DE3339972C2 - Kammerringofen und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kammerringofen zum indirekten Erwärmen von Formlingen oder eines besonderen Materials, insbesondere zum Kalzinieren. In diesem Ofen sind die senkrechten, in den Schachtwänden vorgesehenen Kanäle mit Hilfe von unter dem Boden der Schächte befindlichen Zwischenwände (6) in Gruppen (7, 8) angeordnet. Die Rauchgase werden durch diese Kanäle auf- und abgeführt. Auf diese Weise können die Verbrennungskammern, die bei Öfen bekannter Bauart verwendet werden, entfernt und dieses Volumen in das Kammervolumen einbezogen werden. Die in jeder Schachtwand vorgesehenen Kanäle (3) führen über die Schachtwand hinaus in einen oder mehrere separate Räume, die zwei benachbarte Gruppen in dieser Schachtwand in Reihe verbinden. Die große Abdeckplatte bekannter Bauart kann durch eine kleinere Abdeckplatte über jeder Schachtwand ersetzt werden. Im Vergleich zu bekannten Bauarten mit gleichen Außenabmessungen sind weniger feuerfeste Ziegel erforderlich, wird eine weitaus gleichmäßigere Temperatur des kalzinierten Materials erreicht und wird der Brennstoffverbrauch verringert sowie die Kapazität vergrößert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen der Rauchgase in einem zum Brennen von Kohlenstoffkörpern dienenden Kammerringofen sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Ofens.

Zum Brennen von Kohlenstoffkörpern, die zur elektrolytischen Reduktion von Aluminium oder für andere elektrometallurgische Verfahren dienen, werden besondere Öfen für die Wärmebehandlung (Brennen oder Kalzinieren) dieser Kohlenstoffkörper verwendet.

Die Kohlenstoffkörper werden in der gewünschten Form aus einem Gemisch aus Koksmehl oder Anthrazit und einem Bindemittel, das z. B. Kohlenteer und Pech enthält, hergestellt.

Bei Raumtemperatur ist dieses Gemisch aus Koks und Bindemittel starr. Bei Temperaturen von über 120⁰C wird das Gemisch unter Ausströmen der niedrigflüchtigen Komponenten des Bindemittels weich. Wird dieses Gemisch über einen Zeitraum weiter auf ein Maximum von 130°C erhitzt, so härtet die Grundmasse und ihre physikalischen Eigenschaften, wie z. B. die elektrische Leitfähigkeit, und der Widerstand gegen Oxydation ändern sich.

Noch nicht gebrannte Kohlenstoffkörper werden gewöhnlich als »grüne Kohlenstoffkörper« bezeichnet. Diese grünen Kohlenstoffkörper können mehrere Tonnen wiegen und eine Länge von 2 m und mehr aufweisen. Um eine Deformation dieser Körper zu verhindern, wenn diese einen Temperaturbereich passieren, bei dem sie erweichen, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden.

Die grünen Kohlenstoffkörper werden in tiefe, im Ofen vorgesehene Schächte eingebracht, die aus feuerfesten Ziegeln bestehen. Der Raum zwischen den Kohlenstoffkörpern und den Schachtwänden wird mit Koks gefüllt, um die Kohlenstoffkörper abzustützen. Ferner dient Koksgrus zum Schutz der Kohlenstoffkörper gegen eine Verbrennung an Luft.

Mehrere Schächte sind hintereinander angeordnet und bilden eine sogenannte Kammer. In den Schachtwänden sind Kanäle oder Leitungen für die Rauchgase vorgesehen. Die Kohlenstoffkörper werden dadurch erhitzt, daß man Rauchgase durch diese Kanäle leitet

Die Rauchgase gelangen über Kanäle von einer Kammer zur benachbarter. Kammer. .Auf diese Weise können die Rauchgase durch mehrere Kammern ziehen, die in Serie in einer sogenannten Brennzone verbunden sind. Die üblichen Brennstoffe sind öl oder Gas.

Der Rauchgasabzug und das Brennerrohr können von Kammer zu Kammer bewegt werden.

Bei einem großen Raigofen können auch zwei Reihen von aneinander gebauten Kammern parallel ausgerichtet sein, wobei die Rauchgaskanäle an den Enden der Kammerreihe mit den Rauchgaskanälen der anderen parallelen Kammerreihe verbunden sind. Auf diese Weise sind die Kammern unter Ausbildung eines Rings miteinander verbunden. Demzufolge wird ein derartiger Ofen zum Brennen von Kohlenstoffkörpern als Kammerringofen bezeichnet.

In einem Kammerringofen können mehrere Brennzonen vorgesehen sein, in denen die Temperatur entsprechend einem vorgegebenen Ablaufprogramm reguliert wird. Die ersten Kammern in einer 3^rennzone weisen eine niedrige Temperatur auf, die weiteren Kammern eine höhere Temperatur. Die letzte Stufe in einer Brennzone hingegen besteht aus Kammern, in denen die Kohlenstoffkörper gekühlt werden.

In einem Ofen bekannter Bauart ist jede Kammer an der Oberseite mit Hilfe eines Kammerdeckels abgeschlossen. Dieser Deckel muß zum Einbringen der grünen Kohlenstoffkörper oder zum Austragen der gebrannten Kohlenstoffkörper entfernt werden.
Angesichts der besonderen Eigenschaften der Kohlenstoffkörper müssen zu große Temperaturgradienten während des Brennvorganges verhindert werden, da sonst Risse im Endprodukt auftreten wurden. Jede Kammer muß demzufolge einem exakten Zeit- und Temperaturprogramm folgen.

Im ersten Teil der Zone (Vorwärmzone) erfolgt eine Aufheizung bis zu 600⁰C mit Hilfe der Wärme der Rauchgase, die von dem letzten Teil der Brennzone stammen. In dem Temperaturbereich von 600°C bis zu der gewünschten Höchsttemperatur (1200° bis 1300⁰C) muß die Wärme durch die oben erwähnte Verbrennung von Gas oder Öl zugeführt werden (Brennzone).

In der Kühlzone werden die Schachtwände durch Luft gekühlt, bis die Kohlenstoffkörper ohne die Gefahr der Oxydation entfernt werden können.

Um die bestmöglichste Nutzung der von der Kühlluft aufgenommenen Wärme zu erzielen, wird diese Luft zur Verbrennung verwendet.

Die Brennzone wird durch Versetzen der Öl- oder

Gasbrenner von einer Kammer zur anderen bewegt. Die Häufigkeit dieses Vorgangs wird als Heizzyklus bezeichnet und bestimmt die Kapazität der Brennzone.

Wie erwähnt, muß es auch möglich sein, ein Gasauslaßsystem mit einer mit der Brennzone in Verbindung stehenden Kammer zu verbinden. Dies wird gewöhnlich dadurch erreicht, daß man einen Ventilator zwischen dieser Kammer und einer Rohrverbindung zu einem um den Ofen henimverlaufenden Abzugskanal anordnet Dieser Abzugskanal wird als Abgasringkanal bezeichnet und mit Hilfe eines Hauptventilators unter Unterdruck gehalten.

Ehe die Abgase den Hauptventilator erreichen, durchlaufen diese gewöhnlich einen Gaswäscher, der Ruß, Teerdampf und andere Verunreinigungen entfernt.

Üblicherweise wird zwischen geschlossenen und offenen Kammerringöfen unterschieden. Geschlossene Kammerringöfen sind gewöhnlich mit senkrechten, in den Schachtwänden vorgesehenen Rauchgaskanälen versehen. Mehrere Schächte sind unter Ausbildung einer Kammer zusammengebaut und v/erden von einem gemeinsamen Kammerdeckel abgedeckt Ir: bezug auf die Rauchgase und das zu brennende Material sind die Schächte parallel verbunden, die Kammern hingegen in Reihe. Im Raum unterhalb der Kammer sind horizontale Rauchgaskanäle vorgesehen, wohingegen zwischen dem Kammerdeckel und dem oberen Ende der Schächte das Gas ungehindert strömt Die in den Schachtwänden vorgesehenen Rauchgaskanäle verbinden die Räume unter dem Kammerdeckel mit dem Raum unter der Kammer.

Mit diesen senkrechten und horizontalen Kanälen weist dieser Ofentyp eine größere Gesamtwärmeübertragungsfiäche als offene Kamrnerringöfen auf, in denen die Rauchgaswege auf die Zwischenwände der Schächte begrenzt sind, die im Inneren jeder Kammer nicht untereinander verbunden sind.

Geschlossene Kammerringöfen sind bisher auch mit separaten senkrechten Kanälen zum Heizen versehen worden, wobei diese Kammern als Brennkammern bezeichnet werden, in die Brennstoff zugeführt wird und dort verbrannt wird.

Die Praxis hat gezeigt, daß die Rauchgase in diesen Brennkammern senkrecht nach oben fließen, sich in dem Raum unter dem Kammerdeckel ansammeln und anschließend in den in den Schachtzwischenwänden vorgesehenen Gaskanälen senkrecht nach unten fließen.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die Brennkammern zu entfernen und den dabei frei werdenden Raum dem Nutzraum der Schächte hinzuzufügen, wobei gleichzeitig die senkrechten Kanäle in jeder Schachtwand mit Hilfe von Trennwänden unterhalb des Schachtbodens zu Gruppen vereinigt werden. Diese Führung der Rauchgase kann weiter fortgesetzt werden, indem man die Kanäle in jeder einzelnen Schachtwand über die Schachtwand in einen oder mehrere separate Räume hinausführt, die zwei in diesen Schachtwänden vorgesehene benachbarte Gruppen in Reihe verbinden.

Das letztgenannte Merkmal macht es möglich, daß auf den bisher verwendeten großen und schweren Dekkel verzichtet werden kann, der alle Schächte der Kammer überdeckt. Dieser eine schwere Kammerdeckel kann somit durch kleinere über jeder Schachtwand angeordnete Deckel ersetzt werden.

Die Rauchgase können somit in jeder Gruppe der in der Schachtwand vorgesehenen Kanäle in gleicher Flußrichtung und nacheinander durch alle Gruppen in der Schachtwand geführt werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die in jeder Schachtwand vorgesehenen Kanäle mit Hilfe einer im Raum unter jedem Schacht vorgesehenen Zwischenwand in zwei Gruppen unterteilt.
Wird ein Ofen in dieser Weise aufgebaut, so kann der Brennstoff ganz oder teilweise dem Raum über oder unter den Schächten und/oder ganz oder teilweise dem Raum über jeder Schachtwand zugeführt werden.

Das Heizen kann auch dadurch betrieben werden, ίο daß man die Verbrennung mit unzureichender Luft in den Raum (bzw. den Räumen), in den (bzw. in die) der Brennstoff zugeleitet wird, durchführt und anschließend mehr Luft in einen oder mehrere Räume, die sich in Richtung des Rauchgases anschließen, einleitet.

Da dieser neue Aufbau keine separaten Räume zum Heizen aufweist, ist weniger Platz und eine kleinere Menge an Ziegeln erforderlich als irn Vergleich zu Öfen gleicher Kapazität aber bekannter Bauart.

Weiterhin ist in diesem erfindungsgemäßen Ofen die Wärmeübertragung sowohl der narh oben strömenden als auch der nach unters strömenden Rauchgase sehr wirkungsvoll. Der gesamte Führungsweg, den das Gas entlangströmt, ist pro Kanal beträchtlich langer.

Im Vergleich zu einem geschlossenen Ofen früherer Bauart, entwickelt der erfindungsgemäße Ofen mit gleicher Größe bzw. Kapazität eine größere Rauchgasgeschwindigkeit in den senkrechten Rauchgaskanälen, wodurch die Wärmeübertragungsbedingungen weiter verbessert werden.

Das kleinere Volumen an Ziegeln verbunden mit dem schnelleren Gasfluß in den Rauchgaskanälen — ohne dabei auf den Vorteil der Führung der Rauchgase unter der Kammer verzichten zu müssen — bedeutet, daß ein gemäß der Erfindung gebauter Ofen eine bessere Energieausnutzung sowie gleichzeitig eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in dem Schacht aufweist, als Öfen bekannter Bauart.

Die Erfindung wird im folgenden anhand de· Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Kammer eines Kammerringofens beke ,inter Bauart in perspektivischer Ansicht im Schnitt,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel einer Kammer eines Kammerringofens von erfindungsgemäßer Bauart in perspektivischer Ansicht im Schnitt,

Fig.3 einen Kammerringofen mit zwei Brennzonen in schematischer Darstellung,

F i g. 4 den Rauchgasfluß in einer Brennzone,
Fig.5 den Rauchgasfluß in einer Schachtwand im Längsschnitt, wobei ein separater Deckel über den Öffnungen der Rauchgaskanäle angeordnet ist und

Fig.6 die Schachtwände in einer Kammer im Querschnitt, wobei separate Deckel über den Schachtwänden '.Tifreordnet sind.

Fig. 1 zeigt eine Kammer bekannter Bauart mit fünf Schächten 1 in geschnittener Darstellung. In den Schachtwänden 2 sind Rauchgaskanäle 3 vorgesehen, durch die die Rauchgase von dem Raum unter dem Kammerdeckel (nicht dargestellt) nach unten in den Raum 4 unter den Boden des Schachtes 1 strömen. Der von unten nach oben gerichtete Strom der Rauchgase verläuft durch Verbrennungskammern 5.

F i g. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Kammer, bei der die Verbrennungskammern entfernt wurden. Unter dem Boden der Schächte befindet sich nun eine Zwischenwand 6, die den Raum unter dem Schacht in zwei Räume unterteilt. Auf diese Weise fließen die Rauchgase über eine Gruppe 7 von Gaskanälen nach oben und über eine andere Gruppe 8 nach unten.

Beim Betrieb ruht eine Abdeckplatte auf den Kammerwänden 9. Diese Abdeckplatte ist nicht dargestellt. Sie stellt jedoch in F i g. 1 wie in F i g. 2 sicher, daß die Gasströmung durch die bestimmten Kanäle verläuft.

Aus dem Raum unter den Schächten führt ein Kanal (nicht dargestellt) zu einem Rohrverbindungspunkt 9a auf der Oberseite des Ofens. Diese Kanäle werden verwendet, um die einzelnen Kammern mit dem Abgasringkanal 10 zu verbinden.

Das Heizen kann, wie vorstehend erwähnt, auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Der Brennstoff kann insgesamt oder zum Teil in den Raum über oder unter den Schächten und/oder insgesamt oder teilweise in den Raum über jeder Schachtwand eingeführt werden.

Ein Heizen kann auch durchgeführt werden, falls unzureichend Luft in den Raum oder die Räume, in die der Brennstoff eingespritzt wird, zugeführt wird. Mehr Luft wird in einen oder mehrere stromabwärts gelegene Räume zugeführt. Indem man Luft dem Raum 4 zuführt, kann die Erwärmung auch auf dem Boden der Schächte lokalisiert werden, ohne daß der Brennstoff verkohlt.

Fig.3 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kammerringofen mit zwei Brennzonen. In jeder Brennzone sind Brennkammern an unterschiedlichen Stufen vorgesehen. Bei der Kammer 11 ist der Deckel abgenommen. Luft wird durch eine Hälfte in Richtung der Kammer, in der das Brennen nun stattfindet, eingesaugt.

Die in dieser Kammer 11 befindlichen Kohlenstoffkörper werden mit Hilfe der durch den Abzugslüfter 12 eingesogenen Luft gekühlt. Auf diese Weise wird diese Lufi ehe sie die Brenner erreicht, vorerwärmt. Weiterhin ist eine Kammer 13 vorgesehen, deren Oberseite mit Hilfe eines Deckels abgedeckt ist, so daß die Kühlluft von der Kammer 11 durch die in den Schachtwänden

Vvi gVJl·! IVIIVIl IXUIIUIV gVi-VgVII TTVIVJVIl IXCSI Il I₁ U(IVI Λ-ITUI durch die erste Hälfte nach oben und die zweite Hälfte nach unten und weiter zu den nächsten Kammern 14, die öl-oder Gasbrenner 15 aufweisen.

Aus der in der Brennzone angeordneten Kammer 16 werden die Rauchgase mit Hilfe von Verbindungsrohren 17 zu dem Abgasringksna! 10 abgesaugt. Die Kammer 19 weist in einer Hälfte abgedeckte Gaskanäle auf, so daß Luft in entgegengesetzter Richtung zum Heizzyklus nicht eingesaugt werden kann. Bei der offenen Kammer 20 werden die gebrannten Kohlenstoffkörper entfernt und die grünen Kohlenstoffkörper eingesetzt. Der Gaswäscher und der Kamin sind nicht dargestellt.

Fig.4 zeigt in schematischer Darstellung den Gasfluß in einer Brennzone eines Kammerringofens entsprechend einem einfacheren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Luft 21 tritt an der linken Seite in die Kammer ein und wird über die Gaskanäie nach unten in den Raum 4 unter den Boden der Schächte 1 gezogen und über Kanäle zu der nächsten Kammer geführt, die mit einer Abdeckplatte 22 versehen ist die einen Raum 24 abschließt

Hier werden die Rauchgase durch die Kanäle in der ersten Hälfte der Kammer nach oben und durch die Schachtwände in der anderen Hälfte nach unten und daraufhin weiter zur nächsten Kammer gezogen.

F i g. 5 stellt einen Längsschnitt einer Schachtwand dar, in der die Rauchgase über Gaskanäle der Gruppe 7 nach oben und über Gaskanäle der Gruppe 8 nach unten gezogen werden. Unter dem Schacht wird mit Hilfe einer Zwischenwand 6 der Raum 4 in zwei Teile unterteilt. Über den Kammerwänden 9 ist die durchgeschnittene Abdeckplatte 22 dargestellt, die den Raum 24 über der Schachtwand abdichtet.

F i g. 6 stellt einen Querschnitt eines Teils einer Ofenkamme!· dar, wobei vier Schachtwände 2 im Schnitt gezeigt sind. In einem der Schächte sind drei Kohlenstoffkörper 23 vorgesehen. Über jeder Schachtwand befindet sich ein Raum 24, der die beiden Gruppen von Gaskanälen verbindet, die in der Schachtwand vorgesehen sind. Dabei ist zu beachten, daß, falls über jeder Schachtwand 2 ein solcher Raum 24 vorgesehen ist, kein gemeinsamer Deckel über der Kammer angeordnet ist

Infolge der Trennwand 6, die den Raum 4 in zwei Teile unterteilt, fließen die Rauchgase in der gleichen Schachtwand auf und ab.

Das Wesen der Erfindung ist somit im Entfernen der Brennkammern zu sehen, durch die bei einem bekannten Kammerringofen die Rauchgase an die obere Seite der Schächte strömen und in die üblicherweise der Brennstoff eingeführt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Gas mit Hilfe einer im Raum unterhalb der Schächte vorgesehenen dichten Zwischenwand durch die eine Hälfte der Schachtwände geführt. Unter dem Deckel bzw. der Abdeckplatte werden die Gase abgelenkt und strömen dann wieder den Ofen hinab, jedoch diesmal auf der anderen Seile der dichten Trennwand 6. Von hier aus gelangen die Gase weiter zur nächsten Kammer.

Dieses Verfahren bietet mehrere Vorteile.

Der Gebrauchswert des Ofens ist erheblich größer, da das Volumen der Brennkammern für die Schächte herangezogen werden kann. Auf diese Weise nimmt die Kapazität des Ofens zu. Durch Verringerung des Volumens an feuerfesten Ziegeln pro hergestellte Einheit wird der Energieverlust zu den feuerfesten Materialien reduziert, was Brennstoff einspart.

Die Gasgeschwindigkeit durch die Kammern nimmt

turverteilung in der Kammer, was die Gefahr von Rissen in den Kohlenstoffkörpern verringert. Dies macht es möglich, die Brennzone in kurzen Zeitabständen zu versetzen, was wiederum die Kapazität des Ofens vergrößert.

Ferner erlaubt dieses Verfahren eine bessere Lokalisierung der Brennstoffeinspritzung. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle des Temperaturzyklusses, was wiederum zu einer gleichmäßigeren Kalzination der Kohlenstoffkörper führt und bessere Möglichkeiten schafft, den Heizzyklus schneller zu durchlaufen, was ebenso einer Zunahme der Kapazität dient.

Es ist verständlich, daß ein erfindungsgemäßer Ofen mit Vorteil in Verbindung mit allen indirekten Erwärmungsarten von Formungen, die von einem besonderen Material umgeben werden, oder eines besonderen Materials allein. Verwendung finden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kammerringofen mit einer Anzahl von in Reihe verbundener Kammern, die jeweils eine Anzahl von parallel verbundenen Schächten (1) aufweisen, wobei die Wände (2) der Schächte (1) senkrechte Kanäle (3) für die Rauchgase einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3) in jeder Schachtwand (2) in zwei Gruppen (7 und 8) mit Hilfe von unter dem Boden des Schachtes vorgesehenen Zwischenwänden (6) unterteilt sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in jeder Schachtwand (2) vorgesehenen Kanäle (3) in zwei Gruppen (7 und 8) mit Hilfe einer in dem unter jedem Schacht befindlichen Raum (4) vorgesehenen Trennwand (6) unterteilt sind.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in jeder einzelnen Schachtwand (2) vorgesehenen Kanäle (3) über die Schachtwand (2) in einen oder mehrere separate Räume (1) hinausführen, der bzw. die zwei benachbarte Gruppen in dieser Schachtwand (2) verbinden.

4. Verfahren zum Betrieb eines Kammerringofens gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ganz oder teilweise in den Raum oberhalb oder unterhalb der Schächte und/oder ganz oder teilweise in den Raum (24) über jeder Schachtwand (2) eingespritzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß lie Verbrennung mit unzureichender Luft in dem Raum oder den Räumen durchgeführt wird, in die der Brennstoff eingespritzt wird, und daß mehr Luft in einen oder mehrere nachfolgende Räume in Richtung der Rauchgasstromung hinzugefügt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase gezwungen werden, in jeder Kanalgruppe (7, 8) in gleiche Richtung zu strömen und nacheinander durch aile Gruppen zu fließen.