HIGH PERFORMANCE MELTING FURNACE FOR MELTING CORROSIVE MINERAL MATTER WITH SHARP VISCOSITY CURVES

Abstract: 1. A melting furnace of high efficiency for the melting of aggressive mineral materials having steep viscosity curves, comprising means for feeding the mixture onto the molten mass (16) and at least one outlet for discharging the molten mass, electrodes (4) for supplying electrical energy to the molten mass, which electrodes are embedded in a vertical position into the bottom (1) of the trough and extend into the molten mass (16) to at least a point close to one half of the bath depth, and burners (5) including regenerative air heaters (12) in the walls above the molten mass, with the furnace having a substantially rectangular horizontal plan and a roof arch or crown (9) spans the space from one longitudinal wall (2) to the other longitudinal wall (2), characterized in that the outlet (13) or the outlets (13) stands or stand up, respectively, from the bottom (1) of the trough and have their upper edge (17), each reaching to a point close to the surface level of the molten mass ; that the electrodes (4) have a spacing from the walls (2 and 3) which provides for the formation of a relatively cool melt or glass layer ; the longitudinal and/or transverse walls (2 or 3) extend to be inclined in outward direction from the bottom to the top in the region above the molten mass, a step (11) protruding over the melt bath (16), and extend in vertical direction starting from said step ; and that the roof arch (9) includes at the longitudinal walls (2) a step (10) protruding over the melt bath, with the inner surface of the roof arch starting to rise at said step.

Description: Schmelzofen hoher Leistung für das Schmelzen aggressiver Mineralstoffe mit steiler Viskositätskurve Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen hoher Leistung für das Schmelzen aggressiver Stoffe mit stei 1m Viskositätskurven, mit Mitteln zur Aufgabe des Gemenges auf die Schmelze und einem Auslass zur Abführung der Schmelze, mit Elektroden zur Zuführung von elektrischer Energie zur Schmelze und Brennern oberhalb der Schmelze, der einen vorzugsweise eckigen Grundriss aufweist, wobei ein Gewölbe den Zwischenraum von Längswand zu Längswand überspannt. Es.ist bereits bekannt, mineralische Stoffe und Glas in öfen zu erschmelzen, die sowohl oberhalb des Gemenges konventionell mit Brennern und regenerativ vorgewärmter Luft als auch mit in das Schmelzbad eintauchenden Elektroden arbeiten. Diese bekannten Schmelzwannen weisen aber den Nachteil auf, dass sie aufgrund ihrer Konstruktion nicht dazu geeignet sind, hoch aggressive Stoffe zu Schmelzen und insbesondere solche Gemische aufzuschmelzen, die einerseits einen Schmelzbereich bei relativ hoher Temperatur haben und dabei andererseits eine sehr steile Viskositätskurve und eine relativ niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Unter steiler Viskositätskurve ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass geringen Temperaturänderungen hohe Viskositätsänderungen gegenüberstehen, das heisst im Gegensatz zu herkömmlichem Glas oder anderen bekannten Mineralstoffen ändern sich die Viskositätswerte bis zur Dünnflüssigkeit im Schmelzbereich schon bei relativ geringen Temperaturerhöhungen. Eine weitere Schwierigkeit im Schmelzen der genannten Gemische besteht darin, dass mit ausschliesslich konventioneller Schmelztechnik, d.h. allein mit Brennerbeheizung nicht gearbeitet werden kann, weil die Durchstrahlungsmöglichkeiten der Schmelze sehr gering sind und schon bei geringen Schichtdicken die Strahlung, auch wenn das Schmelzbad nicht vom Gemenge bedeckt ist, untere Schichten nicht mehr genügend erwärmt. Es ist daher zur Zeit noch nicht möglich, in grosstechnischem Masse und insbesondere in Wannen mit hohen Durchsätzen Gemische aus Flugasche, Kalk und evtl. Sand zu Fritten zu erschmelzen. Eine solche Schmelze ist jedoch ausserordentlich vorteilhaft, da das erzeugte Schmelzgut, welches einen sehr hohen Glasanteil aufweist, nach dem Frittieren als Grundstoff für die Zementherstellung dienen kann. Es ist jetzt Aufgabe der Erfindung, eine Schmelzwanne mit hoher Durchsatzleistung zum Erschmelzen der vorgenannten schwer zu erschmelzenden Gemische zu schaffen und die Schmelzwanne bzw. der Schmelzofen soll trotz der Aggressivität der Schmelze und der hohen Temperatur des Schmelzbereiches eine genügend lange Lebensdauer aufweisen, um die grosstechnische, wirtschaftliche Herstellung des Zrundstoffes zur Zementherstellung zu ermöglichen. Insbesondere soll der erfindungsgemässe Ofen an die an ihn gestellten Aufgaben besonders gut angepasst sein und soll es ermöglichen, trotz der ungünstigen Viskositäts-Temperaturverhältnisse eine Einstellung der gewünschten Schmelzbadtiefe und einen geregelten Schmelzabzug vorzunehmen wobei das Schmelzgut selbst eine Abschirntung der sonst zu stark beanspruchten Wandungen bilden soll. Der Ofenbetrieb soll weiterhin mit dem erfindungsgemässen Schmelzofen so sicher und einfach sein, dass er auch von relativ ungeschultem Personal in Entwicklungsländern durchgeführt werden kann und er soll an verschiedene Zusammensetzungen des zu erschmelzenden Gemisches anpassbar sein. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, einen Schmelzofen für aggressive Schmelzen zu schaffen, bei welchem das Schmelzgut bzw. die Schmelze selbst für eine Abschirmung der Wandungen Sorge trägt. Diese vorgenannte Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Ofen erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an jeder Querwand Brenner mit Regenerativ-Lufterhitzern angeordnet sind, in dem Wannenboden eine grössere Anzahl von senkrecht stehenden Elektroden eingesetzt sind, die im erheblichen Masse in die Schmelze hineinragen und mindestens ein Auslass vorhanden ist, der vom Wannenboden aus hochsteht und dessen oberrand erheblichen Abstand vom Wannenboden aufweist. Um eine Abschirmung der Ofenwandungen im Schmelzenbereich zu ermöglichen, verlaufen vorteilhaft die Längs- und Querwände im Bereich der Schmelze von unten nach oben schräg nach aussen und das darüberliegende Mauerwerk geht mit einer über die Schmelze vorspringenden Stufe im Bereich der Längswände in das Gewölbe und im Bereich der Querwände in einen senkrechten Teil über. Es wird dadurch einmal sichergestellt, dass an den Wandungen relativ kühles Material vorliegt. Insbesondere wird aber dadurch erreicht, dass alle von der Schmelze beaufschlagten Teile der Wandungen nicht direkt von der Flammstrahlung ebenfalls beaufschlagt werden und überbeansprucht werden können. Um ein bestimmtes Fliessverhalten des Gemenges zu ermöglichen, sind weiterhin vorteilhaft verschiedene Gruppen von jeweils mit einem regelbaren Transformator elektrisch verbundenen Elektroden vorhanden, so dass die Energiezugabe über die Ofenfläche verteilt geregelt werden kann. Die Aufgabe des Gemenges erfolgt dabei in den Ecken des rechteckigen Schmelzbades, wobei die Brenner und die Zuführung der regenerativ erhitzten Luft in den Querwänden vorgesehen sind. Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemässe Ausbildung eines Schmelzofens es erstmalig, auch Schmelzen mit hohen Schmelzbereichen und steilen Viskositätskurven für den grosstechnischen Einsatz handzuhaben, die ausserordnetlich aggressiv sind und angesichts der Einfachheit der eingesetzten Mittel kann von einer idealen Lösung der anstehenden Probleme gesprochen werden. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 schematisch einen erfindungsgemässen Ofen im Vertikalschnitt, Figur 2 den Ofen gemäss Figur 1 in Aufsicht und Figur 3 einen Ausschnitt in vergrössertem Massstab aus einem Vertikalschnitt durch den Ofen gemäss Figur 1 und 2, wobei dieser Schnitt im rechten Winkel zum Schnitt gemäss Figur 1 angeordnet ist. Die erfindungsgemässe Schmelzwanne bzw. der Schmelzofen wird im wesentlichen mit denjenigen Wandungsteilen, die mit der Schmelze oder dem erweichten Gemenge in Berührung kommen, aus Magnesit-Chromsteinen ausgebaut, falls nicht ein Chromoxydstein verwendet wird. Es hat sich gezeigt, dass diese Materialien bei Einhaltung einer nicht zu hoch angesetzen Temperatur, d. h. bei Temperaturen von nicht mehr als 1350 bis 0 1400 C eine genügende Standzeit aufweisen, um einen befriedigenden Ofenbetrieb aufrecht zu erhalten. Die nicht mit der Schmelze in Berührung kommenden Wandungsteile sind aus herkömmlichen und bekannten Feuerfest-Materialien aufgebaut. Die in den Ofenboden 1 eingesetzten Elektroden 4 sind wegen ihrer hohen Belastung innen gekühlt, ihr Aufbau entspricht dem herkömmlicher innengekühlter Elektroden, so dass darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht. Erfindungswesentlich ist es aber, dass der Abstand der Elektroden 4 zu den Wänden 2 und 3 in jedem Fall ausreichend gewählt wird, um zu gewährleisten, dass an den Wandungen eine kalte Schmelze bzw. ein kaltes Glas, evtl. sogar eine auskristallisierte Phase gebildet wird. Der erfindungsgemässe Schmelzofen ist in üblicher Weise aufgebaut, d.h. das Mauerwerk der Ofenwandung und des Gewölbes wird von einem äusseren Stützgerüst aus geeigneten Eisen- und Stahlträgern gehalten. Die Elektroden 4 weisen eine erhebliche Länge auf und ragen nach Durchstossen des Ofenbodens 1 im erheblichen Umfang, vorzugweise mehr als die Hälfte der Höhe der Schmelze in diese hinein. Da bei Elektroden die höchste Wärme an ihren Spitzen frei wird, wird damit gewährleistet, dass die meiste elektrisch zugeführte Energie in den Bereichen fern von dem Ofenboden und den Materialien der Wandung und des Auslasses freigesetzt wird, dass also die notwendige hohe Schmelztemperatur hier erreicht wird und die Wandmaterialien dennoch genügend thermisch abgeschirmt sind. Das Gemenge bzw. die Schmelze bilden also eine Schutzschicht mit nach aussen sinkender Temperatur, so dass die Wandtemperatur die zulässigen Werte nirgendwo überschreitet. Der Auslass selbst, der aus Chromoxydsteinen besteht, kann dabei thermisch höher belastet werden als die genannten Magnesitchromsteine. Die eingesetzten Elektroden 4 weisen einen relativ grossen Durchmesser von 60 bis 80 mm auf und ihre Schaltung ist dabei so, dass jeweils nebeneinander angeordnete Elektroden mit den verschiedenen Phasen der Sekundärseite eines regelbaren Transformators verbunden sind, so dass der Hauptstromfluss immer zwischen einer Elektrodengruppe erfolgt und dadurch in bestimmten Ofenbereichen die Temperatur der Schmelze beeinflusst werden kann, so dass es möglich ist, eine Bewegung des auf der Schmelze schwimmenden Gemenges einzustellen. Im einzelnen sind die Längs- und Querwände 2 und 3 so aufgebaut, dass oberhalb des schrägen Teiles 6 bzw. 7 sich ein kurzer senkrechter Teil 8 anschliesst, welcher die Unterstützung des darüber befindlichen Gewölbes 9 bzw. des senkrechten Teils 18 der Querwand 3 bildete. Das Gewölbe 9 und der senkrechte Teil 18 weisen dabei eine nach innen, über das Schmelzbad vorstehende Stufe 10 bzw. 11 auf, von deren Innenkante aus das weitere Mauerwerk hochgeführt ist. Die umlaufenden Stufen 10 bzw. 11 gewährleisten damit, dass die Flammstrahlung den Wandungsteil 8 nicht zugleich mit der aggressiven Schmelze beaufschlagt und die Wandung dort überbeansprucht würde. Ausserdem wird gewährleistet, dass sich unterhalb der Stufen 10 und 11 ein relativ kalter Schmelzenbereich bildet, der die Wandungen 6 und 7 sowie den darauf aufgesetzten Teil 8 genügend abschirmt. Da weiterhin die Energiezuführung im Bodenbereich unterbleibt, bildet sich auch hier ein kalter Bereich aus, der für eine genügende Abschirmung sorgt. In den oberhalb der Schmelze befindlichen Teilen 18 der Querwände 3 sind Brenner 5 und Regenerativ-Verbrennungslufterhitzer angeordnet, die in ansich bekannter Weise arbeiten. In üblicher Weise werden die Regenerativ-Kammererhitzer 12 ähnlich wie bei herkömmlichen Schmelzwannen nach ca. 20 bis 30 Minuten umgeschaltet. In den Querwänden 3 bzw. deren oberen Teilen 18 sind nahe den Längswänden 2 weiterhin Doghäuser 15 zur Beschickung des Ofenraumes mit Gemenge vorhanden, in denen nicht gezeigte, bekannte Fördermittel für die Aufgabe des Gemenges auf die Schmelze Sorge tragen. Direkt unterhalb des Aufgabepunktes des Gemenges sind weitere Elektroden 4 angeordnet, um die Viskosität der Schmelze in diesem Bereich soweit zu erniedrigen, dass das Gemenge sicher abschwimmt. Die Auslässe 13 zur Abführung des geschmolzenen Gemisches bzw. der Schmelze sind in einer Querreihe in der Mitte der Wanne angeordnet, sie sind auf den Boden 1 der Wanne aufgesetzt und mit einem mittleren Durchlass 14 versehen. Der Oberrand der Auslässe 13 weist einen erheblichen Abstand vom Wannenboden auf, um die Schmelze aus ihrem heissesten Bereich, aber unterhalb der Gemengedecke abziehen zu können. Mit der gewählten Anordnung der Brenner an den Querwänden wird eine optimale Beaufschlagung der Gemengedecke mit Wärme durch die Brenngase und Flammen ermöglicht, so dass sichergestellt ist, dass nicht zu viel ungeschmolzenes Gemenge durch die Auslässe 13 abgeführt wird. Die Gemengezuführung in den vier Ecken gewährleistet dabei gleichzeitig eine gleichmässige Abdeckung des Schmelzbades 16 mit dem Gemenge. Das durch den Durchlass 14 herabfliessende Schmelzgut kann entweder zum Erstarren gebracht werden und danach zerkleinert werden, es kann aber auch auf eine rotierende Walze unter Wasserkühlung auftreffen und wird dabei direkt zu Fritten umgestaltet, die mittels eines Kratzförderers aus dem Auffangs-Wasserbad entfernt werden können. Das Schmelzgut liegt in diesem Fall dann direkt in weiterverarbeitbarer Form vor.

Claims: Patentansprüche 1. Schmelzofen hoher Leistung für das Schmelzen aggres siver Stoffe mit steilen Viskositätskurven, mit Mit teln zur Aufgabe des Gemenges auf die Schmelze und einem Auslass zur Abführung der Schmelze, mit Elektro den zur Zuführung von elektrischer Energie zur Schmel ze und Brennern oberhalb der Schmelze, der einen vor zugsweise eckigen Grundriss aufweist, wobei ein Ge wölbe den Zwischenraum von Längswand zu Längswand überspannt, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Querwand (3) Brenner (5) mit Regenerativ-Lufterhit zern (12) angeordnet sind, in dem Wannenboden (1) eine grössere Anzahl von senkrecht stehenden Elektro den (4) eingesetzt sind, die im erheblichen Masse in die Schmelze (16) hineinragen und mindestens ein Auslass (13) vorhanden ist, der vom Wannenboden (1) aus hochsteht und dessen Oberrand (17) erheblichen Abstand vom Wannenboden (1) aufweist. 2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von in einer quer verlaufenden Reihe angeordneten Ausläufen (13) vorhanden ist. e 3. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längs- und/oder Querwände (2, 3) im Bereich der Schmelze (16) von unten nach oben schräg nach aussen verlaufen. 4. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände (3) im Bereich oberhalb der Schmel ze eine über das Schmelzbad (16) vorspringende Stufe (11) aufweisen und von dieser aus beginnend senkrecht verlaufen. 5. Schmelzofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, dass in den Querwänden (3) nahe den Längs wänden (2) Doghäuser (15) zum Einschieben des Ge menges vorhanden sind. 6. Schmelzofen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gewölbe (9) an den Längswänden (2) eine über das Schmelzbad vorspringende Stufe (10) aufweist und seine Innenfläche von dieser aus begin nend ansteigt. 7. Schmelzofen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Längswände (2) und/oder die Quer wände (3) im Schmelzbereich direkt unterhalb der darüber angeordneten Stufen (10, 11) einen senkrecht verlaufenden Abschnitt aufweisen. 8. Schmelzofen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass verschiedene Gruppen von jeweils mit einem regelbaren Transformator elektrisch verbundenen Elektroden (4) vorhanden sind.

Inventors: PIEPER, HELMUT, DIPL.-ING.
Applicants: EUROFOURS SOCIETE ANONYME, SORG GMBH & CO. KG
Application year: 1979
Main classification: C03B5
IPC codes: C03B5, C03B3