DE678263C - Verfahren zur Durchfuehrung von metallurgischen Reaktionen in einem Schachtofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung metallurgischer Reaktionen in einem Schachtofen durch Verbrennung von Kohlenstoff.

Bekanntlich weisen die gebräuchlichen Schachtöfen neben ihren großen praktischen Vorteilen, die in der Einfachheit des Betriebes und der erheblichen Leistungsfähigkeit sowie dem hohen Wirkungsgrad des Wärmeaustausches bestehen, auch gewisse, die einwandfreie Durchführung¹ metallurgischer Reaktion erschwerende und verhindernde Übelstände auf, welche eine unvermeidliche Folge der üblichen Betriebsweise dieser Öfen sind. Vor allem besteht zwischen den Wänden des Ofens und den Gaszufuhrdüsen eine zu enge Nachbarschaft, welche in vielen Fällen die Anordnung einer in wärmetechnischer Hinsicht sehr kostspieligen Wasserkühlung erfordert. Weiterhin ist die Verteilung des Gasstromes unregelmäßig, was eine gleichförmige Wirkung der Gase in der Gesamtheit der reagierenden Masse verhindert. Auch ist die Höhe der Reaktionszone verhältnismäßig beschränkt, da die Vorheizzone und die Kühlzone einen großen Teil der Gesamthöhe des Ofens einnehmen. Ferner besteht die Gefahr eines Rückflusses der behandelten Stoffe nach dem oberen Ende des Ofens, wenn sie flüchtig sind.

Erfindungsgemäß wird diesen mannigfachen Übelständen bei der Durchführung von metallurgischen Reaktionen in einem Schachtofen unter Kohlenstoffverbrennung dadurch wirksam begegnet, daß in der Mitte des Ofens in der abwärts .gehenden, den Kohlenstoff enthaltenden Beschickung runde oder vieleckige Hinderniskörper vorgesehen werden, die einen Teil der Beschickungsmasse veranlassen, sich nach seinem natürlichen Schüttwinkel bei seiner Fortbewegung einzustellen, so daß ein oder mehrere kegelige

oder ungefähr kegelige Hohlräume gebildet werden, in welche die zur Verbrennung erforderliche Luft bzw. Sauerstoff eingeleitet wird, so daß die Verbrennungsgase sich von hier aus gleichmäßig über die ganze Beschickungsmasse verteilen. Der oder die in oder nahe der Achse des Ofens angeordneten Hinderniskörper können mit dem oder den Luft- bzw. Sauerstoffeinlaßrohren fest

ίο verbunden sein und deren Mündung bilden. Das Volumen und die Flächenausdehnung der' kegeligen oder ungefähr kegeligen Hohlräume kann durch Anordnung von Hinderniskörpern größeren oder kleineren Querschnittes verändert werden. Zur Regelung der Höhenlage dieser Hohlräume im Schachtofen können der oder die Hinderniskörper im Innern des Ofens in senkrechter Richtung verschiebbar sein. An der Innenwand des Ofens kann eine nach Bedarf erneuerbare Schutzauskleidung aus Kohle zur Vermeidung einer unmittelbaren Berührung zwischen Ofenwand und Beschickung vorgesehen, sein.

Die in der Beschickungsmasse mittels der runden oder vieleckigen Hinderniskörper geschaffenen kegeligen oder etwa kegeligen Hohlräume stellen Kammern dar, deren Wandung in ihrem kegeligen Teil unabhängig von jedem Baustoff außer der Beschickungsmasse ist und sich dauernd selbsttätig lediglich durch die nach dem natürlichen Schüttwinkel erfolgende Abwärtsbewegung dieser Masse erneuert und aufrechterhält, während der nicht aus Beschickungsmasse bestehende Teil dieser Wandung praktisch auf ein Mindestmaß, nämlich den Hinderniskörper oder das diesen darstellende Rohrende, verringert ist. Die Bildung der kegeligen Kammerwand aus Beschickungsmasse ermöglicht außerdem die Verwendung der Kammer als Verteiler für den in sie eingeführten Sauerstoff, und die Kegelform macht diese Verteilerwirkung gleichmäßig. Da ferner diese Kammer oder diese Kammern in oder nahe der Ofenachse erzeugt werden, liegt die an ihrer kegeligen Wandung entstehende und aufrechterhaltene Verbrennungszone fernab .von der Ofenwand und gleichzeitig ergibt sich auch eine gleichförmige und regelmäßige Verteilung der sich bildenden Verbrennungsund Reaktionsgase über die Beschickungsmasse hin und eine beträchtliche Vergrößerung der Höhe der Reaktionszone. Dabei findet das von dieser Verbrennungszone aus radiale Abströmen der Verbrennungs- und Reaktionsgase infolge der fortschreitenden Verminderung des sich ihr entgegenstellenden Widerstandes theoretisch in einem freien Raum statt, was hinwiederum eine gleichförmige und .vollkommene Ausnutzung des Heiz- und Reaktionsvolumens des Ofeninnern gewährleistet. Dieses radiale Strömen der Verbrennungs- und Reaktionsgase' gestattet in Verbindung mit der günstig angeordneten und im voraus regelbaren Heizfläche auch die Anwendung von sehr feinem Brennstoff in der Beschickung des Ofens, was einen großen Vorteil sowohl hinsichtlich Kosten, Reaktionsgeschwindigkeit und Wärmekonzentration bedeutet.

Weiterhin erfolgt auch eine selbsttätige Ausscheidung der Aschenteile des Brennstoffes und der verflüssigten Stoffe aus der Verbrennungs- und Reaktionszone durch die Wirkung des vom Brennstoff gebildeten natürlichen Schüttwinkels und durch die Ablenkungswirkung, die von dem seitlichen Strom der Verbrennungs- und gegebenenfalls der Reaktionsgase auf die in der Regel flüssigen Stoffe, die das Bestreben haben, der Senkrechten zu folgen, ausgeübt wird, so daß der Kohlenstoff freigelegt wird und sich getrennt von der Beschickung verbindet. Auch dies trägt dazu bei, die Durchführung von metallurgischen Reaktionen, insbesondere von Reduktionen, in einem Schachtofen günstig zu gestalten. Eine vorteilhafte Wirkung der Schaffung einer oder mehrerer kegeliger Kammern in der Ofenmitte nach der Erfi-ndung liegt schließlich auch darin, daß ein Teil des Gasstromes, der durch die Verbrennung von Kohlenstoff mit der in diese Kammer oder diese Kammern eingeführten Luft ' entsteht, nach oben in die abwärts gehende Beschickungsmasse abgelenkt wird, so daß er die Vorheizung der in ziemlich großer Höhe über dem Ende des Luftzufuhrrohres befindlichen Masse bewirkt und diese infolgedessen für die Reaktion geeignet 100 \ macht. Dieser entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der absteigenden Reaktionsmasse seinen Weg nehmende Teilgasstrom bietet auf diese Weise die Möglichkeit, die Beschickungsstoffe beispielsweise allen der Reduktion vorangehenden Maßnahmen, wie Kohlensäureentziehung, Hydratwasserbeseitigung, Röstung, zu unterwerfen und ihnen ein Höchstmaß von Wärmeenergie zuzuführen.

Die Verwendung von Hinderniskörpern, welche eine in einem Ofen abwärts gehende Beschickung zur Bildung von Hohlräumen durch Selbsteinstellung nach dem natürlichen Schüttwinkel veranlassen, ist bereits bei der Verschwelung von Brennstoffen bekannt. Hierbei handelt es sich aber um waagerecht den ganzen Ofenraum durchquerende und über den gesamten Querschnitt des Ofens verteilte Hinderniskörper von Dreiecksquerschnitt, welche in der Beschickungsmasse lange, an entgegengesetzten Enden der Ofenwand endende' Querkanäle erzeugen, die mit

Löchern in der Ofenwand in Verbindung stehen und zur Gas- und Luftführung dienen. Nach der Erfindung dagegen kommt es darauf an, für die im Vergleich zur Verschwelung viel höhere Temperaturen erfordernde Durchführung metallurgischer Reaktionen in der Mitte und damit entfernt von der Wand eines Schachtofens einen oder mehrere in sich geschlossene Hohlräume in der kokshaltigen Beschickungsmasse zur Einführung und Verteilung von Luft bzw. Sauerstoff und zur Bildung einer von der Ofenmitte aus sich ausbreitenden Verbrennungs- und Reaktionszone anzuordnen.

«5 Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten und betriebenen Schachtofens. Abb. ι zeigt im Längsschnitt einen Schachtofen mit einem einzigen, in der Ofenachse angeordneten Hinderniskörper zur Erzeugung eines kegeligen Hohlraumes in der Beschickung. Abb. 2 und 3 lassen im Längsschnitt und im Querschnitt einen Schachtofen mit mehreren in der Nähe der Ofenachse vorgesehenen Hinderniskörpern und einer entsprechenden Zahl von Hohlräumen in der Beschickung erkennen.

Gemäß Abb. 1 ist im Innern des Schachtofens ι ein Hinderniskörper 2 angeordnet, der beispielsweise durch eine waagerechte Scheibe von runder oder vieleckiger Form gebildet ist und einen Teil der im Ofen 1 abwärts gehenden kokshaltigen Beschickungsmasse 3 ' veranlaßt, nach seinem natürlichen Schüttwinkel α sich einzustellen und fortzubewegen, so daß ein Hohlraum 4 von der Form eines auf die Spitze gestellten Kegels unter dem Körper 2 entsteht. Dieser Hohlraum 4 wird mit Luft oder reinem Sauerstoff durch das Rohr S gespeist. Der Hinderniskörper 2 kann mit dem Rohr 5 zu einem zusammenhängenden Stück vereinigt sein, indem er die Mündung des Rohres bildet. Das Rohr 5 und der Hinderniskörper 2 sind vorzugsweise in der Achse des Ofens 1 angeordnet, und im Bedarfsfall kann das Roihr 5 in senkrechter Richtung verschiebbar gelagert sein, um die Höhenlage des mit dem Rohr 5 verbundenen Hinderniskörpers 2 und damit der durch diesen erzeugten kegeligen Kammer 4 im Ofen 1 nach den Erfordernissen des Betriebes verändern zu können. Diese Verschiebung kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, daß das Rohr 5 als Schraube in einer an der Wand des Ofens 1 gehaltenen Mutter geführt ist. Der Hinderniskörper 2 und das Rohr 5 bestehen aus hitzebeständigem Stoff und sind mit einem von Wasser durchströmten Kühlmantel 6 versehen. Auch die Wand des Ofens 1 ist aus hitzebeständigen Stoffen gebaut und kann mit einer Innenauskleidung 7 versehen sein, die beispielsweise aus mit Teer vermengter Kohle gebildet ist und aus einem ringförmigen Nachfüllbehälter 9 über die Ringdüse 8 dauernd erneuert wird. Das untere Ende dieser Auskleidung 7 kann mittels Kratzern aus dem Ofen über "die für gewöhnlich geschlossenen Kanäle 10 entferni werden.

Der untere Teil des Ofens 1 besteht aus einem abnehmbaren Kasten 11, der mit Kohlenstoff ausgekleidet und mit einer Wanne 12 zur Aufnahme der flüssigen Stoffe sowie mit Löchern 13 zur Entnahme der festen Stoffe versehen ist. Am Kopfe des Ofens ι befindet sich der Abschlußkasten 14, der gleichzeitig den Beschickungstrichter 15 enthält. Vom Abschlußkasten 14 ' geht das Rohr 16 aus, das an einen Absauger angeschlossen sein kann, während vom unteren Teil des Ofens 1 der Kanal 17 abzweigt. Die Luft oder der reine Sauerstoff wird unter Druck mittels eines Verdichters durch das Einlaßrohr 5 in die vom Hinderniskörper 2 erzeugte Kammer 4 eingeführt und tritt in gleichmäßiger Verteilung in und durch die aus kokshaltiger Beschickungsmasse gebildete kegelige Wand dieser Kammer 4. Die Zündung der Verbrennung findet in dieser Wand statt, um die sich eine Verbrennungszone von der erforderlichen Tiefe bildet. Der sich aus der Verbrennung ergebende Gasstrom verteilt sich gleichförmig in der zu behandelnden Masse, wie die Pfeile 18 andeuten. Außerdem- geht ein Teil dieses Gasstromes in der Richtung der Pfeile 19 nach oben und heizt den oberen Teil der Beschickung 3 vor. Die hochsteigenden Reaktionsgase werden durch das Rohr 16 abgeführt, und die abwärts strömenden Reaktionsgase entweichen durch den Kanal 17. In der Wanne 12 sammelt sich das geschmolzene Metall der Beschickung, und darüber enthält der Ofen 1 in seinem unteren Teil glühenden, nicht schmelzenden Koks. Wenn man den Hinderniskörper 2 durch einen Körper von größerem oder kleinerem Querschnitt ersetzt, kann man das Volumen und die Flächenausdehnung der mit Luft bzw. Sauerstoff zu speisenden kegeligen Kammer 4 nach den Bedürfnissen des Betriebes beliebig ändern.

Gemäß Abb. 2 und 3 sind mehrere, z. B. vier Hinderniskörper 22 im Innern des Schachtofens 21 nahe der Ofenachse in gleichmäßiger Verteilung um diese Achse vorgesehen. Jeder dieser Körper 22 erzeugt an seiner unteren Fläche einen kegeligen Hohlraum 24, indem er einen Teil der im Ofen abwärts gehenden Beschickungsmasse 23 veranlaßt, sich nach seinem natürlichen Schuttwinkel b- bei seiner Fortbewegung einzustellen. Diese vier Hohlräume 24 werden mit

Luft oder reinem Sauerstoff über das Zufuhrrohr 2 5 gespeist, das durch vier Arme 25' mit den einzelnen Räumen 24 verbunden ist, die Luftverteilungskammern im. Innern der den Kohlenstoff enthaltenden Beschickungsmasse 23 bilden. Das Zufuhrrohr 25,25' und die Hinderniskörper 22 sind mit einem Kühlmantel ähnlich wie die entsprechenden Teile des Schachtofens nach Abb. 1 umgeben, dem auch in den übrigen Einzelheiten der Bauart und der Wirkungsweise der in Abb. 2 und 3 dargestellte Ofen ähnlich ist.

Das Verfahren nach der Erfindung kann für mannigfache und verschiedene Anwendungen, wie z. B. für die Behandlung von Erzen, für die Reduktion von Sulfaten in Sulfide oder von Phosphaten in Phosphor, für die Erzeugung von Metallen und für die Ausführung von anderen metallurgischen Reaktionen durch Verbrennung von Kohlenstoff benutzt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Durchführung von metallurgischen Reaktionen in einem Schachtofen durch Verbrennung von Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Ofens (1) in der abwärts gehenden, den Kohlenstoff enthaltenden Beschickung (3 oder 23) runde oder vieleckige Hinderniskörper (2 oder 22) vorgesehen sind, die einen Teil der Beschickungsmasse veranlassen, sich nach seinem natürlichen Schüttwinkel («oderb) bei seiner Fortbewegung einzustellen, so daß eine oder mehrere kegelige oder ungefähr kegelige Hohlräume (4 oder 24) gebildet werden, in welche die zur Verbrennung erforderliche Luft bzw. Sauerstoff eingeleitet wird, so daß die Verbrennungsgase sich von hier gleichmäßig über die ganze Beschickungsmasse verteilen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die in der Achse des Ofens oder nahe dieser Achse angeordneten Hinderniskörper (2) mit dem oder den Luft- bzw. Sauerstoffeinlaßrohren (5) fest verbunden sind und deren Mündung bilden (Abb. 1).
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen und die Flächenausdehnung der kegeligen oder ungefähr kegeligen Hohlräume (4 oder 24) durch Anordnung von Hinderniskörpern (2 oder 22) größeren oder kleineren Querschnittes verändert wird (Abb. 1 bis 3).
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hinderniskörper (2 oder 22) im Innern des Ofens (1) in senkrechter Richtung verschoben werden können (Abb. ι bis 3).
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Ofens (1) eine durch Kohle gebildete Schutzauskleidung (7), die nach Bedarf erneuert wird, zur Vermeidung einer unmittelbaren Berührung zwischen Be* Schickung (3) und Ofenwand (1) vorgesehen ist (Abb. 1).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen