DE2428891A1

DE2428891A1 - Verfahren zum schmelzen in einem schachtofen sowie schachtofen zwecks ausuebung des verfahrens

Info

Publication number: DE2428891A1
Application number: DE2428891A
Authority: DE
Inventors: Sven Olof Kjell Kjell-Berger
Original assignee: Rockwool AB
Current assignee: Rockwool AB
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1975-01-09
Also published as: FI57246C; CH587195A5; NO742192L; BE816528A; NL7407971A; ATA468074A; FR2233581A1; NO139952C; US3958919A; SE386660B; AT344057B; DK320274A; FI57246B; DK142092B; GB1481703A; NL170185C; FR2233581B1; FI185174A; DE2428891C3; SE7308571L

Description

DipL-Ing. Friedrich Könne Patentanwalt 1 2. JUNI 1974

5 Köln 1 / Postfach 250 265

ROCKWOOL AKTIEBOLAGET

Verfahren zum Schmelzen in einem Schachtofen sowie Schachtofen zwecks Ausübung des Verfahrens.

Beim Schmelzen von verschiedenen Arten von Materialien, insbesondere von Mineralien und dabei als ein ausgewähltes Beispiel beim Schmelzen von Stein, Schlacken ur>.a dergleichen zwecks Erreichung einer Schmelze, die zu Mineralwolle gesponnen werden kann, hat man bisher praktisch ausschliesslich Schachtöfen oder Kupolöfen benutzt, und man hat auch grosse und umfassende Erfahrung von der Arbeit mit solchen öfen. Öfen dieser Art haben ausserdem ihre meist umfassende Benutzung in Anschluss an Schmelzen von Eisen erreicht, aber auch für Schmelzen von anderen Metallen bei der Herstellung von verschiedenen Arten von Legierungen.

Man weiss aus Erfahrung, dass solche öfen nicht ebensogut allen denjenigen Wünschen zufriedenstellen, die in Anschluss an der Benutzung davon aufgestellt werden können. Sie fordern beispielsweise einen sehr grossen Brennstoffverbrauch. Dies hängt davon ab, dass die aufsteigenden Verbrennungsgase zwar anfangs zu ihrem hauptsächlichen Anteil aus Kohlendioxyd (CO.) bestehen, aber während der aufsteigenden Bewegung begegnen sie noch nicht verbrenntes Brennstoff (C), üblicherweise in der Form von Koks, wobei eine Reduktion unter Bildung von Kohlenmonoxyd (CO) stattfindet.

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CO enthält weiter eine wesentliche Energiemänge, welche durch Verbrennung hätte unter Bildung von weiterem CO. nutzbar gemacht werden können, und die Reduktion unter Bildung von CO bedeutet ausserdem Verbrauch eines Teiles desjenigen C, welches besser hätte als Brennstoff in der Schmelzzone des Ofens benutzt werden können.

Diese beiden !Anständen müssen angesehen werden, die meist auffallenden Übelstände bei den älteren Öfen zu bilden, diese leiden indessen auch von weiteren Ubelständen. Gebildetes CO wurde in der Regel in die Aussenluft hinausgelassen. Es ist stark giftig und bedeutete deshalb eine ungebungszerstörende Erscheinung.

In der Regel enthält weiter Koks auch bestimmte Mengen von Schwefel (S). Auch der hauptsächliche Anteil von diesem Schwefel wird in der Schmelzzone unter Bildung von Schwefeldioxyd (SO») verbrannt. Man kann jedoch nicht verhindern, dass auch eine Reduktion von SO unter tütwirkung von in den Verbrennungsgasen vorhandenes H„0 stattfindet, und bei der letzterwähnten Reduktion bildet sich Schwefelwasserstoff (H₂S). Sauerstoff, welcher dabei freigemacht wird, reagiert sich mit dem glühenden Koks unter Bildung von weiterem CO. H„S ist zwar an sich ebenfalls stark giftig, kommt aber in derart kleinen !■!engen vor, dass seine Giftwirkung in der Regel vernachlässigt werden kann. Ernst ist indessen der intensive und unangenehme Geruch, den EUS besitzt, auch wenn es in sehr kleinen Mengen vorhanden ist, und welcher als ein grosser Ubelstand aufgefasst wird.

Man muss somit irgendeine Art von einer Kompromisse finden, bei welcher man sowohl die Menge an CO wie die Menge an H„S vermindert, damit die Umgebungsbedingungen gut zufriedengestellt sein sollen, gleichzeitig als die ökonomischen Betriebsbedingungen ebenfalls zufriedengestellt werden. Dabei ist zu bemerken, dass es sich in Praxis gezeigt hat, dass ein bestimmter, nicht völlig klargelegter Zusammenhang zwischen der Menge CO und der Menge H-S in den Rauchgasen vorhanden ist, so dass man durch Massnahmen, die zu einer Ver-

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minderung der Bildung an CO oder zu einer Verminderung der Menge zurückbleibenden CO in den Rauchgasen leiten, in der Regel auch eine bestimmte Verminderung der Bildung von H„S bzw. von der Menge in den Rauchgasen zurückbleibenden FLS erreicht. Es dürfte möglich sein in dieser Weise mit an sich bekannten Mitteln die Menge zurückbleibenden CO und H_?S so weit zu vermindern, dass die Gefahr für eine Umgebungszerstörung auf Grund von zurückbleibender Menge CO als in der Hauptsache aus der ITeIt gebracht betrachtet werden kann, aber auf Grund des intensiven Geruches von H_S bleibt bei dieser Verminderung jedoch immerfort ein so starker Geruch zurück, dass dieser als ein ungebungsstörendes Moment aufgefasst wird.

Es ist offenbar, dass hier eine wesentliche Aufgabe in Anschluss zu dem Betrieb von Kupolofen und Schachtöfen vorhanden ist. Mehrere verschiedene Weisen mit den genannten übelständen zurecht zu kommen sind deshalb vorgeschlagen worden.

Beispielsweise hat man vorgeschlagen unter Benutzung von zwei konzentrischen oder parallelen Schachten Koks zwecks Verbrennung und Temperaturerzeugung auf einem Wege zuzuführen und den in der erhöhten Temperatur zu schmelzenden Gut in einem anderen Wege zuzuführen und die Verbrennungsgase ausschliesslich durch denjenigen Kanal zu entfernen, in dem der Schmelzgut zugeführt wird. Hierdurch würde man somit verhindern können, dass.die Rauchgase in direktem Kontakt mit dem eingeladenen Koks kommt, und die oben erwähnte Reduktion würde somit nicht zu Stande kommen. Diese Art und Weise hat jedoch nicht gute Ergebnisse ergeben. Vor allem stösst man auf praktisch gesprochen unüberwindbaren konstruktiven und materialtechnischen Schwierigkeiten.

Man hat auch vorgeschlagen, Verbrennungsluft in vielen verschiedenen Höhen einzuleiten, und man hat dabei damit gerechnet, dass Verbrennungsluft, welche in einer verhältnismässig hohen Höhe eingeleitet wird» Verbrennung des entstandenen CO bewirken würde. Auch diese Methode hat indessen zu in der

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Praxis nicht annehmbaren Ergebnissen in dieser Hinsicht geleitet, denn auch falls man in solcher Weise zufällig das Gehalt an CO vermindern könnte, ehe die Rauchgase in die Aussenluft hinausgelassen werden, so bildet sich danach jedoch nochmals neues CO. Auch falls solche Kupolofen mit mehreren Gebläsehöhen unter anderem höhere Kapazität und verminderten Verbrauch an Brennstoff ergeben haben, ist jedoch die Zusammensetzung der Abgase nicht wesentlich verändert worden.

Eine Weise, die einen gewissen Ergebnis erzielt hat, jedoch von begrenzter Umfassung, war die Reaktion zwischen abwärts beweglichem Koks einerseits und aufwärts beweglichem C0„ andererseits für Bildung von CO zu verhindern, dadurch dass man die Koksstückchen mit einer Schutzumhüllung von einem Material mit ziemlich hohem Schmelzpunkt versehen hat. Diese Massnahme ist Gegenstand des Patentes 348.710. Nach derjenigen Erfindung, die Gegenstand dieses Patentes bildet, versieht man somit die dem Schachtofen als Heizquelle zugeführten Koksstückchen vor dar Zufuhr zum Schachtofen mit einer äusseren Schicht mit einem Schmelzpunkt, welcher in Verhältnis zu den im Schachtofen ausserhalb von der eigentlichen Verbrennungszone vorhandenen Temperaturen hoch ist.

Die Koksstückchen können somit in einen Schlamm oder dergleichen getauft werden oder damit bespritzt werden, wonach die zugeführte Schicht ganz oder teilweise vor der Zufuhr des Koks zum Schachtofen getrocknet wird. Man kann beim Zuführen von dem Schlamm ein Bindemittel einführen, welches die erhaltene Schutzschicht verstärkt.

Die in dieser Weise aufgeführte Schutzumhüllung wird dann nicht früher geschmolzen als wenn der Koks in die Schmelzzone, wo CO gebildet wird, gekotmen ist, aber der aufsteigende Gas wird erwartet, nicht durch die noch nicht geschmolzene Schicht in der Schutzumhüllung durchdrängen zu können, und man rechnet hierdurch damit, die genannte Reaktion verhindern zu können. In Praxis stimmt dies indessen nicht ganz. Der Koks ist während seiner Bewegung

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durch die Schacht in dem Schachtofen einer Bewegung unter Reibung und unter Stössen zwischen den einzelnen KoksStückchen ausgesetzt, und unter Beeinflussung von dieser mekanischen Beeinflussung wird wenigstens flSchenweise die Schutzumhüllung zerstört. Ähnliche Schaden in der Schutzumhüllung können in noch höherem Umfange während der Handhabung von dem Koks oder während der Aufführung der Schutzumhüllung entstehen und insbesondere während der Überführung von dem Koks zu dem Schacht des Ofens.

Hinzu kommt, dass die primäre Verbrennung in dem unteren Teil des Schachtofens auf Grund von der komplizierten Reaktionschinetik trotz der hohen Temperatur Veranlassung zu Bildung von CO- sowie CO geben muss. Die Methode gibt zwar eine wahrnehmbare Verminderung an CO in den Abgasen. Die gleichzeitig eintretende Verminderung an H-S ist indessen klar unzufriedenstellend.

Man muss deshalb feststellen, dass man bisher keine zuverlässige Art und Weise gefunden hat, in Anschluss an die Verbrennung in einem Schachtofen die oben erklärten !!beistände aus der Welt zu bringen.

Man hat deshalb zwei weiteren Wegen zu diesem Zwecke vorgeschlagen, welche nicht direkt mit dem Verbrennungsverlaufe in dem eigentlichen Ofenschacht zu tun haben.

Somit hat man die Benutzung von sehr hohen Schornsteinen vorgeschlagen, durch welche die Verbrennungsgase abgeleitet werden. Man hat damit gerechnet, dass hierdurch die umgebungszerstörenden Verbrennungsgase unmittelbar verdünnt werden sollten. Auf Grund des durch dringenden Geruches von HjS fordert diese Methode indessen, damit sie zu einer wahrnehmbaren Wirkung leiten soll, sehr hohe Schornsteine, üblicherweise mit einer Höhe von mehr als 100 m, was einen bautechnischen übelstand bedeutet, mit den hohen Kosten für einen solchen Schornstein zusammenwirkend.

Man hat auch die Anordnung von besonderen Nachverbrennungs ge raten vorgeschlagen, durch welche die Verbrennungsgase abgeleitet werden, und in denen man dem vorliegenden CO und HjS eine Nachverbrennung unter Bildung von COj und

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SO. unterwerfen könnte. Dabei wird die störende Wirkung der Gase in genügendem Masse eliminiert. Durch Zusatz von Verbrennungsluft und Hitze, die letzterwähnte beispielsweise von einem Ölbrenner erhalten, wurde man somit eine praktisch gesprochen vollkommene Nachverbrennung von CC sowie von H₂S erreichen können.

Dieses Verfahren zeigt sich theoretisch sehr zusprechend, hat aber eine ganze Reihe von praktischen übelständen. Entweder nuss aan so viel Nachverbrennungsbrennstoff benutzen, dass das Verfahren aus betriebsökonomischen Gründen nicht annehmbar wird, oder aber man muss sehr grossen, schweren und platzräubenden Nachverbrennungskammern benutzen, welche Verbrennung bei niedriger Temperatur erlauben, und die Investierung in diesen maschinellen Vorrichtungen wird deshalb zu schwerwiegend. Hierbei nuss aan auch in Erinnerung haben, dass man selbstverständlich in erster Reihe versuchen muss, eine so vollständige Verbrennung wie möglich bei der primären Verbrennung zu bewirken, aber je vollständiger dieser wird, um so kleinere Mengen an CO und H_S sind in den Rauchgasen vorhanden, aber hierdurch vergrossert sich das Bedürfnis an Brennstoff in der Nachverbrennungsanlage in entsprechenden Masse, denn dieser Brennstoff muss die ganze Gasmenge zu Verbrennungstemperatur erhitzen, unabhängig davon, wie gross das Gehalt an unverbrannten Gasen ist.

Es ist somit deutlich, dass sehr grosse Schwierigkeiten bei Feuerung in einem Schachtofen zwecks Schmelzen von Mineralien, Metallen oder dergleichen vorhanden sind, und dass diese Schwierigkeiten bisher keine zufriedenstellende Lösung gefunden haben.

Die vorliegende Erfindung, welche sich auf eine eingehende Untersuchung der Verbrennungstechnologie in Schachtöfen basiert, weist indessen eine Lösung an. Dabei ist man dazu gekommen, dass der Zuschuss an sekundärer Verbrennungsluft nicht früher stattfinden soll als die Reduktion von C0_ in CO und die bei etwa demselben Temperaturbereiche stattfindende Reduktion von SO. zusammen mit H-O in H₂S vollgeführt worden ist, und keine weitere solche Reduktion

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mehr zu befürchten ist, oder wenigstens bis die Reduktion so stark herabgesetzt worden ist, dass die zurückbleibende Reduktion keine fühlbaren Ubelstände mit sich bringt.

Weiter ist man von dem Prinzip herausgegangen, dass die erwähnte Nachverbrennung nicht solcher Art sein darf, dass sie die Hochtemperaturprozesse in dem Schachtofen stören. Ausserdem ist man davon ausgegangen, dass die Nachverbrennung nicht zu einer so spaten Zeit stattfinden soll, dass die Rauchgase Zeit genug gehabt haben in wesentlichen Masse kalt zu werden, denn dann entsteht eine Schwierigkeit die Nachverbrennung bei demjenigen Gelegenheiten zu zünden, wenn sie gegebenenfalls auf Grund von Abwesenheit von verbrennungsbaren Gasen zufälligerweise gelöscht worden ist.

Der erwähnte Gesichtspunkt spricht somit dafür, dass die Nachverbrennung ziemlich nahe der primären Verbrennungszone unternommen werden soll, aber sie darf auch nicht zu nahe an dieser Zone stattfinden, denn in einem solchen Falle entsteht ein Risiko dafür, dass bei dem Nachverbrennen entstehende Hitze zu einer solchen Erhöhung der Gastemperatur leitet, dass danach eine erneute Reduktion unter Bildung von CO und gegebenenfalls auch von H^S nicht mehr verhindert werden könnte. Andererseits darf man sich auch nicht zu viel von der primären Verbrennungszone entfernen, denn dann würde die Temperatur der Gase so weit herabgesunken sein, dass Zündung des Gasgemisches gar nicht oder nur mit Schwierigkeit stattfinden kann.

Schliesslich ist man dazu gekommen, dass man solchen Koks benutzen sollte, welcher mit einer Schutzumhüllung nach dem Obigen versehen worden ist. Schon das Vorhandensein dieser Shutzumhüllung leitet zu einer wesentlichen Verminderung der nicht erwünschten Gasbestandteile CO und H-S. Die Schutzumhüllung kann mit ziemlich einfachen Mitteln aufgeführt werden, und sie kann zusätzlich dazu andere Vorteile erzeugen. Diese Gasbestandteile sollen in ihrer Reihe durch in besonderer Weise zugeführte Verbrennungsluft unschädlich gemacht werden, wobei die Schutzumhüllung, und dies ist ihre hauptsächliche

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Aufgabe, eine erneute Bildung von CO und H„S verhindern soll. Der Mechanisipus ist hierbei doppelseitig. Teils wird der Koks davon verhindert, CO- in CO zu reduzieren, teils wird eine beginnende Verbrennung von dem Koks mit Hilfe von Sauerstoff in der zuletzt zugeführten Gebläseluft verhindert. Dies würde ja die Temperatur erhöhen, so dass die Bildung von CO nochmals beginnen könnte.

Han steht deshalb hier vor einer technischen Kompromisseaufgabe, welche indessen leicht mit denjenigen Lösungen bemeistert werden kann, die durch die Erfindung angegeben werden.

Beim Lösen der oben erwähnten Kompromisseaufgabe und bei der Benutzung deren Lösung nach der vorliegenden Erfindung stösst man indessen auch auf bestimmte sekundäre Aufgaben. Unter diesen sollen die folgenden erwähnte werden:

Die Einführung von Verbrennungsluft in einen Schachtofen kann kaum unter derart gleichmässiger Verteilung der Verbrennungsluft stattfinden wie erwünscht wäre, da die Charge in dem Ofen für die ebene Verteilung verhindernd wirkt. Aus demselben Grunde kann es schwer sein, insbesondere bei grösseren Schachtöfen, eine gleichmässige Verteilung von der Sekundärluft über den Querschnitt des Schachtofens zu bewirken, aber die erwünschte Verbrennung von CO kann nur mit einem Minimum von zugeführter Sekundarverbrennungsluft stattfinden, falls diese ganz besonders gleichmässig über den Querschnitt des Ofens verteilt ist. Diese Schwierigkeit kann nur zum Teil durch Wahl von geeigneten EinStrömungsgeschwindigkeiten beherrscht werden, da die Menge und dadurch auch die Geschwindigkeit veränderlich sein muss. Eine wesentlich mehr zweckmässige Weise wäre dann, die Verbrennungsgase von dem Ofenschacht abzuleiten, wie mit Sekundärluft für die Nachverbrennung zu mischen, und die Nachverbrennung stattfinden zu lassen, sowie danach aufs neue die Verbrennungsgase in den Ofenschacht einzuführen. Hierdurch erzielt man volle Kontrolle über den Verbrennunp.sverlauf, gleichzeitig als man mit einfachen Mitteln

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die Temperatur des entgültigen Verbrennungsgases in eine erwünschte Höhe halten kann.

Die ganze Menge von Verbrennungsgasen braucht nicht wieder in den Ofenschacht hineingeführt werden, sondern Teilmengen können in an sich bekannter Weise für allerlei seitlichen Aufgaben benutzt werden, beispielsweise für Vorwärmung der Gebläseluft zu dem Ofen und so weiter.

Falls man die Rauchgase von dem Schacht entfernt und sie ausserhalb von dem Schachte behandelt, erzielt man den weiteren Vorteil, dass man mit zwei separaten Stufen arbeiten kann, und zwar zuerst eine Verbrennungsstufe und danach eine Abkühlungsstufe. Beide diese Stufen können dabei, unabhängig von einander, unter optimalen Bedingungen getrieben· werfen wodurch man weiter in dem Hand hat, den chemischen Austausch bei der Verbrennung zu verbessern. Die Abkühlungsstufe braucht auch nicht immer oder für jeden besonderen Zweck in Tätigkeit sein.

Es ist selbstverständlich aus brennstoffökonomisehern Gesichtspunkt von Bedeutung, dass der grösst möglichste Anteil des bei der Verbrennung entstehenden Gas, welcher aufwärts in dem Schacht strömt, vorzugsweise all dieser Gas ausgeholt xtfird. Dies wird unterleichtert, falls man den Ofenschacht unmittelbar oberhalb der Stelle für Ausnahme der Gase verdrängt. Um sicherzustellen, dass kein Gas aufwärts durch die Verdrängung unter Mitführen von unverbrenntem CO und/oder H„S heraufströmt, kann man mit besonderen Mitteln die Druckdifferenz zwischen den Ausnahmeöffnungen und den Einführungsöffnungen in den Schacht vergrössern, so dass man sogar eine bestimmte abvrärtsgerichtete Strömung von sekundären Verbrennungsgasen durch die Verdrängung erhält.

Die Erfindung betrifft somit in erster Reihe ein Verfahren um in einem Schachtofen Material zu schmelzen, beispielsweise solches Material, welches für Herstellung von Mineralwolle benutzt wird, unter Verbrennung von Koks. Gebläseluft für die Verbrennung von diesem Koks wird durch Windformen in der Nähe des Ofenbodens zugeführt.

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Erfindungsgeraäss wird bei der Verbrennung von dem Koks entstehendes CO und/oder H„S unter Reaktion zwischen den Rauchgasen, einerseits, und einer davon abgetrennten Gebläseluft, welche in einer Höhe zugeführt wird, wesentlich oberhalb von derjenigen, wo die erstgenannte Gebläseluft zugeführt, andererseits, nachverbrannt. Die weitere Gebläseluft wird dabei in einer Höhe zugesetzt, bei welcher Bildung von CO wenigstens in der Hauptsache aufgehört hat, und wo die Tenperatur immerfort derart hoch ist, dass das Gemisch von Gas und Luft selbstbrennend ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung benutzt man als Brennstoff Koks, der in an sich bekannter Weise mit einer Schutzschicht versehen worden ist mit einem Schmelzpunkt, welcher in Verhältnis zu den im Schachtofen ausserhalb von der eigentlichen Verbrennungszone vorhandenen Temperaturen hoch ist.

Die Erfindung betrifft indessen auch einen Schachtofen für Ausübung des erwähnten Verfahrens.

Nach diesem Anteile der Erfindung enthält der Schachtofen einen unteren Teil für Bewirkung der eigentlichen Verbrennung sowie einen oberen Teil zwecks Nachverbrennung, durch eine Verdrängung abgetrennt. Bei einer Stelle innerhalb des unteren Teiles sind Vorrichtungen vorhanden zwecks Ableitung von Verbrennungsgasen und Vermischung von ihnen mit weiterer Verbrennungsluft, und ein Kanal ist vorhanden zwecks Wiedereinführung des Gemisches von Verbrennungsgasen und zusätzlicher Verbrennungsluft zu einer Stelle oberhalb von der Verdrängung. Im Wege der somit abgeleiteten Verbrennungsgase sind druckvergrössernde Geräte vorhanden, vorzugsweise in Form von Ejektoren.

Die Erfindung wird unten näher in Anschluss an ein Ausführungsbeispiel erklärt werden, in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht, es ist aber unterverstanden, dass die Erfindung nicht auf dieses besondere Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist, sondern dass allerlei verschiedene Abänderungen innerhalb des Rahmens der Erfindung vorkommen können.

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In der Zeichnung wird somit ein Schachtofen gezeigt, für Ausübung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet.

Der Ofenschacht besteht aus zwei Hauptteilen, und zwar aus einem unteren Teil 10 und aus einem oberen Teil 11, mittels einer solchen Verdrängung wie oben erwähnt abgetrennt. In der unteren Partei des unteren Teiles 10 ist eine aus hochwertigem, feuerfestem Material ausgeführte oder mit Wasserkühlung versehene Vermantelung 13 angeordnet. Oberhalb davon ist der Ofenschacht 14 angeordnet, beispielsweise durch Mauerwerk hergestellt. Windformen 15 sind in dem untersten Teil der Partei 13 zwecks Zufuhr von Gebläseluft durch Kanälen 16 angeordnet, welche von einem ringsum den Ofen laufenden Gebläseluftkasten 17 gespeist werden. Da es vorteilhaft ist, dass diese Gebläseluft vorerwärmt ist, sollte der Gebläsekasten 17 sowie die Kanäle 16 wärmeisolierend sein, wie dies durch die Isolationsschichte 18 angegeben worden ist.

Zwecks Herabführung der Verbrennungsgase aus dem Ofen ist eine Ejektorvorrichtung vorhanden, wobei man von einem ringförmigen, ringsum die Drosselstelle 19 angeordneten Luftverteilungskflsten 20 Ejektorluft durch Rohren hineinführt, welche in der Drosselstelle der Ejektormundstücke 21 münden, so dass die Verbrennungsgase zusammen mit der Treibluft in die ringförmige Kammer 23 angehäuft werden, in welcher ausserdem züfldbrenner 24 angeordnet sind um, falls die Verbrennung auf Grund von zufälligem Mangel an brennbarem Material wie CO oder H«S erlöschen sollte, diese Verbrennung wieder anzuzünden, wenn brennbares Material in genügender Menge wieder vorhanden ist. Ein Teil der Verbrennungsgase kann aus der ringförmigen Kammer 23 durch Rohren 25 entfernt werden und wird dann beispielsweise zu einem Wärmetauscher zwecks Erwärmung der Gebläseluft oder dergleichen geleitet. Von derselben Kammer 23 wird wenigstens ein Teil der Verbrennungsgase aufwärts geleitet, beispielsweise durch ein Ejektormundstück 26 und mit Hilfe von Treibluft unter Druck, welche von einem Sammelkanal 27 zugeführt wird und durch Treibmund-

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stücke 28 zu einer Sammelkammer 29, welche gleich den übrigen Luft oder Gaskammern in der Vorrichtung vorzugsweise ringförmig angeordnet ist und den Ofen umgibt. Es soll erwähnt werden, dass wenn man oben von Treibluft für die Ejektorvorrichtungen gesprochen hat, so wird damit nicht gemeint, dass es sich notwendigerweise um Luft in eigentlichem Sinne handeln muss, sondern dass man mit gleichem Vorteil einen anderen Gas unter Druck benutzen kann, beispielsweise Verbrennungsgase, wenn solche zu Verfügung stehen, insbesondere in gegebenenfalls vorhandenen anderen Ejektoren. Es ist in vielen Fällen auch vorteilhaft, bei der Herstellung dieser Treibluft Wasser in solcher Form zuzusetzen, dass die Treibluft in angemessenem Nasse mit Wasserdampf versetzt wird, in die Verbrennungskammer 23 zwecks Katalyse der CO-Verbrennung in der Verbrennungskammer 29 zwecks Kühlung des Gasgemisches.

Von der Sammelkammer 29 leiten Rohre 30 zu Löchern 31 im Boden des oberen Ofenteiles 11 oberhalb von der Einschnührung 19. Durch diese Rohre werden somit Verbrennungsgase von der Kammer 29 zugeführt. Die Menge von solchen Verbrennungsgasen wird so gewählt, dass man eine geeignete Vorwärmung des Schmelzgutes in dem Schachte 32 innerhalb von dem oberen Ofenteil 11 erhält. Schliesslich werden die somit behandelten Rauchgase von dem Ofenschacht durch eine Rohrleitung 33 entfernt, nachdem sie durch das chargierte Material passiert sind, welches durch die Schachtmündung 34 aufgefüllt worden ist. Die obere Fläche des Materiales ist durch die Kontourlinie 34a angedeutet worden.

Es soll bemerkt werden, dass zwecks Verbesserung der WärmeÖkonomie in dem Ofen dieser im Ganzen mittels eines wärmeisolierenden Materiales in Form von den Wänden 35 umgeben ist, welche ebenfalls die Hilfskammer und -Kanäle in erwünschtem Umfange umschliesst.

Die jetzt beschriebene Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Je nachdem die Verbrennung in der eigentlichen Verbrennungszone innerhalb von der unteren Partei des Teiles 10 in dem Ofen stattfindet, sinkt das

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chargierte Material abwärts in dem Schachte 11. Es wird während dieser ganzen Zeit auf Grund von den aufsteigenden heissen Gasen vorerwärmt, welche durch die Löcher 31 eingeführt werden, und da diese Gase sich in Gegenstrom gegen das Herabsinken des chargierten Materiales bewegen, wird dieses Material eine höhere Temperatur zeigen, je weiter abwärts in dem Schachte es sich befindet. Falls es sich beispielsweise um einen Schachtofen für Schmelzung von Mineral zwecks Herstellung von Mineralwolle handeln würde, wird das Material durch den Schachttrichter 34 hineingeführt, mit Brennstoff vermischt, beispielsweise mit Koks. Die Schmelze wird danach in der untersten Ebene innerhalb von dem Teile 13 angehäuft um durch Löcher 16 abgezapft zu werden, welche oberhalb der Bodentüre 37 angeordnet sind.

In den Abgasen von der Schmelzzone wird es somit sowohl CO wie H„S vorhanden sein. Diese sind die nicht erwünschten gasformigen Erzäugnisse, welche nach der vorliegenden Erfindung verbrannt werden sollen. Für diese Verbrennung wird teils gefordert, dass in der Stelle der Nachverbrennung eine angepasste Temperatur vorhanden ist, teils auch dass in dieser Stelle sauerstoffreiche Luft oder etwas entsprechendes \^Torhanden ist. Die Verbrennung soll in der Hauptsache mit Hilfe von Luft stattfinden, welche von dem Sammelkanal 20 durch Ejektormundstücken 21 eingeführt wird. Die Temperatur des sich ergebenden Verbrennungsgases wird beispielsweise durch Zusatz von kälteren Verbrennungsgasen durch die Mundstücke 28 geregelt. Die Verteilung und die Menge ■ dieses Mischgases wird in geeigneter Weise geregelt, vorzugsweise durch temperaturfühlenden Mitteln 38 in den Rauchgasleitungen 30, welche Impulse zwecks Regelung zu einem Zählwerk oder einem Kalkulator 39 geben, welche in ihrer Reihe Ventile 41 in den Rohrleitungen 28 betätigen. Nur ein solches Ventil ist in der Rohrleitung in der Zeichnung gezeigt worden, es ist aber offenbar, dass man eine Mehrzahl von solchen Ventilen anordnen kann, und ebenfalls, dass man die Ventile in anderen Stellen in der Anlage anordnen kann, wobei man jedoch dafür Sorge tragen muss, dass sie gemeinsam die Menge und die Tem-

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peratur der Nachverbrennungsluft regeln, welche durch die Löcher 31 zugeführt wird. In den Leitungen 30 sind weiter Ventile 40 eingesetzt worden um die Menge des zum Ofenschachte zurückgeführten Gases zu regeln.

Wie diese Nachverbrennung stattfindet, dürfte dem Obigen zu entnehmen sein. Dabei ist es von Wichtigkeit, dass man den eigentlichen Verbrennungsraum in dem unteren Teile 10 des Schachtofens von dem Nachverbrennungsräume in dem oberen Teile 11 des Schachtofens hat abtrennen können, was durch die Drosselung stattfand, die innerhalb des mittleren Teiles 12 des Schachtofens zurückzufinden ist. Diese Drosselung leitet dazu, dass die aufsteigenden Rauchgase leichter einen Abweg durch die Ejektorvorrichtungen 21, 22 zu der ringförmigen Kammer 23 finden, gleichzeitig als die ganze Verbrennung und der dabei entstehende Druchzustand in einer Weise stabilisert wird, welche die nachfolgende Regelung der Menge und der Temperatur der Nachverbrennungsluft unterleichtert.

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Claims

DipL-Ing. Friedridi Köhiic , ~ Jjjjjj Patentansprüche

1. Verfahren in einem Schachtofen Material zu schmelzen, z.B. solches Material, xrelches für Herstellung von Mineralwolle benutzt wird, unter Verbrennung von Koks (C), wobei Gebläseluft für die Verbrennung dieses Kokses (C) durch Windformen (15) nahe aa den Ofenboden (37) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet dass bei der Verbrennung des Kokses (C) entstehendes CO und/oder H-S unter Reaktion zwischen den Rauchgasen, einerseits, und einer davon abgetrennten Gebläseluft, welche in einer Höhe zugeführt wird, wesentlich oberhalb von derjenigen, wo die erstgenannte Gebläseluft zugeführt wurde, andererseits, nachverbrannt werden, wobei die weitere Gebläseluft in einer Höhe zugesetzt wird, in welcher Bildung von CO wenigstens in der Hauptsache aufgehört hat, und wo die Temperatur immerfort derart hoch ist, dass das Gemisch von Gas und Luft selbstverbrennend ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass als Brennstoff Koks benutzt wird, welcher in an sich bekannter Weise mit einer Schutzschicht mit einem Schmelzpunkt versehen worden ist, welcher in Verhältnis zu den im Schachtofen ausserhalb von der eigentlichen Verbrennungszone (13) vorhandenen Temperaturen hoch ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die zusätzliche Gebläseluft in solcher Weise, in einer solchen Stelle, mit einer solchen Temperatur und in solcher Menge bzw. Zusammensetzung sowie gegebenenfalls unter solchem Zusatz von Wasser (H₂O)

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zugeführt wird, dass einerseits praktisch vollkommene Verbrennung von dem gebildeten CO stattfindet, andererseits aber bei dieser Verbrennung entstehende Färrae nicht zu einer Temperaturerhöhung solcher Grosse leitet, dass erneute, wahrnehmbare Reduktion von CO₉ zu CO stattfinden kann.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass Rauchgas von dem Ofenschacht entnommen wird, welcher durch Reduktion gebildetes CO enthalten kann, und dass dieser Rauchgas mit der weiteren Gebläseluft vermischt xiird, und zwecks Verbrennung von der vorhandenen Menge von CO und H„S unter Luftüberschuss angezündet wird, wonach die dabei entstehenden Verbrennungsgase wenigstens teilweise zwecks Vorwärmung der Charge benutzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das Gemisch von Verbrennungsgas und zusätzliche Verbrennungsluft mit einem durch Ejelctoren (21, 22; 26, 28) bewirkten, erhöhten Druck zu der Stelle (31) für die Vorerwärmung zugeführt vjird.

6. Verfahren nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet dass ein in solchem Masse erhöhter Druck für die zusätzlich zugeführte Gebläseluft benutzt wird, dass diese beim Wiedereintritt in den Ofenschacht den Druck von den aufsteigenden Rauchgasen überwindet.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet dass die vorhandene Menge von CO in den Verbrennungsgasen, ehe sie zu dem Ofenschacht in einer höheren Stelle (31) zugeführt werden, verbrannt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass kältere Gase zu den Verbrennungsgasen für deren Verdünnung und Kühlung zugesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Temperatur der zum Ofenschacht zurückgeführten Verbrennungsgase durch Einmischen von Rauchgasen, vorzugsweise von

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den eigenen Rauchgasen des Ofens, begrenzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch g e kennzei chnet dass in Reihe nach einander zwei Ejektoren (21, 22; 26, 28) zwecks übertragung der Verbrennungsgase von der Verbrennungszone (10) zu dem oberen Teil des Ofenschachtes benutzt werden, und dass die Verbrennung der in den abgeleiteten Verbrennungsgasen vorhandenen CO ausserhalb von dem Ofenschacht stattfindet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet dass die Temperatur und die Menge der zwecks Vorwärmung der Charge eingeführten Rauchgase sowie der zusätzlichen Verbrennungsluft geregelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass die Regelung der Temperatur der Gase wenigstens zum Teil durch Einblasen in dieser Gase von Wasser und/oder Wasserdampf stattfindet.

13. Schachtofen zwecks Ausübung des Verfahrens nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Schachtofen einen unteren Teil (IQ) zwecks Bewirkung der eigentlichen Verbrennung und einen oberen Teil (11) zwecks Vorwärmung der Charge enthält, durch eine Verdrängung (12) abgetrennt, und dass bei einer Stelle innerhalb von dem unteren Teile (10) Vorrichtungen (21, 22) für Ableitung von Verbrennungsgasen und Vermischung davon mit zusätzlicher Verbrennungsluft vorhanden sind, und dass ein Kanal (26, -28, 2S, 30) zwecks Wiedereinführung des Gemisches aus Verbrennungsgasen und zusätzlicher Verbrennungsluft zu einer Stelle (31) oberhalb von der Verdrängung (12) angeordnet ist, wobei im Wege der somit abgeleiteten Verbrennungsgase druckvergrössernde*Geräte angeordnet sind, vorzugsweise in der Form von Ejektoren (21, 22; 26, 28).

14. Schachtofen nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (23) zwecks Verbrennung von in den abgeleiteten Verbrennungsgasen vorhandenem CO und/oder H₂S mit Hilfe von der zusätzlich

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zugeführten Verbrennungsluft, ehe das Gemisch von abgeleiteten Verbrennungsgasen und weiterer Verbrennungsluft der Stelle (31) in dem Schachtofen oberhalb von der Verdrängung (12) zugeführt worden ist.

15. Schachtofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet dass Zündbrenner in der Kammer 23 zwecks Wiederanzünden der Verbrennung von CO und/oder H„S angeordnet sind, falls diese Verbrennung sich erlöchen würde.

16. Schachtofen nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzei chnet dass Vorrichtungen zum Einmischen von Wasser und/oder Wasserdampf in den Gasstrom bei einer Stelle vorhanden sind, ehe dieses Gemisch in den Schachtofen bei der Stelle (31) oberhalb von der Verdrängung (12) wiedereingeführt worden ist.

17. Schachtofen nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeichnet dass die vorhandenen Ejektoren (21, 22; 26, 28) angeordnet sind, mit Luft unter einem Druck, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser und/oder Wasserdampf gespeist zu werden,, so dass die Zufuhrluft zusammen mit deren gegebenenfalls vorhandenen Zusätzen in die zusätzliche Verbrennungsluft enthalten sein werden.

18. Schachtofen nach einem der Ansprüche 13 - 17, gekennzeichnet durch einen Kanal (25) zum Ableiten des ÜbelSchusses in den abgeleiteten Verbrennungsgasen zu einem Vorwärmer für die der Verbrennungszone (10) des Schachtofens zugeführte primäre Verbrennungsluft.

409882/0923