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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Verhüttung von Zinkerzen
im elektrischen Ofen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
kontinuierlichen Verhüttung von Zinkerzen im elektrischen Ofen zwecks Erzeugung
von Rohzink oder Zinkoxyd unter Benutzung der Beschickung als Heizwider stand.
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Bei den bekannten Verfahren dieser Art verursacht die vergleichsweise
geringe elektrische Leitfähigkeit der Beschickung erhebliche Schwierigkeiten im
Betrieb, so daß die praktische Durchführung der elektrothermischen Zinkerzverhüttung
in Frage gestellt war. Man hat zwar bereits vorgeschlagen, die Beschickung, d. h.
die Mischung aus Zinkerz und Kohle, vor dem Eintritt in die eigentliche Reduktionszone
vorzuwärmen. Die hierdurch erzielbare Erhöhung der Leitfähigkeit ist jedoch nicht
hinreichend, um die genannten Schwierigkeiten zu überwinden.
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Es wurde nun die überraschende Beobachtung gemacht, daß die elektrische
Leitfähigkeit von gesintertem Zinkerz im Vergleich zu ungesintertem bzw. lediglich
vorerhitztem. Zinkerz, bedeutend höher ist. Erfindungsgemäß wird daher eine. Mischung
aus vorgesintertem und wieder gekörntem Zinkerz mit gekörntem kohlehaltigen Reduktionsmittel
als Beschickung verwendet. Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich besonders
ein Elektroschachtofen, welcher erfindungsgemäß aus einer Reihe von unabhängig übereinander
gelagerten Ringabschnitten, einer Mehrzahl von Einzelelektroden im oberen Abschnitt
des Schachtes und einer entsprechenden Anzahl von Einzelelektroden im unteren Teil
des Schachtes besteht, wobei je zwei übereinanderliegenden, vorzugsweise um ißo°
versetzten Elektroden der Strom zugeführt wird, so daß dieser die Beschickung in
der Längsrichtung des Ofenschachtes durchfließt. Dieser Aufbau des Schachtofens
ge-
| stattet eine besonders einfache bringung |
| der Abzugsformen. Erfindur sind in |
| die ringförmigen Zwisch zwischen |
| den Ofenabschnitten die sich . `einem Ring |
ergänzenden bogenschlitzförmigen Mündungen der Abzugsformen eingesetzt.
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Die Erfindung soll nunmehr beispielsweise an Hand der Zeichnungen
erläutert werden. Fig. i a stellt schematisch den Aufriß, teilweise im Schnitt,
einer Gesamtanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dar.
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Fig. i bis io beziehen sich auf bevorzugte Ofenkonstruktionen und
die damit verbundenen Einrichtungen, und zwar zeigt Fig. i einen Aufriß, teilweise
im Schnitt, durch den Ofen, Fig.2 einen waagerechten Schnitt nach Linie 2-2 von
Fig. i, Fig.3 einen waagerechten Schnitt nach Linie 3-3 von Fig. i, Fig. 4. einen
waagerechten Schnitt nach Linie 4-4 von F ig. i, wobei die Anordnung gezeigt wird
für den Fall, daß der Oren zur Herstellung von Zinkoxyd dient,
Fig.5
einen senkrechten Schnitt nach Linie 5-5 von Fig. 6, Fig. 6 einen Grundriß nach
Fig. 5, Fig. 7 eine Seitenansicht einer abgeänderten Ausbildungsform der Lagerung
für den oberen Teil des Ofens, Fig.8 einen Grundriß einer Anordnung entsprechend
jener in Fig. 4., wobei eine Batterie von Kondensatoren gezeigt ist, Fig. 9 ein
Schaltungsschema, Fig. io eine der Elektroden mit Fassung. In der schematischen
Übersicht gemäß Fig. i a ist mit ioi ein Silo bezeichnet, aus welchem das Zinkerz
auf eine Röst- und Sintervorrichtung abgefüllt wird. Letztere besteht aus einer
Reihe von Pfannen io2 mit durchlochten Böden, die waagerecht über einen Windkasten
103 wandern, der vermittels einer Rohrleitung 104 mit einer geeigneten Absaugung
in Verbindung steht. Das Erz wird erhitzt, und der darin befindliche Schwefel durch
den Ölbrenner 105 angeziindet. Das Rösten und Sintern kann in einer Dwight-Lloyd-Maschine
durchgeführtwerden.
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Das Sintern wird bis zu einem solchen Punkt fortgesetzt, bei welchem
der Schwefelgehalt vorzugsweise auf 1/2 °/o oder darunter verringert ist. Das gesinterte
Erz wird dann in einer Mühle io6 zwischen Walzen 107 bis auf Erbsengröße gemahlen
und fällt in einen Silo i o8 einer Mischvorrichtung i o9, in welche vermittels des
Förderbandes iio gekörnter Koks oder anderes Kohle enthaltendes Material zugeführt
wird.
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Die so vorbereitete Charge wird in den Sumpf i i i des Becherwerkes
112 eingefüllt,
| welch let die Beschickung zur Gicht des |
| Ofens f |
| Die Be wird, wie aus der Zeich- |
| nung ersic t ; in zwei Stufen vorgewärmt, |
nämlich zuerst durch den Vorwärmer 113 und dann durch den Vorw ärmer 114. In ersterem
wird eine Temperatur von etwa 6oo° C erreicht und in letzterem eine Temperatur von
900 bis iooo° C. ' Die drehbare Aufgabevorrichtung i 15 wird elektrisch gesteuert,
wie es durch die elektrischen Leitungen i 16 angedeutet ist, um den Ofen stets gefüllt
zu halten.
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Die vorerwärmte Beschickung sinkt kontinuierlich zufolge der Schwere
in eine Ofenzone zwischen die Ringelektroden 117 und 118. Der elektrische Strom,
vorzugsweise Wechselstrom, wird diesen Elektroden von dem Transformator iig zugeführt.
Der Durchgang des Stromes durch die Beschikkung, welche einen vergleichsweise guten
Leiter für Elektrizität darstellt und trotzdem hinreichenden Widerstand bietet,
erhitzt diese gleichmäßig auf die erwünschte Temperatur, welche durch Regelung der
elektrischen Energie überwacht werden kann. Die hohe Durchlässigkeit der Beschickung
zufolge ihrer körnigen Beschaffenheit und der Porosität des gesinterten Erzes bietet
den Vorteil, daß die Dämpfe frei durch die Beschickung hindurchtreten können.
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Die ungeschmolzene, aber erschöpfte Deschickung sinkt unter die untere
Elektrode 118 in einen Abschnitt i?-o, wo sie abkühlt. Der untere Teil des Materials
ruht auf einer mit Wasserabschluß ausgerüsteten Pfanne i?i, welcher das Wasser durch
eine Rohrleitung i22 zugeführt wird, das durch den Überlauf 123 in die Abflußleitung
124 strömt. Das austretende Material wird durch einen Kratzer 125 auf ein Förderband
126 abgeworfen.
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Der so erzeugte Zinkdampf kann auf zweifache Weise weiterbehandelt
werden. Er kann durch Rohrleitungen in Kondensatoren, wie sie beispielsweise schematisch
bei 127 angedeutet sind, abgezogen werden, oder er kann in Zinloxydrauch übergeführt
werden. Die Kondensatoren können von üblicher Bauart sein, so daß sich ihre weitere
Beschreibung erübrigt.
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Bei der Umwandlung des Zinkdampfes in Oxyd wird der Dampf einer Rohrleitung
128 zugeführt, wo er mit einer vorbestimmten Menge Luft vermischt wird, die in die
Rohrleitung durch eine Öffnung 129 eintritt, welch letztere durch einen Deckel 13o
regelbar eingestellt werden kann. Hierdurch verbrennt das Zink zu Zinkoxyd im unteren
Ende des Rohres 128. Ein einstellbarer Ventilator 131 saugt das Zinkoxyd in der
Rohrleitung 128 hoch und übergibt es einem Abscheider 13a und dem Filterhaus
133, in welchem die Filtersäcke 134 in bekannter Weise zum Sammeln des Oxydes
aufgehängt sind. Das Verfahren ist von Anfang an kontinuierlich, beginnend mit der
Behandlung des Roherzes, der Zumischung des Koks, der Erhitzung im Ofen und der
Erzeugung entweder von metallischem Zink oder von Zinkoxyd sowie der Entfernung
der erschöpften Erzrückstände aus dem unteren Teil des Ofens.
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Das Verfahren kann in verschiedenen Arten von Ofen durchgeführt werden,
welche vom Umfang der Produktion abhängen. Es wurde jedoch gefunden, daß die in
den Fig. i bis io veranschaulichten Apparate besonders zur Behandlung der vorbereiteten
Beschickung geeignet sind. Der Hauptunterschied zwischen den verschiedenen Ausbildungsformen
und der schematischen Darstellung nach Fig. ia betrifft die Unterteilung des Schachtofens
und die Verwendung von gegeneinander versetzten Elektrodenpaaren; beides ist bei
großen Einheiten von besonderem Vorteil. Es wurde auch gefunden, daß bei dieser
Ofengattung
die Beschickung selbst in Verbindung mit der langsamen
Austrittsgeschwindigkeit der entwickelten reduzierenden Gase eine hinreichende Abdichtung
gegen den Zutritt von Luft am oberen und unteren Ende des Ofens bildet, und daß
keine mechanischen Abdichtungen erforderlich sind, wie aus Fig. ia ersichtlich ist.
Die besondere Bauart der bevorzugten Ofenform und der zugehörigen Teile soll nunmehr
beschrieben werden.
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Der Körper des in den Fig. i bis io dargestellten Ofens besteht aus
einer Reihe von Abschnitten A, B, C, D und E, deren jeder unabhängig vom
anderen gelagert ist und vorzugsweise oben einen ähnlich gelagerten Vorwärmeabschnitt
F trägt. Dieser Vorwärmer besitzt ein zentrales Rohr io aus feuerfestem Material,
welches von außen her durch die Rauchgase eines Brenners i i' (Fig. 2) erhitzt wird.
Die Rauchgase strömen nach oben schraubenförmig durch den Ringraum i i, wobei geeignete
Leitflächen 12 vorgesehen sind. Die Beschickung dieses Rollres io mit Erz und Kohle
erfolgt durch irgendeine geeignete Beschickungsvorrichtung, beispielsweise ein Zufuhrrohr
13, das durch den Antriebsmechanismus 14 gedreht «-erden kann und mit einem Trichter
1 5 verbunden ist, dem die Beschickung vermittels des Förderbandes ie) und des Becherwerkes
17 zugeführt wird.
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Wie bereits oben erwähnt, besteht der Ofen-Icörper aus Abschnitten,
die einzeln gesondert durch Säulen 18 aus Stahlkonstruktionen getragen werden (von
welchen in Fig. 3 drei dargestellt sind), und zwar vermittels Konsolen ig. Auf jeder
Konsole sind nach unten hängende Stangen 2o gelagert, welche, wie aus Fig. 5 ersichtlich,
von dem waagerechten Flansch der Konsole durch geeignete Isolationsplatten 2i und
Buchsen z2' isoliert sind. An den oberen Enden der Stangen sind Muttern 22 vorgesehen,
welche auf einem U-förmigen Trägerstück 23 ruhen. Zwischen diesem U-förmigen Stück
23 und den Isolierplatten sind starke Schraubenfedern 24 eingesetzt (s. F ig. 5).
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Wie aus Fig.7 ersichtlich, können die Muttern direkt auf den Isolierplatten
ruhen, welche sich auf die Konsolen abstützen, also ohne Zwischenlagerung von Federn,
und diese Konstruktion kann auch bei den Abschnitten B, C und D angewendet werden.
Beide Bauarten ermöglichen die gegenseitige Einstellung der Ofenabschnitte.
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Wie aus den Fig. 5 und 7 ersichtlich ist, ragen die Stangen 2o, welche
an ihren unteren Enden mit Gewinden versehen sind, durch Widerlagerringe 25 hindurch,
mit welchen sie vermittels Muttern verbunden sind. Die Widerlagerringe 25 tragen
ihrerseits einen Ring 26 aus Mauerwerk, welcher das zylindrische feuerfeste Futter
27 und den Ring 28 trägt. Die Ringe 26 und 28 sind an ihren unteren und oberen Kanten
konisch nach Art eines Trichters abgeschrägt, so daß zwischen benachbarten Abschnitten
eine Ringöffnung verbleibt. Das für die Teile 26, 2,7 und 28 verwendete Mauerwerk
besteht vorzugsweise aus eschmolzenen Magnesitsteinen, welche nicht' nur außerordentlich
hoch feuerfest sind, sondern auch gegen das Eindringen der Zinkdämpfe Widerstand
leisten.
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Wie in Verbindung mit den Abschnitten B, C, E und F ersichtlich ist,
ist ein Ofenmantel 29 vorgesehen, welcher auf dem Widerlagerring 25 ruht und sich
nach . oben bis zum Außenumfang des Ringes 28 erstreckt und gegen das Ofenfutter
27 einen Zwischenraum aufweist. Letzterer ist mit gepulvertem Chromerz ausgefüllt,
das hoch feuerfest ist und ebenfalls ein wirksames Mittel darstellt, um den Durchtritt
von Zinkdämpfen oder Metall zu verhindern. -Wie man sieht, besteht der Ofenschacht
aus einer Reihe von mit Zwischenräumen gesondert gelagerten Abschnitten, wodurch
die Ausdehnung oder Zusammenziehung derselben gewährleistet und ein Raum geschaffen
wird, durch welchen die Zinkdämpfe direkt in die Kondensatoren austreten können,
falls metallisches Zink erzeugt werden soll, oder in die Oxydationskammern, falls
Zinkoxyd gewonnen -,werden soll. Durch diese ringförmigen Zwischenräume können auch
die Pyrometer 3o hindurchragen.
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In den Ringräumen zwischen den Ofenabschnitten sind die Hilfsmitzum
Ab-
| ziehen der Zinkdämpfe aus en ange- |
| ordnet. Wie aus den Fig. 1 2 ersichtlich |
ist, sind Rohre 31 mit sektorförmigen Enden 3a rings um den Ofen gelagert unter
Zwischenschaltung von geeignetem Mauerwerk. Die inneren Enden dieser Rohre und das
Mauerwerk der Ringe 26 und 27 benachbarter Abschnitte sind so geformt, daß dichte
Fugen entstehen, die in geeigneter Weise, beispielsweise mit Zement, abgedichtet
sind, welcher aus geschmolzener Magnesia und einem Bindemittel bereitet ist.
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Die Außenenden der Rohre münden in Leitungen 33, in welchen die Zinkdämpfe
durch hinzutretende Luft oxydiert werden. Diese Leitungen sind mit einem Filter
oder anderen geeigneten Sammelvorrichtungen verbunden.
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Falls metallisches Zink hergestellt werden soll, ist rings um den
Ofenschacht eine Reihe von Kondensatoren 3.Iz angeordnet (siehe Fig.8), deren innere
Enden zwischen den benachbarten Ringen 26 und 28 befestigt sind und in @Lhlll:ch:@r
Weise abgedichtet werden,
wie es bei den Formstücken 32 oben beschrieben
ist.
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Um einen leichten Zugang zum Ofenschacht zu ermöglichen, etwa zum
Abklopfen des Zinkes oder zur Ermöglichung von Reparaturen und zum Nachstellen,
ist ein Fahrstuhl 34 vorgesehen, der auf einem Rahmenwerk oder Wagen 35 ruht, welch
letzterer längs einer Ringbahn um den Ofen herumgefahren werden kann. Der Fahrstuhl
wird vorzugsweise elektrisch gehoben und gesenkt. Am Boden des Ofenschachtes ist
ein Entleerungsabschnitt E vorgesehen, welcher entweder eine zylindrische oder konische
Form aufweisen kann und unterhalb dessen unterem Ende ein drehbarer Austragtisch
36 vorgesehen ist. vermittels welchem die Erzrückstände kontinuierlich ausgetragen
werden können.
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Die Anordnung der Elektroden ist schematisch in Fig. 9 dargestellt,
in welcher mit A der Ofenschacht angedeutet ist.
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Nahe der Ofengicht sind drei Elektroden G, H, J angeordnet, welche
aus Kohle oder Graphit bestehen und um 12o° gegeneinander versetzt sind. Sie ragen-
mit ihren inneren Enden, wie aus Fig. i und 3 ersichtlich, in den Ofenschacht hinein,
so daß sie mit der Beschickung in Berührung gelangen. Am unteren Teil des Ofens
ist ein entsprechender Satz von Elektroden G', H',
I' vorgesehen, welche
zu den entsprechenden Elektroden G,
H, I um i8o° versetzt sind, so daß jedes
Paar gleich bezeichneter Elektroden der oberen und unteren Reihen auf entgegengesetzten
Seiten des Schachtes liegt. Wie er-
| sichtlich, ; "uft der Strom von der Elek- |
| trode G Elektrode G' diagonal durch |
| die Besdli desgleichen der Strom zwi- |
schen den Eleki'i-oden C und
C und
D und
D'.
Ein jeder dieser
Stromkreise weist seine gesonderte Stromquelle auf, welche in der Figur als die
drei Transformatoren G2, H2,
J= angedeutet sind, die parallel an die gemeinsame
Primärzuleitung K, L angeschlossen sind unter Zwischenschaltung geeigneter Regler
1l, 11T, O, die vorzugsweise automatisch wirken, um die Spannung und Stromstärke
eines jeden Stromkreises zu überwachen.
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Es kann sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom verwendet werden,
vorzugsweise wird aber Einphasenwechselstrom benutzt. Es können auch unabhängig
voneinander erzeugte Ströme für jeden Stromkreis verwendet werden. Die Strombahnen,
welche allgemein durch strichpunktierte Linien angedcutet sind (Fi--. g), kreuzen
einander etwa im Mittelpunkt der Beschickung zwischen den Elektroden.
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Das Ergebnis dieser Änordnung ist derart, daß beim Niedersinken der
Beschickung durch den Ofen ein jeder Anteil der Wirkung des einen oder anderen dieser
Ströme unterworfen wird, so daß die ganze Masse gleichmäßig auf irgendeine gewünschte
Temperatur gebracht und bei dieser gehalten werden kann.
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Die Elektroden sind vorzugsweise quadratisch oder rechteckig im Querschnitt
und derart angeordnet, daß eine ihrer Kanten, wie aus Fig. i und 3 ersichtlich,
nach oben zu liegen kommt, so daß sie keinen wesentlichen Widerstand gegen das Abwärtssinken
der Beschickung durch den Ofen bieten und trotzdem einen hinreichenden Kontakt ermöglichen.
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Wie aus Fig. io ersichtlich, können die Elektroden in Fassungen-5o
gelagert sein, welche auf Säulen 51 befestigt sind, die auf den Widerlagerringen
25 unter Zwischenschaltung der Isolation 52 ruhen. Das Mauerwerk in den Abschnitten
A und D ist so angeordnet, daß geeignete Durchtrittsöffnungen für
die Elektroden gebildet werden.