DE1758863B1 - Anlage und verfahren zur kontinuierlichen aufbereitung feinkoerniger materialien - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontinuier- denen Agglomerate durch die thermische Behandlung liehen Aufbereitung feinkörniger Materialien in agglo- nicht wesentlich zerstört.

merierter oder nicht agglomerierter Form, insbeson- Es ist weiterhin eine Anlage zur Regenerierung von

dere zur Regenerierung von Gießerei-Altsanden, mit Gießerei-Altsanden bekannt, die zwei übereinander wenigstens einem an eine Heißgaszuführleitung an- 5 angeordnete Gegenstromwärmetauscher enthält, von geschlossenen, direkten Wärmetauscher zur Erhitzung denen der obere an eine Heißgaszuführleitung und des aufzubereitenden Materials sowie mit einem dar- der untere an eine Kaltluftzuführleitung angeschlossen unter angeordneten, an eine Kaltluftzuführleitung an- ist. Bei derartigen einfachen Gegenstromwärmetaugeschlossenen direkten Wärmetauscher zur Kühlung schern erweist es sich jedoch als schwierig, definierte des erhitzten Materials. Die Erfindung betrifft ferner io Strömungsverhältnisse im Schacht zu erzielen. Wähein Verfahren zum Betrieb einer solchen Aufberei- rend größere Agglomerate den Wärmetauschertungsanlage. schacht zu rasch durchfallen, werden die feineren

In der Technik müssen vielfach feinkörnige Mate- Bestandteile leicht mit den Gasen nach oben ausrialien in agglomerierter oder nicht agglomerierter getragen.

Form durch eine thermische Behandlung aufbereitet 15 Zur Kühlung von Gießereisand sind schließlich werden. Ein solcher Fall liegt beispielsweise bei der zyklonartige Vorrichtungen bekannt, bei denen der Regenerierung von in Gießereien anfallenden Alt- Kühlluftstrom eine rotierende, zum Zentrum gerichsanden (Form- und Kernsanden) vor, die im Alt- tete Bewegung ausführt und die Feststoffteilchen an zustand von brennbaren bzw. vergasbaren Bestand- der Peripherie des Luftstromes durch einen nach teilen umhüllt sind. 20 unten offenen Spalt unter der Wirkung der Schwer-

Zur thermischen Aufbereitung dieser und ahn- kraft ausfallen.

licher feinkörniger Materialien sind Anlagen bekannt, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter

die aus einem Drehrohrofen und einer nachgeschal- Vermeidung der Mängel der bekannten Ausführunteten Kühltrommel bestehen. Derartige Anlagen sind gen eine Anlage der eingangs genannten Art zu entjedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. 25 wickeln, die mit einfachen verfahrenstechnischen Mit-

Bei der in diesen bekannten Anlagen durchgeführ- teln eine vollständige Aufbereitung des feinkörnigen ten thermischen Behandlung werden — wie die Materials ermöglicht und insbesondere eine spontane Praxis zeigt — die Agglomerate der Materialien nicht Abkühlung des erhitzten Materials, eine Zerstörung wesentlich zerstört. Es ist infolgedessen erforderlich, der Agglomerate durch die thermische Behandlung die aufzubereitenden Materialien zunächst in einer 30 und eine Aussichtung des Feinkornes bei der thergesonderten, dem Drehrohrofen vorgeschalteten Ein- mischen Behandlung gestattet, richtung sehr fein zu zerkleinern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Ungünstig ist weiterhin, daß bei der Aufbereitung löst, daß die Wärmetauscher durch an sich bekannte im Drehrohrofen das unerwünschte Feinstkorn des Zyklone oder Wirbelkammern gebildet werden, die aufzubereitenden Materials nicht ausgesichtet, son- 35 in der Erhitzungszone in mindestens zwei Stufen dem als Ballast durch die ganze Anlage mitgeschleppt hintereinandergeschaltet sind.

wird. Die Verwendung von Drehrohröfen bringt fer- Eine solche Anlage ermöglicht es, das aufzuberei-

ner die Nachteile eines relativ hohen Wärmeverbrau- tende Material schnell auf die notwendige Tempeches, einer schlechten Regelbarkeit und einer verhält- ratur zu erhitzen und es anschließend einer schroffen, nismäßig langen Aufenthaltszeit des Materials in der 4° kristallstabilisierenden Vorkühlung zu unterwerfen. Anlage mit sich. Der spontane Eintritt des auf Erhitzungstemperatur

Nachteilig ist bei dieser aus Drehrohrofen und befindlichen Materials aus dem letzten Erhitzungs-Kühltrommel bestehenden, bekannten Anlage weiter- zyklon in den ersten Kühlzyklon wird durch die Anhin, daß eine für die Aufbereitung meist erwünschte, Ordnung der Zyklone übereinander ermöglicht, schroffe, kristallstabilisierende Abkühlung des erhitz- 45 Die Verwendung von Zyklonen oder Wirbelten Materials nur mit einem erheblichen und zusatz- kammern als Wärmetauscher bei der Aufbereitung liehen apparativen und verfahrenstechnischen Auf- des Materials ergibt nicht nur einen guten Wärmewand erreicht werden kann. Man hat zu diesem Übergang zwischen Gas und Gut, sondern begünstigt Zweck versucht, in die Kühltrommel gleichzeitig mit durch die Prall- und Zentrifugalkräfte, denen das dem erhitzten Material kalten, feuchten Frischsand 5° Material ausgesetzt ist, eine rasche Zerstörung der in aufzugeben. Die für eine spontane Abkühlung des dem aufzubereitenden Material vorhandenen Agglogesamten Materials erforderliche schnelle und homo- merate, was die Wärmeübertragung weiter verbessert, gene Mischung der beiden Bestandteile ist in einer Die Verwendung von gutabscheidenden Wärme-

Kühltrommel jedoch nicht ohne weiteres erreichbar. tauschern ermöglicht es ferner, das in dem Material Zur Aufbereitung feinkörniger Materialien ist fer- 55 vorhandene bzw. bei der Zerstörung der Agglomerate ner eine Anlage bekannt, die als wesentlichen Be- entstehende Feinkorn schon während der Erhitzung standteil einen mehrstufigen Fließbettofen enthält. sowie anschließend noch während der Abkühlung Bei diesen Anlagen erweist es sich jedoch als schwie- auszusichten, wobei die Heißgase bzw. die Kühlluft rig, ein gleichmäßig aufbereitetes Material bei unter- als Sichtluft dienen. Diese Aussichtung des Feinschiedlichen Kornformen, nicht homogenen Korn- 60 kornes innerhalb der Aufbereitungsanlage hat bei der Spektren oder sehr feinkörnigen Stoffen zu erzielen. Aufbereitung von quarzhaltigen Mineralien den Vor-Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrich- teil, daß die nach neuesten Forschungsergebnissen tung besteht in der durch die verhältnismäßig hohe für die Silikosebildung mitverantwortlichen und leicht Materialschicht in den einzelnen Fließbettstufen be- einzuatmenden feinen Bestandteile des in Tridymit dingten, sehr trägen Regelbarkeit, was eine Beein- 65 umgewandelten Materials gesondert niedergeschlagen flussung der erwünschten Materialqualität beein- werden.

trächtigt. Schließlich werden auch bei dieser bekann- Die Anordnung von mindestens zwei Zyklon- oder

ten Anlage die im aufzubereitenden Material vorhan- Wirbelkammerstufen in der Erhitzungszone begün-

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stigt weiterhin wesentlich die rasche Aussichtung der Die Abluft des die Vorkühlzone bildenden Wärme-

bei der thermischen und mechanischen Zerstörung tauschers 4 wird teilweise (Pfeil 17) als Sekundärluft

der Agglomerate anfallenden Feinstanteile. Auf diese der Brennkammer 6 und im übrigen (Pfeil 18) unmit-

Weise wird ferner durch die in der vorletzten Erhit- telbar dem untersten Wärmetauscher 3 der Erhit-

zungsstufe stattfindende Aussichtung des Feinstgutes 5 Zungseinrichtung zugeführt. Die Abgase des obersten

die letzte Erhitzungsstufe in erwünschter Weise von Wärmetauschers 1 (Pfeil 19) werden ebenso wie die

diesen feinsten Bestandteilen entlastet, so daß in Abgase (Pfeil 20) des Wärmetauschers 9 der Nach-

dieser letzten Erhitzungsstufe eine besonders inten- kühlzone dem Entstauber 12 zugeleitet, ehe sie ins

sive Wärmeübertragung gewährleistet ist. Freie entlassen werden. Das in den Wärmetauschern

Die Strömungsmengen und Strömungsgeschwindig- io 1 bis 3 der Erhitzungseinrichtung und im Wärmekeiten der Heißgase und der Kaltluft werden bei der tauscher 4 der Vorkühlzone ausgesichtete Feinkorn erfindungsgemäßen Anlage so eingestellt, daß das des aufzubereitenden Materials wird somit im Entunerwünschte Feinkorn des Materials ausgesichtet stauber 12 abgeschieden. Dieses Feinkorn kann je und im Gasstrom mit ausgetragen wird. Der aus- nach dem gewünschten Kornspektrum des aufbereigesichtete Feinkornanteil läßt sich im übrigen auch 15 teten Materials entweder dem aufbereiteten Hauptdurch konstruktive Maßnahmen, beispielsweise durch material wieder zugemischt oder gesondert verwendet eine entsprechende Ausgestaltung der Zyklone oder werden.
Wirbelkammern, beeinflussen. In den F i g. 2 bis 7 sind Abwandlungen der in

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Er- F i g. 1 dargestellten Anlage veranschaulicht, wobei

findung ist zwischen dem die Vorkühlzone bildenden ao lediglich die abgeänderten Teile der Anlage dargestellt

Wärmetauscher und dem an die Heißgaszuführleitung und im folgenden beschrieben sind,

angeschlossenen Wärmetauscher eine wärmeisolierte Bei der Anlage gemäß F i g. 2 ist zwischen dem die

Pufferzone vorgesehen. Dient die Anlage zur Auf- Vorkühlzone bildenden Wärmetauscher 4 und dem

bereitung von quarzhaltigen Mineralien, so wird das an die Heißgaszuführleitung (Pfeil 14) angeschlosse-

Material in dieser Pufferzone zweckmäßig bei einer 35 nen Wärmetauscher 3 eine wärmeisolierte Pufferzone

Temperatur von über etwa 870° C unter Umwand- 21 vorgesehen. Das in den Wärmetauschern 1,2 und 3

lung von Quarz in Tridymit getempert und anschlie- erhitzte Material wird in dieser Pufferzone 21 zur

ßend in der Vorkühlzone spontan auf eine Tempe- Förderung von Reaktionen oder Kristallmodi-

ratur unter 870° C abgekühlt. Die Temperung in der fikationen eine gewisse Weile noch auf hoher Tempe-

Pufferzone begünstigt die Umwandlung des Quarzes 30 ratur gehalten, d. h. getempert, ehe es anschließend in

in Tridymit. die Vorkühlzone (Wärmetauscher 4) eintritt und dort

Diese und zahlreiche weitere Merkmale der Erfin- spontan abgekühlt wird. Die Abluft des Wärmedung gehen aus der folgenden Beschreibung einiger in tauschers 4 wird bei diesem Ausführungsbeispiel den F i g. 1 bis 7 der Zeichnung veranschaulichter — soweit sie nicht in Richtung des Pfeiles 17 der Ausführungsbeispiele hervor. 35 Brennkammer 6 bzw. in Richtung des Pfeiles 22 einer

Die Anlage gemäß F i g. 1 enthält vier überein- anderen Einrichtung, beispielsweise einem Trockner

ander angeordnete, als Zyklone ausgebildete Wärme- zugeführt wird — unter Umgehung der Pufferzone

tauscher 1,2, 3 und 4, einen Silo 5 für das aufzu- 21 dem Wärmetauscher 3 zugeleitet (Pfeil 23).

bereitende Material, eine Brennkammer 6, einen zur F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Anlage gemäß

Zuführung von Kaltluft dienenden Ventilator 7, zwei 40 Fig. 2. Die hierbei zwischen den Wärmetauschern 3

weitere, als Zyklone ausgebildete Wärmetauscher 8 und 4 vorgesehene Pufferzone 21 wird durch einen

und 9, eine Fließbettrinne 10, einen weiteren, zur Zu- doppelwandigen, an der Außenwand wärmeisolierten

führung von Kaltluft dienenden Ventilator 11, einen Behälter gebildet, dessen Wandzwischenraum 24 einen

Entstauber 12 und einen Abgasventilator 13. Strömungskanal für die Heißgase bildet, die dem dar-

Die Wärmetauscher 1 bis 3 bilden eine Einrichtung 45 über angeordneten Wärmetauscher 3 zugeführt werzur Erhitzung des aufzubereitenden Materials und den (Pfeil 25). Dieser Wandzwischenraum 24 ist werden von den durch die Brennkammer 6 erzeugten einerseits an eine von der Brennkammer 6 kommende Heißgasen (Pfeile 14) von unten nach oben nachein- Heißgaszuführleitung (Pfeil 26) und andererseits an ander durchströmt. Das aufzubereitende Material die Abluftleitung (Pfeil 27) des die Vorkühlzone bilwird aus dem Silo 5 in den Heißgasstrom eingegeben, 50 denden Wärmetauschers 4 angeschlossen. Um eine der dem Wärmetauscher 1 zuströmt, und durchsetzt gute Vermischung dieser beiden Gasströme zu erdann im Gegenstrom zu den Heißgasen im Sinne der zwingen, kann der Wandzwischenraum 24 des die Pfeile 15 nacheinander die drei Wärmetauscher 1,2 Pufferzone 21 bildenden Behälters mit Einbauten und 3, wobei es rasch auf die für die Regenerierung und/oder tangentialen Gaseintrittsöffnungen vererforderliche Temperatur (je nach Material 600 bis 55 sehen sein. Das aus dem Wärmetauscher 4 aus-1000° C) erhitzt wird. tretende Material (Pfeil 28) durchsetzt den vom

Das aus dem Wärmetauscher 3 austretende, er- Wandzwischenraum 24 umschlossenen Innenraum 29 hitzte Material wird in den Kaltluftstrom eingeführt, des doppelwandigen Behälters und erfährt hier die der vom Ventilator? dem Wärmetauscher4 zu- erwähnte Temperung. Je nach der Dimensionierung strömt, der eine Vorkühlzone bildet. Auf diese Weise 60 des die Pufferzone 21 bildenden Behälters, der Bewird das Material spontan abgekühlt, ehe es in Rieh- messung der durch den Behälter hindurchgeführten tung der Pfeile 16 einer Nachkühlzone zugeführt wird, Gasmengen und der Verweilzeit des Materials in dem die aus den beiden erwähnten Wärmetauschern 8 Behälter wird die Materialtemperatur in diesem Be- und 9 besteht. Durch die vom Ventilator 11 in diese hälter aufrechterhalten oder noch etwas erhöht.
Wärmetauscher 8 und 9 eingeführte Kaltluft wird das 65 F i g. 4 zeigt eine Abwandlung, bei der Sprüh-Material so weit abgekühlt, daß es anschließend in einrichtungen 30 und 31 vorgesehen sind. Erstere der Fließbettrinne 10 auf eine Endtemperatur von düsen Kühlwasser in die vom Ventilator 7 zum vorzugsweise 40 bis 50° C gebracht werden kann. Wärmetauscher 4 führende Kaltluftleitung ein (und

zwar hinter der Heißgutzuführung), während die SprüheinrichtungenSlweiteresKühlwasserunmittelbar in den die Vorkühlzone bildenden Wärmetauscher 4 einführen. Auf diese Weise erreicht man eine besonders spontane Abkühlung des erhitzten Materials, das in Richtung des Pfeiles 32 in die Kaltluftleitung eingeführt wird.

Bei der in F i g. 5 veranschaulichten Anlage ist außer den bereits beschriebenen Elementen eine aus zwei Zyklonen 33 und 34 bestehende Trocknungs- ισ einrichtung vorgesehen, der von einem Silo 35 feucht aufbereitetes Material und/oder feuchtes frisches Material zugeführt wird (Pfeil 36). Den Zyklonen 33 und 34 der Trocknungseinrichtung wird Abluft (Pfeil 37) des die Vorkühlzone bildenden Wärmetauschers 4 zugeleitet. Die beiden Zyklone 33 und 34 sind parallel an die gemeinsame Trocknungsluftzuleitung angeschlossen, während das zu trocknende Material die beiden Zyklone nacheinander durchsetzt. Ein Teil des getrockneten Materials wird (Pfeil 38) zusammen mit dem aus dem Silo 5 entnommenen, aufzubereitenden Material dem Wärmetauscher 1 der Erhitzungseinrichtung zugeführt; der Rest des getrockneten Materials wird (Pfeil 39) einer Fließbettrinne 40 zugeleitet, so daß es anschließend beispielsweise mit dem von der Fließbettrinne 10 ausgetragenen Hauptmaterial vermischt werden kann. Während die Abgase der von den Wärmetauschern 1, 2 und 3 gebildeten Erhitzungseinrichtung dem Entstauber 12 zugeleitet werden, gelangen die gesondert abgezogenen Abgase der die Trocknungseinrichtung bildenden Zyklone 33 und 34 in einen Entstauber 41, dem ein gesonderter Ventilator 42 nachgeordnet ist. Durch die getrennte Entstaubung der beiden Abgasströme erhält man getrennte Feinkomponenten, was die Herstellung eines bestimmten gewünschten Kornspektrums in dem aufbereiteten Material erleichtert.

Bei der Anlage gemäß F i g. 6 ist gleichfalls ein Silo 35 für feucht aufbereitetes und/oder feuchtes frisches Material, das getrocknet werden soll, vorgesehen. Dieses Material wird hier jedoch dem im Wärmetauscher 4 vorgekühlten Material zugesetzt, das in Richtung des Pfeiles 16 den Zyklonen 8 und 9 der Nachkühlzone zugeführt wird. Der Wärmeinhalt des lediglich vorgekühlten Hauptmaterials trocknet das vom Silo 35 zugeführte, feuchte Zusatzmaterial. Im Zyklon 8 erfolgt zugleich eine erwünschte Mischung der beiden Materialkomponenten durch eine intensive Verwirbelung. Die Einführung des zu trocknenden Materials in die Nachkühlzone gewährleistet, daß Umwandlungen oder Reaktionen durch die Berührung mit zu heißem Hauptmaterial vermieden werden.

Bei der Anlage gemäß F i g. 7 ist schließlich eine Sprüheinrichtung 43 vorgesehen, die in den zweiten Zyklon 9 der Nachkühlzone Kühlwasser zur Erhöhung des Kühleffektes einsprüht. Die Flüssigkeitsmenge wird so bemessen, daß die Ablufttemperatur dieses Zyklons 9 zwischen 100 und 130° C liegt, so daß eine vollständige Verdampfung der Kühlflüssigkeit in diesem Zyklon 9 bzw. in dem vorgeschalteten Zyklon 8 gewährleistet ist.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Anlage zur kontinuierlichen Aufbereitung feinkörniger Materialien in agglomerierter oder nicht agglomerierter Form, insbesondere zur Regenerierung von Gießerei-Altsanden, mit wenigstens einem an eine Heißgaszuführleitung angeschlossenen, direkten Wärmetauscher zur Erhitzung des aufzubereitenden Materials sowie mit wenigstens einem darunter angeordneten, an eine Kaltluftzuführleitung angeschlossenen direkten Wärmetauscher zur Kühlung des erhitzten Materials, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (1 bis 4) durch an sich bekannte Zyklone oder Wirbelkammern gebildet werden, die in der Erhitzungszone in mindestens zwei Stufen hintereinandergeschaltet sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Vorkühlzone bildenden Wärmetauscher (4) wenigstens eine weitere Kühlstufe nachgeschaltet ist, die durch Zyklone (8, 9), Wirbelkammern und/oder eine Fließbettrinne (10) gebildet wird.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem die Vorkühlzone bildenden Wärmetauscher (4) und dem an die Heißgaszuführleitung angeschlossenen Wärmetauscher (3) eine Pufferzone (21) vorgesehen ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferzone durch einen doppelwandigen, an der Außenwand wärmeisolierten Behälter (21) gebildet wird, dessen Wandzwischenraum (24) einen Strömungskanal für die dem darüber angeordneten Wärmetauscher (3) zugeführten Heißgase bildet.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandzwischenraum (24) des doppelwandigen Behälters (21) einerseits an eine Heißgaszuführleitung und andererseits an die Abluftleitung des die Vorkühlzone bildenden Wärmetauschers (4) angeschlossen ist sowie Einbauten und/oder tangentiale Eintrittsöffnungen zur Vermischung der beiden Gasströme aufweist.

6. Anlage nach Anspruch 1 mit wenigstens einer der Erhitzungseinrichtung vorgeschalteten Trocknungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzungseinrichtung (1 bis 3) und der Trocknungseinrichtung (33,34) zur Gewinnung getrennter Feinkorn-Komponenten gesonderte Abgasentstauber (12 bzw. 41) zugeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur vorherigen Trocknung des aufzubereitenden Materials wenigstens zwei vorzugsweise durch Zyklone (33, 34) oder Wirbelkammern gebildete Trocknungsstufen vorgesehen sind, die parallel an eine gemeinsame Trocknungsluftzuleitung angeschlossen und über Materialleitungen so verbunden sind, daß Material nacheinander durch beide Trocknungsstufen geführt wird.

8. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach den Ansprüchen 1 und 4 zur Aufbereitung von quarzhaltigen Mineralien, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in der Pufferzone bei einer Temperatur von über etwa 870° C unter Umwandlung von Quarz in Tridymit getempert und anschließend in der Vorkühlzone spontan auf eine Temperatur unter 870° C abgekühlt wird.

9. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vorkühlzone und/oder in die an die Vorkühlzone angeschlossene Kaltluftzuführleitung Kühlflüssigkeit eingesprüht wird.

10. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß feucht aufbereitetes Material und/oder feuchtes frisches Material zunächst getrocknet und gleichzeitig von unerwünschtem Feinkorn, insbesondere mit einer Körnung von unter 0,02 mm, befreit werden und daß zumindest ein Teil dieses getrockneten Materials dem in die Erhitzungseinrichtung eingeführten, aufzubreitenden Material zugesetzt wird.

11. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß feucht aufbereitetes Material und/oder feuchtes frisches Material dem in der Vorkühlzone spontan abgekühlten, noch nachzukühlenden Material zugesetzt wird.

12. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Nachkühlzone, vorzugsweise in deren zweite Stufe, Kühlwasser in solcher Menge eingesprüht wird, daß die Ablufttemperatur zwischen 100 und 130° C liegt.

13. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmenge und die Strömungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Gases sowie die Menge des im Gegenstrom hierzu geführten Materials derart aufeinander abgestimmt sind, daß Materialteilchen mit einer Körnung von weniger als 0,05 mm mit dem Gasstrom ausgetragen und anschließend abgeschieden werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 109518/183