DE4202749A1 - Trommelofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trommelofen zur Wärmebehandlung von schütt- und rieselfähigen Produkten, insbesondere Metallpulvern, mit einer rotierenden metallischen Trommel, deren Behandlungsraum in Trommel­ längsrichtung in eine Aufheizzone am Beschickungsende des Trommelofens, eine Behandlungszone im mittleren Teil des Trommelofens und eine Kühlzone am Austragsende des Trommelofens unterteilt ist, und einer die Trommel umgebenden Anlage zur indirekten Beheizung derselben.

Derartige Trommelöfen sind bekannt und beispielsweise bereits in der deutschen Patentanmeldung P 40 30 054 vorgeschlagen worden. Es handelt sich hierbei um indirekt beheizte Drehöfen, die eine rotierende metal­ lische Trommel aufweisen, welche sich durch einen Feuerraum erstreckt, der von einem Außenmantel umgeben ist. Die Beheizung erfolgt dabei in der Regel über ein oder mehrere Gas- oder Ölbrenner. Die bei der Verbrennung im Feuerraum entstehenden Rauchgase erhitzen die Trommel und erzeugen im Behandlungsraum innerhalb der Trommel die gewünschte Arbeitstemperatur.

Durch die kontinuierliche Drehung der Trommel wird das im Behandlungsraum befindliche Behandlungsgut laufend umgewälzt, so daß es in gleichmäßigen Kontakt mit der Trommelwandung tritt und insofern gleichmäßig erhitzt wird.

Solche Trommelöfen werden zur Wärmebehandlung von schütt- und riesel­ fähigen Produkten eingesetzt, insbesondere zur Behandlung von Metall­ pulvern. Unter dem Begriff "Wärmebehandlung" wird dabei jede mögliche Behandlung des Produktes unter Wärmezufuhr verstanden, beispielsweise eine Reduktion, Oxidation, Calcination. Diese Reaktionen können unter allen denkbaren Atmosphären im Behandlungsraum ablaufen, beispielsweise Luft, Schutzgas, Inertgas, reaktiven Gasen etc.

Der Behandlungsraum von derartigen Öfen ist in Trommellängsrichtung in eine Aufheizzone, in der das Behandlungsgut aufgeheizt wird, eine Be­ handlungszone, in der die eigentliche Wärmebehandlung (Reaktion) statt­ findet, und eine Kühlzone, in der das aufgeheizte Material entsprechend abgekühlt wird, unterteilt. Der reaktive Teil des Ofens umfaßt daher die Aufheizzone und die Behandlungszone. Es versteht sich, daß die Übergänge zwischen den einzelnen Zonen fließend sind und hier keine exakten Grenzen gezogen werden können.

Bei den Trommelöfen des Standes der Technik besteht die rotierende Trommel aus Metall, inbesondere Stahl. Ein solches Material hat sich aus statischen Gründen und Dichtigkeitsgründen als besonders geeignet er­ wiesen.

Bei derartigen Öfen hat es sich in der Praxis gezeigt, daß es bei vielen Arten der Wärmebehandlung, beispielsweise bei der reduktiven Behandlung von Eisenpulver, immer wieder zu Anbackungen des zu behandelnden Pro­ duktes an der Trommelwandung bzw. zu Zusammenbackungen des Produktes im reaktiven Teil des Ofens kommt. Derartige Probleme treten insbesondere in der Aufheizzone des Ofens auf. Solche Erscheinungen werden auch nicht durch die kontinuierliche Trommeldrehung verhindert. Man hat daher bereits vorgeschlagen (deutsche Patentanmeldung P 40 30 054), in diesem Ofenbereich entsprechende Einbauten vorzusehen, um dort entsprechende Agglomerationen des zu behandelnden Gutes zu verhindern. Es versteht sich, daß derartige Agglomerationen eine gleichmäßige Wärmebehandlung des entsprechenden Produktes unmöglich machen. Auch hat man versucht, durch eine entsprechende Gasführung in diesem Teil des Ofens solche Anbackungen bzw. Zusammenbackungen zu verhindern. Alle diese Maßnahmen sind jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trommelofen der ange­ gebenen Art zu schaffen, mit dem auf besonders einfache Weise ein An­ backen des zu behandelnden Produktes an der Trommelwandung bzw. ein Zusammenbacken desselben verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Trommelofen der angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Trommel mindestens im Bereich ihrer Aufheiz­ zone eine dem Behandlungsraum zugewandte innere Schicht aus keramischem Werkstoff aufweist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die genannten Agglomera­ tionen des zu behandelnden Produktes von der Trommelwandung ausgehen und in das Ofeninnere wachsen. Untersuchungen haben gezeigt, daß sich das Trommelinnere ausgehend von der Trommelwandung in bestimmten Bereichen entlang der Ofenlängsachse ringartig zusetzt. Um ein solches Anbacken an der Innenseite der Trommelwandung zu verhindern, wird die dem Behand­ lungsraum zugewandte innere Schicht aus keramischem Werkstoff vorgesehen.

Es hat sich dabei gezeigt, daß beispielsweise bei der reduktiven Behand­ lung von Eisenpulver, dessen Pulverteilchen zumindest teilweise mit einer Oxidhaut überzogen sind, an dieser Keramikschicht bei den hier zur Anwendung gelangenden Arbeitstemperaturen im Ofen von etwa 800- etwa 900°C keine Anbackungen auftreten bzw. nur eine verminderte Neigung zum Anbacken vorhanden ist. Hierdurch bleibt daher im wesentlichen der gesamte Trommelquerschnitt als Behandlungsraum erhalten und wird durch die Anbackungen nicht verringert.

Durch Verhinderung von Anbackungen werden auch Agglomerationseffekte der Pulverteilchen untereinander, sogenannte Knollenbildungseffekte, ver­ mieden. Hierdurch lassen sich die gewünschten Behandlungsvorgänge, bei­ spielsweise Reduktions- und Weichglühvorgänge, ungehindert ausführen.

Der hier verwendete Begriff"keramische Werkstoffe" umfaßt alle Werk­ stoffe, die nach keramischen Methoden (Sintern) hergestellt sind. Be­ sonders bevorzugt werden oxidkeramische Werkstoffe, dabei insbesondere Al₂O₃, und Carbide, dabei insbesondere Siliciumcarbid. Auch können Silicate, Nitride, Silicide und Boride Verwendung finden. Der Begriff "keramische Werkstoffe" soll insbesondere auch sogenannte Cermets umfassen, d. h. Werkstoffe aus einem metallischen und einem keramischen Bestandteil.

Wesentlich ist hierbei, daß es sich um relativ spröde Stoffe handelt, an denen das Behandlungsgut bei den in Rede stehenden Temperaturbereichen nicht anbacken bzw. ankleben kann. Diese Schicht aus keramischem Werk­ stoff befindet sich in einem relativ duktilen Mantel (Metalltrommel), der weiterhin die entsprechenden statischen und Dichtigkeitsaufgaben über­ nimmt.

Die Verwendung von derartigen keramischen Werkstoffen bei den hier in Rede stehenden indirekt beheizten Drehöfen erscheint auf den ersten Blick als ungeeignet, da durch die indirekte Beheizung eine möglichst gute Wärmeleitung im Bereich der Trommelwandung angestrebt wird, die vor­ wiegend durch metallische Werkstoffe erzielt wird und durch keramische Werkstoffe verschlechtert wird. Im Gegensatz hierzu finden solche Materialien als Feuerfestmaterialien zur Auskleidung von direkt beheizten Öfen eine weit verbreitete Verwendung, wobei hier die Wärmedämmung im Vordergrund steht. Es war daher für den Fachmann nicht ohne weiteres naheliegend, derartige Materialien auch bei indirekt beheizten Drehöfen einzusetzen.

Als keramischer Werkstoff kann auch ein Keramikfasermaterial eingesetzt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Schicht aus dem keramischen Werk­ stoff als Innentrommel oder als vom Beschickungsende in die Trommel ragende Schürze ausgebildet. Die Trommel bzw. Schürze sollte sich dabei mindestens über den Bereich der Aufheizzone erstrecken und vorzugsweise auch die Behandlungszone mit abdecken. Die Trommel oder Schürze aus kera­ mischen Werkstoff kann mit oder ohne Abstand zur Metalltrommel angeordnet sein. Im letztgenannten Fall kann auf besondere Maßnahmen zur Fixierung der keramischen Innentrommel innerhalb der normalen Trommel verzichtet werden, wenn nur ausreichender Reibschluß zwischen den Trommeln vorhanden ist, der ein Mitdrehen der keramischen Innentrommel bewirkt. Im zuerst genannten Fall kann die Innentrommel beispielsweise über Stifte oder Laschen an der Außentrommel befestigt sein. Hierbei verbleibt zwischen der Innentrommel oder Schürze und der Metalltrommel ein Spalt. Um den Wärmeübergang zwischen der Außentrommel auf die Innentrommel zu verbessern, ist dieser Spalt bei einer besonders bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung mit einem gasförmigen Medium gefüllt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schicht als Keramikauskleidung auf der Metalltrommel ausgebildet. Diese Keramikauskleidung kann beispielsweise aus Keramikplatten bzw. Keramik­ kacheln bestehen, die über geeignete Befestigungsmittel untereinander und mit der Metalltrommel verbunden sind. Als geeignete Verbindungsmittel können entsprechende feuerfeste Mörtel und Kleber Verwendung finden.

Als weitere Alternative bietet sich auch die Aufbringung einer flamm­ gespritzten Keramik an.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Trommelofens; und

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Trommelofen 1 zur Reduktion von wasserver­ düstem Eisenpulver ist auf einem Tragrahmen 14 aufgebaut. Kern des Trommelofens 1 ist eine rohrförmige, drehbare Trommel 2, die den von der äußeren Atmosphäre abgeschirmten Behandlungsraum für das Eisenpulver umgibt. Der Tragrahmen 14 ist auf einer ersten Stütze 15 über ein Drehgelenk mit horizontaler Drehachse und auf einer zweiten höhenver­ stellbaren Stütze 16 gelagert, so daß die Neigung der Trommel 2 an der Stütze 16 einstellbar ist. Durch die Wahl der Neigung und die Drehzahl der Trommel 2 läßt sich die Verweilzeit des Eisenpulvers in der Trommel 2 unmittelbar beeinflussen. Die Trommel 2 ist über einen Teil ihrer axialen Länge umgeben von einem mit einer thermischen Isolierung versehenen mehr­ schichtigen Außenmantel 11, der auch den Feuerraum 12 zur indirekten Beheizung der Trommel 2 einschließt. Aus dem Schnittbild gemäß Fig. 2 geht hervor, daß der Außenmantel 11 horizontal geteilt ausgeführt und in der Teilungsebene eine Dichtung 23 vorgesehen ist. Die Beheizung erfolgt durch ein oder mehrere Gas- oder Ölbrenner 19. Grundsätzlich können auch beliebige andere Wärmequellen eingesetzt werden. Die bei der Verbrennung des eingesetzten Brennstoffes entstehenden Abgase werden über die Abgas­ stutzen 13 nach außen abgeführt. Um eine gezielte Temperaturführung entlang der Achse der Trommel 2 zu erleichtern, sind im Feuerraum 12 Stauwände 22 vorgesehen, die diesen in mehrere Abschnitte unterteilen.

Um die Trommel 2 motorisch drehen zu können, weist sie außerhalb des Feuerraumes 12 und des Außenmantels 11 zwei Trommellaufräder 17 auf, die auf den mit Rollen ausgestatteten und am Tragrahmen 17 befestigten Trommelantrieben 18 laufen. Das in der Trommel 2 zu reduzierende Eisen­ pulver gelangt über eine Pulveraufgabevorrichtung 3 mittels eines Transportsystems (beispielsweise einer Förderschnecke) durch die an der linken Stirnseite der Trommel 2 angeordnete Schleuse 4 in das Innere der Trommel 2, also in den Behandlungsraum 6, der in drei Zonen aufgeteilt ist. Diese drei Zonen sind eine Aufheizzone 5 am Beschickungsende des Ofens, eine daran anschließende Reduktionszone 7 und eine am Austrags­ ende des Ofens angeordnete Kühlzone 8.

Die unmittelbar auf die Schleuse 4 folgende Zone ist als Aufheizzone 5 ausgebildet, erstreckt sich also bis in den Anfangsbereich des beheizten Ofenbereiches hinein. In dieser Aufheizzone 5 wird das eingebrachte Eisenpulver bis auf Reduktionstemperatur (mindestens etwa 800°C, aber maximal etwa 950°C) erwärmt. Es ist vorteilhaft, die Erwärmung möglichst schnell durchzuführen. Wesentlich ist, daß die Pulverschüttung bei der Behandlung fortwährend umgewälzt wird. Durch ständige Drehung der im Querschnitt nur zu einem relativ kleinen Teil gefüllten Trommel wird eine wirksame Durchmischung des Behandlungsgutes erreicht. Hierdurch wird eine hohe Reibung zwischen den Pulverteilchen erzielt.

Wie in Fig. 1 desweiteren gezeigt, ist im Bereich der Aufheizzone 5 innerhalb der Trommel 2 benachbart zu deren Innenseite eine zweite Trommel 25 angeordnet, die aus keramischem Material (Al₂O₃) besteht. Zwischen dieser Trommel 25 und der Trommelwand der Trommel 2 besteht Reibschluß, so daß sich die Keramiktrommel 25 zusammen mit der Trommel 2 dreht. Durch die zusätzlich vorgesehene Trommel 25 wird ein Anbacken des Behandlungsgutes an der Trommelwandung verhindert. Da die Gefahr zum Anbacken und zur Bildung von Agglomerationen im Bereich der Aufheizzone am größten ist, ist die Zusatztrommel bei diesem Ausführungsbeispiel nur im Bereich der Aufheizzone vorgesehen. Dies schließt jedoch nicht aus, daß sie sich auch bis in die Reduktionszone erstrecken kann. Fig. 2 zeigt die Anordnung der Keramiktrommel 25 innerhalb der Normaltrommel 2 im Schnitt.

Claims (8)

1. Trommelofen zur Wärmebehandlung von schütt- und rieselfähigen Produkten, insbesondere Metallpulvern, mit einer rotierenden metallischen Trommel, deren Behandlungsraum in Trommellängsrichtung in eine Aufheiz­ zone am Beschickungsende des Trommelofens, eine Behandlungszone im mittleren Teil des Trommelofens und eine Kühlzone am Austragsende des Trommelofens unterteilt ist, und einer die Trommel umgebenden Anlage zur indirekten Beheizung derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (2) mindestens im Bereich ihrer Aufheizzone (5) eine dem Behandlungsraum (6) zugewandte innere Schicht aus keramischem Werkstoff aufweist.

2. Trommelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff ein oxidkeramischer Werkstoff, insbesondere eine Al₂O₃-Keramik, ist.

3. Trommelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff ein Carbid, insbesondere Si-Carbid, ist.

4. Trommelofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schicht als Innentrommel (25) ausgebildet ist.

5. Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht als vom Beschickungsende in die Trommel (2) ragende Schürze ausgebildet ist.

6. Trommelofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innentrommel oder Schürze und der Metalltrommel ein Spalt vorhanden ist.

7. Trommelofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist.

8. Trommelofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht als Keramikauskleidung auf der Metalltrommel ausgebildet ist.