DE723344C - Verfahren zur Durchfuehrung huettenmaennischer Reaktionen, insbesondere zur unmittelbaren Eisengewinnung - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen zur Durchführung der Erfindung dargestellt.
• 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 .
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Durchführung hüttenmännischer Reaktionen, insbesondere zur unmittelbaren Eisengewinnung im Flammenraum eines Drehrohrofens, bei dem das fein zerteilte Reaktionsgut und das Brennstoffgemisch der Reaktionskammer unter Druck in wirbelnder Bewegung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer von außen beheizten Vorkammer die Wirbelbewegung des Gemisches derart erhöht wird, daß dadurch die Teilchen in einen Schwebezustand kommen und bereits vor Erreichen des durch die Zuführung der Verbrennungsluft bestimmten Flammenraumes aufeinander einwirken.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einwirkung von Drehfeldern, beispielsweise elektrischen oder magnetischen Wirbelfeldern, dem in der Düsenvorkammer wirbelnden Gemisch eine zusätzliche Molekularbewegung gegeben wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kern der wirbelnden Flammen ein den chemischen Charakter der Flammen bestimmender Gasstrom eingeführt wird. ¢.
4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 3, mittels der die gezündete Flamme an ihrer Wurzel in drehende Bewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerdüse ein Flammenleitkopf (13) mit schraubengängig angeordneten Leitwänden (12) vorgelagert ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufteilung der Flammen in einzelne Bündel Trennwände (12) im Flammenleitkopf (i3) vorgesehen sind.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammenleitkopf eine zusätzliche vorzugsweise elektrische Beheizung (14) vorgesehen ist.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenleitkopf (13) drehbar ist, zweckmäßig im entgegengesetzten Sinne zur Drehrichtung des Ofens (15). B. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur optischelektrischen oder thermoelektrischen überwachung der Düsenvorkammer oder des Flammenraumes, durch die der Antrieb der Brennerregelvorrichtung gesteuert wird.