DE3238974A1

DE3238974A1 - Verfahren und vorrichtung zum erhitzen von gekoerntem material, insbesondere von perlit

Info

Publication number: DE3238974A1
Application number: DE19823238974
Authority: DE
Inventors: Albert R. 91761 Ontario Calif. Collins
Original assignee: Grefco Inc
Current assignee: Grefco Inc
Priority date: 1982-01-21
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1983-07-28
Also published as: ES518385A0; JPS58130155A; ES8403164A1; ZA826192B; NL8204559A; IN158882B; IT8223681A0; DE3238974C2; US4521182A; BE894791A; FR2520099A1; GB2113669B; GB2113669A; JPS6046051B2; FR2520099B1; CA1180854A; IT1152899B; PH19866A

Description

HOFFMANN ■ ΕϊΤΐίΕ &" S^kRTNMi

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . Dl P L-I N G. W. EITLE - DR. RER. NAT. K. H OFFMAN N · DI PL.-1 N G. W. LEHN

DIPL.-ING. K.FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 M D N CH EN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-2?il9 (PATHE)

GREFCO, INC., BaIa Cynwyd, Pa, 19004 / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von gekörntem Material, insbesondere von Perlit

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhitzen von gekörntem Materialien und insbesondere Mineralien, die sich beim Erhitzen ausdehnen. Die Erfindung ist besonders zum Expandieren von gekörntem Perlit geeignet.

Perlit ist ein siliziumhaltiges Material vulkanischen Ursprungs mit einem Siliziumgehalt von etwa 65 Gew.%, einem kombinierten Wassergehalt von 2 bis 5 Gew.% und zusätzlichen Mengen an Aluminium, Natrium und Kalium. Perlit wird im Tagebau gewonnen, wobei man den Abraum entfernt und das Perliterz sammelt. Das Erz wird

zerkleinert und dann auf eine Temperatur im Bereich von 870 bis 1.150°C erhitzt. Wird das Material in diesem Bereich, erhitzt, so erweicht das Mineral und expandiert plötzlich beim Expandieren des in den Teilchen enthaltenen Wassers, unter Ausbildung von leichtgewichtigen zellförmigen Teilchen. Die expandierten zellförmigen Teilchen sind verhältnismässig fest, inert und gegenüber hohen Temperaturen beständig. Daher werden sie in zahlreichen industriellen Produkten, einschliesslieh Filterhilfen, Wärmeisolierungen, inerten Füllstoffen für Mörtel und Beton und anderen Anwendungsgebieten, bei denen man leichtgewichtige inerte gekörnte Materialien benötigt, angewendet. Bei den meisten dieser Anwendungen wird der expandierte Perlit in grossen Mengen als ein Schüttprodukt verx^endet. Wegen der verhältnismässig .grossen Energiemengen, die beim Expansionsverfahren benötigt werden, besteht seit langem ein Bedürfnis nach wirksamen und praktischen Vorrichtungen zur Durchführung der Expansion.

Ausser der Expansion von Perlit gibt es zahlreiche weitere Industrieverfahren, bei denen man gekörnte Materialien auf hohe Temperaturen erhitzen muss. So gibt es beispielsweise andere Mineralprodukte, die beim Trocknen oder bei der Anwendung von Hitze expandieren, z.B. Vermiculit, gewisse Tonarten, Schiefer und Obsidian. Auch organische Materialien, wie Getreidekörner, können bei Hochtemperaturbehandlungen expandieren, allerdings bei unterschiedlichen Temperaturbereichen im Vergleich zu Mineralprodukten.

Eine Anzahl von Methoden und Vorrichtungen zum Expandieren von gekörntem Material und insbesondere von Perliterz werden zur Zeit angewendet. Ein typisches übliches Verfahren zum Expandieren von Perliterz wird in der US-PS 2 639 132 offenbart. Gekörntes Perliterz wird auf den Boden eines Säulenofens zusammen mit grossen Mengen an Heissluft und einer Flamme eingegeben, wobei das Expansionsverfahren in dem Masse abläuft, wie der Perlit nach oben durch den Ofen geleitet wird. Die Expansion von Perlit kann auch in einem Drehofen gemäss US-PS 2 602 782 durchgeführt werden.

Alle diese Verfahren sind für die Expansion von gekörntem; Perlit geeignet, jedoch sind für die Drehofen- technik hohe Energiekosten und ein nur massiger Wirkungsgrad charakteristisch. Die Expansion von Perlit in einem aufrechtstehenden. Ofen, in welchem die Teilchen mit der Flamme und Heissluft nach oben getragen werden, ist nachteilig, wegen des unzureichenden thermischen Wirkungsgrades und ergibt eine ungleichmässige Expansion der Teilchen.

Ausser diesen Methoden sind auch Vorrichtungen zum Einführen des zu expandierenden Materials in das obere

"25 Ende von Säulenöfen bekannt. US-PS 3 627 285 beschreibt eine Vorrichtung, bei der das zu expandierende Material durch den Mittelteil eines sich vertikal erstreckenden Ofens fällt, wobei eine Anzahl von Brennern an den Seitenwandungen heisse Gase gegen dieses Material richten. In den US-PSen 250 877, 2 625 512 und 252 190 werden Vorrichtungen zum Expandieren von Perlit beschrieben,

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bei denen das zu expandierende Material in das obere Ende eines Säulenofens eingeführt wird, wobei ein Brenner eine Flamme nach unten längs der Mittellinie des Ofens richtet. Die Einführung des zu expandierenden Materials am oberen Ende eines aufrechtstehenden Ofens und das Richten der Flamme nach unten durch den Ofen sind zwei Aspekte der hier offenbarten Erfindung. Wie aus der Beschreibung der Erfindung hervorgeht, machen erhebliche Unterschiede zwischen den Vorrichtungen des Standes der Technik und der vorliegenden Erfindung die vorliegende Erfindung wirksamer als die Vorrichtungen des Standes der Technik.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum wirksamen Erhitzen von grossen Mengen an .g-ekörntem . Material zur Verfügung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren ..zum Expandieren von gekörntem Perlit zu zeigen, das eine wesentlich wirksamere Wärmeeffizienz im Vergleich zu den üblichen Methoden aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht auch in einem Verfahren zum Expandieren von gekörntem Perlit in erheblich höheren Raten im Vergleich zu den üblichen Verfahren unter Verbrauch von weniger Energie pro Tonne des zu .expandierenden Perlits.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachfolgenden Beschreibung gezeigt und gehen zum

Teil aus der Beschreibung hervor oder können bei der praktischen Anwendung der Erfindung festgestellt werden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Erhitzen von gekörnten . Feststoffen. Die Vorrichtung schliesst einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Ofen.mit oberen und unteren Teilen ein. Ein im oberen Teil des Ofens befindlicher Brenner ist so angebracht, dass er eine Flamme längs der Mittelachse des Ofens nach unten richtet. Durch Einrichtungen im oberen Teil des Ofens werden die gekörnten Feststoffe an einer Vielzahl von Stellen in den Ofen eingeführt. Die Einrichtungen zum Einführen der gekörnten Feststoffe sehliessen eine Vielzahl von um den Brenner angeordneten Verteilerköpfen . ein. Jeder der Verteilerköpfe"schließt einen --Aufgäbe teil . ein, durch den ein Strom der- gekörnten·. Feststoffe sowohl .nach unten als auch in Richtung der Mittelachse des Ofens gerichtet wird, so dass dadurch die gekörnten Feststoffe in die Flamme kommen. Vorzugsweise schliesst der Eingangsteil der Einrichtung zum Einführen der gekörnten Feststoffe eine Aufgabeleitung und eine Steuer leitung ein, die in Fliessverbindung stehen. Die Steuer leitung ist vorzugsweise in einem Winkel von·30 bis 45° zur Senkrechten geneigt.

Das Verfahren zum Expandieren von gekörntem Perliterz umfasst die Stufen, eine Flamme nach unten längs der Mittelachse des vertikal ausgerichteten zylindrischen Ofens zu richten. Das Perliterz wird in den Ofen

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an einer Vielzahl.von radial um die Flamme am oberen Ende des.Ofens verteilten Stellen eingeführt. Das Perliterz wird nach unten und in Richtung der Mittelachse des Ofens gerichtet, wodurch das Perliterz bei seinem Durchgang nach unten durch den Ofen innerhalb der Flamme plaziert wird. Vorzugsweise führt man das ?er-"literz in den Ofen an mehr als vier Stellen am oberen Ende des Ofens ein. Ebenfalls wird bevorzugt, das Perliterz dem Ofen .in einem Winkel zur senkrechten im Bereich von 30 bis 45° zuzuführen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in den Figuren gezeigt.

Die Figuren, die in die Offenbarung der Erfindung einbezogen sind., beschreiben eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der wesentlichen Merkmale der Erfindung.

Fig. 1 ist eine Gesamtansicht der erfindungsgemäs-

sen Vorrichtung und zeigt den senkrecht ausgerichteten Ofen in Kombination mit anderen innerhalb des Ofens vorgesehenen Einrichtungen,

'

Fig. 2 ist ein Teilqueröchnitt des oberen Teils

des Ofens und beschreibt die Einrichtungen zum Einführen des gekörnten Materials in den Ofen,

Fig. 3 ist eine Ansicht längs der Linie 3-3 von

Fig. 2 und zeigt die Einrichtungen zum Einführen des gekörnten Materials in das obere Ende des Ofens,
5

Fig. 4 zeigt einen Schnitt eines Leitungsteils

des Verteilungekopfs und beschreibt die Form der Öffnung in das Innere des Ofens.

Nachfolgend wird die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der.Erfindung, wie sie als Beispiel in den anliegenden Zeichnungen beschrieben wird, erläutert.

Aus Fig. 1 wird ersichtlich, dass die Vorrichtung zum Erhitzen.von gekörnten Feststoffen, die mit 10 bezeichnet wird, aus einem zylindrischen Vertikal- ' ■ ofen 12 mit einem oberen Teil 14 und einem unteren-Teil 1ü besteht. Wie hier ausgeführt und noch deutlicher in Fig. 2 zum Ausdruck kommt, umfasst der Ofen eine Innenhülle 18 und eine Jlussenhülle 20 mit einer dazwischen befindlichen. Wärmeisolierung 22. Es wird bevorzugt, dass die Wärmeisolierung in der Lage ist, die beim Betrieb der Vorrichtung auftretenden Temperaturen auszuhalten, wobei sich eine Fasermattenisolierung als für diesen Zweck ..geeignet bewährt hat. Weiterhin wird bevorzugt, dass die Innenhülle des Ofens aus rostfreiem Stahl gebaut ist, welcher bei den auftretenden Temperaturen beständig ist und der Konstruktion der Vorrichtung ausreichende mechanische Eigenschaften verleiht. Die hier beschriebene Ausfuhrungsform hat annähernd einen Durchmesser von 1,2 m (4 feet) mit einem Innendurchmesser

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von 0/75 m (2,5 feet). Obwohl die Gesamtgrösse des Ofens nicht kritisch ist, ist die Grosse der Einheit für einen kontinuierlichen Betrieb bei der Expansion von Perlit mit einer Kapazität von annähernd 5 bis 6 t/h geeignet. 5

Gemäss der Erfindung schliesst die Vorrichtung am oberen Teil des Ofens einen Brenner ein, der so angeordnet ist, dass er eine Flamme nach unten längs der Mittelachse des Ofens richtet. Wie hier ausgeführt und besonders deutlich in den Fig. 2 und .3 zum Ausdruck kommt, schliesst der obere Teil 14 des Ofens 12 eine öffnung 24 ein, in welche der Brenner eingesetzt wird, um eine Flamme nach unten längs der Mittelachse des Ofens zu richten. Der Brenner kann' üblicher Art sein, wobei man jedoch besonders erfolgreich mit einem Maxon-Flammretentionsbrenner mit Düsen.mit einem Durchmesser von 15,2 bis 20,3 cm (6 Jois 8 -inch) gearbeitet hat. Als Brennstoff für den Brenner .kann man. Erdgas verwenden, jedoch kann man ebenso LEG sowie auch Propan und Butan verwenden. Darüber hinaus kann man bei der Erfindung auch Brenner verwenden, .. die mit leichtem Heizöl betrieben werden.

In Übereinstimmung mit der Erfindung schliesst der obere Teil des Ofens weiterhin Einrichtungen zum Aufgeben von- gekörnten Feststoffen in den Ofen an einer Vielzahl von Stellen ein. Wie hier ausgeführt und am deutlichsten in Fig. 2 gezeigt wird, schliesst die Vorrichtung um den.Brenner angeordnete Verteilerköpfe 26 ein, von denen jeder einen Leitungsteil 28 einschliesst, um einen Strom von gekörnten Feststoffen sowohl nach unten als auch in Richtung der Mittelachse des Ofens 12

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zu richten und dadurch einen gekörnten Feststoff in die Flamme des Brenners zu bringen.

Vorzugsweise enthalten die Verteilerköpfe 26 Metall- · hüllen 28, welche eine den Leitungsteil umhüllende Wärmeisolierung 30 enthalten. Als besonders erfolgreich hat sich für diese Wärmeisolierung ein vergiessbares feuerfestes Material,wie üblicher vergiessbarer Magnesit, erwiesen. Es wird auch bevorzugt, dass der Leitungsteil eine Aufgäbeleitung 32 und eine mit der Aufgabeleitung 32 in Fliessverbindung stehende Steuerleitung 34 einschliefst. Um den gekörnten durch die S teuer leitung, nach unten und in Richtung der Mittelachse fliessenden Feststoff zu steuern, ist die Steuerleitung 34 in einem Winkel von 30 bis 45° zur Senkrechten ausgerichtet. -Wie besonders deutlich in Fig. 2 zum Ausdruck kommt, ist die Steuerleitung 34 in einem Winkel von annähernd 45°.zur senkrechten ausgerichtet. Bei einem Ofen mit einem.Innendurchmesser von 0,75 m (2,5 feet) -kann das innerste äusserste Ende der Steuerleitung annähernd. 36 cm (1.4 inch) von der Mittel.achse des Ofens entfernt sein, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Die Steuerleitung 34 wird besonders deutlich in Fig. 2 und 4 als.rechtwinklige öffnung 35 in das Innere des Ofens gezeigt. Man kann auch andere Einrichtungen zum gerichteten Einbringen der gekörnten Feststoffe in den Ofen verwenden, z.B. Prallbleche (nicht gezeigt), oder die Form der öffnung in der Steuerleitung kann auch eine andere Figuration haben als die in Fig. 4 gezeigte.

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Wie bei der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 2 gezeigt wird/ sind die Aufgabeleitungen 32 vertikal angeordnet und in Fliessverbindung mit einer Quelle des in den Ofen eingeführten gekörnten Materials. Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Aufcjabeleitungen 32 in Fliessverbindung mit einem Vorerhitzer 36 sind. Verbunden mit den Aufgabeleitungen sind Einrichtungen zum Anpassen des Flusses des -gekörnten Materials in die Aufgabeleitung, um die Gesamtmenge des Flusses in den Ofen zu überwachen. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, bestehen die Einrichtungen bei der bevorzugten Ausführungsform aus einer einstellbaren Anordnung von öffnungen am Boden des.Vorerhitzers 36, die zur Einstellung des Flusses des gekörnten Materials in die.Aufgabeleitungen 32 verwendet werden können.

Vorzugsweise wendet man auch einige Einrichtungen zum Einstellen des Flusses des gekörnten . Materials in die Steuerleitung 34 an. Wie hier ausgeführt wird und besonders .deutlich in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird, schliesst die Vorrichtung Einrichtungen zum Einblasen von Druckluft in die Steuerleitung 34 ein. Vorzugsweise sind die Lufteinblasleitungen 40 kolinear mit der Steuerleitung 34. Die Lufteinblasleitungen sind in Fliessverbindung mit einem Lufteinblassammelrohr 42, welches das obere Ende des"ofens umgibt. Obwohl man eine übliche Luftzufuhr für jede der Lufteinblasleitungen 4.0. anwenden kann, kann eine individuelle Kontrolle, des Lufteinblasens .bei jeder speziellen Lufteinblasdüse angewendet werden, um den Fluss des gekörnten Materials durch die einzelnen Steuerleitungen

noch besser zu kontrollieren.

Nachdem man das gekörnte Material in den Ofen und die Flamme längs der Mittelachse eingeführt hat, expandiert das Material wie anschliessend noch ausführlich beschrieben wird. Es fällt durch den Einfluss sowohl der Schwerkraft und der Brennerflamme nach unten und wird von einem Aufnahmetrichter 44, der in Fig. 1 gezeigt wird,.aufgenommen. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird Luft durch den Trichter 44 geleitet und die Wärme.wird aus dem am unteren Ende des Ofens 16 abfliessenden Material abgezogen. Die erhitzte Luft fliesst nach oben- in eine Vorerhitzungsleitung 46 und wird im Vorerhitzer 36 verwendet, um das Material vor dem Einbringen in den Ofen zu erhitzen. Unterhalb des Aufnahmetrichters 44 befindet sich ein weiterer Wärmetauscher, ein erster Wärmerekuperator 48. Luft wird in den. ersten Wärmerekuperator eingeführt und die vorerwärmte. Luft wird durch die Rekuperatorleitung 50 geleitet und ..für die Verbrennung im Brenner am oberen Ende des Ofens verwendet.

Vorzugsweise schliesst die Vorrichtung einen zweiten Wärmerekuperator 52 ein, den man ebenfalls verwendet, um Wärme.aus dem expandierten Material zu entfernen.

Zwar wurde die erfindungsgemässe Vorrichtung als eine Vorrichtung zum Erhitzen von Materialien beschrieben, sie findet jedoch insbesondere Anwendung beim Erhitzen und Expandieren von Mineralien, wie Perlit. Die erfindungsgemässe Vorrichtung wurde zum Expandieren von

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gekörntem Perliterz verwendet und dabei haben sich erhebliche Verbesserungen im Vergleich zu den üblichen Verfahren sowohl hinsichtlich der Rate, in welcher das Perliterz expandiert werden kann, als auch hinsichtlich des beim Expansionsverfahren eintretenden Energieverbrauchs ergeben.

Gemäss der Erfindung wird beim Verfahren zum Expandieren von Perliterz zunächst die Flamme nach unten längs der Mittelachse eines zylindrischen Vertikalofens gerichtet. Wie schon vorher offenbart, kann der zur Erzielung einer Flamme verwendete Brenner üblicher Bauart sein. Eine bevorzugte Verfahrensweise zum Betreiben der offenbarten Vorrichtung und ein Teil der bevorzugten Verfahrensweise zum Expandieren von Perliterz besteht darin, Erdgas in Kombination mit vorerhitzer .Luft in einem Luft-zu-Gas-Verhältnis im Bereich von 8:1 bis. 11:1 anzuwenden. Vorzugsweise liegt das Luft-zunGas-Verhältnis im Bereich von 9.,5 bis 10,5:1, wobei sich das Arbeiten in der Vorrichtung mit einem Luft-zur-Gas^Verhältnis von 10:1 als besonders vorteilhaft erwiesen hat.

Gemäss der Erfindung besteht eine zusätzliche Stufe beim'erfindungsgemässen Verfahren darin, dass man das Perliterz in den Ofen an einer Vielzahl von Stellen, die radial um die Flamme am oberen Ende des Gfens verteilt sind, aufgibt. Vorzugsweise wird das Perliterz in den Ofen an mehr als vier Stellen am oberen Ende des Ofens aufgegeben, wie bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 gezeigt wird, wird das Perliterz an

zwölf getrennten Stellen aufgegeben,, wobei jedoch auch mehr oder weniger Stellen vorhanden sein könnten/ je nach der gewünschten Zufuhrrate des Perliterzes.

Gemäss der Erfindung schliesst das Verfahren weiterhin die. Stufe ein, bei welcher das Perliterz nach unten und in Richtung zur Mittelachse des Ofens geleitet wird und beim Herunterfliessen durch den Ofen in: die Flamme kommt. Vorzugsweise wird diese Stufe dadurch erzielt, dass man das Perliterz in einem Winkel zur Senkrechten im Bereich von etwa 30 bis 45° aufgibt. Das Verfahren wurde erfolgreich.unter Bedingungen durchgeführt/ bei denen.das Perliterz mit einem Winkel von etwa 45° zur Senkrechten und in Richtung auf die-Mittelachse des Of ens auf gegeben.. wurde. Es wird angenommen/ dass durch die Art der Aufgabe des Perliterzes in. den Ofen, bei welcher man es nach unten in Richtung der. Mittelachse des Ofens aus einer Vielzahl von die Flamme umgebenden Stellen zuführt, eine wirksame Vermischung des Perlits mit der Flamme ergibt und dass sich dadurch, eine wirkungsvolle Erhitzung des Perliterzes auf eine Temperatur, bei der es expandiert, ergibt..

Vorzugsweise wird das Perliterz dem Ofen unter dem Einfluss der Schwerkraft aufgegeben,obwohl man auch Einrichtungen anwenden kann, um die Fliessrate des Perliterzes an den Stellen, an denen es zugeführt wird, zu kontrollieren oder zu beeinflussen. Wie bei der Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung schon gezeigt wurde/kann man Pressluft in die

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Leitungen zum Einführen des Perliterzes in den Ofen einführen.

Vorzugsweise wird das Perliterz vor dem Aufgeben-in den Ofen vorerhitzt und es wird weiterhin bevorzugt, dass das Perliterz mit Wärme vorerhitzt wird, die vom expandierten Perlit nach dem Expansionsverfahren wiedergewonnen wurde. Auf diese Weise kann man den Gesamtenergieverbrauch für die Expansion des Perlits weiter verringern; Das Vorerhitzen des Perliterzes auf eine Temperatur im Bereich von .93 bis 121⁰C (200 bis 250⁰F) hat sich -beim Betrieb des Verfahrens als vorteilhaft herausgestellt. Zusätzlich wird auch Wärme aus dem expandierten Perlit bei dem vorliegenden Verfahren angewendet/ um die im Brenner verbrauchte Luft vorzuwärmen. Als Ergebnis der Kombination der Mischcharakteristika-des-Perlits mit der Flamme und der wirksamen-Ausnutzung der ,.beim Expansionsverfahren anfallenden Wärme ermöglicht die vorliegende Erfindung, Perlit mit einem Energieverbrauch" von annähernd 25 Therms pro Tonne Perliterz .zu expandieren, wobei sogar ein noch niedrigerer Energieverbrauch möglich ist. Die Expansion des Perliterzes mit einer Energiebeaufschlagung Von weniger als 40 Therms pro Tonne Perlit stellt einen bemerkenswerten Vorteil gegenüber den üblichen Verfahren zum Expandieren von Perlit dar, insbesondere, wenn man die Mengen an Perliterz, die unter Anwendung des Verfahrens expandiert werden, berücksichtigt.

Der wirksame Wärmeübergang zwischen dem vorerhitzten Perliterz in der Flamme innerhalb des Ofens ermöglicht

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es, das Verfahren mit einer Menge _: durchzuführen, bei welchem.das Perliterz in einer Menge von mehr als 272 kg (600 pounds) pro Stunde expandiert. -Je nach der Art des behandelten Perliterzes ist das Verfahren weiterhin in der Lage, Perlit mit einer Rate im Bereich von 4.082 bis 5.443 kg/h (9.000 bis 12.000 pounds/h) zu expandieren. Bei den üblichen Perlitexpansionsverfahren., bei denen der Perlit aufwärts durch den Ofen unter dem Einfluss eines Luftstromes in der Flamme geleitet wird, brauchtdas Expansionsverfahren zwischen 3 und 4 Sekunden. Dagegen wird beim erfindungsgemässen Verfahren das Perliterz in dem Ofen innerhalb einer Gesamtverweilzeit von weniger als 1 Sekunde expandiert. Normalerweise.liegt die Verweilzeit.im Bereich von 1/2 bis 7/10 Sekunden.

Beim erfindungsgemässen Verfahren werden keine grossen Mengen an.vorerwärmter Luft durch den Ofen geleitet und.vorzugsweise werden nur geringe: Mengen an Luft angewendet", um den Fluss des Perliterzes in die Expansionsv.orrichtung einzustellen. Bei den üblichen Verfahren werden grosse Mengen an vorerwärmter.Luft verwendet, um das Perliterz nach oben durch die. Expansionsvorrichtung zu .führen. Das erfindungsgemässe Expansionsverfahren, wird im allgemeinen mit etwas Unterdruck im Ofen von annähernd.1,3 bis 5,1 cm (1/2 bis 2 inches).Wassersäule durchgeführt.

Wie bei-der Vorrichtung schon offenbart wurde,schliesst die Erfindung vorzugsweise eine Wärmeisolierung an den Seitenwänden des Ofens ein. Die Kombination der

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Wärmeisolierung des Ofens, der innigen Vermischung des Perliterzes.innerhalb der Flamme durch die speziellen Massnahmen beim Einführen des Perliterzes in die Flamme am oberen Ende des Ofens und die Verwendung der Wärme aus dem Expansionsverfahren zum Vorerhitzen der zugeführten Materialien ergibt ein Verfahren zum Expandieren von Perliterz, bei dem grosse Mengen an Perliterz in wesentlich höheren Raten und mit wesentlich niedrigerem.Energieverbrauch im Vergleich zu üblichen 0 Verfahren expandiert werden.

Das Verfahren zum Expandieren von Perliterζ wurde in einer Vorrichtung gemäss der Ausführung, wie sie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt wird, durchgeführt. 15

Beispiel 1

Perliterz wurde in einer Menge von 3.293 kg/h durch zwölf Verteil'erköpfe eingeführt. In 13 Stunden und 44 Minuten wurden 51,58 t "Antonito"-Perliterz unter Verwendung von 3.370 m³ /119.100 cubic feet) Erdgas mit einem Luft-zu-Gas-Verhältnis .von 10,2:1 expandiert. Beim Verfahren wurden annähernd 2,4 Millionen BTU's Wärme pro Tonne Perliterz verbraucht und es wurde ein expandierter Perlit mit einem Schüttgewicht von 56 bis 74 kg/m³ (3,5 bis 4,6 pounds/cubic foot) gewonnen.

Beispiel 2

Unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 wurde Perliterz in einer Menge von 3.223 kg/h (7.114 pounds/h) ) expandiert, unter Erhalt eines expandierten Perlits mit einem Schuttgewicht von 73 bis 95 kg/m³ (4,6 bis 5,9 pounds/cubic foot). In der Vorrichtung wurden 3.083 m³ (108.900 cubic feet) Erdgas in einem Zeiraum von 14 Stunden und 30 Minuten mit einem Luft-zu-Gas-Verhältnis von 10,2:1 verbraucht. 51,58 Tonnen "Antonito"-Perliterz wurden unter Verwendung von 2,11 Millionen BTU's pro Tonne Perliterz expandiert.

Der hier verwendeted Ausdruck "Therms" bedeutet 1 Therm= 100.000 BTU.

Claims

HOFFMANN - PAT E N TAN WALTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. H OFFMAN N . Dl PL.-I NG. W. LEH N DIPL.-ING. K.FDCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 . D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE) 37 421 o/wa _ 1 — GREFCO7 INC., BaIa Cynwyd, Pa. 19004 / USA Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von gekörn^· tem Material, insbesondere von Perlit PATEN TA NSPRÜCHE

1. Verfahren zum Expandieren von gekörntem Perlit- - erz, dadurch gekennzeichnet , dass man folgende Stufen durchführt:

(a) Richten einer Flamme nach unten längs der Mittelachse eines senkrechten zylindrischen Ofens,

(b) Einführen des Perliterzes in den Ofen an einer Vielzahl von radial um die Flamme am oberen Ende des Ofens verteilten Stellen, und

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(c) Leiten des Perliterzes nach unten und in Richtung der Mittelachse des Ofens, unter Einbringen des Perliterzes in die Flamme beim Durchlaufen des Perliterzes durch den Ofen.
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2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flamme 0,6 bis 3,7 m (2 bis 12 feet) lang ist.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flamme 1,2 bis 2,4 m (4 bis 8 feet) _vlang ist.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass das Perliterz in den Ofen an mehr als vier Stellen am oberen Ende des Ofens eingeführt wird.

5. Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet/ dass das Erz in den Ofen mit einem Winkel zur Senkrechten im Bereich von 30 bis 45° eingeführt wird.

6. Verfahren gemäss .Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, dass das Perliterz an zwölf die Flamme umgebenden Stellen eingeführt wird*

7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Perliterz die Flamme in weniger als etwa 1 Sekunde passiert.

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8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Perliterz hauptsächlich unter dem Einfluss der Schwerkraft eingeführt wird.

9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Druckluft zur Einstellung der Fliessrate des Perliterzes an jeder der Stellen, an denen Perliterz eingeführt wird, verwendet wird.

10. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Perliterz in einer Rate von mehr als 2.722 kg/h (6.000 lbs/h) expandiert.

11. Verfahren gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass man das Perliterz in einer Rate im Bereich von 4.082 bis 5.443 kg/h (9.000 bis 12.000 lbs/h) expanidert.

12. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man das Perliterz mit der nach dem Expandieren des Perlits wiedergewonnenen Wärme vorerwärmt.

13. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flamme eine Temperatur im Bereich von 1.538 bis 1.871⁰C (2.800 bis 3.400⁰F) hat.

14. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Verbrennungsluft für die

Flamme mit der nach dem Expandieren des Perlits wiedergewonnenen Wärme vorerhitzt wird.

15. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass man das Erz mit einer Energiebeaufschlagung von weniger als 4.000.000 BTU pro Tonne Perliterζ expandiert.

16. Verfahren zum Expandieren von feinteiligem Perliterz, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

(a) Richten einer Flamme mit einer Temperatur im Bereich von 1.538 bis 1.871⁰C (2.800 bis 3.400⁰F.) und einer Länge von 1,2. bis 2,4 m (4 bis 8 feet) längs der Mittelachse-eines zylindrischen Vertikalofens,

(b) Isolieren des Ofens, um den Wärmeverlust durch den Ofen zu vermindern,

(c) Einleiten von Perliterz in einer Rate von mehr als 2.721 kg/h (6.000 lbs/h) in den Ofen an einer Vielzahl von radial um die Flamme am oberen Ende des Ofens verteilten Stellen, und

(d) Leiten des Perliterzes nach unten und in Richtung der Mittelachse des Ofens, indem man das Perliterz durch eine Vielzahl von gleich ausgerichteten Leitungen leitet und dadurch das Perliterz beim Passieren nach unten durch den Ofen in das

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Innere der Flamme bringt und das Perliterz der Flamme weniger als 1 Sekunde aussetzt und expandiert , wobei der Energieinput zum Erwärmen des Erzes weniger als 40 Therms pro Tonne Perliterz beträgt.

17. Vorrichtung zum Erhitzen von gekörnten Feststoffen, gekennz eichnet durch

(a) einen zylindrischen Vertikalofen (12) mit einem oberen (14) und einem unteren (16) Teil,

(b) einen Brenner am oberen Teil des Ofens, der so ausgerichtet ist, dass er eine Flamme nach unten längs der Mittellinie des Ofens richtet,

(c) Einrichtungen am oberen Teil (14) des Ofens zum Einführen der 'gekörnten Feststoffe in den Ofen an einer Vielzahl von Stellen, wobei die Einführungseinrichtungen eine Vielzahl von den Brenner umgebenden Verteilerköpfen (26) einschliessen und jede Einführungsvorrichtung einen Leitungsteil (28) einschliesst, durch den ein Strom des gekörnten Materials nach unten und in Richtung der Mittellinie des Ofens gerichtet und wodurch das gekörnte Material in die Flamme eingeführt wird,

18. Vorrichtung gemäss Anspruch 17, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Verteilerköpfe (26)

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eine eine Wärmeisolierung enthaltende Metallhülle (18/ 20), welche den Leitungsteil umgibt, aufweisen.

19. Vorrichtung gemäss Anspruch 18, dadurch g e k e η η zeichnet , dass der Leitungsteil (28) eine Aufgabeleitung (32) und eine in Fliessverbindung mit der Aufgabeleitung (32) stehende Steuerleitung (34) emschliesst, wobei die Steuerleitung (34) in einem Winkel zur Senkrechten von 30 bis 45° ausgerichtet ist.

20. Vorrichtung gemäss Anspruch 19, dadurch g e k e η η zeichnet, dass der Leitungsteil (28) Einrichtungen (-4O₇ 42) zum Einblasen von Druckluft in die Leitung einschliesst.

21. Vorrichtung gemäss Anspruch 20, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Lufteinblaseinrichtungen (40/ 42) die Luft in kolinearer Richtung zu der Steuerleitung injizieren.

22. Vorrichtung gemäss Anspruch 19, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die Aufgabeleitung im wesentliehen senkrecht ist. "

23. Vorrichtung gemäss Anspruch 17, dadurch g e k e η η zeichnet , dass der Ofen zum Expandieren von Perliterz verwendet wird, der Ofen einen Innendurchmesser von etwa 0,9 m (3 feet) hat, die Vorrichtung weiterhin zwölf Verteilerköpfe mit jeweils

einem Leitungsteil zum Richten eines Perliterzstromes nach unten und in Richtung zur Mittellinie des Ofens einschliesstj. dass der Leitungsteil in einem Winkel zur Senkrechten von etwa 45° ausgerichtet ist, und dass das innere äusserste Ende des Leitungsteils etwa 36 cm (14 inches) von der Mittelachse des Ofens entfernt ist.