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Verfahren zum Betrieb von Trockenöfen, insbesondere von Gießereitrockenöfen
Der Trockenofen hat die Aufgabe, das in dem Sand der Gießformen enthaltene Wasser
durch Zufuhr von aus Brennstoffen, vorzugsweise Koks, frei gewordener Wärme zu v
erdarnpfen. Ein Trockenofenaggregat besteht daher aus dem Feuerraum z. B. mit Unterwindgebläse
zur- Umwandlung der im Brennstoff gebundenen Energie in Wärmeenergie und dem Trockenraum,
in den die zu trocknenden Formen eingefahren werden.
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Der beste Wirkungsgrad eines Trocknungsv erfahrens wird erreicht durch
die für das Trockengut zulässige höchste Temperatur und durch die schnelle Ableitung
der in den gasförmigen Zustand übergeführten Flüssigkeit, z. B. Wasserdampf. Je
besser diese Bedingungen erfüllt sind, um so wirtschaftlicher und schneller wird
der Trocknungsvorgang vonstatten gehen.
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Diese Forderungen suchte man bei den bisher gebräuchlichen Trockenöfen,
vorwiegend für Gießereiformen, zu erfüllen durch eine möglichst starke Befeuerung
des Trockenraumes sowie auch durch ein fortgesetztes Absaugen der entstandenen Dämpfe
und Feuerungsabgase. Um den hierzu notwendigen sehr hohen Brennstoffbedarf einzuschränken,
führte man die in den Dämpfen und Gasen gebundenen Wärmemengen dem Ofenbetrieb teilweise
wieder zu. Außerdem hat man auch Umwälzverfahren angewendet, um eine dauernde innige
Berührung der Heizgase mit dem Trockengut herbeizuführen.
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Es gelingt jedoch .auch auf diese Weise nur unvollkommen, unter Verwendung
verhältnismäßig geringer Brennstoffmengen, in kurzer Zeit eine einwandfreie Trocknung
zu erhalten. Eine Beschleunigung des Trocknungsvorganges erfordert nämlich eine
so starke Steigerung des Brennstoffverbrauches, daß man sich nur in Ausnahmefällen
dazu entschließt, auf diese Weise die erforderlichen hohen Temperaturen zu erzielen
und man meist wirtschaftlicher verfährt, wenn man mit längerenTrocknungszeiten arbeitet,
weil dann der Brennstoffverbrauch wesentlich geringer
ist und sich
auch die Wartung der Heizung einfacher gestaltet.
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Um nun in dieser Hinsicht einen Fortschritt zu schaffen und ohne Steigerung
des Brennstoffverbrauchs zu wesentlich höheren Trocknungstemperatur en und damit
zu einer beträchtlichen Beschleunigung des Trocknungsvorganges zu gelangen, wird
von der bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht, den dem Trockengut entzogenen Wasserdampf
der Feuerung zuzuleiten. Die Erfindung besteht darin, daß die durch Zersetzung des
Wasserdampfes in der Feuerung mit Wassergas angereicherten, durch dessen Verbrennung
in ihrer Temperatur erhöhten Feuergase im Kreislauf unmittelbar dem Trockengut und
nach Feuchtigkeitsaufnahme unter ständiger Entziehung eines Teiles ihres Wasserdampfgehaltes
der Feuerung wieder zugeführt werden.
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Man hat zwar schon vorgeschlagen, die mit Wasserdampf angereicherten
Verbrennungsgase wieder der Feuerstelle zuzuführen, jedoch sollten dabei die in
ihrer Temperatur durch die Wassergasbildung erhöhten Verbrennungsgase lediglich
zur Beheizung von Rohren dienen. ,die frische Luft in den Trokkenraum führten. Ein
Kreislauf der mit Wasserdampf angereicherten Verbrennungsgase, der für das vorliegende
Verfahren ausschließlich kennzeichnend ist_, war nicht vorgesehen.
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Das neue Verfahren gründet sich auf die an sich bekannte thermische
Zersetzung des Wasserdampfes, der infolge der Beheizung des Trockengutes im Trockenraum
zwangsläufig entsteht. In den bisherigen Trockenöfen wird der Wasserdampf mit der
von ihm aufgenommenen Wärme durch Absaugen derart entfernt, daß schließlich noch
eine beträchtliche Wärmemenge ungenutzt durch den Kamin abzieht.
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Diese neue Verfahrensweise bringt folgende sehr wesentliche Vorteile
mit sich: Einmal tritt infolge der hohen Verbrennungswärme des Wasserstoffs eine
erhebliche zusätzliche Temperatursteigerung der Feuergase ein, die sich in einer
sehr merklichen Verkürzung der Trockenzeiten auswirkt. Sodann wird eine Brennstoffersparnis
erreicht durch die rationelle Ausnutzung der aus dem Heizmaterial frei werdenden
Wärme. Schließlich bewirkt die Einführung des Wasserdampfes in die Feuerung eine
Kühlung des Brennstoffes, wodurch dessen Neigung zur Schlackenbildung verringert,
damit der Luftdurchtritt durch den glühenden Koks begünstigt und die Feuerhaltung
und Wartung beträchtlich erleichtert wird.
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Bei der gleichzeitigen Einwirkung von Luft und Wasserdampf auf glühenden
Brennstoff (vorzugsweise Koks) entsteht das sog. Mischgas, ein Gemenge von Luftgas
und Wassergas.
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Theoretisch, d. h. ohne Wärmeverlust, würde die bei der Luftgasbildung
frei werdende Wärme den Wärmebedarf bei der @Vassergasbildung decken.
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Die Wärmetönung der Wasserstoffverbrennungsreaktion bedingt, wie eine
rechnerische Überlegung zeigt, eine erhebliche Steigerung der Temperatur des Brennstoffbettes,
die sich in einer sehr merklichen Verkürzung der Trocknungszeiten auswirkt. Der
unter die Feuerung geleitete Wasserdampf bewirkt zwar eine gewisse Abkühlung. Doch
da der Wasserdampf in überhitztem Zustand und ev tl. noch durch Zumischung heißer
Frischluft unter das Brenntoffbett geführt wird, bleibt das Temperaturgefälle der
Verbrennungszone gegenüber den eintretenden Dämpfen und der heißen Frischluft gering.
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Bei der Berührung des heißen Wasserdampfes mit der Sohle des Brennstoffbettes
wirkt die geringe Abkühlung, wie vorher schon erwähnt, einer unerwünschten Schlakkenbildung
entgegen, so daß die glühende Koksschicht für den Durchtritt von Luft und Wasserdampf
genügend locker bleibt und so die Feuerhaltung und -wartung erleichtert wird.
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Durch die Verbrennung des Wasserstoffs aus dem Wassergas wird zwar
immer wieder Wasserdampf wie in einem Kreisprozeß in den Trockenraum hineingebracht,
aber da nur ein Teil des durch die Hitze aus dem Trockengut ausgetriebenen Wasserdampfes
unter die Feuerung gelangt, wird der Zweck des Austrocknens trotzdem voll erreicht.
Die Wasserdampfableitung erhält im Sinne der Erfindung eine Abzweigung, in der ein
regelbarer Anteil des Wasserdampfes zum Kondensieren gebracht wird.
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Die Menge des in der Zeiteinheit sich hier abscheidenden Wassers ist
zugleich ein sinnfälliger Maßstab für den Verlauf des fortschreitenden Trocknungsvorganges.
Mit dem Aufhören jeglicher Kondensatbildung ist der Trocknungsprozeß abgeschlossen,
so daß der Zeitpunkt für die Abstellung der Feuerung sicher erkannt wird, wodurch
jeder weitere aber -zwecklose Brennstoffaufwand vermeidbar wird.
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgedankens sind aus der in der Abbildung
rein schematisch dargestellten Trockenanlage für Gießereiformen ersichtlich: Der
Trockenraum a. in den die aus feuchtem-Sand hergestellten Formen h durch das Tor
c einzubringen sind, wird in seinem oberen Teil durch ein Gewölbe d abgeschlossen.
Vom höchsten Punkt der Trockenkammer
wird der durch die Hitze aus
den Formen frei werdende Wasserdampf durch die Saugwirkung des Ventilators g in
dem Rohre abgeführt und unter den Rost h der Feuerstelle i, gegebenenfalls unter
Beimengung erhitzter Frischluft, die durch Leitung k zugeführt wird, geleitet. Im
Feuerraum i, der mit Koks oder Kohle in bekannter Weise beschickt wird, erfolgt
die thermische Zersetzung des Wasserdampfes. Damit eine vollkommene Verbrennung
des im Feuerraum i entstehenden Wassergases stattfindet, wird durch die Rohrleitung
s eine regelbare Menge erwärmter Oberluft in den Feuerraum geleitet.
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Die schwereren Gase werden in der Nähe des Bodens des Trockenraumes
a durch Kanäle i, gegebenenfalls unter Wärmerückgewinnung, zum Kamin abgeleitet.
Die Trennung des Wasserdampfes von den schwereren Gasen, insbesondere von Kohlensäure,
tritt selbsttätig deshalb ein, weil das spezifische Gewicht des Wasserdampfes unter
den gleichen Temperatur- und Druckbedingungen fast dreimal so gering wie das der
Kohlensäure ist. Vermeidet man künstliche Durchwirbelungen der Gase im Trockenraum
und sorgt man noch für Aufrechterhaltung eines möglichst hohen Temperaturunterschiedes
zwischen der Sohle und dem obersten Gewölbeteil des Trockenraumes, indem dieser
z. B. eine noch zusätzliche, etwa elektrische Beheizung erfährt, so wird der Auftrieb
des Wasserdampfes im Trockenraum so gesteigert, daß sich durch Rohr e Wasserdampf
ableiten läßt, der- sehr weitgehend von schwereren Gasen frei ist, während aus i
annähernd wasserdampffreie Gase in den Kamin gelangen.
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In dem Rohr e ist hinter dem Ventilator g eine Abzweigleitung m eingeschaltet,
die nach dem hier dargestellten Beispiel in eine in dem Behälter o eingebaute Rohrschlange
n ausläuft, welche durch das in der Leitung p zuströmende Kühlwasser im Gegenstrom
umspült wird. Ein Regelventil q ermöglicht eine Einstellung der dem Kreisprozeß
zu entziehenden Wasserdampfmenge, der die Rohrschlange n durchströmende Wasserdampf
kondensiert und tropft durch den Ausgang r der Rohrschlange n nach unten. Die in
der Zeiteinheit abfließende und sich im Laufe des Ofenbetriebes ständig verringernde
KondensatmQnge ist ein zuverlässiges Maß für das Fortschreiten des Trocknungsvorganges.
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Die erfindungsgemäße Betriebsweise von Trockenöfen zeichnet sich vor
der bisher üblichen aus durch den erheblich geringeren Brennstoffbedarf bei wesentlich
verkürzter Trockenzeit.