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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehrohrofen mit einer
Längs-Abdichtung
innerhalb eines ein von außen
beheizbares Drehrohr schalenförmig
umgebenden Beheizungstunnels sowie auf ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen Längs-Abdichtung
gemäß des Oberbegriffes
von Anspruch 7.
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In
Drehrohröfen
werden üblicherweise
hohe Temperaturen angewendet. Das Drehrohr kann hierzu mit einem
Heizmedium (wie z. B. heißes
Gas oder heiße
Luft) indirekt auf die gewünschte
Temperatur aufgeheizt werden, um im Drehrohrinneren die genügend hohen
Temperaturen (mehrere 100°C
teilweise > 1000°C) für die darin
ablaufenden chemischen oder anderen gewünschten Prozesse zu erreichen. Das
Drehrohr ist hierzu üblicherweise
von einem Beheizungstunnel umgeben, wie in 1 – schematisch – dargestellt,
welche einen schematischen Querschnitt durch einen Drehrohrofen
nach dem Stand der Technik zeigt. Der das in Pfeilrichtung C (oder
entgegengesetzt) sich drehende Drehrohr 10 gehäuseartig
umgebende Beheizungstunnel 12 weist auf seiner gesamten
Länge mehrere
Brenner 14, welche das Drehrohr indirekt beheizen, sowie
Gasauslässe 16 auf.
Durch die Gaseinlässe 14A wird
ein Heizmedium wie z. B. heißes
Gas eingeleitet, welches das Drehrohr (auch Drehtrommel genannt)
umfangsmäßig umströmt und somit
aufheizt. Das Gas kann das Drehrohr sowohl unterseitig (wie durch
Pfeil A dargestellt) als auch oberseitig (wie durch Pfeil B dargestellt)
umströmen.
Dabei ist der Wirkungsgrad bei einer oberseitigen Umströmung viel
größer weil die
Verweilzeit des Gases an der Drehrohroberfläche länger ist und somit mehr Zeit
für einen
Wärmeaustausch
bleibt. Zudem kann ein größerer Oberflächenanteil
des Drehrohrs umströmt
werden. Da es einem Teil des Gases jedoch möglich ist, das Drehrohr unterseitig
zu umströmen,
resultiert dies in einem Effizienzverlust, da bei dieser Umströmung der
Wärmeaustausch
deutlich geringer ist. Dies auch dann, wenn man an der Drehrohrunterseite
eine Engstelle in Gestalt eines Spaltes D vorsieht. In diesem Fall würde die
Umströmung
entlang Pfeil A' verlaufen.
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Das
Drehrohr ist in 1 schematisch
kreisrund dargestellt. Dies entspricht jedoch nicht der Realität. Da so
ein Drehrohr sich über
mehrere Meter, teilweise bis zu 100 m lang streckt, ist es technisch nahezu
unmöglich,
ein völlig
kreisrundes Profil über diese
gesamte Strecke zu gewährleisten.
Außerdem wird
das Drehrohr über
eine gewisse Unwucht verfügen.
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Aus
der DE-PS 659 979 ist eine Muffelofenabdichtung mit ein oder mehrerteiligen
Muffelsegmenten zur Vermeidung von Produktaustritten in die Heizzone
bekannt, bei der die Muffeln in zentraler Lage gegenüber dem
Heizmantel positioniert werden und bei der eine elastische Verbindung
der Muffel mit dem Mantel erfolgt.
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Aus
der DE-PS 615 033 ist es bekannt, bei einem Muffelofen zwischen
den Strahlsteinen und der Muffel auf eine flexible Hochtemperatur-Abdichtung
zu verzichten. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung und der Fertigungstoleranzen entsteht
zwischen Strahlsteinen und Muffel ein Spalt, der unkontrollierten
Wärmefluß zuläßt und somit
den Heiz-Wirkungsgrad verringert.
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Aus
der DE-AS 117 1326 ist es bei der Herstellung von Gips in einem
Drehrohrofen bekannt, eine vertikale Zwischenwand starr auszubilden
und zum Drehrohr einen Spalt zu belassen.
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Aus
der
DE 197 201 17
A1 ist ein direkt beheizter Drehrohrofen bekannt, bei dem
eine, dem Umfang der Trommel angepaßte, aus mehreren Elementen
aus feuerfesten Material bestehende, zusammengesetzte perforierte
Wand, ohne flexible Abdichtung zur Trommelwand mit Abstand angeordnet ist.
Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
und Fertigungstoleranzen läßt der Spalt
zwischen Trommel und perforierter Wand unkontrollierten Wärmeabfluß zu und
mindert somit den Wirkungsgrad.
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Aus
der
DE 30 185 72 A1 ist
eine Drehtrommel bekannt, bei dem die Beheizung der Trommel über in einer
Heizkammer erzeugte Rauchgase erfolgt, die über einen Rauchgaskanal den
Heizkammern zugeführt
werden. Die Seitenwände
der Heizkammern weisen an ihrer Stirnseite keine flexible Hochtemperatur
Abdichtung auf, so dass die bestehenden Spalten eine Vermischung
des Heizgases ermöglichen
was die Temperaturregelung erschwert und den Wirkungsgrad herabsetzt.
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Es
stellt sich somit die Aufgabe, einen Drehrohrofen zu schaffen, der
bei Berücksichtigung
der dargestellten Eigenschaften des Drehrohrs einen effizienteren
Wärmeaustausch
bei der Aussenbeheizung gewährleistet.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Drehrohrofen mit den Merkmalen des Anspruches
1 vorgeschlagen. Demnach basiert die Erfindung auf dem Grundgedanken,
für einen
Drehrohrofen, bei dem ein Drehrohr schalenförmig von einem Beheizungstunnel
umgeben ist, eine, sich vorzugsweise unterhalb des Drehrohrs erstreckende,
Längs-Abdichtung
zu schaffen, die über
einen starren Teil und einen flexiblen Teil verfügt. Dadurch wird die beidseitige
Umströmung
mit Heizmedium. d.h. ein thermischer Kurzschluß fast vollständig – wenn nicht
sogar gänzlich – verhindert.
Der flexible Teil der Längs-Abdichtung, welcher
vorzugsweise am Drehrohr ständig
anliegt, ist in der Lage, sich der Unwucht und/oder Profiländerung
des Drehrohrs anzupassen und somit eine im Wesentlichen undurchlässige Längs-Abdichtung
des Drehrohrs zur Beheizungstunnelwand zu gewährleisten. Besonders günstig wirkt
sich diese Längs-Abdichtung
auf den Wärmedurchgang
durch die Drehrohrewandung aus, da diese ständig eine bürstenähnliche Reinigung erfährt. Eine
solche Längs-Abdichtung
kann durch das in Anspruch 7 beschriebene Verfahren hergestellt
werden.
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Durch
einen erfindungsgemäß gestalteten Drehrohrofen
lässt sich
u.a. die benötigte
Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Heizmediums und
der gewünschten
Innentemperatur des Drehrohrs absenken, da nun der Wärmeaustausch mit
höherer
Effizienz abläuft.
Somit wird Energie eingespart. Zum anderen wird das Drehrohr weniger thermisch
belastet. Auch in der Wahl des Ofenwandmaterials ergeben sich hieraus
neue Möglichkeiten.
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Die
vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung,
Materialauswahl und technischen Konstellation keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung
finden können.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie (außer
der 1) aus der nachfolgenden
Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen,
in denen – beispielhaft – Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Drehrohrofens dargestellt
sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 einen indirekt beheizten
Drehrohrofen nach dem Stand der Technik in schematischer Querschnittsansicht;
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2 einen erfindungsgemäßen Drehrohrofen
im Vertikalschnitt entlang der Linie II-II gemäß 4 – schematisch;
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3 denselben Drehrohrofen
im Vertikalschnitt entlang der Linie III-III gemäß 2 (ausschnittsweise), sowie
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4 denselben Drehrohrofen
im Horizontalschnitt entlang der Linie IV-IV gemäß 2 (ausschnittsweise).
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Wie
aus 2 ersichtlich, beinhaltet
ein erfindungsgemäßer Drehrohrofen
ein Drehrohr 30, welches sich innerhalb eines, das Drehrohr
etwa schalenförmig
umgebenden stationären
Beheizungstunnels 32 drehbar ist, wobei der Heiztunnel
das Drehrohr in der Regel auf einem wesentlichen Teil seiner Länge umgibt.
Die Beheizungstunnelwand 32A verfügt über mindestens einen Einlass 35 für ein Heizmedium
(wie z. B heiße
Luft oder heißes
Gas), sowie mindestens einen Auslass 36. Einlass und Auslass sind,
wie in 4 gezeigt und
insoweit bevorzugt, als längliche,
an den Seitenwänden
angeordnete Aussparungen oder Durchbrechungen des Beheizungstunnels
ausgeformt; diese sind auch in Gestalt von in einer Tunnelwand vorgesehenen
Stutzen bzw. Einlaßrohren
vorsehbar.
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Üblicherweise
wird das Drehrohr auf seiner gesamten Länge umfangsmäßig vom
Heizmedium umströmt.
Die wesentliche Strömrichtung
des Heizmediums ist dabei in Richtung der Strömungspfeile B, d.h. senkrecht
zur Drehrohrachse. Die Heizung kann sowohl in, wie auch ge genläufig der
Drehrichtung des Drehrohrs erfolgen.
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Üblicherweise
ist der zwischen Tunnelwand 32A und Drehrohr 30 gebildete
Beheizungstunnel 32 stirnseitig abgedichtet u.a. um ein
Entweichen des Heizmediums außer
durch den Auslass 36 zu verhindern (3). Das Drehrohr kann von dem Beheizungstunnel
völlig
umgeben sein oder auch seitlich über
denselben hinausragen.
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Im
Wesentlichen unterhalb des Drehrohrs befindet sich die Längs-Abdichtung 20.
Diese ist, wie nach der Ausführungsform
nach 2 – 4 ersichtlich und insoweit
bevorzugt, als eine Trennwand zwischen der Eintrittsseite 38 und
Austrittsseite 40 des Beheizungstunnels 32 ausgeformt.
Die Längs-Abdichtung 20 besteht
aus einem starren Teil 22 und einem darauf befindlichen
flexiblen Teil 24. Im einfachsten Fall besteht die Längs-Abdichtung 20 aus einer
flachen, langen Mauer mit einem oder mehreren darauf angebrachten
flexiblen Dichtungselementen. Die Mauer erstreckt sich dabei bevorzugterweise entlang
der vollen Länge
des Beheizungstunnels 32 und schließt an die Stirnwände 32B desselben
an, wie aus 3 und 4 ersichtlich. Somit wird
ein stirnseitiges Umströmen
der Längs-Abdichtung
durch das Heizmedium verhindert.
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Wie
in 2 angedeutet, kann
die Längs-Abdichtung 20 in
dieser Ausführungsform
eine Breite von etwa 10 – 20
% des Durchmessers des Drehrohrs besitzen. Die Breite der Längs-Abdichtung kann
jedoch je nach Anforderung auch kleiner oder größer gewählt werden.
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Der
starre Teil 22 besteht vorzugsweise aus Mauerwerk. Es kommt
jedoch auch jedes andere starre bzw. feuerfeste Material in Frage,
welches den in dem Beheizungstunnel auftretenden Temperaturen standhält. Der
starre Teil 22 kann sich, wie in 2 angedeutet, so nahe bis an das Drehrohr 30 erstrecken,
dass er von diesem gerade nicht mehr erfasst wird, wenn sich das
Drehrohr dreht. Bei der Errichtung des starren Teils ist darauf
zu achten, dass das Drehrohr bei Betrieb des Ofens aufgrund der
zuvor geschilderten Ungenauigkeit im Drehrohrprofil sowie aufgrund
von Unwuchten nicht genau rundlaufen wird.
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Am
drehrohrseitigen Ende des starren Teils 22 befindet sich
der flexible Teil 24. Dieser besteht bevorzugt aus einem
Material, welches so flexibel ist, dass es sich beim Drehen des
Drehrohrs den Ungenauigkeiten des Drehrohrprofil anpasst. Zudem
sollte es den innerhalb des Beheizungstunnels auftretenden Temperaturen
standhalten. Vorzugsweise besteht der flexible Teil zu einem überwiegenden
Teil aus Keramikfaser.
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3 und 4 zeigen verschiedene Ansichten einer
bevorzugten Längs-Abdichtung. Wie diesen
Figuren zu entnehmen ist, besteht der flexible Teil bevorzugt aus
aneinandergefügten
Streifen und/oder Streifenpaketen eines flexiblen Materials. Diese
sind bevorzugt rechtwinklig zur Drehrohrachse angeordnet, was eine
gewisse Mindestdicke der Längsabdichtung 20 erfordert.
Diese Anordnung gewährleistet
zum einen eine verbesserte Abdichtung und zum anderen eine höhere Lebensdauer
der Dichtung. Zur Erhöhung
der Dichtigkeit können
die einzelnen Streifen und/oder Streifenpakete auch noch miteinander verklebt
oder sonstwie aneinander befestigt sein. Der flexible Teil 24 wird
bevorzugt durch Einpressen einzelner Streifen und/oder Streifenpakete
zwischen dem starren Teil 22 und dem Drehrohr 30 hergestellt. Je
nach Bedarf ist er mit dem starren Teil 22, wie durch Verkleben,
verbunden. Wie besonders bevorzugt, werden die einzelnen Streifen
und/oder Streifenpakete senkrecht und in ihrer Stapelrichtung komprimiert.
Dies gewährleistet
dass auch nach längerem
Betrieb und dementsprechendem Abrieb die Dichtung in zufriedenstellender
Weise funktioniert. Außerdem
wird so verhindert, dass durch die Drehbewegung des Drehrohrs einzelne
Teile der Längs-Abdichtung
von ihrer bestimmten Position entfernt werden.
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Wie
in 4 dargestellt und
insoweit bevorzugt, können – wie aus
dem Stand der Technik bekannt – mehreren
Brennern 34A, 34B, 34C nur ein Gasauslaß 36 gegenüberstehen.
In diesem Fall wird die Strömungsrichtung
des Heizmedium, welches aus den gasauslaßfernen Brennern 34C entweicht, nicht
nur längs
des Umfanges des Drehrohrs sondern auch diagonal in Richtung des
Gasauslassen 36 erfolgen. Eine erfindungsgemäße Längsabdichtung wirkt
sich hier besonders günstig
aus, weil so gewährleistet
werden kann, daß ein
wesentlicher Teil des Heizmediums zumindest bis zum Erreichen der Oberseite
des Drehrohrs das Drehrohr umströmt,
anstatt sofort aufgrund der Diagonalströmung in Richtung des Gasauslasses 36 angesogen
zu werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Streifenpakete aus 25 mm dicken, mindestens 75 mm hohen
und etwa 34,5 cm breiten Keramikfasermatten (KT 1430°C, RG ca.
200 kg pro qm), die auf 20 mm komprimiert werden. Falls gewünscht, können auch
mehrere Streifen als Streifenpakete übereinander zwischen starrem
Teil 22 und Drehrohr 30 eingepresst werden. Durch
Einpressen ist es möglich,
die Flexibilität
des flexiblen Teils 24 zu beeinflussen. Es ist auch möglich, zuerst
eine etwas unflexiblere Lage auf den starren Teil 22 aufzubringen
und darauf wiederum ein höher
flexibleres Material. Genauso kann natürlich auch der starre Teil 22 aus
mehreren auf und/oder nebeneinander angeordneten Lagen oder Schichten
unterschiedlichen Materials bestehen.
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Es
kann jedoch auch gewünscht
sein, dass mehrere, nebeneinander liegende Streifen aus flexiblem
Material parallel zur Längsabdichtungswand
verlaufen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der flexible
Teil an der Einlassseite des Beheizungstunnels über andere Materialeigenschaften verfügen soll,
als an der Auslassseite – etwa
aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen. In diesem Fall müsste der
Ein pressvorgang entsprechend modifziert werden. Auch kämen hier
wieder mehrere Lagen flexiblen Materials in Frage.
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Dadurch,
dass der flexible Teil 24 durch Einpressen von Streifen
und/oder Streifenpaketen zwischen starrem Teil 22 und Drehrohr 30 erfolgt,
ist der flexible Teil bereits bei seiner Herstellung an die Drehrohr-Außenfläche anpassbar.
Somit kann auf Ungenauigkeiten und/oder Schwankungen im Drehrohrprofil
Rücksicht
genommen werden, z. B. wenn ein Drehrohr (etwa durch eine Schweißnaht oder ähnliches)
an einer Stelle einen etwas größeren Außendurchmesser
hat.
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- 10
- Drehrohr
- 12
- Beheizungstunnel
- 14
- Brenner
- 14A
- Einlass
- 16
- Auslass
- 20
- Längs-Abdichtung
- 22
- starrer
Teil
- 24
- flexibler
Teil
- 30
- Drehrohr
- 32
- Beheizungstunnel
- 32A
- Beheizungstunnelwand
- 32B
- Beheizungstunnelstirnwand
- 34
- Brenner
- 34A
- Brenner
- 34B
- Brenner
- 34C
- Brenner
- 35
- Einlass
- 36
- Auslass
- 38
- Eintrittsseite
des Heizmediums
- 40
- Austrittsseite
des Heizmediums
- A
- Strömungspfeil
- A'
- Strömungspfeil
- B
- Strömungspfeil
- C
- Drehrichtung
- D
- Spalt