 more quickly to a temperature of 500-1000 ° C.
This preheating can take place in a substantially reducing atmosphere by means of the gases flowing out of the combustion chamber 54. During the movement over the floor hearth, the material is gradually heated to sintering temperature by thermal radiation from the partition 50. This heating takes place in an essentially oxidizing atmosphere, which is made up of air, which enters the radiation chamber 56 and runs off together with the combustion gases via the A 9.
The material is fed to the hearth in an amount adjusted in relation to its speed of movement along the hearth in such a way that it is spread uniformly over the entire hearth in the form of a thin layer, the grains of material due to the vibration of the hearth and due to the inclination of the hearth horizontally progressing and vertically oscillating movement is taught in relation to the bottom focus. The grain density of the material layer is not greater than that the grains can move relatively freely in relation to one another in the air space above the ground.
The grains are lifted from the bottom hearth by the vibration impulses, so that they practically form a floating layer above the bottom hearth, whereby the heat radiation of the grains is extremely effective. Thanks to the cooling of the bottom hearth, it is prevented that the grains stick to the bottom hearth, and it is achieved that the grains can hit the vibrating the bottom hearth. By changing the inclination of the hearth in the manner described above, the time for the movement of the grains from the inlet 9 to the outlet 57 can be changed. This allows the expansion of the grains and the final temperature of the escaping material to be regulated.
Accordingly, the preheating time can also be regulated in relation to the flatulence time.
In the embodiment shown in FIG. 4, the material is fed through a channel 60 which is seen in the furnace roof 59 and which at the same time forms a gas outlet from the radiation chamber 56. This chamber is completely separated from the combustion chamber 54 by the partition 50. A special outlet in the form of a channel 61 is arranged for the combustion gases, which is arranged in a heat-exchanging connection with the channel 60 through an intermediate wall 62. Both channels 60 and 61 are connected to a preheater, not shown in the drawing, for the material.
In addition to the burner 49, the furnace can be provided with a number of burners 63, 64 provided in the furnace roof, together with an associated secondary air inlet 65, 66 to which preheated air is supplied from the cooling system of the furnace bottom. The arrangement has the advantage, among other things, that the temperature conditions of the furnace, e.g. B. by regulating the cooling air supply to the cooling system of the floor stove and the supply of secondary air to the burners with the help of valves inserted in the lines, can be controlled automatically.