EP0610704A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter Download PDF

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EP0610704A1
EP0610704A1 EP94100930A EP94100930A EP0610704A1 EP 0610704 A1 EP0610704 A1 EP 0610704A1 EP 94100930 A EP94100930 A EP 94100930A EP 94100930 A EP94100930 A EP 94100930A EP 0610704 A1 EP0610704 A1 EP 0610704A1
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EP
European Patent Office
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electrode
shaft
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bulk
neutral
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EP94100930A
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Herbert Dürr
Paul Eirich
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Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Original Assignee
Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001Heating elements or systems
    • F27D99/0006Electric heating elements or system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
    • F27B9/142Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving along a vertical axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D11/00Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/02Ohmic resistance heating
    • F27D11/04Ohmic resistance heating with direct passage of current through the material being heated
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/60Heating arrangements wherein the heating current flows through granular powdered or fluid material, e.g. for salt-bath furnace, electrolytic heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D99/0001Heating elements or systems
    • F27D99/0006Electric heating elements or system
    • F27D2099/0025Currents through the charge

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous introduction of heat into electrically conductive bulk goods using their electrical resistance, in a furnace chamber with an inlet opening and a discharge device for the continuous throughput of bulk goods, wherein electrical energy is introduced into the material during the material flow and to a device for the continuous introduction of heat into electrically conductive bulk goods using their electrical resistance, in a furnace chamber with an inlet opening and a preferably continuous extraction device for the bulk goods, the electrical energy being introduced via at least one superposed pair of electrodes.
  • EP 0.092.036 B1 describes a device for the direct heating of electrically conductive bulk materials using their electrical heating resistance, the electrical energy being introduced via a plurality of electrode pairs which are galvanically separated from one another. This device mainly works in batch mode, i.e. it is de-energized during the filling and emptying process. A continuous operation of the heater is also described in this patent, but problems with the electrical insulation, which can then no longer be guaranteed, are likely to occur.
  • the invention has for its object to provide a device in soft electrically conductive bulk goods using their electrical resistance during the continuous flow of material while maintaining a narrow range of residence heat is efficiently supplied in an efficient manner.
  • this object is achieved in that the material between the positive and negative electrodes is guided essentially parallel to the current direction and in that the draw-off device is used at least as part of the negative electrode or the neutral conductor.
  • the object is achieved in that the positively polarized electrode is located in the region of the inlet opening, the negatively polarized electrode and the extraction device being connected to the ground and the grounding being the negative pole.
  • the extraction device itself can be used, for example, with its grounded housing as a dissipating electrode.
  • This fact offers the great advantage that the entire longitudinal extent of the heating device can be used for heating the electrically conductive bulk material.
  • electrical energy and thus heat is supplied to the material flowing through the device practically throughout the entire run, and since the material does not cool appreciably until it is ejected or discharged from the device.
  • the effective dwell time available for the heating is at specified throughput time is longer and the material throughput can be increased accordingly without enlarging the furnace.
  • the device can be operated either with direct current or alternating current, it is understood that in the case of alternating current, the role of the negative electrode is taken over by the so-called neutral conductor, which is at ground potential, while the electrode corresponding to the positive electrode then generally is called a phase.
  • the transition from direct to alternating current is thus obtained by replacing the term positive electrode with that of the phase electrode and the term negative electrode with that of the neutral electrode.
  • the DC current case is mainly described below, but without any intention of limitation.
  • R means the resistance of the electrical bulk material measured in ohms and I the current that flows through the electrical bulk material.
  • the resistance R depends on the electrical material properties of the bulk material and also on the cross section of the bulk material of the electrically conductive material and its length. The greater the length of the conductor, the greater the electrical resistance.
  • the distance between the current-input electrode and the current-discharge electrode plays an important role. This means that when the extraction device is used as a current-conducting electrode, the length of the bulk material to be regarded as an electrical conductor can be fully used.
  • the negative-polarized electrode provided in the area of the withdrawal device will be switched on, so that a corresponding partial amount of the current is discharged via the same.
  • the parts of the extraction device which mainly act as electrodes are produced as easily replaceable parts, for example easily exchangeable housing walls or the like.
  • the extraction device as a whole can also be easily assembled and disassembled from the rest of the oven in the preferred embodiment as a unit will.
  • the distance between the positive and negative electrodes and thus the total resistance of the bed to the respective mechanical material properties (e.g. sieve line) or the electrical parameters of the To be able to adapt materials (e.g. conductivity, specific resistance, etc.).
  • the change in the distance between the positive and negative electrodes is effected by gradually switching on or off individual negative electrodes located one above the other.
  • one of the electrodes, preferably a negative electrode is continuously displaceable in the current direction instead of being switched on or off in stages.
  • a so-called protective electrode is provided in the bulk-free space above the normal bulk level, which is electrically connected to the ground (ground). If the level of the bulk material increases in an undesirable manner, the bulk material comes into contact with the protective electrode. In this case, a current flows to earth via the protective electrode, which current can be detected, measured and appropriately processed as a signal in order to bring the system into an operationally safe state. Instead of measuring the amount of current flowing, the measurement of the voltage now present between the protective electrode and earth could be used for signal processing.
  • overfill signaling which initially only stops or limits the further material supply, or should speed up the material discharge or removal.
  • the entire heating direction would only be switched off in the limit case (e.g. when a second protective electrode is reached or if the partial current flowing through the protective electrode increases further than a predefinable limit value).
  • the protective electrode in the bulk material-free space is expediently designed as an annular, preferably as an annular electrode, which offers space for the bulk material coming from the feed device to fall through or trickle through.
  • the design of the trigger device also plays an important role. This also includes the choice of materials, whereby here materials with corresponding electrical Conductivity and temperature resistance must be selected. While the use of one or more discharge screws has proven particularly useful for very finely powdery bulk materials, so-called scraper conveyors are more suitable for coarse-grained material, because mechanical destruction of the coarse bulk material parts, which could occur between the screw and the housing, is largely avoided here. In the case of medium-grain material, container bottoms made of lamellae adjustable about their longitudinal axis have proven particularly suitable for changing the gap widths.
  • a narrow residence time spectrum (slight variation of the residence time) is achieved if the discharge is designed in such a way that a core flow or a one-sided material flow of the bulk material is avoided with certainty.
  • This also includes a corresponding design of the electrodes, whereby on the one hand the electrically conductive material must be in contact with the surfaces of the electrodes with sufficient pressure to ensure the current transfer, but on the other hand the free flow of the material is not hindered.
  • an upper section of the shaft should have a smaller cross-section than a lower section and the transition should be gradual abrupt or even with an undercut (based on the direction of flow) in such a way that just below the transition stage a hollow space is formed at the transition cone of the bulk material flowing in the shaft from top to bottom.
  • This cavity then serves as a collecting space for gas, which is during the heating and / or of the current flow, wherein at one or more points in the wall or in the step-like transition of the shaft wall, a discharge opening is provided which is preferably closable and from which gas can be discharged or extracted.
  • internals extending across the interior of the shaft are provided, which are shaped in such a way that, again due to the bulk material flowing or sinking downwards, hollow spaces are formed under these internals, which serve as gas collecting spaces.
  • Such internals as seen from the direction of flow of the material, are expediently convex and concave in the opposite direction, so that gas can collect in the concave depression and can flow or escape unhindered in the transverse direction along the internals.
  • the exact cross-sectional shape of the internals is of minor importance, for example they could be semicircular, roof-shaped or, if the width is sufficient, even flat plates, as long as cavities are formed underneath them by the bulk material that sinks in a direction from top to bottom, along which there are formed Gas can flow substantially unhindered in the direction of degassing openings, which are preferably provided in the container wall.
  • FIG 1 the cross section of a heating device according to the invention can be seen with its Arrangement under a feed device 11, wherein downstream units for the further processing of the pickled material are not shown here.
  • the feed device 11 is shown here as a screw conveyor with a screw conveyor 6, which is connected to the inlet opening 25 of the furnace 1 via an elastic connecting element 7, which can also be electrically insulating or is electrically insulated at the upper end of the furnace.
  • the furnace chamber is designed as an upright shaft 1 with a rectangular, approximately square cross-section, the height being significantly greater, preferably approximately two to five times larger, than the base side of the cross-section.
  • the interior of the furnace is covered on all sides with a heat-resistant, ceramic material.
  • the wall cross section with the ceramic plates 2 is only schematically indicated at one point.
  • the ceramic lining is followed by thermal insulation 3, also shown only schematically, and electrical insulation 4.
  • the entire furnace chamber is located in a steel housing (not shown here), which is mounted on load cells 5 for measuring the weight of the heating device, including its contents. Since bulk material to be heated from electrically conductive and also from mixtures of electrically conductive and electrically non-conductive bulk materials is metered in by the screw conveyor 6 in a constant mass flow. The constant mass flow is important for maintaining a predetermined dwell time of the bulk material to be heated in the furnace chamber.
  • the feed device and the heating device are connected to one another for weighing reasons via an elastic coupling 7.
  • the discharge device 9 with a screw conveyor 8 forms the lower end of the shaft-shaped furnace chamber.
  • the housing of the extraction device 9 is electrically connected to ground with a corresponding cable connection 10. The same applies to the housing 11 of the metering device 6, which is connected to ground via the line 12.
  • the discharge device 9 is regulated in its discharge capacity with an adjustable drive 13 in such a way that the weight which is measured with the force measuring devices 5 remains constant. This ensures a constant degree of filling or a constant filling level of the bulk material in the furnace chamber.
  • the dwell time can be determined from the filling volume and from the mass throughput or volume throughput of bulk material. Maintaining a constant dwell time with the measures described above is the necessary prerequisite for a constant discharge temperature of the bulk material.
  • the heating device can be operated with both direct current and alternating current.
  • the heating current is introduced via the positively polarized electrode or phase 14 in the upper region of the furnace. It is connected to the electrical supply by a corresponding connecting line 15.
  • the current is discharged via the housing of the extraction device 9 via the connecting line 10 to earth or via one of the electrodes 16 and 16a shown here. Both electrodes are connected to the ground line via corresponding switching devices 17 and 17a, and can thus be switched on or off as desired.
  • the protective electrode 18 In the bulk-free space above the bulk level there is a so-called protective electrode 18 which is connected to the ground line via an electrical line 19. A current or voltage measuring device 20 is connected in the line to earth. If there is an increase in the bulk material level within the furnace space, the bulk material-free space will be filled with electrically conductive material until the protective electrode 18 is touched. In this case, there is a voltage between the protective electrode and earth and a current can flow. Appropriate signal processing, which is not shown here, can be used to bring the system into a safe operating state.
  • the protective electrode 18 can either be designed as a ring electrode, as shown here, or as a rod electrode 18a, which extends downward from the lid of the furnace space into the bulk-free space. Correspondingly, this includes the lines 19a and the signal detection 20a.
  • the control electrode 21 is always covered with bulk material, consequently a current constantly flows through the lines 22 through a resistor 23 to the earth. Voltage or current are continuously checked here in a manner not shown in detail. When the current and / or voltage at the resistor 23 drops, the system must also be returned to a safe operating state, because a break in the level of the bulk material at the electrode 14 to be supplied below it, in particular with direct current, could lead to the formation of arcs.
  • FIGS. 2 and 3 show details of the current-carrying upper electrode 14.
  • the electrode 14 consists of two opposite, electrically conductive plates which are inclined at an angle ⁇ with respect to the horizontal. From these inclined electrode plates 14, in turn, rake-like, likewise plate-shaped tongues 30 extend parallel to one another and vertically, that is to say oriented in the direction of flow of the material, on the one hand not to obstruct the material flow unnecessarily, but on the other hand also a large surface for electrical contact with the electrical to provide conductive bulk goods.
  • This arithmetic attached plates 30 also serve to even out the flow of material and for this purpose can also be made longer and offset so that they partially engage in opposite gaps between the computing plates 30 of an opposite electrode plate 14.
  • the electrode 14 is designed as a ring electrode in the form of the casing of a truncated pyramid or in the form of a funnel and instead of the computing plates 30, for example, plates can be provided crosswise between opposite sides or diagonally through the funnel be that on the one hand provide a large current transfer area in the material, and on the other hand also contribute to an equalization of the material flow, so that, for example, the material does not flow downwards faster in the center of the shaft than in the areas further away or vice versa.
  • the uniformity of the material flow is also essentially determined by the manner in which the material is drawn off at the lower end of the shaft, which should pull the material out of the entire shaft cross section as evenly as possible.
  • FIG. 1 an embodiment with a scraper conveyor is shown in FIG.
  • the housing 31 of this scraper conveyor is connected to the ground line.
  • the scraper conveyor can be designed in the usual way as a chain belt which extends over the entire width of the furnace shaft.
  • the chain belt 35 is provided with an infinitely variable drive 32, not shown here, in order to guarantee a constant dwell time in accordance with the mass flow that is passed through.
  • a lamella floor is shown in FIG.
  • the lamella floor forms the direct lower end of the shaft-shaped furnace space.
  • the individual slats 34 are individually or jointly adjustable in angle about their respective axis 33. Depending on the opening width of the angle ⁇ , more or less heated bulk material flows through the free cross sections between the fins.
  • the actual discharge device namely the individual lamellae, is electrically connected to the earth and thus forms the negative pole or neutral conductor of the circuit.
  • a common angle adjustment device for the slats has not been shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows the arrangement of the heating device in an overall system.
  • the bulk material to be heated is stored in the silos 35 and 36; this can be coke, graphite, coal and also mixtures of electrically conductive and electrically non-conductive bulk materials.
  • conveyor belt scales which measure the mass flow gravimetrically, drawn.
  • the bulk material discharged from the silos 35 and 36 passes through the metering device 11 into the furnace chamber 1 and leaves the heating system as a heated bulk material with the help of the extraction device 9. It then arrives in a processing machine 42 in which further components such as binders or the like can be added.
  • the temperature measuring device 40 for example a radiation pyrometer, is used for temperature monitoring in order to notify the controller 43 of temperature deviations that could have occurred on the route.
  • the control transformer 39 which in the case of heating with direct current is combined with a rectifier, in conjunction with a current regulator 41, ensures the necessary energy input as a function of the measured throughput of the conveyor belt scale 37 and 38, the temperatures at the input being measured with the temperature measuring device 43, and at the discharge, measured with the temperature measuring device 40, are included in the calculation of the power input.
  • FIG. 7 shows a variant of the invention in which the shaft in the lower section is widened in steps. Electrodes are not shown in this figure, but may have a similar arrangement and structure to that described in connection with FIG. 1.
  • the material flows from top to bottom and forms a cavity 48 at the step-shaped transition 40, at which the container suddenly expands by a horizontal step from the perspective of the bulk material material. Since the bulk material material consists of individual, granular elements and does not form like one When liquid behaves, it still forms a certain cone of pouring even under the pressure of the material slipping out of the tapered part of the container, even if this is possibly smaller than in the case of freely poured material.
  • the cavity 48 and one or more opening stubs 41 can be provided on the step-shaped transition 40, through which the gas accumulating in the cavity 48 can escape or be sucked out.
  • the cone of material for example in the case of a very fine-grained, well-flowing material and under the pressure of the high column of material in the higher part of the shaft, becomes very flat, so that the space 48 only functions as a collection and discharge space for the gas forming could insufficiently meet, so, as shown in the left half in Figure 7, the wall of the inner container can also be extended beyond the step-shaped transition 40 down into the expanded container section. In this way, the formation of a sufficiently large gas collecting space 48 is ensured.
  • cross-sections can also be seen of internals 42, 43, which likewise define gas collecting spaces and which, if necessary, are provided in addition to the step-like extensions 40, but on the other hand also have such a step-like transition with respect to the function as a gas collecting chamber in shafts with an essentially constant cross-section can replace.
  • the internals 42, 43 are z. B. profile parts of constant cross-section, which preferably extend transversely and perpendicularly to the material flow through the container or shaft 1 and are each mounted in opposite walls 2 of the shaft or fastened to them.
  • the internals 42, 43 are convex on one side and concave on the other side and are arranged in the shaft 1 in such a way that they turn their convex side towards the bulk material that sinks from top to bottom.
  • the terms “convex” and “concave” not only refer to cross sections with a uniform or changing curvature, but also include, for example, the triangular or roof shape of the element 42, a rectangular U-shape, etc. From the underside
  • the internals 42 and 43 also do not necessarily have to be concave, since a cavity 48 would form anyway in relation to a horizontal lower surface because of the bulk material cone which arises at the lower edge of the internals 42, 43. If possible, the upper convex side should always be designed in such a way that no bulk material collects on it, but because material is only passed around the installation element.
  • Figure 8 shows the storage of such internals in opposite chess walls.
  • the chess walls in the left part are shown in section in section and in particular have an essentially rectangular recess 45 into which one end of the elements 42 or 43 engages, the elements 42, 43 being longer than the clear distance between the opposite walls 2 , but shorter than the clear distance between the recessed walls of the opposite recesses 45 so that they can be inserted into these recesses.
  • the internals 42, 43 then rest with the lower edge of their two ends on the lower edge of the cutout 45, the walls 2 of the shaft each having a bore 45a in this area, which is aligned with the gas collecting space 48 or is connected, which is formed by the internals 42, 43.
  • a suction nozzle or a suction line 46 can be connected to the through opening 45a.
  • FIG. 9 shows a further variant of a shaft, in which gas plenums are provided for the removal of gas that is formed.
  • diagonally downward-facing diaphragms or guide elements 50, 51 and 52 are provided on opposite walls 2 of the shaft 1, on the upper side of which the flowing bulk material is deflected, so that forms a gas collecting space 54 under the panels 50, 51, 52 and between these and the wall 2.
  • connecting pieces 56 can be provided at through openings in the area of the gas collecting spaces 54 in order to discharge or suck off any gas that forms.
  • the sockets 56 and through openings, as well as the openings 45a or also the sockets 41 in the embodiment according to FIG. 7 can, however, also advantageously be used for a supplementary material supply.
  • the degassing can also lead to a change in the specific electrical resistance of the material, so that under certain circumstances the supply of preferably gaseous or liquid, but also of powdery or granular aggregate material, which restores the desired electrical properties of the degassing bulk material, as can prove very useful.
  • the internals can consist of electrically insulating material or be coated with such a material, although there are also applications in which metallic or '. electrically conductive internals are preferred, which either ensure better current distribution in the transverse direction or are connected as additional electrodes.
  • the number and density of the gas collecting spaces or internals to be provided can vary in the direction of flow of the bulk material and should in particular be greater where the degassing is particularly strong, e.g. rather in the lower area not far from the discharge of the material.
  • the arrangement of the gas collection spaces is also a question of the processed material, the current strength used and the volatility of the gases bound in the material.
  • the material-related electrical resistance or its change in resistance as a result of heating and further “electrical parameters of the material” play a decisive role in the optimal functioning of the heating device.
  • the almost inevitable humidity of the electrically conductive bulk material intended for heating leads to the development of steam during the heating process.
  • the steam development is particularly noteworthy when the bulk material is brought to temperatures above 100 ° C.
  • the resulting steam not only changes the resistance of the bulk material during heating, has a negative effect in particular on maintaining the narrowest possible residence time spectrum, so that a constant temperature of the heated bulk material at the discharge cannot be maintained with certainty.
  • the resulting steam naturally tries to precipitate and condense on cold bulk particles.
  • Vulture-like vapor breakthroughs in the direction of product discharge and in the direction of product entry cannot be avoided. This considerably disturbs the narrow residence time spectrum required for uniform heating.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter unter Ausnutzung von deren elektrischen Widerstand, in einem Ofenraum mit einer Einlauföffnung und einer Abzugsvorrichtung für den kontinuierlichen Durchsatz von Schüttgut, wobei während des Materialdurchlaufes elektrische Energie in das Material eingeleitet wird, und auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter unter Ausnutzung von deren elektrischen Widerstand, in einem Ofenraum (1) mit einer Einlauföffnung (15) und einer kontinuierlichen Abzugsvorrichtung (9) für das Schüttgut und mit mindestens einem Elektrodenpaar (14, 16, 19), über weiches während des kontinuierlichen Materialdurchlaufes elektrische Energie in das Material eingeleitet wird. eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher elektrisch leitfähigen Schüttgütern unter Ausnutzung ihres elektrischen Widerstandes während des kontinuierlichen Materialdurchlaufes in effizienter Weise kontinuierlich Wärme zugeführt wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß hinsichtlich des Verfahrens das Material zwischen der positiven und negativen Elektrode im wesentlichen parallel zur Stromrichtung geführt wird und daß die Abzugsvorrichtung mindestens als Teil der negativen Elektrode bzw. des Nulleiters verwendet wird, und daß hinsichtlich der Vorrichtung sich die positiv gepolte Elektrode oder Phasenelektrode (14) in der Nähe der Einlauföffnung (15) befindet und die negativ gepolte Elektrode bzw. Nulleiterelektrode (16, 9) im Bereich der Abzugsvorrichtung (9) vorgesehen ist und die negativ gepolte Elektrode bzw. Nulleiterelektrode (16, 9) und die Abzugsvorrichtung (9) geerdet sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter unter Ausnutzung von deren elektrischen Widerstand, in einem Ofenraum mit einer Einlauföffnung und einer Abzugsvorrichtung für den kontinuierlichen Durchsatz von Schüttgut, wobei während des Materialdurchlaufes elektrische Energie in das Material eingeleitet wird, und auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter unter Ausnutzung von deren elektrischen Widerstand, in einem Ofenraum mit einer Einlauföffnung und einer vorzugsweise kontinunierlich arbeitendenen Abzugsvorrichtung für das Schüttgut, wobei die elektrische Energie über mindestens ein übereinandergeordnetes Elektrodenpaar eingeleitet wird.
  • In der EP 0.092.036 B1 ist eine Einrichtung beschrieben für das direkte Erhitzen von elektrisch leitfähigen Schüttgütern unter Ausnutzung deren elektrischen Heizwiderstandes, wobei die elektrische Energie über eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren eingebracht wird, welche galvanisch voneinander getrennt sind. Dieses Gerät arbeitet überwiegend im Chargenbetrieb, d.h. es ist während des Befüll- und während des Entleervorganges stromlos. Es ist in dieser Patentschrift zwar auch eine kontinuierliche Betriebsweise des Heizgerätes beschrieben, jedoch dürften dabei Probleme mit der dann nicht mehr zu gewährleistenden elektrischen Isolierung auftreten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei weicher elektrisch leitfähigen Schüttgütern unter Ausnutzung ihres elektrischen Widerstandes während des kontinuierlichen Materialdurchlaufes unter Beibehaltung eines engen Verweilzeitenspektrums in effizienter Weise kontinuierlich Wärme zugeführt wird.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens dadurch gelöst, daß das Material zwischen der positiven und negativen Elektrode im wesentlichen parallel zur Stromrichtung geführt wird und daß die Abzugsvorrichtung mindestens als Teil der negativen Elektrode bzw. des Nulleiters verwendet wird.
  • Hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die positiv gepolte Elektrode sich im Bereich der Einlauföffnung befindet, wobei die negativ gepolte Elektrode und die Abzugsvorrichtung mit der Erde verbunden sind und die Erdung den negativen Pol darstellt.
  • Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, daß die Abzugsvorrichtung selbst z.B. mit ihrem geerdeten Gehäuse als ableitende Elektrode verwendet werden kann. Diese Tatsache bietet den großen Vorteil, daß die komplette Längserstreckung der Heizeinrichtung für die Aufheizung des elektrisch leitfähigen Schüttgutes genutzt werden kann. Damit wird dem durch die Vorrichtung hindurchfließenden Material praktisch während des gesamten Durchlaufes elektrische Energie und damit Wärme zugeführt und da Material kühlt bis zum Ausstoß bzw. Auslauf aus der Vorrichtung nicht nennenswert ab. Die für die Heizung zur Verfügung stehende effektive Verweilzeit wird bei vorgegebener Durchlaufzeit größer und damit kann der Materialdurchsatz ohne Vergrößerung des Ofens entsprechend gesteigert werden.
  • Da die Vorrichtung wahlweise mit Gleichstrom oder auch mit Wechselstrom betrieben werden kann, versteht es sich, daß im Falle von Wechselstrom die Rolle der negativen Elektrode von dem sogenannten Nulleiter übernommen wird, der auf Massepotential liegt, während die der positiven Elektrode entsprechende Elektrode dann im allgemeinen als Phase bezeichnet wird. Den Übergang von Gleich- zu Wechselstrom erhält man also, indem man den Begriff der positiven Elektrode durch den der Phasenelektrode und den Begriff der negativen Elektrode durch den der Nulleiterelektrode ersetzt. Im folgenden wird der einfacheren Beschreibung wegen, jedoch ohne jede Beschränkungsabsicht, vorwiegend der Gleichstromfall beschrieben.
  • Wie bekannt errechnet sich die eingetragene elektrische Leistung nach der Formel P = R x I²
    Figure imgb0001
    . Hierin bedeutet R den Widerstand des elektrischen Schüttgutes gemessen in Ohm und I den Strom, der durch da elektrische Schüttgut fließt. Der Widerstand R ist von den elektrischen Materialeigenschaften des Schüttgutes abhängig und außerdem von dem Querschnitt der Schüttung des elektrisch leitfähigen Materials sowie dessen Länge. Je größer die Länge des Leiters, um so größer der elektrische Widerstand. Demzufolge spielt der Abstand zwischen stromeinleitender Elektrode und stromableitender Elektrode eine wichtige Rolle. Da bedeutet, daß bei Nutzung der Abzugsvorrichtung als stromableitende Elektrode die Länge des als elektrischer Leiter zu betrachtenden Schüttgutes voll genutzt werden kann.
  • Dies spielt außerdem bei der Inbetriebnahme eine große Rolle, wobei hierdurch sichergestellt ist, daß auch das noch in der Abzugsvorrichtung befindliche Material dem Stromdurchfluß unterworfen ist. Damit ist gewährleistet, daß der Austrag von kalten, nicht beheizten Teilen des Schüttgutes auch zu Beginn eines Erwärmungsvorganges weitgehend vermieden wird.
  • Zur Schonung der Austragsvorrichtung gegen elektrische Erosion wird man die im Bereich der Abzugsvorrichtung vorgesehene, negativ gepolte Elektrode zuschalten, damit eine entsprechende Teilmenge des Stromes über dieselbe abgeführt wird.
  • Wegen eines möglichen Verschleißes der negativen Elektrode durch elektrochemische Erosion ist es außerdem zweckmäßig, wenn die hauptsächlich als Elektrode wirkenden Teile der Abzugsvorrichtung als leicht austauschbare Teile, z.B. leicht austauschbare Gehäusewände oder dergleichen, hergestellt werden. Auch die Abzugsvorrichtung als Ganzes kann in der bevorzugten Ausführungsform als Einheit leicht an dem übrigen Ofen montiert und von diesem demontiert werden.
  • Entsprechend dem materialbedingten elektrischen Widerstand bzw. seiner Widerstandsveränderung infolge der Erwärmung ist es für die Einbringung der notwendigen spezifischen Heizenergie zweckmäßig, den Abstand zwischen positiver und negativer Elektrode und damit den Gesamtwiderstand der Schüttung den jeweiligen mechanischen Materialeigenschaffen (z.B. Sieblinie) bzw. den elektrischen Kenngrößen des Materials (z.B. Leitfähigkeit, spezifischer Widerstand usw.) anpassen zu können. Hierfür ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Veränderung des Abstandes zwischen positiver und negativer Elektrode durch stufenweises Zu- bzw. Abschalten einzelner übereinander befindliche negativer Elektroden erfolgt. Für bestimmte Änderungen des Betriebszustandes erscheint es daneben angebracht, wenn statt des stufenweisen Zu- oder Abschaltens eine der Elektroden, vorzugsweise eine Negativelektrode, in Stromrichtung stufenlos verschiebbar ist.
  • Während der kontinuierlichen Abwärtsbewegung des Schüttgutes in dem schachtförmigen Ofenraum kommt es ständig zu einer Ortsverlagerung der Teilchen. Dies führt dazu, daß sich keine bevorzugten Strompfade bilden; das zeigt sich als Ergebnis deutlich in einer gleichmäßigen Temperaturverteilung des Schüttgutes am Austrag.
  • Gerade bei kontinuierlich betriebenen Heizeinrichtungen der oben beschriebenen Art spielt die Betriebssicherheit eine ausschlaggebende Rolle. Diese kontinuierlichen Anlagen stehen ständig unter Spannung, und es muß sicher gewährleistet werden, daß keine Gefahren für Mensch oder Einrichtung auftreten können. Durch Isolierung der mit der positiven Elektrode verbundenen Teile und durch Erdung aller von außen zugänglichen Einrichtungsteile, welche eventuell Strom führen könnten, und durch die Verwendung der Erde bzw. Masse zur Stromableitung ist kein elektrisches Potential vorhanden, von dem Gefahr für den Menschen durch Berühren ausgehen könnte.
  • Wie bereits zum Ausdruck gebracht, spielt die Einhaltung einer vorgegebenen Verweilzeit für das gleichmäßige Aufheizen eine ausschlaggebende Rolle. Da bedeutet aber auch, daß die der Einlauföffnung benachbarte, positive Elektrode ständig mit Schüttgut beaufschlagt sein muß. Kommt es dann jedoch zu Störungen bei der Füllstandskontrolle, so kann die Schüttung innerhalb des Ofenraums mehr und mehr anwachsen und schließlich den gesamten oberen Raum erfüllen und bis in die Zuführeinrichtung zurückstauen. In diesem Falle würde eine erhebliche Teilmenge an elektrischer Energie von der Positivelektrode in Richtung Eintragsdosierung zur Erde fließen. Dies hätte zur Folge, daß es dort zu Überhitzungen, Verbrennungen oder zum Zerstören der Anlage kommen könnte.
  • Um dem vorzubeugen, ist in einer Variante der Erfindung eine sogenannte Schutzelektrode in dem schüttgutfreien Raum oberhalb des normalen Schüttgutpegels vorgesehen, weiche elektrisch mit der Erdung (Masse) verbunden ist. Falls der Schüttgutpegel in unerwünschter Weise anwächst, so kommt es zu einer Berührung von Schüttgut mit der Schutzelektrode. In diesem Falle fließt über die Schutzelektrode ein Strom zur Erde, welcher erfaßt, gemessen und als Signal entsprechend verarbeitet werden kann, um die Anlage in einen betriebssicheren Zustand zu bringen. Anstelle die fließende Strommenge zu messen, könnte die Messung der nun anliegenden Spannung zwischen Schutzelektrode und Erde für eine Signalverarbeitung herangezogen werden.
  • Sollte es andererseits infolge einer Störung der Füllstandskontrolle zu einem Absinken des Schüttgutpegels kommen, und würde der Schüttgutpegel soweit absinken, daß die normalerweise überdeckte obere, positive Elektrode frei wird, so wäre die Ausbildung eines zerstörerischen Lichtbogens zwischen freigelegter, positiver Elektrode und dem Schüttgutpegel nahezu unvermeidlich. Dies würde wiederum Gefahr für die Vorrichtung bedeuten. Um diese Gefahr auszuschließen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, unmittelbar oberhalb der oberen, positiven Elektrode eine weitere Kontrollelektrode anzubringen, welche bei normaler Betriebsweise ständig mit Schüttgut beaufschlagt sein muß. Diese Schutzelektrode ist über einen entsprechend hohen Widerstand mit der Erdleitung verbunden, so daß der im Normalbetrieb darüber abgeleitete Strom auf ein Minimum begrenzt bleibt. Beim Ausbleiben der Spannung bzw. beim Ausbleiben des gemessenen Stromes steht wiederum ein Signal zur Verfügung, um die Anlage in den sicheren Betriebszustand zu bringen. Sinnvollerweise wird man zunächst versuchen, die gravimetrische Füllstandskontrolle soweit zu korrigieren, daß ein sicheres Bedecken der oberen Elektrode erreicht wird.
  • Dies gilt sinngemäß auch für die Übervoll-Signalisierung, die zunächst also nur die weitere Materialzufuhr stoppen oder stärker begrenzen, oder aber die Materialaustragung bzw. Abführung beschleunigen sollte. Erst im Grenzfall (z.B. bei Erreichen einer zweiten Schutzelektrode oder bei weiterem Anwachsen des über die Schutzelektrode abfließenden Teilstromes über einen vorgebbaren Grenzwert hinaus) würde die gesamte Heizrichtung abgeschaltet werden.
  • Die Schutzelektrode in dem schüttgutfreien Raum wird man sinnvollerweise als ringförmige, bevorzugterweise als kreisringförmige Elektrode ausbilden, welche Freiraum für das Durchfallen bzw. Durchrieseln des aus der Zufuhreinrichtung kommenden Schüttgutes bietet.
  • Die konstruktive Gestaltung der Abzugsvorrichtung spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Dazu gehört auch die Materialauswahl, wobei hier Materialien mit entsprechender elektrischer Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit ausgewählt werden müssen. Während sich bei sehr fein pulvrigen Schüttgütern die Verwendung von ein oder mehrere Austragsschnecken besonders bewährt hat, sind sogenannte Kratzförderer für grobkörnigeres Material besser geeignet, weil hier eine mechanische Zerstörung der groben Schüttgutteile, wie sie zwischen Schnecke und Gehäuse auftreten könnten, weitgehend vermieden wird. Bei mittelkörnigem Material haben sich Behälterböden aus um ihre Längsachse verstellbare Lamellen zur Veränderung der Spaltweiten als besonders geeignet erwiesen.
  • Für das optimale Funktionieren der Heizvorrichtung spieltein gleichmäßiger Materialdurchsatz und ein extrem enges Verweilzeitspektrum eine große Rolle. Ein enges Verweilzeitspektrum (geringe Variation der Verweilzeit) wird dann erreicht, wenn der Austrag so gestaltet ist, daß ein Kernfluß oder ein einseitiger Materialfluß des Schüttgutes mit Sicherheit vermieden wird. Dazu gehört auch eine entsprechende konstruktive Ausbildung der Elektroden, wobei einerseits das elektrisch leitfähige Material mit ausreichendem Druck an den Oberflächen der Elektroden anliegen muß, um den Stromübergang zu gewährleisten, andererseits aber der freie Durchfluß des Materials nicht behindert wird. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die am Materialeintritt gelegene positive Elektrode als Rechteckring auszubilden, in der Form eines nach unten (bzw. innen) offenen Pyramidenstumpfes. Durch die Schrägstellung der Flächen dieses Rechteckringes kommt es zu der gewünschten notwendigen Anlageverpressung des Materials an der Elektrode, andererseits wird aber der freie Durchfluß bei genügend großem Ringquerschnitt nicht behindert. Zur Vergrößerung der stromübertragenden Fläche sind in dem Innern des Rechteckringes parallel zueinander und in Fließrichtung ausgerichtete, stromführende Leisten oder Platten rechenartig eingebracht.
  • Bei elektrisch leitfähigen Schüttgütern, welche während der Erwärmung oder auch allein aufgrund des Stromdurchflusses zu einer Gasbildung neigen, haben sich Ausführungsformen der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, weiche die Bildung von Hohlräumen im Inneren des Schachtes, welche mit dem stromdurchflossenen und sich erwärmenden Material in Verbindung stehen, vorsehen. In einer Ausführungsform der Erfindung erreicht man dies dadurch, daß der Schachtquerschnitt mit der Materialflußrichtung stufenweise und jeweils quer zur Materialflußrichtung erweitert wird. Wenn das Material also von oben nach unten fließt, so sollte ein oberer Abschnitt des Schachtes einen kleineren Querschnitt haben als ein unterer Abschnitt und der Übergang sollte stufenweiseabrupt oder gar mit einer Hinterschneidung (bezogen auf die Strömungsrichtung) so erfolgen, daß unter der Übergangsstufe allein aufgrund des sich an dem Übergang ausbildenden Schüttkegel des im Schacht von oben nach unten fließenden Schüttgutes ein Hohlraum gebildet wird. Dieser Hohlraum dient dann als Sammelraum für Gas, welches sich während der Erwärmung und/oder des Stromdurchflusses bildet, wobei an einer oder auch mehreren Stellen in der Wand bzw. in dem stufenförmigen Übergang der Schachtwand eine Abzugöffnung vorgesehen ist, die vorzugsweise verschließbar ist und von welcher aus da Gas abgeleitet oder abgesaugt werden kann.
  • Bei einer anderen Variante sind sich quer durch den Innenraum des Schachtes erstreckende Einbauten vorgesehen, die derart geformt sind, daß, wiederum aufgrund des von oben nach unten fließenden bzw. herabsinkenden Schüttgutmaterials, unter diesen Einbauten Holhlräume entstehen, die als Gassammelräume dienen. Zweckmäßigerweise sind derartige Einbauten, von der Fließrichtung des Materials her gesehen, konvex und in der entgegengesetzten Richtung konkav ausgebildet, so daß in der konkaven Vertiefung sich Gas sammeln und ungehindert in Querrichtung entlang der Einbauten strömen bzw. entweichen kann. Die genaue Querschnittform der Einbauten ist dabei von untergeordneter Bedeutung, sie könnten beispielsweise halbkreisförmig, dachförmig oder, bei genügender Breite, sogar ebene Platten sein, solange sich nur darunter durch das in einer Richtung von oben nach unten absinkende Schüttgutmaterial Hohlräume bilden, entlang welcher da gebildete Gas im wesentlichen ungehindert in Richtung von Entgasungsöffnungen strömen kann, die vorzugsweise in der Behälterwand vorgesehen sind.
  • Die Erfindung soll anhand folgender Figuren näher beschrieben und erläutert werden:
  • Figur 1
    zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung,
    Figur 2
    stellt einen Querschnitt durch die stromzuführende obere Elektrode dar,
    Figur 3
    zeigt eine Draufsicht auf die stromzuführende obere Elektrode,
    Figur 4
    zeigt eine Abzugsvorrichtung mit einem Kratzförderer,
    Figur 5
    zeigt einen verstellbaren Lamellenboden,
    Figur 6
    ist die schematische Darstellung einer Anlage mit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung,
    Figur 7
    eine Variante eines Schachtes mit einem stufenförmig erweiterten, unteren Behälterabschnitt sowie mit im Querschnitt erkennbaren Einbauten,
    Figur 8
    im linken Teilbild einen Schnitt durch zwei gegenüberliegende Behälterwände mit einem darin gelagerten Gasammeleinbau und im rechten Teilbild eine perspektivische Darstellung eines Gassammeleinbaues, und
    Figur 9
    einen Schacht mit von den Seitenwänden ausgehenden Blenden, die zusammen mit der Schachtwand Hohlräume bilden.
  • In Figur 1 ist der Querschnitt einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung zu sehen mit ihrer Anordnung unter einer Zuführeinrichtung 11, wobei nachgeschaltete Aggregate für das Weiterverarbeiten des aufgezeizten Materials hier nicht dargestellt sind. Demzufolge endet die Darstellung mit dem Austrag aus der Abzugsvorrichtung. Die Zuführeinrichtung 11 ist hier als ein Schneckenförderer mit einer Förderschnecke 6 dargestellt, die über ein elastisches Verbindungselement 7, welches auch elektrisch isolierend sein kann oder elektrisch isoliert am oberen Ende des Ofens befestigt ist, mit der Einlauföffnung 25 des Ofens 1 verbunden ist.
  • Der Ofenraum ist als ein aufrechtstehender Schacht 1 mit rechteckigem, etwa quadratischem Querschnitt ausgebildet, wobei die Höhe deutlich größer, in bevorzugter Weise ca. zwei- bis fünfmal größer, als die Grundseite des Querschnittes ist. Der Innenraum des Ofens ist allseitig mit einem hitzebeständigen, keramischen Material ausgelegt. Der Wandquerschnitt mit den keramischen Platten 2 ist nur an einer Stelle schematisch angedeutet. Der keramischen Ausmauerung folgt eine Wärmeisolierung 3, ebenfalls nur schematisch dargestellt, sowie eine elektrische Isolierung 4. Der ganze Ofenraum befindet sich in einem hier nicht näher dargestellten Stahlgehäuse, welches auf Kraftmeßdosen 5 zur Gewichtserfassung der Heizeinrichtung inklusive ihres Inhaltes gelagert ist. Da aufzuheizende Schüttgut aus elektrisch leitfähigen und auch aus Mischungen aus elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Schüttgütern wird durch die Förderschnecke 6 in konstantem Massestrom zudosiert. Der konstante Massenstrom ist wichtig für das Einhalten einer vorgegebenen Verweilzeit des aufzuheizenden Schüttgutes in dem Ofenraum. Zufuhreinrichtung und Heizeinrichtung sind aus wägetechnischen Gründen über eine elastische Ankopplung 7 miteinander verbunden.
  • Den unteren Abschluß des schachtförmigen Ofenraumes bildet die Austragseinrichtung 9 mit einer Förderschnecke 8. Das Gehäuse der Abzugsvorrichtung 9 ist mit einer entsprechenden Kabelverbindung 10 elektrisch mit Masse verbunden. Entsprechendes gilt für das Gehäuse 11 der Zudosiereinrichtung 6, welche über die Leitung 12 mit Masse verbunden ist.
  • Entsprechend der vorgegebenen Durchsatzmenge, d.h. entsprechend dem ankommenden Massestrom wird die Abzugsvorrichtung 9 mit einem verstellbaren Antrieb 13 in ihrer Austragsleistung so geregelt, daß das Gewicht, welches mit den Kraftmeßeinrichtungen 5 gemessen wird, konstant bleibt. Damit ist ein konstanter Füllgrad bzw. eine konstante Füllhöhe des Schüttgutes in dem Ofenraum gewährleistet. Aus dem Füllvolumen und aus dem Masendurchsatz bzw. Volumendurchsatz an Schüttgut läßt sich die Verweilzeit ermitteln. Die Einhaltung einer konstanten Verweilzeit mit den oben beschriebenen Maßnahmen ist für eine konstante Austragstemperatur des Schüttgutes die notwendige Voraussetzung.
  • Die Heizeinrichtung kann sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom betrieben werden. Die Einleitung des Heizstromes geschieht über die positiv gepolte Elektrode bzw. Phase 14 im oberen Bereich des Ofens. Sie ist durch eine entsprechende Anschlußleitung 15 an die elektrische Versorgung angeschlossen. Die Ableitung des Stromes erfolgt über das Gehäuse der Abzugsvorrichtung 9 über die Anschlußleitung 10 an Erde bzw. über eine der hier dargestellten Elektroden 16 und 16a. Beide Elektroden sind über entsprechende Schalteinrichtungen 17 und 17a mit der Erdleitung verbunden, und können so wahlweise zu- oder abgeschaltet werden.
  • In dem schüttgutfreien Raum oberhalb des Schüttgutpegels befindet sich eine sogenannte Schutzelektrode 18, welche über eine elektrische Leitung 19 mit der Erdleitung verbunden ist. In die Leitung zur Erde ist eine Strom- bzw. Spannungsmeßeinrichtung 20 geschaltet. Sollte es zu einem Anwachsen des Schüttgutpegels innerhalb des Ofenraumes kommen, so wird sich der schüttgutfreie Raum soweit mit elektrisch leitfähigem Material füllen bis die Schutzelektrode 18 berührt wird. In diesem Fall liegt eine Spannung zwischen der Schutzelektrode und der Erde an und es kann ein Strom fließen. Über eine entsprechende Signalverwertung, welche hier nicht dargestellt ist, können Maßnahmen getroffen werden, um die Anlage in einen sicheren Betriebszustand zu bringen. Die Schutzelektrode 18 kann entweder wie hier dargestellt als Ringelektrode ausgebildet sein oder als Stabelektrode 18a, welche sich vom Deckel des Ofenraumes in den schüttgutfreien Raum nach unten erstreckt. Entsprechend gehören hierzu die Leitungen 19a und die Signalerfassung 20a.
  • Die Kontrollelektrode 21 ist immer mit Schüttgut bedeckt, demzufolge fließt ständig ein Strom über die Leitungen 22 durch einen Widerstand 23 zur Erde. Spannung oder Strom werden hier in nicht näher dargestellter Weise ständig kontrolliert. Beim Absinken von Strom und/oder Spannung am Widerstand 23 muß die Anlage ebenfalls in einen sicheren Betriebszustand zurückgefahren werden, weil ein Schüttgutpegelabriß an der stromzuleitenden Elektrode 14 darunter, insbesondere bei Gleichstrom, zur Ausbildung von Lichtbögen führen könnte.
  • In den Figuren 2 und 3 werden Einzelheiten der stromzuführenden oberen Elektrode 14 gezeigt. In diesem Falle ist die Elektrode zweigeteilt aus Gründen der leichteren Montage. Die Elektrode 14 besteht aus zwei gegenüberliegenden, unter einem Winkel α gegenüber der Horizontalen geneigten, elektrisch leitfähigen Platten. Von diesen geneigten Elektrodenplatten 14 aus erstrecken sich wiederum rechenartig angeordnete, ebenfalls plattenförmige Zungen 30 parallel zueinander und vertikal, d.h. in Fließrichtung des Materials ausgerichtet, um einerseits den Materialfluß nicht unnötig zu behindern, andererseits aber auch eine große Oberfläche für den elektrischen Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Schüttgut bereitzustellen. Diese rechenartig angebrachten Platten 30 dienen außerdem einer Vergleichmäßigung des Materialflusses und können zu diesem Zweck auch noch länger ausgebildet sein und so versetzt sein, daß sie teilweise in gegenüberliegende Zwischenräume der Rechenplatten 30 einer gegenüberliegenden Elektrodenplatte 14 ein Stück weit eingreifen. Bei einer anderen Ausgestaltung wäre es auch denkbar, daß die Elektrode 14 als Ringelektrode in Form des Mantels eines Pyramidenstumpfes bzw. in Form eines Trichters ausgebildet ist und anstelle der Rechenplatten 30 können dann beispielsweise sich kreuzweise zwischen gegenüberliegenden Seiten oder diagonal durch den Trichter erstreckende Platten vorgesehen sein, die einerseits eine große Stromübergangsfläche in das Material bereitstellen, andererseits auch zu einer Vergleichmäßigung des Materialflusses beitragen, damit nicht beispielsweise im Zentrum des Schachtes das Material schneller nach unten fließt als in den weiter außen liegenden Bereichen oder umgekehrt. Die Vergleichmäßigung des Materialflusses wird im wesentlichen auch durch die Art und Weise des Abziehens des Materials am unteren Ende des Schachtes bestimmt, die das Material vom gesamten Schachtquerschnitt möglichst gleichmäßig abziehen sollte.
  • Als Alternative zu der in Figur 1 dargestellten Abzugsvorrichtung in Form eines Schneckenbodens wird in Figur 4 eine Ausführung mit einem Kratzförderer dargestellt. Das Gehäuse 31 dieses Kratzförderers ist mit der Erdleitung verbunden. Der Kratzförderer kann in üblicher Weise als Kettenband, welches sich über die gesamte Breite des Ofenschachtes erstreckt, ausgebildet sein. Das Kettenband 35 ist mit einem hier nicht dargestellten stufenlos verstellbaren Antrieb 32 versehen, um entsprechend dem durchgesetzten Massenstrom eine konstante Verweilzeit zu garantieren.
  • Als weitere erfindungsgemäße Alternative ist in Figur 5 ein Lamellenboden dargestellt. Der Lamellenboden bildet den direkten unteren Abschluß des schachtförmigen Ofenraumes. Die einzelnen Lamellen 34 sind um ihre jeweilige Achse 33 einzeln oder gemeinsam winklig verstellbar. Je nach Öffnungsweite des Winkels β fließt mehr oder weniger erwärmtes Schüttgut durch die freien Querschnitte zwischen den Lamellen. Auch hier ist das eigentliche Austragsorgan, nämlich die einzelnen Lamellen mit der Erde elektrisch verbunden und bildet so den negativen Pol bzw. Nulleiter des Stromkreises. Auf die Darstellung einer gemeinsamen Winkelverstelleinrichtung der Lamellen ist in Figur 5 verzichtet worden.
  • Die Figur 6 zeigt die Einordnung der Heizeinrichtung in eine Gesamtanlage. In den Silos 35 und 36 ist das zu erwärmende Schüttgut gelagert, es kann sich hierbei um Koks, Graphit, Kohle und auch aus Mischungen von elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Schüttgütern handeln. Bei 37 und 38 sind Fließbandwaagen, welche den Massenstrom gravimetrisch erfassen, eingezeichnet. Das aus den Silos 35 und 36 ausgetragene Schüttgut gelangt über die Zudosiereinrichtung 11 in den Ofenraum 1 und verläßt als aufgeheiztes Schüttgut mit Hilfe der Abzugsvorrichtung 9 das Heizsystem. Es gelangt im Anschluß daran in eine Verarbeitungsmaschine 42, in welcher weitere Komponenten wie Bindemittel oder ähnliches zugesetzt werden können. Die Temperaturmeßeinrichtung 40, z.B. ein Strahlungspyrometer, dient zur Temperaturüberwachung, um Temperaturabweichungen, die auf der Strecke aufgetreten sein könnten, der Steuerung 43 mitzuteilen. Sollte die Masse auf dem Weg bis zur Verarbeitung der Arbeitsmaschine 42 an Temperatur verloren haben, so wird entsprechend ein höherer Energieeintrag in das Schüttgut ausgelöst, z.B. durch Erhöhen des Stromes, möglicherweise aber auch durch Erhöhen der Verweilzeit. Der Regeltransformator 39, welcher im Falle der Beheizung mit Gleichstrom mit einem Gleichrichter kombiniert ist, sorgt in Verbindug mit einem Stromsteller 41 für den notwendigen Energieeintrag in Abhängigkeit von der gemessenen Durchsatzleistung der Fließbandwaage 37 und 38, wobei die Temperaturen am Eintrag, gemessen mit der Temperaturmeßeinrichtung 43, und am Austrag, gemessen mit der Temperaturmeßeinrichtung 40, in die Berechnung des Leistungseintrages einbezogen werden.
  • In Figur 7 erkennt man eine Variante der Erfindung, bei welcher der Schacht im unteren Abschnitt stufenartig erweitert ist. Elektroden sind in dieser Figur nicht dargestellt, können jedoch eine ähnliche Anordnung und Struktur aufweisen, wie dies in Verbindung mit Figur 1 bereits beschrieben wurde. Das Material fließt von oben nach unten und bildet an dem stufenförmigen Übergang 40, an welchem sich der Behälter aus der Sicht des Schüttgutmaterials plötzlich um eine horizontale Stufe erweitert, einen Hohlraum 48. Da das Schüttgutmaterial aus einzelnen, körnigen Elementen besteht und sich nicht wie eine Flüssigkeit verhält, bildet es auch unter dem Druck des aus dem verjüngten Teil des Behälters nachrutschenden Materials immer noch einen gewissen Schüttkegel aus, selbst wenn dieser möglicherweise kleiner ist als bei frei aufgeschüttetem Material. Hierdurch entsteht der Hohlraum 48 und man kann auf dem stufenförmigen Übergang 40 einen oder mehrere Öffnungsstutzen 41 vorsehen, durch welche das sich im Hohlraum 48 ansammelnde Gas entweichen bzw. abgesaugt werden kann. Wenn der Schüttkegel des Materials, z.B. im Falle eines sehr feinkörnigen, gut fließenden Materials und unter dem Druck der hohen Materialsäule in dem höher gelegenen Schachtteil, sehr flach wird, so daß der Raum 48 seine Funktion als Sammel- und Ableitraum für sich bildendes Gas nur unzureichend erfüllen könnte, so kann, wie dies in der linken Hälfte in Figur 7 dargestellt ist, die Wand des inneren Behälters auch über den stufenförmigen Übergang 40 hinaus nach unten in den erweiterten Behälterabschnitt hinein verlängert werden. Auf diese Weise ist die Ausbildung eines hinreichend großen Gassammelraumes 48 sichergestellt.
  • In Figur 7 sind im Querschnitt auch noch Einbauten 42, 43 zu erkennen, welche ebenfalls Gassammelräume definieren und welche erforderlichenfalls zusätzlich zu den stufenförmigen Erweiterungen 40 vorgesehen sind, andererseits jedoch auch bei Schächten mit im wesentlichen konstantem Querschnitt einen solchen stufenförmigen Übergang bezüglich der Funktion als Gassammelraum ersetzen können. Die Einbauten 42, 43 sind z. B. Profilteile von konstantem Querschnitt, welche sich vorzugsweise quer und senkrecht zum Materialstrom durch den Behälter bzw. Schacht 1 hindurch erstrecken und jeweils in gegenüberliegenden Wänden 2 des Schachtes gelagert bzw. an diesen befestigt sind. Die Einbauten 42, 43 sind von einer Seite her konvex und von der anderen Seite her konkav ausgebildet und so in dem Schacht 1 angeordnet, daß sie dem von oben nach unten absinkenden Schüttgutmaterial ihre konvexe Seite zuwenden. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Begriffe "konvex" und "konkav" nicht nur auf Querschnitte mit gleichmäßiger bzw. sich gleichmäßig ändernder Krümmung, sondern umfassen auch beispielsweise die Dreieck- oder Dachform des Elementes 42, eine rechteckige U-Form etc. Von der Unterseite her müssen die Einbauten 42 und 43 auch nicht notwendigerweise konkav ausgebildet sein, da sich wegen des sich einstellenden Schüttgutkegels am unteren Rand der Einbauten 42, 43 ohnehin auch gegenüber einer horizontalen unteren Fläche ein Hohlraum 48 bilden würde. Die obere konvexe Seite sollte jedoch nach Möglichkeit immer so ausgebildet sein, daß sich keinerlei Schüttgut darauf ansammelt, sondern da Material lediglich um das Einbauelement herumgeleitet wird.
  • Figur 8 zeigt die Lagerung derartiger Einbauten in gegenüberliegenden Schachwänden. Dabei sind die Schachwände im linken Teil ausschnittweise im Schnitt dargestellt und weisen insbesondere eine im wesentlichen rechteckige Aussparung 45 auf, in welche ein Ende der Elemente 42 oder 43 eingreift, wobei die Elemente 42, 43 länger sind als der lichte Abstand zwischen den gegenüberliegenden Wänden 2, aber kürzer als der lichte Abstand zwischen den zurückspringenden Wänden der gegenüberliegenden Aussparungen 45, so daß sie in diese Aussparungen eingesetzt werden können. Die Einbauten 42, 43 liegen dann mit dem unteren Rand ihrer beiden Enden auf dem unteren Rand der Aussparung 45 auf, wobei die Wände 2 des Schachtes in diesem Bereich jeweils eine Bohrung 45a aufweisen, die mit dem Gasammelraum 48 fluchtet bzw. in Verbindung steht, welcher von den Einbauten 42, 43 gebildet wird. An die Durchgangsöffnung 45a kann sich ein Absaugstutzen oder eine Absaugleitung 46 anschließen.
  • Figur 9 zeigt eine weitere Variante eines Schachtes, bei welchem Gasammelräume für die Abfuhr von sich bildendem Gas vorgesehen sind. In diesem Fall sind an gegenüberliegenden Wänden 2 des Schachtes 1 schräg nach unten verlaufende Blenden bzw. Leitelemente 50, 51 und 52 vorgesehen, an deren Oberseite das herabfließende Schüttgutmaterial abgelenktwird, so daß sich unter den Blenden 50, 51, 52 und zwischen diesen und der Wand 2 jeweils ein Gassammelraum 54 bildet. Auch hier können wieder Stutzen 56 an Durchgangsöffnungen im Bereich der Gassammelräume 54 vorgesehen sein, um da sich bildende Gas abzuleiten bzw. abzusaugen. Die Stutzen 56 und Durchgangsöffnungen, ebenso wie auch die Öffnungen 45a oder auch die Stutzen 41 in der Ausführungsform gemäß Figur 7 können jedoch in vorteilhafter Weise auch für eine ergänzende Materialzufuhr genutzt werden. Durch die Entgasung kann es auch zu einer Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes des Materials kommen, so daß unter Umständen die Zufuhr von vorzugsweise gasförmigem oder flüssigem, aber ach von pulvrigem oder körnigem Zuschlagmaterial, welches die gewünschten elektrischen Eigenschaften des entgasenden Schüttgutes wieder herstellt, sich als sehr zweckmäßig erweisen kann.
  • Die Einbauten können aus elektrisch isolierendem Material bestehen oder mit einem solchem Material beschichtet sein, wobei es jedoch auch Anwendungen gibt, bei welchen metallische bzw'. elektrisch leitfähige Einbauten bevorzugt sind, welche entweder für eine bessere Stromverteilung in Querrichtung sorgen oder aber als Zusatzelektroden geschaltet sind.
  • Die Zahl und Dichte der vorzusehenden Gassammelräume bzw. Einbauten kann dabei in Strömungsrichtung des Schüttgutmaterials variieren und sollte insbesondere dort größer sein, wo die Entgasung besonders stark ist, also z.B. eher im unteren Bereich nicht weit vom Austrag des Materials. Letztlich ist jedoch die Anordnung der Gassammelräume auch eine Frage des verarbeiteten Materials, der verwendeten Stromstärke und der Flüchtigkeit der in dem Material gebundenen Gase.
  • Der Aspekt der Gasabfuhr soll nochmals anhand eines Beispieles erläutert werden.
  • Beispiel
  • Wie bereits erwähnt, spielen "der materialbedingte elektrische Widerstand bzw. seine Widerstandsänderung infolge der Erwärmung" und weitere "elektrische Kenngrößen des Materials" für ein optimales Funktionieren der Heizeinrichtung eine ausschlaggebende Rolle.
  • Die nahezu unvermeidliche Feuchtigkeit des zur Aufheizung vorgesehenen elektrisch leitfähigen Schüttgutes führt zu einer Dampfentwicklung während des Aufheizprozesses. Die Dampfentwicklung ist besonders nennenswert, wenn das Schüttgut auf Temperaturen von über 100°C gebracht wird.
  • Daß die Dampfentwicklung nicht vernachlässigbar ist, sieht man an dem folgenden Beispiel:
    Bei einer Durchsatzmenge von ca. 30 t/Std. Petrolkoks mit einer Wasserfeuchte von nur 0,1 % werden stündlich 30 Liter Wasser verdampft. Dies entspricht einer Dampfmenge bei einer Dampftemperatur von 100°C von ca. 50 m³/h. Nachdem das Schüttgut während des Durchlaufes durch die Heizeinrichtung im allgemeinen auf Temperaturen im Bereich von 20°C aufgeheizt wird, nimmt dementsprechend der Dampf auch eine Temperatur von ca. 200°C an. Demzufolge ist die resultierende Dampfmenge noch deutlich größer.
  • Der entstehende Dampf verändert nicht nur den Widerstand des Schüttgutes während der Erwärmung, erwirkt sich Insbesondere negativ auf die Einhaltung eines möglichst engen Verweilzeitspektrums aus, so daß eine konstante Temperatur des aufgeheizten Schüttgutes am Austrag nicht mit Sicherheit eingehalten werden kann. Der entstehende Dampf versucht natürlich, sich an kalten Schüttgutpartikeln niederzuschlagen und zu kondensieren. Da führt dazu, daß es zu einer feuchten Schicht von Schüttgut zwischen dem Schüttgutkegel am Produkteintrag und dem Beginn der heißeren Zone innerhalb des Schüttgutes kommt. Es kommt also zwangsläufig zu einem gewissen Druckanstieg infolge der "oberen Abdichtung" durch da feuchte Schüttgut. Geisierartige Dampfdurchbrüche sowohl in Richtung Produktaustrag als auch in Richtung Produkteintrag sind nicht zu vermeiden. Damit wird da für eine gleichmäßige Erwärmung notwendige enge Verweilzeitspektrum erheblich gestört.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Gassammelräume, vorzugsweise in dem vertikalen Abschnitt des Schachtes, in bzw. unterhalb welchem Temperaturen von etwa 100°C erreicht werden und damit die Dampfbildung auftritt, kann dieser Dampf zumindest zu einem erheblichen Teil nach außen abgeführt werden, was man durch Absaugen noch unterstützen kann. Auf diese Weise vermeidet man weitgehend die erwähnte Kondensation an den noch kalten Schüttgutpartikeln und die daraus resultierenden, unerwünschten Vorgänge.

Claims (29)

  1. Verfahren zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter unter Ausnutzung deren elektrischen Widerstandes, in einem Ofenraum mit einer Einlauföffnung und einer Abzugsvorrichtung für den kontinuierlichen Durchsatz von Schüttgut, wobei während des Materialdurchlaufes elektrische Energie in da Material eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zwischen der positiven und negativen Elektrode im wesentlichen parallel zur Stromrichtung geführt wird und daß die Abzugsvorrichtung mindestens als Teil der negativen Elektrode bzw. des Nulleiters verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei da Schüttgut in einem Schacht abwärts geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß da erwärmte Material durch die am unteren Ende des Schachtes vorgesehene Abzugsvorrichtung (9) im wesentlichen gleichmäßig von dem gesamten Schachtquerschnitt abgezogen wird.
  3. Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag von Wärme in elektrisch leitfähige Schüttgüter unter Ausnutzung von deren elektrischem Widerstand, mit einem Ofenraum (1) mit einer Einlauföffnung (15) und einer kontinuierlichen Abzugsvorrichtung (9) für das Schüttgut und mit mindestens einem Elekrodenpaar (14, 16, 19), über welches während des kontinuierlichen Materialdurchlaufes elektrische Energie in das Material eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich die positiv gepolte Elektrode oder Phasenelektrode (14) in der Nähe der Einlauföffnung (15) befindet und die negativ gepolte Elektrode bzw. Nulleiterelektrode (16, 9) im Bereich der Abzugsvorrichtung (9) vorgesehen ist und die negativ gepolte Elektrode bzw. Nulleiterelektrode (16, 9) und die Abzugsvorrichtung (9) geerdet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Gehäusewand der Abzugsvorrichtung (9) geerdet ist und mindestens als Teil der negativen Elektrode bzw. des Nulleiters dient.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Wand der Abzugseinrichtung mindestens eine weitere zu- bzw. abschaltbare negative Elektrode bzw. Nulleiterelektrode (16, 16a) in der Nähe der Abzugsvorrichtung (9) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abzugsvorrichtung (9) und der positiven Elektrode bzw. Phasenelektrode (14) mehrere negative Elektroden bzw. Nulleiterelektroden (16, 16a) in verschiedenen Abständen zur Abzugsvorrichtung (9) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine neben der Abzugsvorrichtung (9) vorhandene, negative Elektrode (16, 16a) in ihrem Abstand zu der Abzugsvorrichtung und/oder der positiven Elektrode (14) einstellbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der positiven Elektrode (14) im schüttgutfreien Raum eine geerdete Schutzelektrode (18) vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzelektrode (18) oberhalb des Schüttgutes über eine Strommeßeinrichtung (20) mit Masse verbunden ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsmeßeinrichtung vorgesehen ist für die Messung eines Spannungsabfalls entlang der Verbindung zwischen Schutzelektrode (18) und Masse.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar oberhalb der positiven Elektrode (14) und innerhalb eines normalen Schüttgutstandes eine Überwachungselektrode (21) über einen Widerstand (R1) mit Masse verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsvorrichtung (9) aus einem mit Masse verbundenen Gehäuse und einer oder mehreren angetriebenen Transportschnecken (8) besteht.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Abzugsvorrichtung (9) ein mit Masse verbundenes Gehäuse mit einem darin befindlichen Austragskratzersystem (31) mit regelbarem Antrieb (32) vorgesehen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Abzugsvorrichtung (9) ein sogenannter Lamellenboden vorgesehen und mit Masse verbunden ist und daß der Öffnungswinkel (B) der Lamellen (4) einstellbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (14) trichterförmig angeordnete Begrenzungswände (30) aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Zungen (30) sich von gegenüberliegenden Wänden der positiven Elektrode (14) aus parallel zueinander und mit ihrer Ebene in Fließrichtung des Materiales ausgerichtet angeordnet sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die als Elektrode wirkenden Teile der Abzugsvorrichtung (9) und/oder die Abzugsvorrichtung (9) als Ganzes als leicht von dem Ofen demontierbare Austauschtelle vorgesehen sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht bzw. Ofenraum einen im wesentlichen konstantem Querschnitt aufweist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum- bzw. Schachtquerschnitt absatzweise in einer oder mehreren Teilstufen (40) quer zur Materialflußrichtung erweitert ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wand des Schachtabschnittes mit dem jeweils kleineren Querschnitt in den Schachtabschnitt (2a) mit dem jeweils größeren Querschnitt teilweise hineinerstreckt.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der stufenförmigen Erweiterung verschließbare Entlüftungsöffnungen (41) angeordnet sind.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß hohlraumbildende Einbauten (43, 50, 51, 52) im inneren des Schachtes (1) eingebaut sind.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich die hohlraumbildenden Einbauten quer und vorzugsweise genau senkrecht zur Materialflußrichtung durch den Innenraum des Schachtes (1) erstrecken.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlraumbildenden Einbauten (50, 51, 52) mit der Schachtwand einen gemeinsamen Hohlraum bilden.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (42, 43) in Aussparungen (45) in gegenüberliegenden Wänden des Schachtes gelagert sind.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schachtwand (2) vorzugsweise verschließbare Durchgangsöffnungen (45a) in Flucht mit den hohlraumbildenden Einbauten (42, 43) vorgesehen sind.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus einem isolierenden Material bestehen oder mit einem isolierenden Material beschichtet sind.
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlraumbildenden Einbauten als stromleitende Elektroden ausgebildet sind.
  29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Schachterweiterungen oder Einbauten gebildeten Hohlräume und/oder die mit diesen in Verbindung stehenden Durchgangsöffnungen an eine Absaugleitung angeschlossen sind.
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