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Verfahren zur Durchführung hüttenmännischer Reaktionen, insbesondere
zur unmittelbaren Eisengewinnung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Durchführung hüttenmännischer Reaktionen, insbesondere zur unmittelbaren Eisengewinnung
im Flammenraum eines Drehrohrofens. Beispielsweise ist die Nutzbarmachung von staubförmigem
Gut, das als PZückStände oder nach den bisherigen Aufbereitungsverfahren als unverwertbar
erscheint, bisher mit außerordentlichen Schwierigkeiten verbunden. Es ist bereits
vorgeschlagen worden, dieses fein- und staubförmige Gut in Drehöfen einzublasen,
sei es, indem es mit dem Strom oder entgegen dem Strom einer Heizflamme oder einem
einer Flammenwirkung nicht mehr unterliegenden Heizgasstrom eingeblasen wurde. Bei
allen diesen Verfahren hat sich bisher der Naclitcil herausgestellt, daß die endothermische
Wirkung der Reaktion, beispielsweise der Eisenoxyde, eine erhebliche Abkühlung der
zugeführten Flamme oder der Heizgase herbeiführte, so daß ein befriedigendes Ergebnis
nicht erzielt werden konnte. Andererseits besteht bei nicht ausreichender Wärmewirkung
der Heizgase oder Heizflamme die Gefahr, daß einerseits große Mengen des Feingutes
infolge nicht genügend langen Schwimmens im Heizgasstrom der Reaktion entgehen,
an deren Stellen die Desoxydation umschlägt in eine Wiederoxydation. so daß statt
des reinen Metalls ein dem Ausgangsprodukt ähnliches Produkt in der Endstufe zum
Abstich kam.
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Es ist der Vorschlag gemacht worden, einen erheblichen Wärmeüberschuß
dadurch herbeizuführen, dal1) der Flamme selbst eine
übermäßige
Temperatur zugeführt wurde, um der endotliermischen Wirkung entgegenzuarbeiten.
Man hat auch schon versucht, durch getrennte Düsenstellung einen rlammeilWirbel
zu erzeugen. Weitere Vorschläge gingen dahin, neue Wärmequellen an verschiedenen
Stellen des Ofens entsprechend dein Weiterfortschritt des Desoxydationsprozesses
anzubringen, um der Wiederoxydation des ausgeschiedenen Metalls oder Eisens zu begegnen.
Diese Anordnung der getrennten Einführung von Flamme, sei es Olflamme oder Kohlenstaubflamme,
und Gesteinsstaub in einen Flammenraum bedingte umständliche Konstruktionen, umfangreiche
Feuerungen, Gebläse und Fördervorrichtungen und komplizierte Abdichtungen bei Verwendung
von Drehrohröfen.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil war der, daß zur Vermeidung der
Wiederoxydation des Eisens oder Metalls entweder eine gewisse Brikettierung des
Minerals oder eine Sinterung in einem gesonderten Arbeitsprozeß vorgenommen werden
mußte, oder daß über das Maß der für eine Wärmeausnutzung bedingten Heizwerte Kohlenstaub
zum Schutze des Minerals mit eingeblasen oder mit der Charge mit aufgegeben werden
mußte.
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Diese Nachteile beseitigt die vorliegende Erfindung dadurch, daß sie
das zu behandelnde Gut in fein verteiltem Zustande dem Brenngemisch bereits vor
Entstehung der Flammenwirkung, d. h. also vor der Entzündung, in einer Düsenvorkammer
unter Druck hinzuführt und das gesamte' Brennstoffgemisch selbst bereits in dieser
Düsenvorkammer derart in Wirbelung versetzt, daß infolge des hierdurch erzeugten
Sch«-ebzustandes und infolge des herrschenden hohen Druckes eine -innige und kraftvolle
Berührung der Schwebstoffe im Gasgemisch und dadurch bereits eine gewisse Vorreaktion
vor Entstehung der Flamme herbeigeführt wird. Kommt dieses Brenngemisch nunmehr
nach Durchströmen der Düsenöffnung zur EntzÜndung, so wird ein großer Teil der endothermischen
Wärme ersetzt durch die voraufgewandten Kräfte zur Erzeugung des Schwebstoffwirbels
und der damit frei gewordenen Schwebstoff- und Gasmolekularbewegung.
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Durch diese innige Vorberührung der einzelnen Moleküle in der Düsenvorkammer
wird es ermöglicht, daß in der Flamme selbst das reine Eisen oder Metall tropfenförmig
ausfällt und die Flammenwärme so hoch bleibt, daß eine Wiederoxydation der einzelnen
Eisentröpfchen nicht mehr eintreten kann.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird dein im Schwebzustand
befindlichen Reakti(»isbeinisch durch Beheizung der Düsenvorkammer von außen her
zusätzliche Wärme zugeführt, die die Molekularbewegung noch inniger gestaltet. Gleichzeitig
kann die vorerwärmte Düsenvorkammerwandung dazu ausgenutzt werden, um dem Reaktionsgemisch
am Entstehungsorte der Flamme vorgewärmte Luft zuzuführen, die einerseits die Zündung,
andererseits eine Erhöhung der Flammentemperatur ermöglicht.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß dem im
Schwebzustand befindlichen Reaktionsgemisch Kraftfeldwirkungen aufgedrückt werden,
die zusätzliche Bewegungen zu den Molekularbewegungen schaffen, so daß auch- auf
diesem Wege eine innigere Berührung der Moleküle miteinander stattfindet. Beispielsweise
können elektrische oder magnetische Wirbelfelder -auf diese Sdhwebstoffe im Gasgemisch
zur Einwirkung gebracht werden.
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Der chemische Charakter der endgültig zu erzeugenden Flamme kann dadurch
bestimmt werden,- daß in bekannter Weise in die Flamme ein Gasstrom zusätzlicher
Art, sei es Heißdampf, Wassergas, Propan, reiner Sauerstoff oder sonst ein Gas,
mit eingeführt wird. Die Einbringung dieses zusätzlichen Gasstromes erfolgt zweckmäßig
durch die Brennernadel hindurch und wird unmittelbar in den Ansatzpunkt der gezündeten
Flamme gegeben.
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Um die innige Wirkung der Verwirbelung des Gutes mit den Heizgasen
und Reaktionsmitteln. auch nach Entstehung der Flamme aufrechtzuerhalten, werden
erfindungsgemäß die zentral zusammengefaßten Beschikkungen des Flammenofens, die
sich bereits in einem gewissen Wirbel befinden, auch weiterhin in dem Wirbel dadurch
belassen, daß sie an der Ausströmöffnung in einen Flammenleitkopf kommen, der durch
Ausgestaltung seiner Wände der entstehenden Flamme eine. drehende BeAgung gibt.
Auch hat es sich als zweckmäßig erwiesen. gegebenenfalls durch diesen Flammenleitkopf
eine Teilung der Flamme in einzelne Flammenbündel erfolgen zu lassen, die sich dann
wiederum in sich drehen und in der Mitte einen Kern frei lassen, der durch die Beschaffenheit
des zusätzlich eingeblasenen Gasstromes die Wirkung der Reaktion in der Brennkammer
bestimmt.
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In einer weiteren Entwicklung kann auch der Flammenleitkopf selbst
noch in Drehung versetzt werden, um das Flammenbündel oder die verschiedene Anzahl
von Flammenbün-. deln gleichmäßig die Wandung des Flammen-Ofens bestreichen zu lassen.
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Abkühlung der Flamme in den Wandungen kann zweckmäßig dadurch begegnet
werden, daß die Wandung <tos Flanimenleitkopfes
oder die Wandungen
des Ofens, in die das Gemisch zentral einströmt, zusätzlich beheizt werden.
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Während es bisher nur bekannt gewesen ist, Brenngemische verschiedenster
Art fester und flüssiger sowie gasförmiger Beschaffenhcit in einen Ofen einströmen
zu lassen und getrennt hiervon im Gleich- oder Gegenstromprinzip das aufzugebende
Gut in den Ofen cinzubringen,'wobei durch Wärmedifferenzen und dadurch, daß das
zu behandelnde Gut den hohen Flammentemperaturen plötzlich ausgesetzt wird, die
Dachteile eines unwirtschaftlich hohen Wärmeaufwandes auftraten und räumliche Schwierigkeiten
konstruktiv überwunden werden mußten, sieht die Erfindung die zentrale Zusammenfassung
des aufzugebenden Gutes zentral mit der Reaktionsflamme und die Erzeugung des Schwebstoffwirbels
im Gasgemisch vor Entstehung der Flamme vor, wodurch größtmögliche Reaktionswirkung
erzielt wird.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen zur
Durchführung der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt. einen Längsschnitt durch einen 'Brenner mit einfacher
Ausströmöffnung im Flammenraum, Fig. 2 eine Einzelheit daraus und Fig. 3 _ einen
Brenner im Längsschnitt mit aufgesetztem Flammenleitkopf, Fig: q. zeigt Leitschaufeln
für die tangentiale Ableitung in Form einer propellerartig gehaltenen Schraubenfläche,
Fig. 5 ist ein Schnitt durch den Fla.mmenleitkopf. In den .
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Fig. 6 und 7 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der Flammengarbenbündel
erzeugt werden. In Fig.8 ist in einer Querschnittsdarstellung das Flammenbild erläutert.
In den Fig. i und 3 bezeichnet i den eigentlichen Düsenkörper, in dessen Innern
die Düsennadel 2, die Wurfschnecke 3, die Zuführungsstutzen 3a, 36, 3c für
Gas, Mineralien aller Art und Kohlenstaub enthalten sind und in dem ferner die Zuführung
.4 für die Primärluft und die Zuführung 5 für die Sekundärluft vorgesehen sind.
Die ölzuleitung 6 sowie die Gaszuleitung 7 für einzuführende Gase, z. B., überhitzten
Dampf, Wasserstoff, Acetylen, reinen Sauerstoff, reines Kohlenoxydgas, Propangas
(C.3H$), sind von außen am Düsenkörper i angebracht. Die ölzuleitung erfolgt über
die Stopfbüchse 9, die Heizwindungen der Düsenvorkammer sind mit 8 bezeichnet, die
Düsenvorkammerwandung ist bei io an der Einströmöffnung der Primärluft mit Leitrippen
versehen. In Fig.3 ist rechts an den Brenner der Flammcnleitkopf i3 mit den I.citschaufeln
12 und der Kerndüse i i angeschlossen. In der Wandung des Leitkopfes 13 liegen die
Heizwindungen 14. Das Ofengehäuse 15 ist als Trommel- oder Drehofen dargestellt.
Die Antriebsvorrichtung für das Drehen des Leitkopfes ist bei 16 schematisch angedeutet.
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Im Flammenleitkopf sind axial geführte Leitschaufeln 12 angeordnet,
die in geringer Anzahl an dem sonst glatt und konusförmig gehaltenen Leitkopf in
der Weise vorgesehen sind, daß ein Herausschleudern der Gasmassen gegeddie Ofenwandung
15 gesichert ist.
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Die Leitschaufeln 12 sind als drei-, vier-oder mehrgängige Schraubenflächen
ausgebildet, wobei das Ansteigen der Schraubenfläche vom Beginn bis Ende der Schraubenlinie
beliebig, also zweckentsprechend variiert werden kann.
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Im Flammenbilde nach Fig.8 sind beispielsweise vier Flammenfarbenbündel
a, b, c
und d erzeugt, die jedes in sich wirbeln und dabei einen Innenraum
e frei lassen, in den erforderlichenfalls durch die Leitung (Fig.3) und Hohlbohrung
der Nadele sowie Düse i i als Ejektor ein Gasstrom beliebiger Zusammensetzung- und
beliebiger Wirkung in den Kern der Flamme eingeführt werden kann.
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Eine weitere Ausführung gemäß der Erfindung geht dahin, die gesamte
Förderung 'des festen, flüssigen und gasförmigen Brenn-und Verarbeitungsgutes einschließlich
der Bewegung der Zuführungsluft vollautomatisch in Abhängigkeit von der zur Entzündung
gekommenen Flamme zu machen. Der Vorschlag zur Lösung dieses Erfindungsgedankens
geht dahin, einmal den Verbrennungsraum durch Thermoelemente oder Photozellen beobachten
zu lassen, das andere Mal geht der Vorschlag dahin, mit Rücksicht auf die turbulenten
Verhältnisse hier in diesem Flammenraum gegebenenfalls die Düsenvorkammer als Beobachtungsstelle
zu wählen. In den Fig. i und 3 ist ein Beispiel einer entsprechenden Einrichtung
zur vollautomatischen Ausgestaltung der Regelung des Brenngemisches dargestellt.
17 bezeichnet hier andeutungsweise ein Thermoelement oder eine sonst geeignete photoelektrische
Aufnahmezelle, die- mit einer Einstellvorrichtung 18 in Verbindung steht
und das Schaltschütz i 9 betätigt, wobei der Antriebsmotor 2o für die gesamte Reguliervorrichtung
des Brenngemisches im Sinne einer Verstärkung oder Abschwächung der Förderung vor
und zurück in Bewegung gesetzt wird.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung und mit den beschriebenen Vorrichtungen
können alle Wärmeprozesse durchgeführt werden, z. B. auf dem Gebiete der Metallurgie,
der Schwer- und Leichtmetalle. Ferner
können Agglomerier- und Sinterungsvorgänge
hervorgebracht werden, wie sie z. B. bei der Verarbeitung gesteinsbildender Mineralien,
beispielsweise der Zementfabrikation, gebraucht werden. Aber auch auf chemischem
Gebiete lassen sich Vorgänge zur Trocknung, wie das Kristallwasseraustreiben, die
Calcinierung und Entschwefelung von Mineralien usw., unmittelbar in der Flamme durchführen.
Es kann auch weiterhin bei entsprechend geleiteter Brenngemischaufgabe aus einem
Gemisch von gleichzeitig eingeblasenen verschiedenen Brennstoffen ein Kraft-und
Generatorgas hergestellt werden. Ebenso läßt sich der Brennprozeß gemäß der Erfindung
bei Sehwebvorgängen mit direkt anschließender Krackung verwenden. Auch besteht die
Möglichkeit, beliebige Gase durch die Leitung 7 einzuspritzen, um Anlagerungserscheinungen
durchzuführen.