DE2354605A1

DE2354605A1 - Reduktions-drehrohrofen mit einem steuerbaren verteilersystem

Info

Publication number: DE2354605A1
Application number: DE19732354605
Authority: DE
Inventors: Eugene Frank Rossi
Original assignee: Allis Chalmers Corp
Current assignee: Allis Chalmers Corp
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1973-10-31
Publication date: 1974-05-09
Also published as: DE2354605B2; JPS5232724B2; JPS4976708A; GB1436160A; AU465592B2; CA995006A; BR7308531D0; AU6187273A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL-PHYS. DS. VJANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING, G RÄMKOW

PATENTANWÄLTE J O C A C Π Ε

31. QKT. 1973 München, den

Hk/-jo - A 2337

ALLIS-CHALMEBS. CORPORATION

1126 South 70th Street, West AlÜs 14j Wisconsin, USA

Reduktions-Drehrohrofen mit einem steuerbaren Verteilersystem

Die Erfindung betrifft einen Drehrohrofen^ welcher zu Zwecken, wie Reduzieren eines Eisenerzes in einen niedrigeren Oxidationszustands Verwendung findet und Düsen auf der Außenoberfläche des Drehrohrofens befestigt hat, welche sich radial durch das Drehrohrofengehäuse er» strecken^ und eine zentrale Einrichtung enthält , die wechselweise sowohl Luft als auch Brennstoff in den Drehrohrofen durch di© gleichen Düsen einspeisen kann. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Drehrohrofen₉ bei welchem di© Steuereinrichtung nur Luft durch sämtliche Düsen einlassen kann«, während der Drehrohrofen vorgeheizt wird.

Es sind Drehrohrofen bekannt₈ bei welchen ©ine Vielzahl von Düsen durch das Gehäuse des Drehrohrof'ens vorgesehen istt um Luft und Brennstoff' in das Innere oder in die Erzreduktionskammer des Drehrohrdfens einzulassenρ Eine Erzcharge ist in der Reduktionskammsr vorgesehen, und diese wird in einen höheren Eisenzustand reduzierte

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Beispiele von Drehrohröfen gemäß dem Stand der Technik sind aus der US-Patentschrift 1 216 667, der US-Schrift 2 091 850und der US-Schrift 3 182 980 bekannt.

Bei den Drehrohrofen gemäß dem Stande der Technik werden Brennstoff und Luft durch die Düsen über eine Leitung zugeführt, die auf dem Äußeren oder auf dem Inneren des Drehrohrofens gehaltert ist. Diese Leitung ist mit den Düsen verbunden, um den Brennstoff und die Luft in die Reduktionskammer einzuspeisen. Normalerweise ist eine große Anzahl von Düsen in einem Drehrohrofen erforderlich. Es ist nicht ungewöhnlöi, etwa 300 Düsen in einem 45 m (150 foot) großen Drehrohrofen zu haben. Weiterhin sind diese Düsen extrem hohen Temperaturen in der Größenordnung von 1Q93°C (200Q⁰F) ausgesetzt. Während das Fluid durch eine Düse strömt, ist das Fluid selbst bestrebt, die Düse zu kühlen. Strömt jedoch kein Fluid durch die Düse, erreicht diese fast die Temperatur, die in der Reduktionskammer herrscht, dadurch ein Verstopfen leichter möglich ist, ein© Metalloxidation zunimmt und auf diese Weise die effektive Lebensdauer der Düse verringert wird.

Während der Anfangsphase eines Anlassens des Drehrohrofens wird ein getrennter Brenner verwendet, um den Drehrohrofen vorzuheizen, ohne daß Brennstoff oder Luft durch die Düsen strömt. Dieses Verfahren ist nicht gänzlich zufriedenstellend, da witoend dieser Vorheizdauer kein Fluid durch die Düsen strömt. Deshalb sind während eines Vorheizens die Düsen einer Hitzeeinwirkung ausgesetzt, ohne irgendeine Kühlung auszunützen,, welche durch den Fluidstrom durch die Düse entsteht_o

In bestimmten Fällen ist es nach den Vorheizen wünschenswert, nur ein einziges Fluid dtirch eine Düse einzulassen,

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wenn diese sich Unter der Charge befindet, und nur das andere Fluid einzuführen, wean die Düse sich über der Charge befindet. Beispielsweise ist es in bestimmten Fällen wünschenswert, Brennstoff zur Reduktionskammer durch Düsen einzulassen, während diese direkt unter dem Bett der Charge vorbeilaufen, wodurch der Brennstoff direkt in die Charge'strömt. Hat sich diese Düse.aus dem Bett der Charge herausbewegt, wird der Brennstoff abgeschaltet, und es strömt kein Fluid durch die Düse. Gleichzeitig wird Luft zu der Reduktionskammer über der Charge durch zusätzliche Düsen eingelassen. Bevor diese Luftdüsen unter dem Bett vorbeilaufen, wird die Luft abgeschaltet_# so daß kein Fluid durch diese Düsen strömt, während diese unter dem Bett vorbeilaufen. Deshalb sollte eine Einrichtung geschaffen werden, um nur Luft durch die Düsen einzulassen, während der Drehrohrofen, vorgeheizt wird, und um wechselweise Brennstoff und Luft nach dem Vorheizen einzulassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem nur Luft durch alle Düsen eingelassen wird, während der Drehrohrofen vorgeheizt wird, und bei welchem sowohl Brennstoff als auch Luft durch die gleichen Düsen an unterschiedlichen Punkten einer Drehung des-Drehrohrofens eingelassen werden, nachdem ein Vorheizen abgeschlossen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehrohrofen mit einer Fluidverteilereinrichtung zu schaffen, welche nur Luft zu allen Düsen zuführt, während der Drehrohrofen vorgeheizt wird, und wechselweise Brennstoff oder Luft nach dem Vorheizen zu jeder Düse an vorgewählten Punkten einer Drehung der Düse bezüglich der Drehrohrofencharge zuführt.

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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teiles eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drehrohrofens,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, wobei zusätzlich eine Einrichtung zur Betätigung der Fluidverteilereinrichtung dargestellt ist,

Fig. 3 einen Querschnitt einer besonderen Ausführungsform eines Ventils, wobei die eine Einlaßöffnung mit der Auslaßöffnung verbunden ist,

Fig. 4 das Ventil gemäß Fig. 3, wobei beide Einlaßöffnungen geschlossen sind, und

Fig. 5 das gleiche Ventil, wobei die andere Einlaßöffnung mit der Auslaßöffnung verbunden ist.

Der Drehrohrofen gemäß Zeichnung- weist ein langgestrecktes zylindrisches Körperteil 6 auf, welches eine zylindrische Reduktions- oder Verbrennungskammer 7 begrenzt. Das Gehäuse oder die innere Wand 8 des Drehrohrofens kann aus einem beliebigen feuerfesten Material, wie z.B« Schamotte, hergestellt sein. Irgendeine bekannte Einrichtung kann für die Halterung und Drehung des Drehrohrofens vorgesehen sein. Eine derartige Einrichtung gehört zum Stande der Technik, bildet keinen Teil der Erfindung und ist demzufolge in der Zeichnung nicht dargestellt. Fig. 2 zeigt eine im allgemeinen mit 9 bezeichnete Erzcharge. Am rechten Ende des Drehrohrofens ist ein Hauptbrenner 11 vorgesehen, um den Drehrohrofen vorzuheizen.

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Eine Vielzahl von- in Umfangsrichtung und in Axialrichtung sich in einem Abstand befindenden Düsen 12 ist über der Oberfläche des Drehrohrofens vorgesehen, und sie öffnen sich in die Kammer 7« Diese Düsen können in bekannter Weise ausgebildet sein und sind vorzugsweise gemäß unserer Anmeldung mit' dem Titel "Drehrohrofen-Düse" hergestellt. Die Düsen können durch die äußere Drehrohrofenplatte,13 gemäß der Anmeldung "Drehrohrofen-Düse" gehaltert sein« Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung sich in einem Abstand befindenden Brennstoff- und Luftleitungen 14 bzw»_vi6 ist ebenso über der Oberfläche des Drehrohrofens gehalterte Eine bekannte Einrichtung in der Form einer Sammelleitung (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, um Brennstoff und Luft zu den Leitungen 14 bzw. 16 zuzuführen« Eine Fluidverteilereinrichtung 17 verbindet die entsprechenden Brennstoff- und Luftleitungen mit den zugeordneten Düsen. Diese Fluidverteilereinrichtung kann eine Vielzahl von Ventilen oder gemäß Zeichnung ein einziges Dreiweg-Ventil 18 und eine Fluidübertragungsleitung 19 aufweisen^ die die Auslaßöffnung des Ventils 18 mit den zugehörigen Düsen 12 verbindet«

Die besondere Ausbildung des Ventils 18 geht aus-den .Figuren 3 bis 5 hervor_β Das Ventil besteht aus einem' Ventilkörper19 mit zwei gegenüberliegenden Einlaßöffnungen 21 und 22 und einer einzigen Auslaßöffnung 23« Ein Drehabsperrglied 24 mit einem Durchlaß 26 in der Ausbildung gemäß Zeichnung ist drehbar in dem-Ventilkörper gehaltert und hat einen ."Ventilschaft 27, der an dem Absperrglied befestigt ist und sich zu dem Äußeren des Vöntilkörpers erstreckt«, ■"·"-.

Vor Beginn des Reduktionsprozesses und des Einlassens des Brennstoffs ist es notwendig, den Drehrohrofen auf Be-

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triebstemperattir vorzuerwärmen. Dies wird durch Drehen des Drehrohrofens erreicht, während der Brenner 11 die Kammer 7 erhitzt. Is ist vorteilhaft, Luft nur durch alle Düsen 12 einzulassen während der Drehrohrofen auf Betriebstemperatur vorgeheizt wird. Dies unterstützt nicht nur die Verbrennung des Hauptbrenners 11, sondern übt auch eine KUhlwlrkung auf die Düsen aus, da Luft durch die Düsen strömt. Weiterhin ist es nach dem Vorheizen des Drehrohrofen in vielen Fällen wünschenswert, Brennstoff aus der Leitung 14 nur durch die Düsen einzulassen, die sich unter der Erzeliarge befinden, und Luft aus der Leitung 16 nur durch die Düsen zuzuführen, die sich über der Charge 9 befinden. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung vorgesehen, die das Ventil 18 in der Weise betätigt, daß wechselweis© Brennstoff und Luft durch jede der Düsen und nur Luft durch alle Düsen zugeführt wird.

Ein bevorzugter, relativ billiger, mechanisch wirksamer Mechanismus zur Steuerung der Brennstoff- und Luftströmung in die Kammer 7 geht am klarsten aus Figur 2 hervor. Obgleich diesar Steuermeehariismus sehr gut verwendet werden kann, können andere Einrichtungen zur Betätigung der Fluidverteilereinrichtung 17, wie z.B. Magnetventile und hydraulische oder pneumatische Betätigungsorgane, Anwendung finden. Gemäß Fig. 2 ist ein Rahmen 28 um den Drehrohrofen 6 herum vorgesehen.

Dieser Rahmen 28 weist vier geeignet angeordnete Auslöseeinrichtungen 29, 31, 32 und 33 auf« Eine dieser Äuslöseeinricirfcungen 33 ist einstellbar <> uam die Auslöseeinrichtung in sine Außereingriffsteilung bewegen zu können. Solche Einstelleinrichtungen sind in der Zeichnung in der

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Form eines hydraulischen Servomotors 34 dargestellt, weicher durch ein Steuerventil V betätigt ist, welches dann wieder durch ein elektrisches Relais R. betätigt wird, welches von einer entfernten Quelle gesteuert wird. Eine* Pumpe P ist vorgesehen, um das Fluid aus dem Sammelbehälter 36 unt§r Druck zu setzen. Die Funktion dieses einstellbaren Auslösers 33 geht aus nachfolgender Beschreibung hervor.

Jeder Ventilschaft 2? ist mit einer Nockenplatte 37 verbunden, welche drehbar auf Bügeln 38 gehaltert ist, die mit dem Äußeren des Drehrohrofens verbunden sind und sich' mit diesem drehen können* Jede Nockenplatte 37 bat vier Nocken 39, 41, 42 und 4$ über dem Umfang der Platte gehaltert. Die nocken sind voneinander in einem Abstand von im wesentlichen 90° verteilt und so angeordnet, daß sie mit einer besonderen Auslöseeinrichtung in Eingriff gelangen können, vjenn sie sich in einer radial nach außen gerichteten Stellung bezüglich der Achse des Drehrohrofens befinden. In dieser besonderen Anordnung befindet sich der eine Bocken 39 auf der gegenüberliegenden Seite der Platten 37 bezüglich der anderen Nocken 41, 42 und 43. Dieser Nocken 39 liegt in der Ebene des einstellbaren Auslösers 33» während die anderen Nocken sich in der Ebene der Auslöser 29, 31 und 32 befinden.

Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung beschrieben. Um die Funktion besser verstehen zu können, wird bei den Auslöseeinrichtungen auf die Zeichnung Bezug genommen, wobei mit dem einstellbaren Auslöser 33 gemäß den Stellungen "Luft weg", "Brennstoff ein", "Brennstoff weg" und "Luft ein" begonnen wird. Die äußeren Ventile (nicht gezeigt) für die Luft und den Brennstoff sind geöffnet, so

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daß Luft in den Leitungen 16 und Brennstoff in den Leitungen 14 sich befinden. Das Relais R wird betätigt, wodurch der Servomotor 34- den Auslöser 33 i·¹¹ eine Außereingriffsteilung bewegt, so daß der Nocken 39 während des Drehens den Auslöser nicht berührt.

Bei Annahme einer Ausgangsstellung befinde sich der Nokken 41 gerade dabei, den "Brennstoff ein"-Auslöser 29 zu berühren. Dies bewirkt, daß das Ventil 18 in die Stellung gemäß Fig. 5 bewegt wird und die Brennstoffleitungen 14 mit den zugeordneten Düsen verbunden werden, welche Brennstoff in das Innere des Drehrohrofens einlassen. Nachdem Nocken 41 Auslöser 29 berührt, wird die Nockenplatte 37 geschaltet, so daß Nocken 42 sich nun in einer Stellung befindety in der er den Auslöser berühren kann. Während der Drehrohrofen sich weiter dreht, gelangt der Nocken 42 mit dem Auslöser 31 in. Berührung, und das Ventil 18 wird in die gesperrte Stellung gemäß Fig. 4 bewegt und dadurch der Brennstoffluß zu dem Drehrohrofen abgeschaltet. Während der Drehrohrofen sich weiterdreht, gelangt der Nocken 43, welcher nun in der Auslösungsstellung geschaltet ist, mit dem Auslöser 32 in Berührung, und das Ventil wird'in die Stellung bewegt gemäß Fig. 3, wodurch Luft aus den Leitungen 16 durch die verbundenen Düsen 12 strömen kann. An dieser Stelle wird der ."Luft weg"-Nocken 39 in die Auslösestellung geschaltet, während alle anderen Nocken sich.in einer Außereingrifstellung befinden. Da der "Luft weg"-Nocken in einer anderen Ebene als die Auslöser 29, '31 und 32 ist und der Auslöser 33 aus einer Eingriffe stellung mit dem Nocken 39 heraus entfernt worden ist, kann daher kein Nocken mit irgendeinem Auslöser zusammenwirken, um die Nockenplatte 37 zu schalten, wodurch nur Luft durch die Düsen weiterströmt, während der Drehrohrofen

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sich welterdreht. Da nur der "Luft weg"-Nocken in einer Auslöseposition ist und der "Luft weg"-Auslöser aus der Nocken-Eingriffsstellung bewegt ist, tritt weiter Luft in den Drehrohrofen durch alle Düsen ein, und der Brennstoff ist in zweckmäßiger Weise von dem Drehrohrofen abgeschaltet. An dieser Stelle wird der Hauptbrenner 11 gezündet, und es wird der Drehrohrofen vorgeheizt.

Nachdem sich der Drehrohrofen auf Betriebstemperatur erwärmt hat, wird das Relais R aberregt, wodurch das Ventil V,. Fluid zu dem Servomotor 34 leitet und den Auslöser 33 wieder in eine Eingriffsstellung mit dem Nocken 39 gemäß Zeichnung positioniert; Während sich der Drehrohrofen weiterdreht, gelangt Nocken 39 der Nockenplatte 37A mit Auslöser 33 in Eingriff, wodurch das Ventil 18 in die gesperrte Stellung gemäß Fig. 4 sich dreht. Es strömt kein Brennstoff oder Luft durch die Düsen, die durch die Nokkenplatte 37A gesteuert werden, bis diese Auslöser 29 angeht, wo Nocken 41, welcher in eine Auslösestellung geschaltet worden ist. Auslöser 29 berührt und Brennstoff durch die zugeordneten Düsen einläßt. Nachdem die Nocken auf allen Nockenplatten in aufeinanderfolgender Weise mit jedem der Auslöser eingreifen, wird die Charge eines Erzes 9 in den Drehrohrofen' eingeführt. Dieser Vorgang eines wechselweisen Einlassens von Brennstoff und Luft durch die Düsen wiederholt sich, während der Drehrohrofen sich dreht.

Aus Vorstehendem wird ersichtlich, daß sowohl Brennstoff und Luft wechselweise durch jede der Düsen 12 eingelassen werden und durch alle Düsen Luft, nur eingelassen wird, während der Drehrohrofen vorgeheizt wird. Dies hart eine.,■_.■■

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Verringerung der Anzahl der erforderlichen Düsen um die Hälfte zur Folge gegenüber jenen Drehrohrofen, welche eine getrennte Düse für Brennstoff und eine getrennte Düse für Luft besitzen. Da Brennstoff oder Luft durch jede Düse während des größten Teiles der Zeit bei Fortsetzung des Verfahrens strömt, wird darüber hinaus die Düsentemperatur infolge des relativ kühleren Brennstoffes oder der Luft, welcher bzw. welche durch die Leitungen auf dem Äußeren des Drehrohrofens strömen, verringert. Der Steuermechanismus kann so angeordnet sein, daß die durch die Düse strömende Luft nur abgeschaltet wird, während die Brennstoffzufuhr aufgedreht ist, und dadurch fortwährend ein Fluid durch die Düsen strömt.

Hierdurch wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung von Brennstoff und Luft zu einem Reduktions-Drehrohrofen geschaffen, bei welchem sowohl der Brennstoff als auch die Luft wechselweise durch die gleiche Fluidverteilerdüse strömen. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um Luft nur während des Vorheizens und Brennstoff und Luft durch die gleiche Düse nach dem Vorheizen zuzuführen. Zumindest eine der Betätigungseinrichtungen ist wahlweise in eine und aus einer das Ventil betätigenden Stellung bewegbar. ■

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Claims

Pat ent ansprüche

1. Verfahren zur Reduzierung einer Erzcharge in einem Drehrohrofen mit zu dem Inneren des Drehrohrofens offenen Düsen, dadurch gekennzeichnet , daß der Drehrohrofenbrenner gezündet wird, daß entweder vor oder nach einer Zündung des Drehrohrofenbrenners eine Zuführung von lediglich Luft durch alle Düsen eingeleitet wird, daß das Innere des Drehrohrofens erhitzt wird, "bis die Betriebstemperatur erreicht ist, daß nach Erreichung der Betriebstemperatur das Strömen von lediglich Luft durch die Düsen unterbrochen" wird, während diese unter der Erzcharge vorbeilaufen, daß Brennstoff durch die Düsen zugeführt wird, welche sich unter der Charge befinden, daß das Strömen des Brennstoffs durch die Düsen unterbrochen.wird, wenn diese, nicht mehr unter der Charge sich befinden, daß Luft

' durch diese Düsen zugeführt wird, wenn diese sich über der Charge befinden, daß das Strömen von Luft durch diese Düsen unterbrochen wird, wenn diese sich wieder unter der Charge befinden, und daß der Zyklus fortgesetzt wird, während der Reduktionsprozeß andauert.

2. Erzreduktions-Drehrohrofen zur Durchführung des "Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer langgestreckten zylindrischen Kammer, welche im Inneren eine Charge eines zu reduzierenden Erzes enthält, mit einer JFluidverteilereinrichtung, welche an dem Drehrohrofen gehaltert ist und sich mit diesem drehen kann, mit ersten Pluiddurchgängen, welche an dem Drehrohrofen gehaltert sind und in ÜFluidverbindung mit der Fluidvertedlereinrichtung verbunden sind, mit zweiten Fluiddurchgängen, welche an dem Drehrohrofen gehaltert und in Fluid-

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verbindung mit der Pluxdverteilereinrichtung verbunden sind, mit einer Düse, welche an dem Drehrohrofen in Fluidverbindung mit der langgestreckten zylindrischen Kammer gehaltert ist, und mit einem Ventil, welches mit der Fluidverteilereinrichtung verbunden ist, dadurch, gekennz eichnet, daß eine Steuervorrichtung (29, 31, 32, 41, 42, 43) der Fluidverteilereinrichtung (17) zugeordnet ist, um wechselweise die ersten und zweiten Fluiddurchgänge (14, 16) mit der Düse (12) während vorgewählter Abschnitte einer Drehrohrofen&rehung zu verbinden und zu trennen, und daß ein verstellbarer Auslösemechanismus (33) der Steuervorrichtung zugeordnet ist, um zu gewährleisten, daß nur einer der Durchgänge mit der Düse während der gesamten Drehung des Drehrohrofens verbunden werden kann.

3. Erzreduktions-Drehrohrofen nach Anspruch 2, dadurch gekennz ei.chnet, daß die Steuervorrichtung eine drehbare Nockenplatte (37) aufweist, welche auf dem Drehrohrofen gehaltert ist, mit dem Ventil (18) zusammenwirken kann und mindestens zwei Nocken (39ν ^t 42, 43) auf der Platte besitzt, daß ein fester Auslösemechanismus (29, 31» 32) um den Drehrohrofen herum gehaltert ist, welcher mit den Nocken in wahlweisen Eingriff gelangen kann, während sich der Drehrohrofen dreht, und daß der verstellbare Auslösemechanismus einen positionsgesteuerten Auslöser (33) aufweist, welcher betätigbar ist, um die Nocken in eine oder aus einer Stellung wahlweise bewegen zu können, so daß diese mit dem festen Auslösemechanismus in Eingriff gelangen können.

4. fFrzreduktions-Drehrohrof en nach Anspruch 3, dadurch gekennz ei chnet, daß die Nocken erste

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und zweite Nocken aufweisen, welche in axial sich in einem Abstand befindenden Ebenen gelegen sind, daß der verstellbare und der feste Auslösemechanismus in axial sich in einem Abstand befindenden Ebenen um den Drehrohrofen herum gehaltert sind, um wahlweise mit den ersten bzw. zweiten Nocken eingreifen zu können, während sich der Drehrohrofen dreht, und daß ein relaisbetätigter Servomotor (34) mit dem verstellbaren Auslösemechanismus verbunden ist, um wahlweise den verstellbaren Auslöser in eine und aus einer Stellung bewegen zu können, so daß dieser mit einem der Nocken in Eingriff gelangen kann.

5· Erzreduktions-Drehrohrofen nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die ersten und zweiten Nocken auf gegenüberliegenden Seiten der Nokkenplätte angeordnet sind.

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