DE2133918A1 - Niveausteuerung für drehbare Öfen - Google Patents

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE D.8000 MDNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) »11087 2. 1 0 3 9 I 8

The International Nickel Company of Canada, Limited, Copper Cliff, Ontario/Kanada

Niveausteuerung für drehbare öfen

Die Erfindung bezieht sich auf einen drehbaren zylindrischen Ofen, welcher um seine Längsachse drehbeweglich gelagert 1st und einen inneren Separator aufweist, der zwei Zonen definiert. *

Die Erfindung ist besonders gut anwendbar für Dreh- oder Trommelofen, welche bei der Reduktion Oxidation oder anderen Wärmebehandlungen von Erzen, Erzkonzentraten oder anderen metallurgischen Zwischenprodukten verwendet werden, und wird unter besonderer Bezugnahme auf diese beschrieben werden, obwohl zu erkennen ist, daß die Erfindung ein breiteres Anwendungsgebiet hat, wie z.B. bei der Verwendung in Zementöfen oder anderen Geräten für Verfahren,

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in welchen ein kontinuierlicher Prozess von bestimmten chemischen oder mechanischen Mechanismen abhängig ist, die verschiedene Behandlungszeiten erforderlich machen.

Bekannte drehbare metallurgische öfen bestehen aus einem horizontal gelagerten, mit feuerbeständigem Material ausgekleideten zylindrischen Stahlgehäusen, Heizeinrichtungen zum Aufheizen und Halten des behandelten Materials auf den Behandlungstemperaturen, Atmosphärensteuereinrichtungen und Einrichtungen zum Drehen des Ofens. Um das Material von einem Ende des Ofens zum anderen zu fördern, sind die drehbaren öfen meistens mit einer leichten Neigung gegenüber der Horizontalen gelagert worden, und in manchen Fällen sind sowohl seitliche als auch wendeiförmige Stege sowie Dämmringe vorgesehen worden, um die Fließgeschwindigkeit des Materials durch den gesamten Ofen zu steuern. Weiterhin sind drehbare öfen mit Einrichtungen für die Zufuhr des Materials am einen Ende und mit Einrichtungen zum Entnehmen des Materials vom anderen Ende versehen worden. Das Einführen von Rohmaterial in drehbare öfen hat nicht zu vielen.Problemen geführt, es sind jedoch oft Schwierigkeiten beim Entnehmen bearbeiteten Materials aus dem Ofen aufgetreten. Gelegentlich wird die gewünschte metallurgische Behandlung bei anderen Drücken als dem Atmosphärendruck durchgeführt, und solche Drükke, ob unter oder überatmosphärisch, müssen während des Entnehmens von Material in dem Ofen aufrechterhalten werden, was bei kontinuierlichem Betrieb zahlreiche Probleme ergibt.

Drehbare öfen wie oben beschrieben, sind verwendet worden und werden laufend verwendet, um Erze, Erzkonzentrate und andere metallurgische Zwischenprodukte zu reduzieren. Z.B. werden Nickel enthaltende Eisenoxide selektiv reduziert, um im wesentlichen alle Nickelwerte zu metallischem Nickel zu reduzieren, während nur gesteuerte Mengen des Eisens reduziert werden. Das selektiv reduzierte Erz wird dann entweder hydrometallurgisch oder dampfmetallurgisch behandelt, um die reduzierten Nickelwerte rückzugewlnnen.

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Wie bei vielen chemischen Reaktionen umfaßt die Reduktion metallurgischer Erze zwei getrennte Prozesse. Das Erz muß erst auf die Reduktionstemperatur vorgeheizt werden, und hierauf wird das erwärmte Erz mit einem geeigneten Reduktionsmittel reduziert. Beim Vorheizen sind bekannte und geklärte Wärmeaustauschprinzipien im Spiel, und es ist dies ein relativ schneller Prozeß, da das Erz, welches nicht allgemein massiv ist, große Oberflächen aufweist, an welchen und durch welche der Wärmeaustausch schnell und leicht vonstatten geht. Andererseits ist die chemische Reduktion, wenn sie in festem Zustand bewirkt wird, ein relativ langsamer Prozeß, da Diffusionsvorgänge im Spiel sind. Vorteilhaft wird das Erz so schnell wie möglich vorgeheizt, während für die chemische Reduktion ein längerer Zeitraum zur Verfügung steht. Dieser Idealzustand ist jedoch in der Praxis kaum verwirklicht worden.

Um eine wirksamere chemische Reduktion von metallurgischen Erzen in drehbaren öfen zu verwirklichen, sollte das Erzbett in einer Vorheizzone relativ seicht sein, um den Grad des Wärmeaustausches zu vergrößern, während das Erzbett in einer Reduktionszone relativ tief gehalten wird, um die Verweilzeit des Erzes in dieser zu vergrößern, so daß für die bei den Reduktionsreaktionen auftretenden Diffusionsprozesse längere Zeiten zur Verfugung stehen. Ein Erzbett in einem drehbaren Ofen, welcher leicht geneigt ist, jedoch keinen inneren Steg aufweist, wird vom Zufuhrende zum Abgabeende des Ofens allmählich zunehmen, wenn das Abgabeende einen Dämmring aufweist. Die Zunahme in der Tiefe des Bettes Ist jedoch nicht so groß, daß die Wirksamkeit des VorheizVorgangs wesentlich verbessert oder die Verweilzeit in der Reduktionszone wesentlich vergrößert werden. Weiter ist es, wie vorgeschlagen wurde, möglich, die Tiefe des Bettes in einer Vorheizzone durch die Verwendung von Stegen zu verringern, welche sowohl seitlich als auch quer durch die gesamte Vorheizzone verlaufen.Obwohl Stege in der Vorheizzone den Grad

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des Vorheizens vergrößern können, treten mit dem Stäuben zusammenhängende Probleme auf, und die sich durch die Vorheizzone erstreckenden Stege ergeben ausgedehnte Flächen und Winkel, über welche und in welchen sich massive Anwüchse schnell ausbilden können. Zeitweise bauen sich solche massive Anwüchse so schnell auf, daß jeder durch ein verbessertes Vorheizen erzielte Vortei^Üurch die zum Entfernen solcher Anwüchse erforderliche Zeit verloren geht.

Wie bereits bemerkt, können metallurgische drehbare öfen aus thermodynamischen und kinetischen Gründen bei unter- oder überatmosphärischen Drücken betrieben werden. Wenn die öfen bei unter- oder überatmosphärischen Drücken auf kontinuierlicher Basis betrieben werden, wie es bei drehbaren öfen der Fall ist, kann das Entfernen des behandelten Materials zahlreiche Probleme ergeben. Selbst beim Betrieb mit Umgebungsdruck kann das Entfernen des behandelten Materials von drehbaren öfen mühsam sein, wenn es erforderlich ist, eine neutrale oder Schutzgasatmosphäre über dem behandelten Material aufrechtzuerhalten, während die Atmosphäre in dem Ofen ungestört bleibt. Häufig wurden die beim Entfernen des behandelten Materials auftretenden Probleme dadurch überwunden, daß das gesamte Abgabeende des Ofens mit einem getrennten und eigenen Gehäuse umschlossen war, welches als Druckdichtung wirkte. Die Abgabeenden von Drehofen wurden auch mit Druckdichtungen versehen, die Herstellung und Unterhaltung der gasdichten Dichtungen mit der erforderlichen Größe zum Dichten kommerzieller Drehofen waren jedoch sowohl schwierig als auch teuer. Obwohl viele Versuche gemacht wurden, die obigen Schwierigkeiten und andere Nachteile zu überwinden, war, soweit bekannt, kein Versuch vollständig erfolgreich, wenn er in industriellem Maßstab kommerziell in die Praxis übertragen wurde.

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Es hat sich nun gezeigt, daß horizontal gelagerte drehbare zylindrische öfen durch Versehen des Ofens mit einem wendeiförmigen Steg verbessert werden können, um zwei Zonen entlang der · Längsachse des Ofens zu schaffen und die Geschwindigkeit des Materialflusses von der einen Zone zur anderen zu steuern. Der Durchmesser des wendeiförmigen Stegs kann so gewählt werden, daß die Bettiefe unterhalb des Steges zunimmt. Derartige drehbare öfen können weiter dadurch verbessert werden, daß das Abgabeende des Ofens mit einem Abgaberohr und einem wendeiförmigen' Rotor versehen ist, wobei die größeren Flügel des Rotors sich füllend in das Innere des Ofens erstrecken und dort befestigt sind, und die kleineren Flügel sich füllend in das Abgaberohr erstrecken und auf dessen Innendurchmesser festgelegt sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem drehbaren Ofen der eingangs beschriebenen Art der Separator ein an der Wand des Ofens angebrachter und sich wenigstens über den überwiegenden Teil der Umdrehung erstreckender wendeiförmiger Steg ist, wobei das Verhältnis des Steges zur Drehgeschwindigkeit des Ofens eine verschiedene Tiefe des Bettes in den zwei Zonen ergibt. So hat der Ofen einen inneren wendeiförmigen Steg über wenigstens den überwiegenden Teil einer Umdrehung, aber über nicht mehr als zwei Umdrehungen des Ofens, so daß der Ofen in zwei Zonen entlang seiner Längsachse geteilt ist, und so daß der Grad des Durchgangs von Material durch die zwei Zonen unabhängig variiert werden kann. Auf diese Weise können die Tiefe des Materials in jedem Abschnitt und die Rückhaltezeit in jedem Abschnitt variiert werden.

Es ist für den Fachmann unschwer zu erkennen, daß drehbare öfen, welche entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem wendeiförmigen Steg ausgerüstet sind , optimale Bedingungen

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für die Behandlung teilchenförmigen Material ergeben, wenn verschiedene Vorgänge von verschieden physikalischen Prozessen abhängig sind. So wird in einer Vorheizzone, wo der Wärmeaustausch mehr von der Oberfläche abhängt, ein seichtes Bett vorgesehen, um das Heizen zu fördern, während in einer Reduktionszone, wo hauptsächlich eine chemische Diffusion abhängig von Zeit und Temperatur betrachtet werden muß, eine längere Verweilzeit vorgesehen wird, während die Wärmeverluste auf einem Minimum gehalten werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Pig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen drehbaren Ofens im Längsschnitt,

Pig. 2 eine Ansicht des Ofens im Querschnitt längs der Linie 2-2 in Pig. I, und

Pig. 3 eine Schnittansicht, welche einen verbesserten Abgabemechanismus eines drehbaren Ofens entsprechend der Erfindung zeigt.

P Der Drehofen oder drehbare Ofen A weist ein zylindrisches Gehäuse 12 auf, welches im allgemeinen aus Stahl ist und mit einem geeigneten feuerbeständigen Material 13 ausgekleidet ist. Das Zufuhrende des Ofens A ist allgemein mit B bezeichnet und weist einen Peuerkanal Ik und eine Zufuhreinrichtung 15 auf. Das allgemein mit C bezeichnete Abgabeende des Ofens A ist mit einem Brenner 16 und einem Gehäuse VJ versehen. Das Gehäuse wirkt als Gasdichtung und als Abgabetrichter. Das zylindrische Gehäuse ist mit Stahlreifen-18 versehen, welche im Zusammenhang mit Antriebseinrichtungen 19 den zylindrischen Ofen mit vorbestimmten Geschwindigkeiten drehen. Wahlweise kann der drehbare Ofen auch

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mit Entlüftungen oder Seitenbrennern 20 versehen sein. Entsprechend der Erfindung ist der zylindrische Ofen mit einem wendeiförmigen Steg 21 versehen, welcher aus dem gleichen Material wie die Auskleidung aus feuerbeständigem Material IJ oder aus einem geeigneten metallischen Material sein kann. Da wie im folgenden beschrieben, der wendeiförmige Steg 21 eine solche Steigung hat, daß teilchenförmiges Ma-terial von einer Zone in die andere mit einer größeren Geschwindigkeit als durch die. Schwerkraft und Neigung sowie Drehung des Ofens vorgesehen befördert wird, kann wahlweise ein Dämmring 22 unmittelbar vor dem Steg 21 angeordnet sein, um eine besser steuerbare Tiefe in der ersten Zone zu erreichen.

Der wendeiförmige Steg ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Der Steg kann jede Hohe haben, solange er wenigstens so hoch wie die Tiefe des tiefsten Bettes ist. Wenn der Ofen, z.B. wie in Fig. 1 gezeigt, ein metallurgischer Ofen ist, in welchem ein Oxyd in einer Zone D vorgeheizt und in einer Zone E reduziert wird, wird das Erz in der Zone E mit einer größeren Tiefe als in der Zone D zum Vorheizen gehalten, um eine längere Verweilzeit in der Zone E vorzusehen, und die Höhe des Stegs ist mindestens gleich dar Tiefe des Erzes in der Zone E. Die Anordnung des wendeiförmigen Stegs entlang der Längsachse des zylindrischen Ofens ist mechanisch nicht kritisch.Eine solche Anordnung kann jedoch von großer Wichtigkeit für besondere chemische oder metallurgische Vorgänge sein. Wenn der _;Ofen zum direkten Reduzieren von Metalloxyden wie Eisenoxyd oder Nickeloxyd verwendet wird, wird der wendeiförmige Steg in einer Lage in dem Ofen angeordnet, wo das Bett seicht ist, und das Metalloxyd wird vorgeheizt worden sein, um die Reduziertemperaturen zu erreichen. Wenn nickelhaltige Eisenoxyderze mit flüssigen Kohlenwasserstoffen reduziert werden, wie es in der kanadischen Patentschrift 744 329 beschrieben ist, wird der wendeiförmige Steg an einer Stelle angeordnet, wo das seichte Bett des Erzes auf eine Temperatur von mindestens etwa 900⁰C vorgeheizt worden ist.

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Die Steigung des wendeiförmigen Steges kann verändert und den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.Bei metallurgischen Anwendungen wird die Neigung des Ofens einen Materialfluß durch den Ofen bewirken, und der wendeiförmige Steg wird eine derartige Steigung haben, daß der Materialfluß größer als der durch die Neigung des Ofens bewirkte Materialfluß ist, d.h. die Vorderkante des wendeiförmigen Stegs schneidet in das Erz hinein, welches unter dem Einfluß der Schwerkraft und der gewöhnlich leichten Neigung des Ofens zum Abgabeende den Ofen entlang strömt. Z.B. kann beim Reduzieren von Eisenoxyd die Steigung des wendeiförmigen Stegs derart sein, daß vorgeheiztes Erz in der Zone D in die reduzierende Zone E mit einer größeren Geschwindigkeit als der Zufuhrgeschwindigkeit von Eisenoxyd in die vorheizende ^zone D überführt wird, wodurch der Vorheizvorgang wirkungsvoller und die Verweilzeit des Eisenoxyds in der reduzierenden Zone vergrößert wird. Es ist zu bemerken, daß in metallurgischen öfen das Trocknen oder Vorheizen in der ersten Zone oder Zonen durchgeführt wird, und daß chemische Prozesse hierauf durchgeführt werden. Da diese chemischen Reaktionen am häufigsten diffusionsgesteuerte Prozesse sind, ist es besonders günstig, ein seichtes Materialbett in den Anfangszonen und hierauf ein tieferes Bett zu haben.

Zusätzlich zu den obigen Ausführungsformen möge bemerkt werden,daß in einem einzigen zylindrischen Ofen mehr als ein wendeiförmiger Steg verwendet werden kann, so daß drei oder mehr einzelne Zonen erstellt werden können. Durch Regulierung der Steigung jedes der Stege können Zonen verschiedener Tiefe ausgebildet werden, so daß von der Oberfläche abhängige Vorgänge wirksamer in seichten Betten durchgeführt werden können, während diffusionsgesteuerte (zeitabhängige) Vorgänge oder dgl. in tieferen Betten bewirkt werden.

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Pig. 3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. In Fig. 3 ist nur das Abgabeende des zylindrischen Ofens gezeigt, da sich die bevorzugte Ausführungsform auf einen Abgabemechanismus bezieht. Der zylindrische Ofen weist ein zylindrisches Stahlgehäuse 30 auf, welches mit einem geeigneten feuerbeständigen Material 31 ausgekleidet ist. Der Ofen wird um seine Längskante durch in der Zeichnung nicht gezeigte Antriebseinrichtungen gedreht. Der Materialfluß durch den Ofen wird durch wendeiförmige Stege, wie oben beschrieben, gesteuert. Der Ofen ist mit einem festen Abgaberohr 32 versehen, welches eine Stahlhülle 33 sein kann, die zur Verarbeitung heißen Materials auf geeignete Weise mit einem feuerbeständigen Material 3^ ausgekleidet ist. Das Abgaberohr hat eine Gasdichtung 35* so daß das Austreten von Ofengasen durch das Abgabeende auf ein Minimum verringert ist. Es möge bemerkt werden, daß ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung darin besteht, daß der Durchmesser des Abgabeohres beträchtlich geringer als der des zylindrischen Ofeis ist, so daß vorgesehene Gasdichtungen wirksamer sind, da es bekannt ist, daß kleinere Vorrichtungen leichter abzudichten sind als größere. Der Abgabemechanismus ist eine Förderschraube 36 mit wendeiförmigen in den Ofen ragenden Stegen 38» deren Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Ofens ist, während wendeiförmige Stege 39 itt äas Abgaberohr ragen, und sich im wesentlichen über den Innendurchmesser des Abgaberohres erstrecken. Die wendeiförmigen Stege für den Abgabemechanismus können aus geeigneten Metallen oder feuerbestlndigen Materialien hergestellt sein. Die Förderschraube 36 ist fest in dem Ofen angebracht, so daß sie sich mit dem öfen dreht* So drehen sich die Stege 39 in dem festen Abgaberohr 32, -wenn sich der Ofen dreht. Die Steigung der Stege 39 ist so eingestellt, daß das Material schneller abgegeben wird, als es ankömmt. Die Abgabegeschwindigkeit kann wirksam durch Regulierung der Drehung der Förderschraube gesteuert werden. Die För<^rsGhräube 36 kann auch fest in dem Abgaberohr 32 angebracht öein.

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Die Welle 37, auf welcher der wendeiförmige Steg 39 angebracht ist, kann hohl sein, so daß Gase wie Luft und/oder Brennstoff in das Innere des Ofens eingeführt werden können, und die Welle als Brenner für die Zufuhr von Wärme in den zylindrischen drehbaren Ofen wirken kann. So kann bei der Wirkung als Brenner die Geschwindigkeit der Luft und des Brennstoffs variiert werden, um oxydierende und reduzierende Bedingungen in dem Teil des sich drehenden Ofens hervorzurufen, in welchen die Welle ragt.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Drehbarer zylindrischer Ofen, welcher um seine Längsachse drehbeweglich gelagert ist und einen inneren Separator aufweist, der zwei Zonen definiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator ein an der Wand des Ofens angebrachter und sich wenigstens über den überwiegendenTeil einer Umdrehung erstreckender wendeiförmiger Steg (21) ist, wobei das Verhältnis des Steges zur Drehgeschwindigkeit des Ofens eine verschiedene Tiefe des Bettes in den zwei Zonen ergibt.

2. Drehbarer Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß sich der Steg (21) über mindestens eine, aber nicht mehr als zwei Umdrehungen erstreckt.

J. Drehbarer Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (21) in einem geneigten Ofen angebracht ist und eine solche Steigung aufweist, daß die Fließgeschwindigkeit des Materials durch den Steg größer als die von der Neigung herrührende Fließgeschwindigkeit ist.

k. Drehbarer Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Steg ein Dämmring (22) angeordnet ist.

5. Drehbarer Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Steg (36-39) am Abgabeende als eine Förderschraube vorgesehen ist, deren Stege (38) am Beginn der Förderschraube sich bis zur Innenwand des Ofens" hin erstrecken und an dieser befestigt sind und deren weitere Stege (39) sich füllend in ein Förderrohr erstrecken, dessen Durchmesser kleiner als der des Ofens ist.

6. Drehbarer Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschraube auf einer hohlen Welle (37) angebracht ist.

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