DE1295759B

DE1295759B - High-speed drum furnace for treating molten metal

Info

Publication number: DE1295759B
Application number: DED32928A
Authority: DE
Inventors: Wiseman Russel M
Original assignee: Diamond Shamrock Corp
Current assignee: Diamond Shamrock Corp
Priority date: 1959-03-23
Filing date: 1960-03-22
Publication date: 1969-05-22
Also published as: DK104632C; US3008701A; GB927549A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ofensystem unter Anwendung einer Trommel mit relativ hoher Umlaufgeschwindigkeit, in welcher Metallschmelzen in verschiedener Weise behandelt werden können.The invention relates to a furnace system using a drum with a relatively high circulation speed, in which metal melts in different Way can be treated.

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.It is known that such furnace systems with a rotating part and a fixed or stationary part with regard to the sealing of these two parts against each other and the cooling in the area of the hot discharge zone is considerable Present difficulties. For metallurgical operations, e.g. B. in the ironworkers Industry, or chemical engineering, has hitherto generally been slow-moving Drums or a short rotary kiln worked, with a mixing of the Surcharges and the molten metal in the manner of falling takes place. It was found however, that in such furnace systems the wear and tear of the refractory lining is extremely high, since the wear lining at times with the often aggressive Comes into contact with aggregates.

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.It is now evident that these difficulties can be kept to a minimum, if the furnace system is operated with a rotating drum at such a speed, that the metal melt in the form of a protective skin extends over the entire furnace wall extends. For this it is necessary that the rotational speed of the drum is so high that the forces involved are much greater than gravity, which acts on the molten metal at every point on the drum. So it will be a Avoid falling large amounts of molten metal into slow-running rotary furnaces. The furnace wall is permanently covered with molten metal without it becoming aggressive Aggregates exposed to combustion gases and flue gases.

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.It is already a facility (German Patent 518 682 and 564 793) for melting various substances, such as glasses and silicates, known, whereby a drum is surrounded by a moving or standing jacket and between Drum and jacket an air stream is blown for external cooling of the drum. These Air cooling takes place over the entire length of the drum and not just over one special area of the furnace. The discharge nozzle of the drum is water-cooled Mistake.

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.A rotary kiln is also known (German patent specification 441666), which discharges into a segment cooler connected to the rotary furnace. Through this Segment cooler flows fresh air for cooling. Located inside the segment cooler a shelter with a viewing hole for the furnace master and for the burner fittings, The rotary kiln is heated in countercurrent to the movement of the material. Between the walling of the protective space and the inner part of the segment cooler is located a slot that is to be cooled by the sucked in air. So it happens here a cooling of a rotating surface of the cooler compared to a stationary one Area of the shelter. A water cooling system is not provided here. Also acts this furnace is not a smelting furnace, but only a furnace or sintering furnace. The construction shown in the figures would be for molten Well not suitable.

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.In addition, it is known to use the mantle of rotary furnaces to cool by radially arranged cooling fins (German Patent 901877), the are therefore cooling rings in the type of surface cooling in internal combustion engines or from very old steam heaters. These systems have very significant disadvantages, as they completely prevent the furnace shell from working. You can do the stretching of the furnace shell, which can be considerable due to the expansion of the refractory lining do not have to participate without this very complex constructions, such as according to the German patent specification with a spring system and tensioning devices are.

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.With high-speed drums there are sealing and cooling problems in the area of the transition from the rotating part to the stationary part of the overall system particularly serious. A withdrawal of flame gases or even melt in the slot between the stationary surface and the rotating surface must be avoided under all circumstances will. The discharging part, especially where it protrudes into the standing furnace part, must be cooled particularly carefully to avoid any signs of wear and tear to keep it minimal.

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.With the device according to the invention, containing a drum furnace, which is emptied into a collection chamber, and two cooling systems, one cooling system in the area of the discharge end and the other cooling system in the area of the drum shell, flawless operational management and long furnace trips are made possible.

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.The invention relates to a high-speed drum furnace for treatment of molten metals, the retaining rings on the infeed side and on the discharge side having; a collecting chamber serves to receive and discharge the melt; the discharge end and the furnace shell are cooled by two cooling devices; it is characterized in that the stationary collecting chamber has a discharge end of the drum furnace has ring-shaped enclosing cooling device, which a) consists of a Cooling water jacket and b) an air chamber, which with the jacket of the fireproof lined and insulated plenum chamber are connected, the air chamber with the collecting chamber through an outlet slot and a cooling slot in connection and the cooling slot is located between the rotating jacket of the drum furnace located in the area of the discharge end and the stationary cooling water jacket; to its There is a guide ring on its rear side. On the drum shell cooling fins running parallel to the drum axis can be provided for cooling.

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.As mentioned, it is the furnace system according to the invention around one with a relatively fast-running drum. This means that the speed of rotation the drum is so high that the centrifugal force is approximately 6 to 8 times greater than the force of gravity acting on the molten metal. It is therefore that to be treated Well not overturned in the drum, but flows as a layer over the entire inner surface the furnace wall. This not only provides considerable protection for the fireproof Infeed against mechanical and chemical wear as a result of the in the drum occurring reactions achieved, but also a very good mixing of the Aggregates and melt guaranteed.

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.That which emerges over the edge of the jam in the area of the discharge end of the drum Good becomes as a result of the Centrifugal force emerge tangentially into the collecting chamber and sink to the bottom from where it can be carried out. Due to the extensive When the discharge end of the drum is cooled, a build-up of it occurs Extent that the material solidified in the outlet opening has an excellent Represents wear protection for the drum.

Die Erfindung soll an Hand der Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to the figures.

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.F i g. 1 is a vertical section of a device according to the invention with drum furnace and collecting chamber; F i g. 2 is a partially enlarged section the cooling device on the stationary part of the furnace system; F i g. 3 and 4 show in Top view and cross section of the furnace area at the transition of the rotating parts the fixed part.

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.The drum furnace 2 rotatable about its axis in FIG. 1 encloses the reaction zone 6 for the metallurgical treatment of the metals and consists of the furnace shell 18, lined with the insulation 20 and the refractory lining 22. The material to be treated is introduced at the feed opening 4 and emptied via the discharge 8 into the collecting chamber 10. Before exiting the reaction space, the material is held back with the aid of a retaining edge 24. In order to prevent the goods from running out to the rear, the refractory lining 22 also has a retaining edge 26 in the area of the feed opening 4.

Die Drehung der Trommel geschieht über zwei Zahnkränze 16, die über Lagerrollen 14 laufen.The drum is rotated by means of two toothed rims 16 which run over bearing rollers 14 .

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.The material coming from the reaction zone 6 via the storage edge 24 through the discharge 8 into the collecting chamber 10 is discharged via the tapping nozzle 12 . The collecting chamber 10 is made up of a steel jacket 28, lined with an insulating layer 30 and lined with a refractory material 32. The collecting chamber 10 is followed by a chimney 34 for discharging the gases emerging from the drum. Finally, there is also a working opening 36 in the axis of the drum.

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.The inlet opening for the drum in the masonry of the collecting chamber is surrounded over the entire circumference with an annular cooling water jacket138; it is attached to the jacket 28 of the collecting chamber 10 and thus belongs to the stationary or fixed part of the furnace system.

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.The cooling system is shown in FIG. 2 shown more clearly. The cooling water jacket 38 has four segments in the example, but can also be in one piece. Each segment is provided with a water inlet 39 and outlet 40 . The water supply 39 is located at the lowest point of each segment, the discharge 40 in each case opposite at the highest point. In order to ensure unimpeded rotation of the drum in the water jacket, there is a certain distance between this and the rotating jacket 18 of the drum.

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. Behind the collecting chamber there is an air chamber which is fixedly mounted on the stationary part of the furnace system, namely on the collecting chamber, to be precise via mounting arms 44 which are fastened to the steel jacket 28 via bolts 46. The air chamber 42 has an extension 45 into which a feed pipe 47 opens; with the aid of a pump or a compressor (not shown) air is introduced through this. In the air nozzle 47 there can be a partition wall 49 to improve the air distribution via the air cooling system. The air entering the chamber 42 passes through the exit slit 48 in the cooling slot 64 between the water jacket and the jacket 18 of the drum 2. The air flowing through the air slot 64 thus sweeps over the discharge end of the drum and leads to its cooling. At the same time, the heat from the discharge end of the drum is shielded on the cooling water jacket 38.

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.The size of the slot 48 is dependent on the volume of the air chamber 42 and the entry speed of the air into this chamber; with a constant air volume within the slot 64 in the air chamber 42 , a certain overpressure should be ensured at all times. If the air pressure within the air chamber 42 is not constant and drops sharply at times, this can lead to a flashback of the hot flame gases from the collecting chamber 10 into the air cooling system and cause malfunctions and premature wear.

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.In order to allow the drum to move freely under the air chamber, but to prevent the air from escaping backwards from the air chamber 42 against the drum shell, a baffle plate or a guide ring 66 is arranged behind the slot 48. It is mounted on the furnace shell 18 and thus belongs to the rotating system.

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.The cooling system in the area of the discharge end of the furnace local masonry kept relatively cool, so that it was already a minor one The treated material solidifies in this furnace zone. It is imagined Protective coating of the treated goods in the area of the discharge end and thus sets significantly reduces the wear and tear of the furnace lining.

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.In order to achieve better cooling of the furnace shell, a further cooling system is provided on the rotating furnace part. Cooling fins 68 are attached to the drum shell parallel to the drum axis. They lead to a fan-like air movement when the drum rotates and thus to an increase in the cooling effect. For example, 12 cooling fins arranged around the circumference at an angle of 30 ° have proven to be expedient.

Claims

Claims: 1. High-speed drum furnace for the treatment of metal melts, which has retaining rings on the feed side and on the discharge side, with a collecting chamber for receiving and discharging the melt as well as cooling in the area of the discharge end of the drum furnace, characterized in that the stationary collecting chamber (10) has a the discharge end (8) of the drum furnace (2) has a ring-shaped surrounding cooling device, which consists of a) a cooling water jacket (38) and b) an air chamber (42) which are connected to the jacket (28) of the refractory lined and insulated collecting chamber, wherein the air chamber communicates with the collecting chamber through an outlet slot (48) and a cooling slot (64) and the cooling slot is located between the jacket (18) of the drum furnace (2) in the region of the discharge end and the stationary cooling water jacket (38), and is limited on its rear side by a guide ring (66) on the jacket (18) of the drum furnace.

2. Device according to claim 1, characterized in that on the drum shell (18) parallel cooling fins (68) extending to the drum axis are provided.