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Schachtofenanlage zur Behandlung von festen Stoffen mit Gasen Bei
Reaktionen zwischen festen Stoffen und Gasen ist es von großer Bedeutung, daß die
Gase möglichst direkt mit der gesamten Oberfläche der festen Stoffe in Berührung
kommen. Am besten ist dies dadurch erreicht worden, daß man die Gase durch das geschichtete
feste Material hindurch hat strömen lassen. Da die festen Stoffe indessen meistens
längere Zeit brauchen,- um sich mit den Gasen vollständig umzusetzen, ist der übliche
Schachtofen mit hohem Schacht entstanden als die einfachste und in vielen Fällen
die beste Vorrichtung zu dem genannten Zwecke. Obwohl das Prinzip des Schachtofens
demnach rein theoretisch als ein ideales für die Ausführung von Reaktionen zwischen
Gasen und festen Stoffen anzusehen ist, ist nichtsdestoweniger das Anwendungsgebiet
dieser Ofenbauart praktisch sehr eingeschränkt worden. Dies. ist auf verschiedene
Eigenschaften der festen Stoffe zurückzuführen, und zwar ganz besonders auf Eigenschaften,
die bei höherer Temperatur in Erscheinung treten. So zeigen viele festen Stoffe
bei höherer Temperatur große Neigung zu sintern und zu backen, wodurch das sogenannte
Hängen der Beschickung eintritt, das einen regelrechten Betrieb erschwert oder gar
unmöglich macht. Andere Stoffe zeigen die. Eigenschaft, bei Gasbehandlung ihre mechanische
Festigkeit einzubüßen und unter dem Einfluß des im unteren Teil des Schachtes herrschenden
großen Druckes zu Pulver zu zerfallen, das ein Versetzen des Schachtes bewirkt,
wodurch ebenfalls oft die Anwendung des Schachtofens unmöglich gemacht wird. Pulveriges
Material kann selbstverständlich nicht ohne weiteres in einem Schacht behandelt
werden; wenn derartige Stoffe zur Behandlung vorliegen, müssen sie erst in stückige
Form gebracht werden, und zwar müssen die Stücke eine solche mechanische Festigkeit
besitzen, daß die eben genannten Übelstände nicht eintreten. Da das Agglomerieren
oder Brikettieren auf sehr hohe Widerstandsfähigkeit in der Regel eine schwierige
und immer eine verhältnismäßig kostspielige Operation darstellt, ist für eine ganze
Reihe pulverförmiger Materialien die Anwendung des Schachtofens ganz ausgeschlossen.
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Für Stoffe, die sich nicht in dem gewöhnlichen Schachtofen behandeln
lassen, ist eine Anzahl Ofenbauarten ausgebildet worden, die unter der Bezeichnung
mechanische Ofen zusammengefaßt werden können. Dazu gehören z. B. Rotieröfen, Etagenöfen
mit Rührvorrichtungen, Fortschaufelungsöfen usw. Alle diese- Ofen haben das gemeinsam,
daß sie durch mechanische Bewegung des Materials das Zusammenbacken desselben zu
verhindern suchen und daß sie gleichzeitig immer neues Material mit den Gasen in
Berührung bringen, die in diesen Ofen nicht mehr durch das
Material
hindurch, sondern stets über dasselbe hinweg strömen-. Die Materialschicht kann
deshalb niemals besonders hoch sein und muß in stetiger oder in oft wiederholter
Bewegung gehalten werden. Ihrer ganzen Natur nach sind diese Ofen zur Förderung
einer Reaktion zwischen dem Gas und dem festen Material weniger geeignet, vor allem
ist die Berührungsfläche- zwischen dem Gut und dem Gas sehr gering im Verhältnis
zur großen Raumbeanspruchung solcher Ofen, und sehr oft muß man sich mit einem äußerst
niedrigen thermischen Wirkungsgrad und einer sehr schlechten Ausnutzung der Gase
begnügen.
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Die Erfindung betrifft eine Schachtofenbauart, bei der der Schacht
aus mehreren aufeinanderstehenden, mit durchlochtem Boden versehenen Behältern aufgebaut
ist, in denen die zu behandelnden festen Store eingebracht sind, so daß der Schacht
in seiner ganzen Höhe von den Gasen durchströmt werden kann.
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Es ist allerdings schon bekannt, beim Rösten und Sintern von Erzen
zwei und mehr Röstpfannen mit durchlochtem Boden aufeinanderzusetzen und sodann
Luft durchzuleiten. Der Betrieb wird dabei so durchgeführt, daß nach einer gewissen
Zeit die unterste, fertig gesinterte Pfanne entfernt und eine neue, mit Erz gefüllte
Pfanne oben aufgesetzt wird.
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Gemäß der Erfindung werden drei derartige Schächte, die beziehungsweise
als Vorwärmeschacht für das zur Behandlung gehende Gut, als Reaktionsschacht und
als Kühlschacht für das fertig behandelte Gut dienen, zu einer Schachtofenanlage
vereinigt.
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Die Erfindung wird durch die beiliegende Zeichnung veranschaulicht,
in der Abb. i einen .schematischen senkrechten Schnitt durch den Reaktionsschacht
und Abb.2 einen ähnlichen Schnitt durch die aus drei zusammenarbeitenden Schächten
bestehende Schachtofenanlage darstellt.
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Gemäß Abb. i besteht der Reaktionsschacht A aus einem Bodenstück
B und einem Kopfstück C sowie aus einer Anzahl dazwischenliegender Behälter.
(Gemäß Abb. i sind acht Behälter vorgesehen, die als VI bis XIII bezeichnet sind.)
Diese Behälter VI bis XIII haben einen durchlochten Boden, auf dem das zu behandelnde
Gut angebracht wird, worauf die Behälter auf dem Bodenstück B aufeinander aufgebaut
werden und das Kopfstück C aufgesetzt wird.
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Das für die Behandlung benutzte Gas wird zweckmäßig oben durch die
Zuleitung D in dem Kopfstück zugeführt und unten durch die Leitung E im Bodenstück
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Die mit durchlochten Böden ausgestatteten Behälter VI bis XIII werden
mit einer geeigneten Menge Gut beschickt. Wenn dies in, Form von Grieß oder kleinstückig
vorliegt, kann es unmittelbar in die Behälter gefüllt werden. Pulveriges Material
wird zuerst agglomeriert oder brikettiert. Doch brauchen das Agglomerat oder die
Brikette keine größere mechanische Festigkeit zu besitzen. Die Abdichtung zwischen
den einzelnen Behältern kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann beispielsweise
zwischen den Behältern ein Sandverschluß vorgesehen werden, indem längs des oberen
Randes der Behälter eine Rinne und längs der unteren Kante ein Flansch angeordnet
werden, oder es können andere Abdichtungsvorrichtungen benutzt werden. Es hat sich
übrigens herausgestellt, daß eine vollkommen zufriedenstellende Abdichtung schon
durch passende Planbearbeitung der anliegenden Flächen erreicht werden kann. Eine
besondere Dichtungseinlage ist entbehrlich.
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Um die Behälter in regelmäßiger Reihenfolge auswechseln zu können,
worüber weiter unten Näheres angegeben wird, ist der Schacht so angeordnet, daß
er gehoben und gesenkt werden kann. Zu diesem Zwecke ist der Schacht gemäß Abb.
i beispielsweise auf einem hydraulisch bewegten Kolben F angebracht. Wie weiter
unten näher erläutert wird, erfolgt die Auswechslung der Behälter durch waagerechte
Verschiebung derselben. Zu diesem Behufe sind die Behälter beispielsweise mit Rädern
oder Rollen ausgestattet. Durch eine Senkung des Schachtes kommen bei den auszuwechselnden
Behältern diese Räder auf Schienen zu ruhen, die an zwei Seiten des Ofens horizontal
verlaufen (in der Abbildung nicht gezeigt), worauf der betreffende Behälter, z.
B. XIII, in waagerechter Richtung hinausgeschoben «erden kann, beispielsweise durch
die Bewegung eines hydraulischen Kolbens G. Bei der Einschaltung neu beschickter
Behälter wird in analoger Weise verfahren. Durch eine geringfügige Senkung des Schachtes
wird dieser, von dem Behälter V I einschließlich ab, zum Aufsitzen auf den etwas
unterhalb der unteren Kante dieses Behälters angeordneten Schienen gebracht. Bei
einem darauffolgenden weiteren Niedergehen des Kolbens F wird dieser das Bodenstück
B nach unten mitnehmen, so daß zwischen diesem und dem Behälter ein freier Raum
entsteht, in den ein neu beschickter Behälter V eingeschoben «.erden kann. Darauf
wird der ganze Ofen um so viel gehoben, als der Höhe eines Behälters entspricht,
und der Ofen ist wieder in normalem Betrieb.
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Durch die oben angegebenen mechanischen Vorrichtungen kann das Auswechseln
der einzelnen Behälter in sehr kurzer Zeit erfolgen, so daß die Ofenanlage praktisch
ununterbrochen betrieben wird.
Abb. a ist die Schachtofenanlage,
die aus dem eigentlichen. Gasbehandlungsschacht A, dem Vorwärmeschacht A1 für das
zur Behandlung gehende Gut und dem Kühlschacht A2 für fertig behandeltes Gut besteht.
Diese beiden Schächte sind aus Behältern von der gleichen Bauart wie die des Gasbehandlungsschachtes
zusammengesetzt und besitzen ähnlich wie dieser Kopfstücke Cl bzw. C° und Bodenstücke
BI bzw. B2. Gemäß der Abbildung wird vorausgesetzt, daß das Vorwärmegas durch den
Schacht Al von unten nach oben geleitet wird, und das gleiche gilt für das Abkühlungsgas
in dem Schacht A°-.
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Wenn die Gase in der oben angegebenen Weise geführt werden, nämlich
von oben nach unten im Gasbehandlungsschacht und von unten nach oben in den Vorwärme-
und Kühlschächten, ist leicht einzusehen, daß im Gasbehandlungsschacht es der oberste
Behälter sein wird, der das fertig behandelte Material enthält und herausgenommen
wird, während ein Behälter mit neuer vorgewärmter Beschikkung als unterster eingesetzt
wird. In dem V orwärmeschacht Al- ist es umgekehrt der unterste Behälter, der fertig
vorgewärmt ist und in den Gasbehandlungsschacht hinübergeführt wird, während der
Behälter mit frischem Material oben in den Schacht eingeführt wird. In dem Kühlschacht
A2 sind die Verhältnisse entsprechend. Der unterste Behälter enthält das fertig
gekühlte Gut, während der Behälter mit dem im Gasbehandlungsschacht _A fertig behandelten
noch heißen Gut oben eingesetzt wird.
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In Abb. z sind die verschiedenen Operationen der Verschiebung der
Beschickungsbehälter im System schematisch angedeutet. Nachdem die Gaszufuhr zu
den verschiedenen Schächten abgesperrt bzw. an eine Umlaufsleitung angeschlossen
ist, werden die Kopfstücke Cl und C2 um eine Behälterhöhe gehoben und in dieser
Lage aufgehängt. Gleichzeitig wird der Boden des Gasbehandlungsschachtes um eine
Behälterhöhe gesenkt, wodurch einerseits der oberste Behälter XIII frei gemacht
wir d, und andererseits unter dem Behälter VI ein freier Raum entsteht für die Aufnahme
eines Behälters. Jetzt wird die Verschiebung der Behälter durchgeführt. Der Behälter
XIII wird in den Kühlschacht als oberster Behälter in diesem hinübergeschoben, der
fertig gekühlte Behälter XVII unten im Kühlschacht wird herausgenommen, der fertig
vorgewärmte Behälter unten im Vorwärmeschacht wird in den Gasbehandlungsschacht
eingeführt als der unterste Behälter in diesem, und der mit neuem, kaltem Gut beschickte
Behälter I wird oben in den Vorwärmeschacht eingeführt. Wenn diese Verschiebungen
be= endet sind, werden die Bodenstücke BI und B= des Vorwärme- und des Kühlschachtes
bis an den untersten Behälter dieser Schächte gehoben. Eine ganz geringe weitere
Hebung dieser Schächte macht die Verriegelungen der untersten Behälter frei. Der
Vorwärme- und der Kühlschacht werden jetzt um eine Behälterhöhe gesenkt und gleichzeitig
der Gasbehandlungsschacht um eine Behälterhöhe gehoben bis an das Kopfstück C, wodurch
das ganze System aufs neue im Betrieb ist und alle Schächte die für die nächste
Verschiebung nötige Ausgangslage einnehmen.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, erfolgen die Bewegungen
in der Weise, daß eine Hebung des Gasbehandlungsofens gleichzeitig mit einer Senkung
des Vorwärmeschachtes und des Kühlschachtes erfolgt. Dadurch werden die bewegten
Massen ausbalanciert, so daß die Bewegungen im ganzen nur geringen Kraftverbrauch
erfordern.
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Es ist ohne weiteres verständlich, daß der oben beschriebene Betrieb
der Anlage an vielen verschiedenen Punkten abgeändert werden kann, so beispielsweise
ganz besonders in bezug auf die Vorrichtungen, die zum Festhalten der Behälter in
bestimmten Lagen sowie zu deren Verschiebung und zur Vermittlung ihrer Gleitbewegungen
dienen. Ebenso ist es selbstverständlich, daß die Bewegungsrichtung der Gase in
den verschiedenen Schächten nicht notwendigerweise im Gasbehandlungsschacht eine
absteigende und in dem Vorwärme- und Kühlschacht eine aufsteigende sein muß, sondern
daß ebensogut die entgegengesetzten Strömungsrichtungen benutzt werden können.
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Die oben beschriebene Schachtofenanlage kann ganz allgemein für die
Behandlung fester Stoffe mit Gasen Verwendung finden, so beispielsweise für Röstoperationen
jeder Art, für Reduktionen mittels Gase, für Behandlung von Gasgemischen mit festen
Katalysatoren usw. Die Anlage kann für Material jeder Korngröße benutzt werden,
für pulverförmiges Gut nach vorangehendem Agglomerieren oder Brikettieren. Die Verteilung
der' Beschickung auf viele Behälter bewirkt, daß nur unerhebliche Drücke auf das
Material auftreten. Eine Zerkleinerung desselben, die in den gewöhnlichen Schachtöfen
so. leicht eintritt, wird vollständig vermieden.. Beim Agglomerieren oder Brikettieren
des Materials genügt schon ein schwaches Einbinden, um ein Zerbrechen und Krümeln
des Gutes zu verhindern. Schon ein Brikettieren durch Pressen allein, ohne darauffolgendes
Brennen, ist vollkommen ausreichend. Ferner befindet sich das Material in den Behältern
völlig in Ruhe. Der Durchgang der Gase wird infolgedessen während der Behandlung
nicht verändert, wie es bei den gewöhnlichen
Schachtöfen der Fall
ist, wo das Material in ganz unregelmäßiger und unkontrollierbarer Weise niedergeht.
Alle Betriebsstörungen, die sich hieraus ergeben können, werden vermieden. Die Gasbehandlung
des Materials wird durch die ganze Masse desselben eine gleichförmige.
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Ausbesserungen an den Schächten können ohne Unterbrechung des Betriebes
vorgenommen werden, da etwa schadhaft werdende Behälter durch neue in Bereitschaft
stehende Reservebehälter ersetzt werden können.