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Die Erfindung betrifft ein Ofensystem unter Anwendung einer Trommel
mit relativ hoher Umlaufgeschwindigkeit, in welcher Metallschmelzen in verschiedener
Weise behandelt werden können.
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Es ist bekannt, daß derartige Ofensysteme mit einem rotierenden Teil
und einem feststehenden oder stationären Teil hinsichtlich der Abdichtung dieser
beiden Teile gegeneinander und der Kühlung im Bereich der heißen Austragzone beträchtliche
Schwierigkeiten bieten. Für metallurgische Operationen, z. B. in der eisenschaffenden
Industrie oder chemischen Technik, wurde bisher im allgemeinen mit langsam laufenden
Trommeln oder einem kurzen Drehrohrofen gearbeitet, wobei eine Durchmischung der
Zuschläge und der Metallschmelzen in der Art des Stürzens erfolgt. Es zeigte sich
jedoch, daß bei derartigen Ofensystemen der Verschleiß der feuerfesten Zustellung
außerordentlich hoch ist, da das Verschleißfutter zeitweise mit den oft aggressiven
Zuschlagstoffen in Berührung kommt.
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Es zeigt sich nun, daß man diese Schwierigkeiten gering halten kann,
wenn man das Ofensystem mit einer Drehtrommel solcher Geschwindigkeit betreibt,
daß die Metallschmelze in Form einer schützenden Haut sich über die gesamte Ofenwandung
erstreckt. Hierfür ist es erforderlich, daß die Umlaufgeschwindigkeit der Trommel
so hoch ist, daß die dabei auftretenden Kräfte wesentlich größer sind als die Schwerkraft,
die auf die Metallschmelze an jedem Punkt der Trommel einwirkt. Es wird also ein
Stürzen von größeren Mengen der Metallschmelze in langsam laufenden Rotieröfen vermieden.
Die Ofenwandung ist dauernd mit Metallschmeize bedeckt, ohne daß sie den aggressiven
Zuschlagstoffen, den Feuerungsgasen und Abgasen ausgesetzt ist.
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Es ist bereits (deutsche Patentschrift 518 682 und 564 793) eine Einrichtung
zur Erschmelzung verschiedener Substanzen, wie Gläser und Silicate, bekannt, wobei
eine Trommel mit einem mitlaufenden oder stehenden Mantel umgeben ist und zwischen
Trommel und Mantel ein Luftstrom zur Außenkühlung der Trommel geblasen wird. Diese
Luftkühlung erfolgt über die gesamte Länge der Trommel und nicht nur über einen
speziellen Bereich des Ofens. Der Austragstutzen der Trommel ist mit einer Wasserkühlung
versehen.
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Auch ist ein Drehrohrofen bekannt (deutsche Patentschrift 441666),
der in einen an den Rotierofen anschließenden Segmentkühler austrägt. Durch diesen
Segmentkühler strömt Frischluft zur Kühlung. Innerhalb des Segmentkühlers befindet
sich ein Schutzraum mit Schauloch für den Ofenmeister und für die Brennerarmaturen,
die Beheizung des Drehrohrofens erfolgt im Gegenstrom zu der Gutbewegung. Zwischen
der Ummauerung des Schutzraumes und dem Innenteil des Segmentkühlers befindet sich
ein Schlitz, der durch die angesaugte Luft gekühlt werden soll. Es erfolgt also
hier eine Kühlung einer rotierenden Fläche des Kühlers gegenüber einer stationären
Fläche des Schutzraumes. Ein Wasserkühlsystem ist hier nicht vorgesehen. Auch handelt
es sich bei diesem Ofen nicht um einen Schmelzofen, sondern lediglich um einen Brenn-
oder Sinterofen. Die in den Figuren gezeigte Konstruktion wäre für schmelzflüssiges
Gut nicht geeignet.
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Darüber hinaus ist es bekannt, den Mantel von Rotieröfen mit Hilfe
von radial angeordneten Kühlrippen zu kühlen (deutsche Patentschrift 901877), das
sind also Kühlringe in der Art der Oberflächenkühlung bei Verbrennungsmotoren oder
von ganz alten Dampfheizungen. Diese Systeme besitzen sehr wesentliche Nachteile,
da sie ein Arbeiten des Ofenmantels vollständig unterbinden. Sie können die Dehnung
des Ofenmantels, die wegen der Dehnung der feuerfesten Zustellung beträchtlich sein
muß, nicht mitmachen, ohne daß hierfür sehr aufwendige Konstruktionen, wie beispielsweise
nach der deutschen Patentschrift mit einem Federsystem und Spannvorrichtungen, erforderlich
sind.
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Bei schnellaufenden Trommeln sind die Abdichtungs- und Kühlprobleme
im Bereich des übergangs von dem rotierenden Teil zum stationären Teil der Gesamtanlage
besonders gravierend. Ein Rücktritt von Flammengasen oder gar Schmelze in den Schlitz
zwischen stationärer Fläche und rotierender Fläche muß unter allen Umständen vermieden
werden. Das Austragende, insbesondere dort, wo es in den stehenden Ofenteil ragt,
muß besonders sorgfältig gekühlt werden, um alle Verschleißerscheinungen möglichst
minimal zu halten.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, enthaltend einen Trommelofen,
der in eine Sammelkammer entleert wird, und zwei Kühlsysteme, und zwar ein Kühlsystem
im Bereich des Austragendes und das andere Kühlsystem im Bereich des Trommelmantels,
wird eine einwandfreie Betriebsführung und lange Ofenreisen ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft einen schnellaufenden Trommelofen zum Behandeln
von geschmolzenen Metallen, der an der Aufgabeseite und am Austragende Stauringe
aufweist; eine Sammelkammer dient zur Aufnahme und Austragung für die Schmelze;
das Austragende und der Ofenmantel werden durch zwei Kühlvorrichtungen gekühlt;
sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Sammelkammer eine das Austragende
des Trommelofens ringförmig umschließende Kühleinrichtung aufweist, die a) aus einem
Kühlwassermantel und b) einer Luftkammer besteht, welche mit dem Mantel der feuerfest
zugestellten und isolierten Sammelkammer verbunden sind, wobei die Luftkammer mit
der Sammelkammer durch einen Austrittsschlitz und einen Kühlschlitz in Verbindung
steht und der Kühlschlitz sich zwischen dem rotierenden Mantel des Trommelofens
im Bereich des Austragendes und dem stationären Kühlwassermantel befindet; zu dessen
Begrenzung befindet sich an seiner rückwärtigen Seite ein Leitring. Auf dem Trommelmantel
können zur Kühlung parallel zur Trommelachse verlaufende Kühlrippen vorgesehen sein.
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Wie erwähnt, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Ofensystem
um ein solches mit relativ schnellaufender Trommel. Dies bedeutet, daß die Umlaufgeschwindigkeit
der Trommel so hoch ist, daß die Zentrifugalkraft ungefähr 6- bis 8mal größer ist
als die Schwerkraft, die auf die Metallschmelze wirkt. Es wir daher das zu behandelnde
Gut in der Trommel nicht gestürzt, sondern fließt als Schicht über die gesamte Innenfläche
der Ofenwandung. Damit wird nicht nur ein beträchtlicher Schutz der feuerfesten
Zustellung gegenüber mechanischem und chemischem Verschleiß infolge der in der Trommel
stattfindenden Reaktionen erreicht, sondern auch eine sehr gute Durchmischung der
Zuschlagstoffe und Schmelze gewährleistet.
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Das über den Staurand im Bereiche des Austragendes der Trommel austretende
Gut wird infolge der
Fliehkraft tangential in die Sammelkammer austreten
und dort zu Boden sinken, von wo es ausgetragen werden kann. Durch die weitgehende
Kühlung des Austragendes der Trommel erfolgt eine Ansatzbildung zu einem solchen
Ausmaß, daß das in der Austrittsöffnung erstarrte Material einen hervorragenden
Verschleißschutz für die Trommel darstellt.
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Die Erfindung soll an Hand der Figuren näher erläutert werden.
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F i g. 1 ist ein senkrechter Schnitt einer Vorrichtung nach der Erfindung
mit Trommelofen und Sammelkammer; F i g. 2 ist ein teilweise vergrößerter Schnitt
der Kühlvorrichtung am stationären Teil des Ofensystems; F i g. 3 und 4 zeigen in
Draufsicht und Querschnitt den Ofenbereich beim Übergang der rotierenden Teile zu
dem feststehenden Teil.
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Der um seine Achse drehbare Trommelofen 2 in F i g. 1 umschließt die
Reaktionszone 6 für die metallurgische Behandlung der Metalle und besteht aus dem
Ofenmantel 18, ausgekleidet mit der Isolierung 20 und der feuerfesten
Zustellung 22. Das zu behandelnde Gut wird bei der Aufgabeöffnung
4 eingebracht und über die Austragung 8 in die Sammelkammer 10 entleert.
Vor dem Austritt aus dem Reaktionsraum wird das Gut mit Hilfe eines Staurandes 24
zurückgehalten. Um ein rückwärtiges Auslaufen des Gutes zu verhindern, weist die
feuerfeste Zustellung 22 auch im Bereich der Aufgabeöffnung 4
einen
Staurand 26 auf.
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Die Drehung der Trommel geschieht über zwei Zahnkränze 16,
die über Lagerrollen 14 laufen.
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Das aus der Reaktionszone 6 über den Staurand 24 durch die
Austragung 8 in die Sammelkammer 10
gelangende Gut wird über den Abstichstutzen
12 ausgetragen. Die Sammelkammer 10 ist aufgebaut aus einem Stahlmantel
28, ausgekleidet mit einer Isolierschicht 30 und zugestellt mit einem feuerfesten
Material 32. An die Sammelkammer 10 schließt sich ein Schornstein 34 zur
Abführung der aus der Trommel austretenden Gase an. Schließlich findet sich noch
in der Achse der Trommel eine Arbeitsöffnung 36.
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Die Eintrittsöffnung für die Trommel im Mauerwerk der Sammelkammer
ist über den ganzen Umfang mit einem ringförmigen Kühlwassermante138 umgeben; er
ist an dem Mantel 28 der Sammelkammer 10 befestigt und gehört somit
dem stationären oder feststehenden Teil der Ofenanlage an.
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Das Kühlsystem ist in F i g. 2 deutlicher gezeigt. Der Kühlwassermantel
38 besitzt im Beispielsfalle vier Segmente, kann jedoch auch einteilig sein. Jedes
Segment ist mit einer Wasserzuführung 39 und -abführung 40 versehen. Die
Wasserzuführung 39 befindet sich an der tiefsten Stelle jedes Segments, die
Abführung 40 jeweils entgegengesetzt an der höchsten Stelle. Um eine ungehinderte
Drehbewegung der Trommel in dem Wassermantel sicherzustellen, besteht zwischen diesem
und dem rotierenden Mantel 18 der Trommel ein gewisser Abstand.
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Hinter der Sammelkammer befindet sich eine Luftkammer, die am stationären
Teil des Ofensystems, nämlich an der Sammelkammer fix montiert ist, und zwar über
Montagearme 44, die über Bolzen 46 an dem Stahlmantel 28 befestigt sind.
Die Luftkammer 42 weist eine Erweiterung 45, in welche ein Zuleitungsstutzen
47 mündet, auf; mit Hilfe einer Pumpe oder eines Kompressors (nicht gezeigt)
wird durch diese Luft eingeleitet. In dem Luftstutzen 47 kann sich eine Trennwand
49 zur Verbesserung der Luftverteilung über das Luftkühlsystem befinden.
Die in die Kammer 42 eintretende Luft gelangt über den Austrittsschlitz
48 in den Kühlschlitz 64 zwischen dem Kühlwassermantel und dem Mantel
18 der Trommel 2. Die durch den Schlitz 64 strömende Luft bestreicht
somit das Austragende der Trommel und führt zu dessen Kühlung. Gleichzeitig erfolgt
eine Abschirmung der Wärme aus dem Austragende der Trommel auf den Kühlwassermantel
38.
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Die Größe des Schlitzes 48 ist abhängig von dem Volumen der
Luftkammer 42 und der Eintrittsgeschwindigkeit der Luft in diese Kammer,
es soll bei einem konstanten Luftvolumen innerhalb des Schlitzes 64 in der
Luftkammer 42 zu jeder Zeit ein gewisser Überdruck gewährleistet sein. Ist
der Luftdruck innerhalb der Luftkammer 42 nicht konstant und sinkt zeitweise stark
ab, so kann dies zu einem Rückschlagen der heißen Flammengase aus der Sammelkammer
10 in das Luftkühlsystem führen und Störungen und vorzeitigen Verschleiß
hervorrufen.
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Um zwar eine freie Bewegung der Trommel unter der Luftkammer zu gestatten,
jedoch ein Austreten der Luft aus der Luftkammer 42 nach rückwärts gegen den Trommelmantel
zu vermeiden, ist hinter dem Schlitz 48 eine Prallplatte oder ein Leitring
66
angeordnet. Er ist an dem Ofenmantel 18 montiert und gehört damit
dem rotierenden System an.
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Durch das Kühlsystem im Bereiche des Austragendes des Ofens wird das
dortige Mauerwerk relativ kühl gehalten, so daß es bereits zu einem geringfügigen
Erstarren des behandelten Gutes in dieser Ofenzone kommt. Es bildet sich somit ein
Schutzüberzug des behandelten Gutes im Bereich des Austragendes und setzt damit
den Verschleiß des Ofenfutters wesentlich herab.
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Um eine bessere Kühlung des Ofenmantels zu erreichen, ist ein weiteres
Kühlsystem an dem rotierenden Ofenteil vorgesehen. Am Trommelmantel sind Kühlrippen
68 parallel zur Trommelachse befestigt. Sie führen zu einer ventilatorartigen
Luftbewegung bei Umlauf der Trommel und damit zur Erhöhung der Kühlwirkung. Als
zweckmäßig erwiesen sich beispielsweise 12 über den Umfang in einem Winkel von 30°
angeordnete Kühlrippen.