NO171811B - Roterende ovn med ekstern oppvarming - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en roterende ovn med ekstern oppvarming, idet ovnen omfatter et rotasjonsdrevet ovnselement som omfatter et langstrakt reaksjonkammer som har en innløpsåpning, gjennom hvilken materiale som skal varmebehandles tilføres, samt en utløpsåpning, gjennom hvilken det varmebehandlede materialet tas ut.

En av de mest effektive og økonomiske fremgangsmåter for oppvarming av pulverformede eller granulatformede materialer er at brennstoff forbrennes for å danne gass med høy temperatur, og at materialene utsettes for varmeveksling med denne gass. Forbrenningsgassen kan omfatte gassformede komponenter som er i stand til å reagere med materialene ved høy temperatur. I dette tilfelle kan den ovenfor nevnte fremgangsmåte ikke benyttes for oppvarming, til tross for effektiviteten. For å oppvarme materialene som er i stand til å reagere med forbrenningsgassen må det benyttes elektrisitet som varmekilde i stedet for brennstoff, eller inert gass må tilføres en ovn. Resultatet er at varmeøkonomien påvirkes i uheldig retning.

De oksyderende gassformede komponenter, slik som oksygen, karbondioksyd, hydrogenoksyd og svoveltrioksyd, inneholdes i forbrenningsgassen fra brennstoffet.

Når malm oppvarmes i en slik oksyderende atmosfære for å reduseres, kan malmen utsettes for denne oksyderende atmosfære. Dette er det motsatte av hva som søkes oppnådd ved oppvarming. En fremgangsmåte for redusering av malm ved å oppvarme denne i en roterende ovn ved hjelp av forbrenningsgass fra brennstoffer, slik som kull, tungolje og LPG, benyttes i ut-strakt grad for smelting av malm, ettersom det kan benyttes billig energi, og dessuten muliggjøres kontinuerlig behandling ved masseproduksjon. Forbrenningsgassen omfatter imid-lertid, som nevnt ovenfor, oksyderende gasskomponenter, slik som oksygenoverskudd, karbondioksyd, hydrogenoksyd og svoveltrioksyd, -med det resultat at atmosfæren av forbrenningsgass ikke er reduserende, men er oksyderende.

For å isolere materialene som skal reduseres fra den oksyderende atmosfære av forbrenningsgass har det vært benyttet å lede forbrenningsflammen i keramiske rør for å oppvarme materialene indirekte via de keramiske rør ved å benytte stråling og varmeledning. F. eks beskriver US-patent 1.871.848 en fremgangsmåte for isolering (se fig. 3) som nevnt ovenfor.

En annen fremgangsmåte for å isolere materialene som skal reduseres fra den oksyderende atmosfære av forbrenningsgass er å påføre et dekkende belegg på overflaten av materialene som skal reduseres. I dette tilfelle oppvarmes materialet hovedsakelig i ikke-oksyderende atmosfære. En slik fremgangsmåte er beskrevet i US-patent 3.153.586.

Fremgangsmåten beskrevet i US-patent 1.871.848 nevnt ovenfor medfører et problem ved at den mekaniske styrken til det keramiske røret avtar i høy temperatur. Det er vanskelig å fremstille rør som har stor diameter og lengde. Den høyeste temperatur for ovnen beskrevet i det nevnte US-patent 1.871.848 er 1.000°C. Jernmalm er den eneste malm som kan reduseres ved denne temperatur. Den største lengde av rør som kan fremstilles er 2 - 3 meter. Det er umulig fullstendig å omgi forbrenningsflammen med et slikt rør og effektivt isolere materialene som skal reduseres av forbrenningsgassen fra brennstoff. En slik fremgangsmåte som beskrevet i de ovenfor nevnte skrifter er derfor ikke anvendbar for å redusere malm som inneholder et slikt metall som krom, som har affinitet til oksygen, og som er tilbøyelig til å påvirkes av atmosfæren av forbrenningsgass.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å forbedre tilstanden i en roterende ovn som har stor behandlingskapa-sitet, og som muliggjør at materialer som skai behandles effektivt isoleres fra forbrenningsgassen fra brennstoff.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til en roterende ovn av den innledningsvis angitte type, og som kjennetegnes ved at reaksjonskammeret befinner seg i midten av ovnselementet og avgrenses av varmebestandige, keramiske elementer som skiller reaksjonkammeret fra flere langstrakte gasskamre.for oppvarming som er dannet rundt reaksjonskammeret.

I en slik konstruksjon forbrenner brennstoffet i forbrenningskammeret for å danne høy temperatur og for å oppvarme de kermiske plater. Materialene som skal behandles i reaksjonskammeret oppvarmes i en hovedsakelig ikke-oksyderende atmosfære uten noen påvirkning fra oksyderende gasskomponenter i forbrenningsgassen, slik som oksygenoverskudd, hydrogenoksyd, karbondioksyd og svoveltrioksyd, slik at reduksjonsreaksjonen er betydelig forbedret.

Den foreliggende oppfinnelse skal i det følgende beskrives detaljert, under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på de vedføyde tegningene. Fig. 1 viser en utførelse av den roterende ovn i henhold til den foreliggende oppfinnelse, i et vertikalt tverrsnitt vinkelrett på en rotasjonsakse. Fig. 2 viser en identisk ovn i et lengdesnitt gjennom

rotasj onsaksen.

Fig. 3 viser en metode for dannelse av et murverk for å

fremstille en ovn i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 4-7 viser snitt gjennom andre utførelser av en ovn i

henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Med henvisning til fig. 1 er varmeisolerende blokker 2 anordnet som foring rundt innerflaten av en stålmantel 1. Høyden til de varmeisolerende blokker 2 er ikke ensartet rundt stålmantelen 1, idet de høyere holdeblokker 3 befinner seg i passende avstand mellom disse (hver syvende blokk i utførelsen vist i fig. 1). Holdeblokkene 3 holder de keramiske plater 4, som er skilleveggene for kamre 6 for oppvarmingsgass. Et reaksjonskammer 5 som har mangekantet tverrsnittsform omgis og avgrenses således av de keramiske plater 4 og holdeblokkene 3. Kamrene 6 for gassoppvarming dannet rundt reaksjonskammert 5 avgrenses av de varmeisolerende blokker 2, holdeblokkene 3 og de keramiske plater 4. Reaksjonskammeret 5 og kamrene 6 for gassoppvarming vil rotere sammen med stålmantelen 1. Når ovnen roterer omrøres materialene som skal behandles i reaksjonskammeret 5 og oppvarmes samtidig ved stråling og varmeledning gjennom de keramiske plater 4. Materialene oppvarmes derfor mens de er isolert fra forbrenningsgassatmosfæren.

Med henvisning til fig. 2 har en forbrenningsovn 22 flere brennere 11. Gass med høy temperatur dannet i hvert forbren-ningskammer 10 ledes gjennom kamre 6 for gassoppvarming i et roterende ovnselement 20. Gassen med høy temperatur oppvarmer de keramiske plater i skilleveggene mens den passerer gjennom kamrene 6 for gassoppvarming, og oppsamles deretter gjennom en avgassåpning 14 i et avgasskammer 9, hvoretter den slippes ut til utsiden av ovnen gjennom et avgassutløp 13.

Materialer som skal behandles tilføres gjennom tilfør-selsåpningen 15 for råmaterialer, til reaksjonskammeret 5 og utsettes derved for roterende bevegelse i reaksjonskammeret 5, mens de oppvarmes indirekte av forbrenningsgass som er isolert fra materialene. Materialer føres deretter ut som produktet fra reaksjonskammeret 5 gjennom produktutløpet 16 anordnet i et nedre parti av forbrenningsovnen 22. Produktet oppsamles deretter i en sjakt 17 og tas ut.

Det roterende ovnselementet 20 understøttes av ruller 8 via holderinger 7 og drives av en drivkilde (ikke vist) for å rotere.

Forbrenningsovnen 22 med det roterende ovnselementet 20 og veggen 21 danner som helhet et enhetlig, roterende element.

Rør for tilførsel av brennstoff og luft er tilkoblet brennerne 11 via universalkoblinger. Brennerne 11 roterer

sammen med. det roterende ovnselementet 20.

Et avgasskammer 18 er anordnet rundt det roterende ovnselementet 20, og fortsetter nedover til de nedre områder. Avgass oppsamles i avgasskammeret 18 og slippes ut fra gassutløpet 19. Et annet avgasskammer 9 anordnet på motsatt ende i forhold til brennerne er av den samme konstruksjon.

For den varmeisolerende blokken 2 benyttes blokker som har lav varmeledningsevne, for å oppnå minst mulig ytre varmetap gjennom stålmantelen. I praksis er varmeledningsevnen (X) til den varmeisolerende blokken 2 fra 0,10 - 2,0 kcal/m.h.°C (ved 1.000°C), fortrinnsvis fra 0,1 - 0,5 kcal/m.h.°C. De varmeisolerende blokker 2 kan være porøse, f. eks med porøsitet i området fra 60 - 7 0 %. De varmeisolerende blokker 2 kan bestå av to lag.

Ettersom holdeblokkene 3 benyttes for å holde mangekanten av de keramiske elementer, bør det benyttes blokker med høy styrke, selv om det derved tapes noe termisk ledningsevne. Foretrukne materialer for holdeblokkene er de som er basert på sjamottesten og alumiumoksyd. Muring av de varmeisolerende blokker 2 kan utføres ved bruk av ildfast materiale som kan støpes.

Keramikken som danner mangekanten bør ha styrke til å tåle en temperatur på 1.400°C eller mer og høy varmeledningsevne, og bør ikke angripes av forbrenningsgass ved høy temperatur. Materialer som tilfredstiller disse krav er f.eks. silisiumkarbid, aluminiumnitrid, aluminiumoksyd o.l. Silisiumkarbid er særlig foretrukket, ettersom det finnes som store sintrede produkter.

Sintret silisiumkarbid har en varmeledningsevne på 10 kcal/m.h.°C eller mer (ved 1.000°C), en trykkstyrke (bøye-styrke) på 200 kg/cm<2> eller mer (ved 1.300°C). En slik styrke er tilstrekkelig til å bære belastningen fra de innførte materialer under påvirkning av forbrenningsgassatmosfæren.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse befinner gasskamrene 6 for oppvarming seg i den ytre omkrets av det roterende ovnselementet 20, og benyttes både som forbren-ningskammer og skorsten. For å oppvarme materialer er reaksjonskammeret 5 plassert i midten av det roterende ovnselementet 20. Holdeblokkene 3 for de keramiske plater 4 befinner seg i de respektive hjørner av denne. Detaljer ved murverket i' den roterende ovn er vist i fig. 3. Holdeblokkene 3 har på toppen et fremspring 3a, slik at to sideskuldre 3b er dannet langs fremspringet. Keramiske plater 4 er fast anbragt langs sideskuldrene 3b.

Med henvisning til fig. 1, benyttes det keramiske plater som danner en sekskant. Form som en mangekant i tverrsnitt behøver ikke å være begrenset til sekskant, men kan være f.eks. åttekant eller tolvkant. Platene som avgrenser gasskamrene 6 for oppvarming kan være plane, men de kan også være buet. Forskjellige utførelser er vist i fig. 4-7.

Med henvisning til fig. 4 og 5 er det vist flere utførelser av skilleveggene. I fig. 4 og 5 er gasskamrene 6 for oppvarming dannet av firkantede blokker 4.

I fig. 6 er gasskamrene 6 for oppvarming dannet av blokker 4 med form som en U. I fig. 7 er gasskamrene 6 for oppvarming dannet av sylindriske blokker. Reaksjonskammeret 5 kan være avgrenset av buede plater og ha en rund form slik som i fig. 7.

Som beskrevet ovenfor, i henhold til den foreliggende oppfinnelse, befinner reaksjonskammeret 5 og gasskamrene 6 for oppvarming seg henholdsvis ved midten og langs omkrets-partiet av den roterende ovn. Det førstnevnte og de sist-nevnte er isolert fra hverandre ved hjelp av de keramiske skillevegger. Forebrenningsvarme, som kan oppnås ved bruk av billig brensel,, overføres gjennom den keramiske skilleveggen, til materialene som skal behandles, som derfor ikke utsettes for noen som helst kjemisk påvirkning fra strømmen av

forbrenningsgass.

Ved bruk av en roterende ovn i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan det benyttes billig brennstoff for å oppnå høy temperatur. Gass med temperatur fra 1.600 - 1.800°C tilføres gasskamrene for oppvarming. Temperaturen i reaksjonskammeret 5 kan gå opp til 1.500°C eller mer, og temperaturen i materialene som oppvarmes indirekte kan gå opp til 1.400°C eller høyere. Ved bruk av en slik roterende ovn som beskrevet ovenfor kan pellet av krommalm, i hvilken er innblandet koks som karbonholdig reduksjonsmiddel, reduseres med en reduksjonsgrad på 95 % eller mer, mens det utelukkes enhver innvirkning fra oksyderende forbrenningsgasser. I det tilfellet at det benyttes en tradisjonell fremgangsmåte for direkte oppvarming for reduksjon av krommalmen, er reduk-sj onsgraden maksimalt omtrent 80 %.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes for oppvarming og behandling av materialer når kjemisk påvirkning fra forbrenningsgasser må utelukkes, slik som koksomdannelse av kull, høytemperaturoppvarming av aluminiumoksyd, silisiumkarbid, zirkoniumoksyd og lignende, høytemperatur-tørrplettering og lignende. Den foreliggende oppfinnelse er særlig fordelaktig for massebehandling.

Murverket i den roterende ovn er vist detaljert i fig. 3. Holdeblokkene 3 har på toppen et fremspring 3a, slik at to sideskuldre 3b er dannet langs sidene av fremspringet. Keramiske plater 4 er fast anbragt langs sideskuldrene.

Med hensyn til fastgjøring av de keramiske plater foretrekkes det at sideskuldrene 3b på holdeblokkene og sidekantene 4a på de keramiske plater har passende vinkel, for å hindre at platene løsner under rotasjonen. Med henvisning til fig. 1 benyttes keramiske plater anordnet i en sekskant for å danne reaksj onskammeret.

Med henvisning til fig. 4 - 7 er det vist flere utførelser av skilleveggen. I fig. 4 og 5 er gasskammerene 6 for oppvarming dannet av firkantede blokker 4. I fig. 6 er gasskamrene 6 for oppvarming dannet av blokker med U-form. I fig. 7 er gasskamrene 6 for oppvarming dannet av sylindriske blokker. Reaksjonskammeret 5 kan være avgrenset av buer, slik som i fig. 7.

Claims (3)

1. Roterende ovn med ekstern oppvarming, omfattende et rotasjonsdrevet ovnselement (20) som omfatter et langstrakt reaksjonkammmer (5) som har en innløpsåpning (15) gjennom hvilken materiale som skal varmebehandles tilføres samt en utløpsåpning (16) gjennom hvilket det varmebehandlede materialet tas ut, karakterisert ved at reaksjonskammeret (5) befinner seg i midten av ovnselementet (20) og avgrenses av varmebestandige, keramiske elementer (4) som skiller reaksjonkammeret (5) fra flere langstrakte gasskamre (6) for oppvarming som er dannet rundt reaksjonskammeret (5).

2. Ovn som angitt i krav 1, karakterisert ved at hvert gasskammer (6) er dannet av flere varmeisolerende blokker (2) som danner en foring langs innerflaten av en ytre stålmantel (1) på ovnselementet (20), holdeblokker (3) på hver side av de varmeisolerende blokker (2), idet holdeblokkene (3) er høyere enn de varmeisolerende blokker (2), samt en varme-bestandig, keramiske plate (4) som holdes av holdeblokkene (3) .

3. Ovn som angitt i krav 2, karakterisert ved at gasskamrene (6) er jevnt fordelt rundt reaksjonskammeret (5), slik at de keramiske plater (4) for hvert gasskammer (6) befinner seg nær reaksjonskammeret (5).