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Drehrohrofen zum Abrösten von sulfidischeii Erzen Bei der Abröstung
von Schwefelkies im Drehofen laufen mehrere Reaktionen ah. Die erste Reaktion besteht
darin, daß aus dem Pyrit ein S-Atom abgespalten und verbrannt wird: Fe-
S 2 = FeS + S + 12,4 Cal 1
s + 02;-== S 02
- 70,9 Cal. 2 Hieran schließt sich eine weitere Reaktion-, und zwar die Eisenoxydbildung
an, wobei das zweite S-Atom ab-gespalten wird: 2Fe3+302=Fe203+2S0g-223,2Cal,
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Es ergeben sich beim Ablauf der Reaktion nach Gleichung 1, also bei
Bildung von FeS, nie-drigu schmelzende Eutektika, die oftmals zu einer Sinterung
des Röstmalerials führen. Dabei können sich große Klumpen bilden, die die Einbauten
im Ofen zerstören, wenn sie in Bewegung geraten. Man ist daher gezwungen, in diesen
Zonen des Dreho,fens durch Düsen so viel Luft zuzuführen, daß die Temperatur SOO:'
C
- die maximale Temper&tuir, bei der eine Röstung ohne Sinterung
stattfindet - nicht wesentlich überschritten wird. Die Luft dient alsc, als
Kühlmittel und wird zu diesem Zweck in. wesentlich größeren Mengen benötigte als
zum Ablauf des Röstvorganges an sich notwendig ist. Dadurch werden die Rbstgase
beim Verlassen des Ofens stark verdünnt, wodurch die Nacht folgende Reinigungsanlage
einer starken Belastung ausgesetzt wird. Führt diese Belastung der Reinigungsanlage
zu Unzuträglichkeiten, so, ist in-an gezwungen, die Leistung des Ofens zu vermindern.
Durch das Auftreten von Schwefel im ersten' Teil des Ofens werden außerdem eiserne
Wender, selbst mit Chrom und anderen NE-Metallen legiert, bald zerst5rt.
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Man bat daher schon an Stelle von Metallwendern keramische Einbauten
verwendet, die aber- infolge ihrer Formgebung das Materilal nur wenig wenden und
beim Auftreten von Temperalurschwankungen leicht zum Abplatzen neigen. Erst durch
die Einführung von hydraulisch gebundenen Steinen in neuartiger Fenn, sogenannten
Taschensteinen, die aus Einzelsteinen bestehen oder aus mehreren Steinen zu Kassetten
zusammengesetzt sind, gelang es, ein Material einzusetzen, das sowohl die guten
Eigenschaften der Metallwender besitzt, nämlich auf engem Raum einen großen Materialtra-nsport
zu bewirken, als auch die bekannten Vorzüge des keramischen Materials gegen die
Einflüsse von Schwefeldampf aufweist.
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Auf Grund ihres guten Materialtransportes findet eine se lebhafte
Reaktion zwischen dem Röstgut und der Luft statt, daß besonders im ersten Teil des
Ofens starke Temperatursteigertingen auftreten. Wollte man solche plötzliche Temperatursteigerung
beherrschen, mußte bisher der Materialtransport in diesen Zonen des Ofens eingeschränkt
werden, wodurch man ge# zwungen war, die Zahl der Taschensteine zu Vera mindern.'
Es wird nun ein Drehrohrofen zum'Ahrösten von sulfidischen Erzen, wie Schwefelkies,
vorgeschlagen, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ini Innern des
Drehrohrüfens in dem Weg des im freien Fall herahrieselnden Röstgutes Kühleleinente
angeordnet sind zum direkten Entziehen der durch den Röstvorgang entstehenden Reaktionswärme
möglichst am Ort ihres Entstehens.
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Gemäß dem Vorschlag der Erfindung gelingt es, die aufgezeigten Nachteile
der bekannten Vorrichtungen und Arbeitsweisen zu vermeiden; insbesondere gelingt
es dabei, die volle Wirkungsbreite der Taschensteine auszunutzen. Beim Betrieb des
erfindungs##emäß vorgeschlagenen Drehrohrofens wird das Röstgut von den Taschensteinen-erfaßt
und hochgehoben. Es rieselt sodann im freien Fall herab, wobei die entstehende Reaktionswärme
zwischen Röstgut und Verbremnungsluft am Ort ihres Entstehens mit Uilfeder im Fallweg
vorzugsweise mehrfach angeordneten Kühleleinente, die vom aufglühenden Röstgut berieselt
werden, aus dem Ofen abgeführt wird.
Es hat sich die Anordnung der
Kühlelemente im Innern des Drehofens als wesentlich erwiesen. Beim Auftreten von
Rohrreißern, wie sie sich infolge der korrodierenden und erodierenden Eigenschaften
der Reaktionsprodukte im Innern des Ofens nie ganz vermeiden lassen, war man bisher
gezwungen, den Ofen kaltzublasen oder auf eine weitere Kühlung an dieser Stelle
zu verzichten. Das Kaltblasen eines Drehofens ist kostspielig und für die Einbauten
im Ofeninnern schädlich und wird daher möglichst vermieden. Die Verminderung der
Kühlfläche führt zu einem Veränderung der Reaktionsführung und damit leicht zu Sinterüngen
an dieser Stelle, wenn nicht die Leistung des ganzen Ofens reduziert wird. Die vorliegende
Erfindung vermeidet diese Nachteile und gestattet das Auswechseln der Kühlelemente
bei Temperaturen oberhalb des Zündpunktes vom Röstgut ohne nennenswerte Abkühlung
des Ofeninnern.
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- Daher wird der Drehrohrofen im Innern gemäß der Erfindung
mit leicht auswechselbar angeordneten Kühlelementen ausgerüstet, z. B. solchen,
die als Sehne oder als Durchmesser den kreisförmigen Querschnitt des Drehofens durchdringen,
wobei ein oder mehrere Kühlelemente in einem Ofenquerschnitt angeordnet sein können.
Zweclanäßig verwendet: man Kühlelemente, deren Querschnitte einfache geometrische-Formen
aufweisen, z. B. Kreis oder Vi ' eleck, oder deren Längsachsen gerade oder
gekrümmt ausgeführt sind. Besonders vorteilhaft ist es, alle Kühlelemente im Ofen
unabhängig voneinander anzuordnen. Dies ermöglicht es, erforderlichenfalls die Rohre
einzeln durch die Ofenwand herauszuziehen, um sie auf etwaige Schäden zu untersuchen
und sie zu ersetzen, ohne daß vor ihrem Austausch die Temperatur im Ofeninnern unter
den Zündpunkt des Röstgutes gesenkt werden muß und somit der Wärmeinhalt des ruhenden
Röstgutes zur Wiederaufnahme der Röstung ausreicht.
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Dabei hat sich die Anordnung der Kühlelemente als wesentlich erwiesen.
Sie könen in allen oder auch nur in einzelnen Teilen des Ofeninnern, in dem Wärme
entsteht, vorgesehen werden, und zwar in beliebigen ,Abständen voneinander-, die
von den gegebenen verfahrensmäßigen oder apparativen Bedingungen abhängig sind.
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Der Abstand kann z. B. nur wenige Zentimeter, aber auch mehrere Meter
betragen. Im allgemeinen ist eine Entfernung von 50 cm bis 1 in vorteilhaft.
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Außerhalb des Ofens können die Rohre in an sich bekannter Weise zusammengefaßt
und mit einer Hauptleitung verbunden werden.
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Für die Kühlelemente können die verschiedensten, an sich bereits bekannten
Kählmedien verwendet werden, z. B. Luft, Gase mit hoher spezifischer Wärme, wie
etwa Rauchgase, Röstgase, Kohlensäure od. dgl. Man kann auch die Verbrennungsluft
als Kühlmedium einsetzen, die im angewännten Zustand, etwa 200 bis 300' C
heiß, dem Ofen an den zur Röstung dienenden Zonen zugeführt wird.
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An Stelle von Gasen kann man auch Flüssigkeiten als Kühlmittel anwenden,
z. B. solche- mit höherem Siedepunkt als der Siedepunkt von Wasser, wie Trikresylphosphat,
Diphenyloxyd, Quecksilber. Letzteres ist wegen seines hohen Siedepunktes besonders
geeignet, da bei seiner Anwendung die Kühlung in dem Kühlsystern drucklos vorgenommen
werden kann. Der .aufgenommene Wärmeinhalt des Metalls kann dann über Wärmeaustauscher
an Wasser abgegeben werden, das dabei-in hochgespannten Dampf verwandelt wird. In
der -Verwertung der Reaktionswärme, die durch die im Fallweg des Röstgutes erfindungsgemäß
angeordneten Kühlelmente bzw. die diese durchfließenden Kühlmittel aufgenommen wird,
zur Dampferzeugung liegt eine besondere Ausgestaltung der Erfindung. Hierbei hat
sich als vorteilhaft die Verwendung von Wasser als Kühlmittel erwiesen, das zur
Erzeugung von Dampf dient. Dabei kann man zur Anpassung des Wärmeentzuges an die
Röstverhältnisse die Kühleleinente wahlweise als Verdampfer oder als Überhitzer
arbeiten lassen. Im ersten Fall läßt sich infolge der großen Wärmeübergangszahl
von siedendem Wasser an die Rohrwand ein etwa, doppelt so großer Wärmeentzug erreichen
wie im zweiten Fall. Bei einer solchen Anordnung verwendet man als Material für
die metallenen Kühlelemente wannfesten Stahl. Man kann auch einen Teil der Kühlelernente
als - Verdampfer, einen anderen Teil als Überhitzer arb-eiten lassen. Zur
weiteren Anpassung des Wärmeentztiges an die Röstverhältnisse kann man aber auch
den Drehrohro,fen gemäß der Erfindung so, ausrüsten, daß die metallenen Kühleleinente
in Komhination sowohl als Verdampfer und als Überhitzer arbeiten, als auch mit Luft
oder auch mit abgekühlten Röstgasen gekühlt werden, die anschließend zur Abröstung
des Röstgutes verwendet werden.
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Üb#erraschenderweise tritt bei Verwendung von Wasser im Verdampfer
ein Wärmedurchgang auf, der in der gleichen Größenordnung wie bei Wirbelschichtverfahren
liegt. So konnte bei einer Ofenternperatur von 820' C, bei der das R6stgut: noch
26% Schwefel enthielt, eine Wärmedurchgangszahl von 150 bis 180 Kcal/M2/h/'
C gemessen werden. Als Material wird SM-Stahl verwendet, der selbst bei längerer
Betriebszeit keinen Schaden erleidet. Es tritt kein Korro,sio,nsa,ngriff durch Schwefel
an den gekühlten Eisenrohren auf. Außerdem wird das Auftreten von Krusten oder staubförinigern
Anflug an den Kühlelementen vollständig vermieden. Durch diese Anordnung gelingt
es, bei Erhöhung der Ofenkapazität um etwa 50-'119 ein Röstgas von 12 bis 1411/o
am Ofenausgang zu erzielen, ohne daß der Abröstungsgrad der Abbrände sich verschlechtert.
Die Luftdüsen haben nur noch die Aufgabe, die für die Röstung notwendige Verbrennungsluft
zuzuführen, während die Abführung der Wärme von den erfindungsgemäß vorgesehenen
Kühlelementen übernommen wird.
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Man kann die Belastung des Ofens in weiten Grenzen ändern und die
Röstarbeit dem Verhalten verschiedener Kiess&rten anpassen. So- werden beim
Rösten von portugiesischen Aljustrelkies, der ein träges Röstverhalten zeigt, im
vorderen Teil des Ofens mehr Kühlelemente als Überhitzer geschaltet, wobei der erzeugte
Dampf als Kühlmittel verwendet wird. Man läßt an diesen Stellen die Temperatur im
Ofeninnern etwas höher steigen.
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Bei Verwendung von anderen Kiessorten, z. B. von Ric,Tinto-Kies, röstet
man vorsichtiger, in-dem man die Zahl der Kühlelemente die als Verdampfer arbeiten
erhöht, und erniedrigt damit die Temperatur. Auf diese Weise gelingt es, unabhängig
von der Be7 lastung des Ofens Schwefelkies mit unterschiedlichem Röstverhalten mit
gleich gutem Ahröstungsgrad zu verarbeiten, wobei dier abziehenden Röstgasd. hochkonzentriert
anfallen.
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Die Teilung der Aufgab-en für die Ein-bauten des Drehrohres in Transport
und Wärmeentzug ergibt den überraschenden Effekt, daß ein erstaunlich hoher Wärmedurchgang
-bei gleichsam iso-thermen Verhältnissen stattfindet. Dabei haben die Transportschaufeln,
insbesondere
die gegen die Rösteinflüsse widerstandsfähigen keramischen Taschensteine, die Aufgabe
des Transportes, während die metallenen Kühlelemente die Aufgabe des. Wärmeentzuges
übernehmen.-Infolge der Eigenschaft en des keraniischen- Materials halten die Taschensteine
bzw. die so-nstiüen Transportschaufeln die Wärme zusammen, die erst an den metallenen
Kühlelementen mit dein größtmöglichen Effekt ab# gegeben wird. Verwendet man an
Stelle keramischer Transportschaufeln metallene Wender, so, leiten diese einen Teil
der Wärme unkontrolliert an das umgebende Röstgas oder an die Ofenwandung ab.
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Der Wärmeentzug geschieht während des Röstvorganges, beim Fallen des
Röstgutes aus den Wendern, d. h. beim Auftreten der durch die Reaktion bedingten
Wärme. Die Transportschaufeln führen das auf dem Boden des Drehofens befindliche
Röstgut wieder nach oben und bringen durch eine intensive Schleierbildung eine rasche
Reaktion zwischen Festkörper und Gas zustande. Infolge des hohen Wärmeüberganges
läßt sich die Röstung auf engem Raum zusammenziehen. Dies führt dazu, daß die Ofenlänge
verringert oder die Ofenleistung gesteigert werden kann unter gleichzeitiger Erhöhung
der Röstgaskonzentration. Dies führt weiterhin zur Entla-stung der nachfolgenden
Reinigungsappa:ratur. Der Wärmeentzug im Ofeninnern kann so intensiv gestaltet -werden,
daß es erforderlich sein kann, den Außenzylinder des Ofens zu isolieren, um einen
Wärmeverlust durch Abstrahlung zu vermeiden. In den öfen üblicher Konstruktion betragen
die Verluste durch Abstrahlung etwa 40,% der erzeugten Wärme.
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Es sind zwar schon Wender bekannt (deutsche Patentschriften
125 251 und 494 151), die zugleich ge-
kühlt werden. Hierbei
entstehen jedoch komplizierte geometrische Gebilde, durch die das Kühlmittel fließt
und die daher in die Praxis keinen Eingang gefunden haben. Bei Anwendung einfacher
Formen ergibt sich nur ein geringfügiger Materialtransport, so. daß die Reaktion
zwischen Gas und Festkörper unzureichend ist.
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Bei einer der bekannten Arbeitsweisen (Patentschrift 125 251)
wird die Luft direkt durch Poren der Steine eingeblasm Es findet also eine direkte
Kühlung des Röstgutes statt, wodurch wie bei Verwendung von Düsen eine starke Verdünnung
der Röstgase mit den folgenden Unzuträglichkeiten auftritt. Treten vorübergehend
Temperaturen im Röstgut auf, die zum Sintern führen, dann verstopfen die Poren der
Steine, und die Kühlwirkung ist völlig aufgehoben.
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Der Einbau von lediglich der Kühlung dienenden Kühlelementen in bestimmter
Weise in Drehrohröfen ist ebenfalls bekannt (deutsche Patentschrift 624
720).
Hierbei wird der Einbau von Kühlflächen im Innern des Drehrährofens
vorgeschlagen, wobei jedoch die Wärme nicht - wie gemäß der vorliegenden
Erfindung - unmittelbar dem Röstgut, sondern der Gasatmosphä;re des Ofens,
d. h. dem vorbeistreichenden. Gas, durch frei liegende Kühleinrichtungen
entzogen wird. Wie sich herausgestellt hat, ergibt jedoch nur die intensive
Berührung des in Reaktion befindlichen Röstgutes mit den Kühlelementen, wie erfindungsgemüß
vorgeschlagen, den überraschend hohen Wärmeentzug, der zu einem praktisch iso-thermen
Röstprozeß führt.
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Bei der bekannten Arbeitsweise ist ferner die Anordnung der Kühlelemente
parallel zur Ofenachse vorgenommen, während bei der vorliegenden Erfindung die Kühlelernente
den Ofenzylinder als Sehnen oder als Durchmesser durchdringen, wobei mehrere Kühlelemi#nte
in einem Ofenqu(#r§chnitt aiikdo-fdnet. sind, so daß die Möglichkeit geschaffen
ist, defekte Teile ohne Abkühlung des -Röstkutes im Ofen zu erheuerli.
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Die aus der Patentschrift 6-24 720 hekännte Aibeitsweise beschreibt
lediglich - -die Kühlüng des Röstraumes, gestattet -jedoch nicht'die Gewinnung
von Dampf. Im Gegensatz hierzu gestaltet sich infolge des überraschend hohen Wä=eentzuges
nach vorliegender Erfindung die Dampfgewinnung technisch möglich und wirtschaftlich
lohnend.
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In den Abbildungen ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Vorrichtung gezeigt.
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Abb. 1 zeigt einen Drehrohrofen im Längsschnitt, Abb. 2 und
3 einen solchen im Querschnitt.
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Mit 1 ist der Ofenmantel, mit 2 sind die Lauf ringe, mit
3 die Stauringe und mit 4 die Transportschaufeln bezeichnet. Die Kühlelemente
in verschiedenartiger Anordnung sind mit 5, 6 und 7 bezeichnet, und
zwar sind die Elemente 5 versetzt, die Elemente 6 nebeneinander und
die Elemente 7 schräg angeordnet. Mit 8
ist die Zuleitung und mit
9 die Ableitung des Kühlmittels bezeichnet.