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Die Erfindung betrifft einen Drehofen zum indirekten
Erwärmen von Gut unter Nutzung des Brenngases von Brennstoff.
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Eines der wirkungsvollsten und wirtschaftlichsten Verfahren
zum Erhitzen von Pulver- oder Granulatmaterialien besteht
darin, daß Brennstoff verbrannt wird, um Hochtemperaturgas
zu erzeugen, und das Gut dann einem Wärmeaustausch mit
diesem Gas unterworfen wird. Das Brenngas kann gasförmige
Anteile aufweisen, die imstande sind, mit dem Gut bei hoher
Temperatur zu reagieren. In diesem Fall kann das vorgenannte
Verfahren ungeachtet des Wirkungsgrads nicht zum Erhitzen
angewandt werden. Um die Materialien zu erhitzen, die
imstande sind, mit dem Brenngas zu reagieren, kann anstelle
von Brennstoff Elektrizität als Wärmequelle genutzt werden,
oder Inertgas kann in einen Ofen eingeleitet werden. Dadurch
wird die Wirtschaftlichkeit des Heizvorgangs auf nachteilige
Weise herabgesetzt.
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Die oxidierenden gasförmigen Anteile wie etwa Sauerstoff,
Kohlendioxid, Wasserstoffoxid und Schwefeltrioxid sind in
dem Brenngas von Brennstoff enthalten.
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Wenn Erz unter einer solchen oxidierenden Atmosphäre zum
Zweck der Reduktion erhitzt wird, besteht die Gefahr, daß
das Erz einer solchen oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt
wird. Das ist das gerade Gegenteil dessen, was durch das
Erhitzen bewirkt werden soll. Die Reduktion von Erz durch
Erhitzen in einem Drehrohrofen mit Hilfe der Brenngase von
Brennstoffen wie etwa Kohle, Schweröl und LPG wird in großem
Umfang zum Erschmelzen von Erz angewandt, da hier billige
Energie eingesetzt werden kann und außerdem eine
kontinuierliche Aufbereitung durch Massenherstellung möglich ist. Wie
oben beschrieben, enthält jedoch das Brenngas oxidierende
gasförmige Anteile, so daß die Brenngasatmosphäre nicht eine
reduzierende, sondern eine oxidierende Atmosphäre ist, was
im Hinblick auf eine Erhöhung des Reduktionsgrads
unbefriedigend ist.
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Zur Trennung der zu reduzierenden Materialien von der
oxidierenden Brenngasatmosphäre kann die Verbrennungsflamme in
einem Keramikrohr eingeschlossen sein, damit das Gut
indirekt durch die Keramikrohre hindurch unter Nutzung von
Strahlungswärme und Wärmeleitung erhitzt wird. Die US-PS
1 871 848 zeigt beispielsweise eine solche Trennmethode
(siehe Fig. 3).
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Eine andere Methode zum Trennen des zu reduziernden Guts
gegenüber der oxidierenden Atmosphäre von Brenngas besteht
im Aufbringen einer Überzugsschicht auf die Oberfläche der
zu reduzierenden Materialien. In diesem Fall wird das Gut im
wesentlichen in nichtoxidierender Atmosphäre erhitzt. Eine
solche Methode ist in der US-PS 3 153 586 angegeben.
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Die in der US-PS 1 871 848 angegebene Methode weist das
Problem auf, daß die mechanische Festigkeit des Keramikrohrs
bei hoher Temperatur abnimmt. Es ist schwierig, Rohre mit
großem Durchmesser und großer Länge herzustellen. Die höch
ste Ofentemperatur, die in der US-PS 1 871 848 angegeben
ist, ist 1000 ºC. Eisenerz ist unter den Erzen nur eines,
das bei dieser Temperatur reduziert werden kann. Die
Rohrlänge, die gefertigt werden kann, ist höchstens 2 bis 3 m.
Es ist nicht möglich, die Verbrennungsflamme mit einem
solchen Rohr vollständig zu umschließen und damit das zu
reduzierende Gut wirkungsvoll von dem Brenngas des Brennstoffs
zu trennen. Eine solche Methode ist daher nicht geeignet, um
Erz zu reduzieren, das Metalle wie Chrom enthält, das eine
hohe Sauerstoffaffinität hat und bei dem die Gefahr besteht,
daß es durch die Brenngasatmosphäre beeinflußt wird.
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Die britische Patentschrift GB 484 358 zeigt einen
Rotationsmuffelofen, der Steine aufweist, die von der
Auskleidung eines Mantels nach innen ragen und Abstützungen für die
Muffel-Heizgaszüge 18 haben, die die Muffel umgeben. Es sind
Rohre vorgesehen, um die Heizgase in die Muffel zu leiten,
so daß ein direktes inneres Erhitzen des Einsatzguts
erfolgt. Heizmedium wird den Zügen an einem Ende der Muffel
durch eine Ringkammer zugeführt, die gegenüber gleitenden
Oberflächen der Muffel dicht verschlossen ist.
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Die FR-Patentschrift FR-A-700 633 zeigt einen Drehofen, der
eine zentral angeordnete Heizkammer aufweist, die von einer
Vielzahl von Gutaufbereitungskammern umgeben ist. In diesem
Drehofen werden die Gutaufbereitungskammern nur durch die
eine Oberfläche erhitzt, die der zentralen
Verbrennungskammer gemeinsam ist.
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Drehofens
vom Außenheiztyp zur Hochtemperatur-Wärmebehandlung mit
großer Gutaufnahmekapazität, wobei die Wärmeerzeugungs- und
-zuführeinrichtungen so aufgebaut und angeordnet sind, daß
der Energieverbrauch und der Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad
des Ofens verbessert werden.
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Gemäß der Erfindung wird ein Drehofen vom Außenheiztyp zum
Behandeln eines Guts gemäß der Definition in den Ansprüchen
bereitgestellt. Der Ofen umfaßt einen drehangetriebenen
Ofenkörper mit einer langgestreckten Reaktionskammer, die
entlang der Mittellinie des Drehofenkörpers positioniert
ist. Eine Vielzahl von langgestreckten Heizgaskammern ist um
die Reaktionskammer herum angeordnet und verläuft ebenfalls
in der Längsrichtung des Ofenkörpers.
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Der Drehofen der Erfindung weist ferner einen
Verbrennungsofen auf, der mit einem Ende des Drehofenkörpers verbunden
ist und eine integrale drehbare Konstruktion bildet. Der
Verbrennungsofen hat eine Reihe von Brennern und
Brennkammern,
die jeweils angeordnet sind, um
Hochtemperatur-Brenngas zu einer entsprechenden Heizgaskammer zu leiten. Die
Heizgaskammern sorgen für das äußere Aufheizen der
Reaktionskammer um deren Umfang herum und liefern somit die
indirekte Heizung des zu behandelnden Guts.
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Gemäß der Erfindung sind die Reaktionskammer und die
Heizgaskammern in der Mitte bzw. an dem Umfangsteil des
Drehofens angeordnet. Die erstere und die letzteren sind
beispielsweise durch Keramiktrennwände voneinander getrennt.
Die Verbrennungswärme, die durch Nutzung eines billigen
Brennstoffs erzeugt werden kann, wird durch die
Keramiktrennwand auf zu behandelndes Gut übertragen, das somit
keine chemische Beeinflussung durch den Brenngasstrom erfährt.
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Durch Anwendung eines Drehofens gemäß der Erfindung kann
billiger Brennstoff eingesetzt werden, um hohe Temperaturen
zu erreichen. Hochtemperaturgas von 1600 bis 1800 ºC kann in
die Heizgaskammern eingelassen werden. Dabei kann die
Temperatur in der Reaktionskammer auf 1500 ºC oder mehr erhöht
werden, und die Temperatur von indirekt zu erhitzendem Gut
kann auf 1400 ºC oder höher gebracht werden. Durch Anwendung
des oben beschriebenen Drehofens können Pellets von
Chromerz, in die Koks als kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel
eingemischt ist, bis zu 95 % oder mehr reduziert werden,
während gleichzeitig der Einfluß von oxidierendem Brenngas
ausgeschlossen wird. Wenn das traditionelle
Direktbefeuerungs-Heizverfahren zur Reduktion von Chromerz angewandt
wird, wird ein Reduktionsgrad von höchstens ungefähr 80 %
erreicht.
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Die Erfindung ist bei Heiz- und Aufbreitungsmethoden an
Materialien anwendbar, bei denen eine chemische
Beeinflussung durch Brenngas auszuschließen ist. Solche Prozesse
umfassen die Kokserzeugung aus Kohle, das
Hochtemperaturbrennen von Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Zirconiumdioxid
und dergleichen sowie mechanisches bzw. trockenes Plattieren
bei hoher Temperatur und dergleichen. Die Erfindung ist
besonders vorteilhaft bei Anwendungen zur Massenherstellung.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Ein Drehofen gemäß der Erfindung eignet sich für
Aufbereitungsverfahren, die oxidierende Reaktionen ausschließen.
Beispielsweise arbeitet er zuverlässig als Einrichtung zur
Reduktion von Chromerzpellets, die ein kohlenstoffhaltiges
Reduktionsmitttel enthalten, oder zur Reduktion von Eisenerz
oder zur Verkokung.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau des Drehofens vom
Außenheiztyp gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Ofens gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 2 ist eine
Querschnittsansicht entlang der Drehachse desselben.
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Fig. 3 zeigt eine Methode der Blockanordnung zur Herstellung
eines Ofens.
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Die Fig. 4 bis 7 sind Querschnitts-Teilansichten anderer
Ausführungsformen der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Drehofens vom
Außenheiztyp gemäß der Erfindung als vertikalen Querschnitt in
bezug auf eine Drehachse. Fig. 2 zeigt den identischen Ofen
als Querschnitt parallel zu der Drehachse. Gemäß Fig. 1 sind
wärmedämmende Steine 2 als Auskleidung um die innere
Oberfläche eines Stahlmantels 1 herum angeordnet. Die Höhe der
wärmedämmenden Steine ist um den Stahlmantel 1 herum nicht
gleichmäßig, während die größeren Stützsteine 3 an
geeigneten
Zwischenräumen zwischen ihnen positioniert sind, z. B.
nach jeweils sieben Steinen bei der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform Die Stützsteine 3 tragen die Keramikplatten
4, die die Trennwände sind. Eine Reaktionskammer 5, die im
Querschnitt Vieleckgestalt hat, ist daher von den
Keramikplatten 4 und den Stützsteinen 3 umgeben und definiert.
Außerdem ist um die Reaktionskammer 5 herum eine Vielzahl
von Heizgaskammern 6 gebildet, die durch die wärmedämmenden
Steine 2, die Stützsteine 3 und die Keramikplatten 4
definiert sind. Da die Reaktionskammer 5 und die Heizgaskammern
6 wie oben erläutert aufgebaut sind, werden beide, wenn der
Stahlmantel 1 gedreht wird, mit der Drehbewegung des
Stahlmantels 1 integral gedreht. Während der Ofen gedreht wird,
wird in der Reaktionskammer 5 zu behandelndes Gut bewegt und
gleichzeitig durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung durch die
Keramikplatten 4 hindurch erhitzt. Das Gut wird daher
erhitzt und ist gleichzeitig gegenüber der Brenngasatmosphäre
des Brennstoffs isoliert.
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Gemäß Fig. 2 hat ein Verbrennungsofen 22 eine Vielzahl von
Brennern 11. Hochtemperaturgas, das in jeder Brennkammer 10
erzeugt wird, wird durch die Heizgaskammern 6 des
Drehofenkörpers 20 geleitet. Die Heizgaskammern befinden sich der
Brennkammer 10 benachbart. Das Hochtemperaturgas erhitzt die
als Trennwände dienenden Keramikplatten 4, während es durch
die Heizgaskammern 6 strömt, und wird dann durch eine
Abgasöf fnung 14 zu der Abgaskammer 9 geleitet. Das Gas tritt
dann durch einen Abgasauslaß 13 aus dem Heizsystem aus.
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Dabei wird zu behandelndes Gut durch die Zuführöffnung für
Rohmaterial 15 in die Reaktionskammer 5 aufgegeben und dann
der Drehbewegung in der Reaktionskammer 5 ausgesetzt,
während es gleichzeitig von dem Verbrennungsgas, das von dem
Gut getrennt ist, indirekt erhitzt wird. Das Gut wird dann
als Produkt aus der Reaktionskammer 5 durch den
Produktauslaß 16 entnommen, der am unteren Teil des Verbrennungsofens
22 vorgesehen ist. Das Produkt wird in einer Schurre 17
gesammelt und abgezogen.
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Der Drehofenkörper 20 ist von Rollen 8 über Tragringe 7
abgestützt und wird von einer Antriebsquelle (nicht gezeigt)
drehangetrieben. Der Verbrennungsofen 22 und Platten 21 sind
mit dem Drehofenkörper 20 verbunden, um eine integrale
Konstruktion zu bilden. Dabei bilden der Drehofenkörper 20, der
Verbrennungsofen 22 und die Platten 21 insgesamt einen
integralen Drehofenkörper.
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Rohrleitungen zur Zuführung von Brennstoff und Luft sind mit
den Brennern 11 über Universalgelenke verbunden. Die Brenner
11 werden gemeinsam mit der Drehbewegung des Drehofenkörpers
20 gedreht.
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Eine Entgasungskammer 18 ist um den Drehofenkörper 20 herum
vorgesehen und bis zum Untergestell heruntergeführt. Abgase
werden in der Kammer 18 gesammelt und treten aus dem
Gasauslaß 19 aus. Eine weitere Abgaskammer 9 ist an der
entgegengesetzten Seite des Brenners vorgesehen und ist gleich
aufgebaut.
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Als die wärmedämmenden Steine 2 werden Steine mit geringer
Wärmeleitfähigkeit verwendet, so daß die geringste externe
Wärmevernichtung durch den Stahlmantel hindurch erzielt
wird. Im allgemeinen ist die Wärmeleitfähigkeit (λ) der
wärmedämmenden Steine 2 im Bereich von 0,10 bis 2,0 kcal/m.h.ºC
(1000 ºC), bevorzugt von 0,1 bis 0,5 kcal/m.h.ºC. Die
wärmedämmenden Steine 2 können porös sein, beispielsweise können
sie eine Porosität von 60 bis 70 % haben. Die wärmedämmenden
Steine 2 können in Doppellagen aufgebaut sein. Bei dieser
Ausführungsform werden Schamottesteine als wärmedämmende
Steine verwendet. Die Wärmeleitfähigkeit (λ) ist
0,16 kcal/m.h.ºC.
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Da die Stützsteine 3 dazu dienen, die Keramikplatten
abzustützen, sollten hochfeste Steine selbst auf Kosten einer
geringen Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. Bei dieser
Ausführungsform werden Steine mit hohem Anteil an
Aluminiumoxid als Stützsteine verwendet. Der Stein hat eine
Wärmeleitfähigkeit von 0,02 kcal/m.h.ºC, eine Druckfestigkeit von
2368 kg/cm² und eine Biegefestigkeit von 240 kg/cm².
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Ferner sollte das Keramikmaterial, das das Vieleck bildet,
eine Festigkeit, die Hochtemperaturen von 1400 ºC oder höher
standhält, sowie hohe Wärmeleitfähigkeit haben und von
Hochtemperatur-Brenngasen nicht angegriffen werden. Diesen
Anforderungen genügende Materialien sind Keramiken wie
Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und dergleichen.
Siliciumcarbid wird besonders bevorzugt, weil hier große
Sintererzeugnisse verfügbar sind. Bei dieser Ausführungsform
wird gesintertes Siliciumcarbid einer Wärmeleitfähigkeit von
10 kcal/m.h.ºC oder höher (bei 1000 ºC) und einer
Biegefestigkeit von 200 kg/cm² oder höher (bei 1300 ºC) verwendet
und ist daher ein Material, das hohe Festigkeit und hohe
Wärmeleitfähigkeit hat. Diese Festigkeit ist zur Abstützung
der Last des Einsatzguts geeignet, wenn es der
Brenngasatmosphäre ausgesetzt wird.
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Gemäß der Erfindung sind die Heizgaskammern 6 an dem
Außenumfang des Drehofenkörpers 20 angeordnet und werden
sowohl als Brennkammer als auch als Kamin genutzt. Die
Reaktionskammer 5 zum Erhitzen von Gut ist in der Mitte des
Drehofenkörpers 20 positioniert. Die Trennwände, die die
Reaktionskammer 5 begrenzen, haben im Querschnitt
Vieleckgestalt, an deren jeweiligen Scheitelpunkten die Stützsteine
3 für die Keramikplatten 4 als die Trennwände angeordnet
sind. Die Mauerarbeit wird vereinfacht, wenn als die
Trennwand Platten verwendet werden. Detaillierte Mauerarbeiten
des Drehofens sind in Fig. 3 gezeigt. Die Stützsteine 3
haben an der Oberseite einen Vorsprung 3a, so daß neben dem
Vorsprung 3a zwei Seitenstege 3b gebildet sind.
Keramikplatten 4 sind entlang den Seitenstegen fest eingefügt.
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Hinsichtlich des Setzens der Keramikplatten wird es
bevorzugt, die Seitenstege 3b der Stützsteine und die Seitenstege
4a der Keramikplatten mit einem geeigneten Winkel
auszubilden, um zu verhindern, daß sich die Platten unter
Rotation lösen. Gemäß Fig. 1 wird als Reaktionskammer ein
Hexaederquerschnitt der Keramikplatten als Reaktionskammer
verwendet. Die Querschnittsform eines Vielecks mag durch
diese Ausführungsform nicht definiert sein, sie kann aber
ein Achtflach, ein Zwölfflach usw. sein.
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Die Platten zur Begrenzung der Heizgaskammer 6 können gerade
sein, sie können aber auch gekrümmt sein. Diese
Ausführungsformen sind in den Fig. 4 bis 7 gezeigt.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 7 sind mehrere
Ausführungsformen der Trennwand gezeigt. In den Fig. 4 und 5 sind
die Heizgaskammern 6 aus Vierkantblöcken aufgebaut. In Fig.
6 sind die Heizgaskammern 6 aus Blöcken von "U"-Form
aufgebaut. In Fig. 7 sind die Heizgaskammern 6 aus
zylindrischen Steinen aufgebaut. Die Reaktionskammer 5 kann durch
Kurven definiert sein und eine runde Konfiguration wie in
Fig. 7 haben.