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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalzinieren von Kalkstein
zu schwefelarmem Kalk und eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Es ist bekannt, Kalkstein, der im wesentlichen aus kohlensaurem Kalzium
besteht, dadurch zu gebranntem Kalk zu reduzieren, daß der Kalkstein während einer
vorbestimmten Zeitdauer einer hohen Erhitzung oder Erwärmung ausgesetzt wird. Der
so gebildete gebrannte Kalk kann dann in verschiedener Weise verwendet werden, beispielsweise
auch bei der Erzeugung von Stahl.
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Fast alle Kalksteine enthalten einen gewissen Prozentsatz von Schwefel,
der im allgemeinen ungefähr 0,09 Gewichtsprozent des Kalksteines ausmacht. Bei der
Verwendung eines sogenannten Brassert-Ofens für die Umstellung von Stahl, d. h_
eines von der schweizerischen Firma Brassert Oxygen Technik AG lizensierten Ofens,
ist jedoch eine der Voraussetzungen, daß der benutzte Kalk einen sehr niedrigen
Schwefelgehalt von weniger als ungefähr 0,03 Gewichtsprozent des Kalkes aufweist.
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Die USA.-Patentschrift 3 050 298 zeigt bereits ein Brennverfahren
und eine Einrichtung, um aus Kalkstein gebrannten Kalk zu erzeugen. Ein dort erwähnter
Verfahrensschritt besteht in der Verwendung von heißen Verbrennungsgasen, um die
dem Drehherd zugeführte Kalksteincharge vorzuwärmen. Es wurde nun festgestellt,
daß bei Verwendung des Verfahrens und der Einrichtung nach der obenerwähnten USA.-Patentschrift
ohne das Vorwärmen des Kalksteines mit Hilfe von Abgasen ein Kalk erzeugt werden
kann, dessen Schwefelgehalt bei ungefähr 0,015% liegt. Zwar ist ein gebrannter Kalk
mit einem solchen Schwefelgehalt für die Verwendung des sogenannten Sauerstofflanzenverfahrens
bei der Stahlherstellung ohne weiteres befriedigend, doch ist die Brennstoffwirtschaftlichkeit
bei diesem Verfahren zur Erzeugung von gebranntem Kalk so schlecht, daß das Verfahren
für die praktische Anwendung zu teuer wird. Es wurde ferner festgestellt, daß bei
mangelnder Vor- . wärmung der dem Herd zugeführten Kalksteincharge die Kalksteinbrocken
splittern und zerbrechen und daher eine geringere Qualität aufweisen, wenn sie auf
den eine hohe Temperatur aufweisenden Drehherd in der Brennzone auftreffen. Damit
ist also nicht , nur der Brennstoffwirkungsgrad außerordentlich schlecht, sondern
es ergibt sich auch ein großer Verlust an Kalkstein, wenn das Verfahren ohne Vorwärmen
des Kalksteines mit Abgasen durchgeführt wird. Aus diesen Gründen ist es zur praktischen
Durchführung des Verfahrens notwendig, die Kalksteincharge vor dem Zuführen zum
Herd zu erwärmen. Wenn jedoch die Charge auf diese Weise vorgewärmt wird, wurde
festgestellt, daß der sich dann ergebende gebrannte Kalk einen Schwefelgehalt von
0,098 Gewichtsprozent hat, was, wie bereits erwähnt, für die Verwendung bei der
Stahlerzeugung gemäß dem vorerwähnten Verfahren ganz ungeeignet ist. Die Abgase
bei dem in dem obenerwähnten USA.-Patent angegebenen Verfahren haben eine Temperatur
von ungefähr 538° C.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
mit dessen Hilfe eine wirtschaftliche Vorwärmung des Kalksteins so vorgenommen werden
kann, daß der gebrannte Kalk einen niedrigen Schwefelgehalt aufweist. Bevor auf
die Lösung dieser Aufgabe näher eingegangen wird, sei auf folgendes verwiesen: Es
wurde festgestellt, daß der Kalkstein bis oberhalb einer minimalen Temperatur von
ungefähr 121° C vorgeheizt werden muß, um eine Verschlechterung des Kalksteines
durch Absplittern und Zerbrechen zu verhindern. Es wurde ferner gefunden, daß der
sich ergebende gebrannte Kalk einen außerordentlich hohen Schwefelgehalt dann hat,
wenn die Abgase bei einer Temperatur unterhalb 343° C in Berührung mit dem dem Herd
zugeführten Kalkstein gebracht werden, und daß der erzeugte gebrannte Kalk einen
sehr niedrigen Schwefelgehalt hat, wenn andererseits die Temperatur der Abgase,
die auf den Kalkstein einwirken, oberhalb ungefähr 343° C liegt, da dann offenbar
kein Schwefel abgelagert wird.
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Gemäß der Erfindung wird daher die obenerwähnte Aufgabe dadurch gelöst,
daß man den frischen Kalkstein vor Eintritt in die eigentliche Kalzinierungszone
in langgestreckten Vorheizzonen zunächst bis etwa 343° C durch indirekten, dann
durch direkten Wärmeaustausch mit den Kalzinierungsgasen aufheizt.
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Dieses neue Verfahren zum Brennen von Kalkstein hat einen höheren
Wirkungsgrad als die bekannten Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt
ferner einen gebrannten Kalk mit einem sehr niedrigen Schwefelgehalt, während gleichzeitig
ein Absplittern und Zerbrechen des Kalksteines vermieden wird. Durch dieses erfindungsgemäße
Verfahren wird im besonderen ein Kalk erzeugt, der günstig beim Sauerstofflanzenverfahren
zum Herstellen von Stahl verwendet werden kann. Ferner wurde gemäß der Erfindung
eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß im Kalzinierungsschachtofen über dem eigentlichen
Kalzinierungsherd eine Zone vorgesehen ist; in der Wärmetauscherrohre angehängt
sind, durch die der Kalkstein zugeführt wird, und däß in dem Raum um die Wärmetauscherrohre
Rohre zur Abführung vorgesehen sind.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch die
erfindungsgemäße Einrichtung, wobei einzelne Teile abgebrochen sind, F i g. 2 einen
Schnitt gemäß Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie 3-3 der
F i g. 2, F i g. 4 einen Schnitt gemäß Linie 4-4 der F i g. 2, F i g: 5 einen Schnitt
durch einige der Wärmetauscherrohre zur Darstellung der Anordnung der Rippen und
Prallglieder, F i g. 6 einen Schnitt durch ein Wärmetauscherrohr zur Darstellung
eines Steinwendekasten in einem solchen Rohr.
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Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist die Einrichtung auf einem
Boden 10 angeordnet. Ein als Ganzes mit 16 bezeichneter Drehherd weist Arme 12 auf,
an denen Tragrollen 14 angeordnet sind. Diese Rollen laufen auf Schienen 20 des
Bodens 10. Ein Gestell 18 des Herdes 16 trägt zwei Schichten aus Stahl 22 und 24
und ferner Schichten 26 und 28 aus einem feuerfestem Material, wobei die obere Schicht
28 den zu brennenden Kalkstein aufnimmt. Ferner ist ein Traggestell 30 vorgesehen,
das ein Gehäuse mit den Seitenwänden 34 und der Oberwand 36 trägt, das aus einem
geeigneten wetterfesten Material besteht. Zwischen dem Gehäuse und dem Drehherd
16 ist eine Quecksilberabdichtung 38 vorgesehen, um
den Austritt
von Verbrennungsgasen zu verhindern. Da im übrigen derartige Drehöfen bekannt sind
und sie keinen Teil der Erfindung bilden, wird auf ihre Konstruktion nicht näher
eingegangen.
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Wie insbesondere aus den F i g.1 bis 3 hervorgeht, hat die Einrichtung
gemäß der Erfindung einen Vorwärmturm, der als Ganzes mit 82 bezeichnet ist und
der eine Wand aus einer Lage 84 aus einem gießbaren Material besonders hoher Festigkeit
und eine äußere Abdeckung 86 in der Art einer Blockisolierung hat. Das obere Ende
des Vorwärmturmes 82 hat einen Einlaß 88, durch den der zu brennende Kalkstein einem
Vorratsraum zuführbar ist, der als Ganzes mit 90 bezeichnet ist. Innerhalb
des Vorwärmturmes sind unterhalb des Lagervorratsraumes 90 eine Vielzahl von Gruppen
92, 94, 96, 98 und 100 (F i g. 3) aus Wärmetauscherrohren 102 so angeordnet, daß
der Kalkstein aus dem Vorratsraum 90 und durch die Wärmetauscherrohre 102 nach unten
hindurchfallen kann. Um nun eine richtige Verteilung des Kalksteines auf dem ringförmigen
Herd sicherzustellen, hat die äußere Gruppe 92 eine größere Zahl von Wärmetauscherrohren
102 als die innere Gruppe 100. Wie sich besonders deutlich aus F i g. 5 und 6 ergibt,
haben die einzelnen Wärmetauscherrohre 102 eine Vielzahl von Rippen 104, die sich
radial nach außen und in Längsrichtung der einzelnen Rohre erstrecken. Beispielsweise
können auf dem Umfang der einzelnen Rohre im Abstand acht Rippen angeordnet sein.
Wie weiter unten näher erklärt wird, ergeben die Rippen 104 einen guten Wärmeaustausch
zwischen den Wärmetauscherrohren 102 und dem diese umgebenden Abgasen. Die Wärmetauscherrohre
102 bilden die anfängliche oder erste Wärmetauscherzone, in der die Gase auf einer
Temperatur unterhalb ungefähr 343° C sind, wie dies weiter unten noch beschrieben
wird.
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Die einzelnen Wärmetauscherrohre 102 haben einen sich nach außen erstreckenden
Vorsprung 101, der als Steinumwendkasten bezeichnet werden kann und der dazu dient,
ein Verstopfen der Rohre durch die Steine zu verhindern. Zwischen den einzelnen
Gruppen von benachbarten Wärmetauscherrohren 102 sind einstellbare Prallglieder
103 (F i g. 5) angeordnet, die auf den Rippen 104 so gehalten sind, daß die Abgase
auf die Rippen zugerichtet werden, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den Gasen
und den Rippen begünstigt wird. Wie deutlich aus den F i g. 1 bis 4 hervorgeht,
wird der Kalkstein nach Verlassen der Wärmetauscherrohre 102 und nach seiner ersten
Vorwärmung einer Zone zugeführt, die als Ganzes mit 106 bezeichnet ist, in der dann
eine weitere Vorwärmung vorgenommen wird, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Unterhalb der Zone 106 ist eine Vielzahl von Behältern 108 angeordnet, die im Abstand
quer zum Boden des Vorwärmturmes 82 angeordnet sind und die durch Kanäle 110 mit
zugehörigen Verteilern 112 verbunden sind. Nach dem Durchgang durch die Wärmetauscherrohre
102 und der Ankunft in der Zone 106 wird der Kalkstein durch die Behälter 108 und
die Kanäle 110 an die Verteiler 112 weitergeleitet, die eine verhältnismäßig dünne
Kalksteinschicht auf dem sich bewegenden Drehherd 16 verteilen.
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Der Vorwärmturm 82 hat ferner eine Öffnung 114, die mit dem unteren
Ende der Zone 106 verbunden ist. Ferner kann ein Kamin 116, der sich durch die Oberwand
36 des Gehäuses hindurch erstreckt, die Abgase der Öffnung 114 zuführen. Durch die
Turmwand erstrecken sich eine Vielzahl von Rohren 118 hindurch (F i g. 2 und 3),
die sich in die Räume zwischen den Gruppen von Wärmetauscherrohren 102 öffnen. Alle
diese Rohre 118 sind mit einem Verteiler 120 verbunden. Der Verteiler 120 ist über
eine Abgasleitung 122 mit einem nicht dargestellten Abgasgebläse verbunden. Es ergibt
sich so, daß bei laufendem Abgasgebläse Abgase von dem durch die Wände 34 und 36
gebildeten Innenraum des Gehäuses und dem Herd 16 durch den Kamin 116 und durch
die Öffnung 114 so hindurchgesaugt werden, daß die Abgase nach oben durch die Zone
106 und dann durch die von den Wärmetauscherrohren eingenommenen Räume die Rohre
118, den Verteiler 120, die Leitung 122 und das Abgasgebläse zur Atmosphäre ausgeblasen
werden.
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Wie bereits erwähnt, haben die in den Kamin 116 eintretenden Abgase
eine Temperatur von ungefähr 538° C. Wenn nun diese Abgase bei einer Temperatur
von über 343° C in Berührung mit dem Kalkstein gebracht werden, wurde festgestellt,
daß der anschließend erzeugte gebrannte Kalk einen sehr niedrigen Schwefelgehalt
hat. Wenn andererseits die Abgase mit einer Temperatur von unterhalb ungefähr 343°
C in Berührung mit dem Kalkstein gebracht werden, so hat der sich ergebende gebrannte
Kalk einen außerordentlich hohen Schwefelgehalt. Aus den obigen Ausführungen ergibt
sich, daß die Temperatur der nach oben durch den Vorwärmturm 82 strömenden Abgase
allmählich abnimmt. Die Nähe der Wärmetauscherrohre 102 und ihre Anordnung im Vorwärmturm
82 wird nun so gewählt, daß die mit dem Kalkstein in der Zone 106 unterhalb der
Wärmetauscherrohre 102 in Berührung kommenden Abgase eine Temperatur über 343° C
haben. Ferner wird die Länge der Wärmetauscherrohre 102 so gewählt, daß im wesentlichen
die ganze verwendbare Wärme der Abgase auf den Kalkstein übergeht.
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Infolge des Wärmeaustausches zwischen den Wärmetauscherrohren 102
und den Abgasen und ferner zwischen den Wärmetauscherrohren 102 und dem hindurchgehenden
Kalkstein wird die in dem Abgas enthaltene Wärme auf dem Kalkstein ohne direkte
Berührung zwischen Kalkstein und Abgas übertragen. Da ein Absaugdruck vorgesehen
ist, strömt im wesentlichen das ganze Abgas nach oben durch den Raum außerhalb der
Wärmetauscherrohre, und es tritt im wesentlichen kein Abgas in diese Wärmetauscherrohre
ein und entströmt nach oben durch diese Rohre.
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Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Hilfe der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung wird bei sich drehendem
Drehherd 16 mit Hilfe der Verteiler 112 eine dünne Schicht aus vorgewärmtem Kalkstein
auf dem Herd verteilt. Das Abgasgebläse saugt Abgase aus dem Herdgehäuse durch den
Kamin 116 und durch die Öffnungen 114 in die Zone 106, so daß nun die Abgase unmittelbar
in Berührung mit dem Kalkstein in dieser Zone kommen. Während der Aufwärtsbewegung
der Abgase durch den Vorwärmturm 82 nimmt ihre Temperatur allmählich ab. Gemäß der
Erfindung sind die unteren Enden der Wärmetauscherrohre 102 so angeordnet, daß die
Temperatur des Gases in der Zone 106 oberhalb ungefähr 343° C ist. Wenn das Abgas
die Zone 106 verläßt, wird das Abgas mit Hilfe von Prallgliedern 103 in Wärmetauschbeziehung
zu
den Rippen 104 der Wärmetauscherrohre 102 gebracht, so daß nun der nach unten durch
die Wärmetauscherrohre hindurchgehende Kalkstein ohne direkte Berührung mit dem
Abgas erwärmt wird. Gemäß der Erfindung haben die Wärmetauscherrohre 102 eine solche
Länge, daß im wesentlichen die ganze verwendbare Wärme der Abgase zur Vorwärmung
des Kalksteines benutzt wird.