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Herdofen, insbesondere Siemens-Martin-Ofen Die Erfindung betrifft
einen Herdofen, insbesondere Siemens-Martin-Ofen, mit einem durch die Stirnwand
geführten Brenner, dessen Flamme diagonal nach unten auf die Charge im Ofen gerichtet
ist, und mit einer Sauerstoffstrahlvorrichtung mit einer durch die Wand unter dem
Brenner verlaufenden Leitung für gasförmigen Sauerstoff, um die Brennerflamme mit
Sauerstoff anzureichern, ohne daß das Gewölbe oder andere Teile des Ofens beschädigt
werden.
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Es war früher allgemein üblich, die Erwärmungszeit dadurch abzukürzen
und damit die Strahlproduktion von Siemens-Martin-Öfen zu erhöhen, daß gasförmiger
Brennstoff in den Ofen zusammen mit einer Brennstoffmischung eingeleitet wurde,
die von an der Stirnwand angebrachten Brennern oder durch das Gewölbe des Ofens
vermittels Düsen oder Düsenrohren eingeleitet wurde. Nach der Besckikkung eines
Ofens mit Schrott ist es z. B. üblich, die Brennerfiamrnen durch Zugabe von Sauerstoff
anzureichern. Dadurch wird die Flammentemperatur erhöht und die Zeit für das Niederschmelzen
verkürzt und der Schrott oxydiert, so daß Sauerstoff für die Oxydation der Metalloide
des Blockeisens beim Zusatz von heißem Metall frei wurde. Durch die erhöhte Wärme,
die zum Schmelzen des Schrotts beiträgt, wird jedoch auch das Gewölbe geschädigt
und dessen Lebensdauer merklich verkürzt. Darüber hinaus werden, wenn der Sauerstoff
nach üblicher Praxis durch übliche, an der Stirnseite offene Brenner eingeleitet
wird, die Feuerbrücke und die Wände in der Nähe dieser Feuerbrücke ebenfalls der
hohen Temperatur der mit Sauerstoff angereicherten Flamme ausgesetzt.
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In einer späteren Stufe des Erwärmungsvorgangs, während der Bearbeitungs-
oder Reinigungsperiode, wenn die Beschickung geschmolzen ist und die geschmolzene
Beschickung weiter erwärmt wird, damit der Kohlenstoffgehalt verringert und der
fertige Stahl gebildet wird, war es häufig üblich, gasförmigen Sauerstoff auf die
Oberfläche der Beschickung mit Sauerstoffstrahlrohren aufzublasen oder gasförmigen
Sauerstoff unter die Oberfläche der Beschickung von Sauerstoffrohren aus einzuleiten.
Auf diese Weise wird die Oxydation von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxyd stark beschleunigt,
und die Dauer der Raffinierung bzw. Reinigung wird vermindert.
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Durch die Freisetzung von Kohlenmonoxyd wird die Beschickung in einem
Ausmaß zum Kochen gebracht, das von der Menge des zugeführten Sauerstoffs abhängt.
Die Tatsache, daß durch diesen Sauerstoff während der Raffinierung ein Kochen verursacht
wurde, begrenzte bisher die Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff zum Entkohlen eingeleitet
werden konnte, da in der Beschickung ein übermäßiges Spritzen auftrat, wenn der
Kochvorgang zu intensiv wurde, wodurch die Lebensdauer des Gewölbes stark vermindert
wurde und auch andere Teile des Ofens geschädigt wurden.
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Die gleichen Umstände, durch welche eine wirksame Oxydation von Kohlenstoff
zu Kohlenmonoxyd durch Verwendung von Sauerstoffstrahlen gefördert wird, fördern
auch die Oxydation von Eisen zu Eisen(II)-oxyd, das aus dem Bad in Form eines dichten,
braunen Rauches austritt. Dieser Rauch hat offensichtlich eine stark zerstörende
Wirkung auf die feuerfesten Materialien der Wände und des Gewölbes des Ofens, und
bei besonders ungünstigen Verhältnissen brach das Gewölbe zusammen.
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Das von der Beschickung an die Ofenatmosphäre abgegebene Kohlenmonoxyd
wird mit dem in der Ofenatmosphäre vorhandenem Sauerstoff zu Kohlendioxyd oxydiert.
Diese exotherme Reaktion lief bisher nicht so vollständig ab, daß die gesamte Wärme
aus der Ofenatmosphäre gewonnen werden konnte, und es traten verhältnismäßig große
Mengen nicht
umgesetztes Kohlenmonoxyd und Sauerstoff aus dem Ofen
aus und gingen für den Betrieb verloren.
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Wenn während der Raffinierung Sauerstoff durch ein Strahlrohr eingeleitet
wird, so trat bisher ein bestimmtes Spritzen auf, das zwar die Wände und das Gewölbe
des Ofens nicht erreichte, jedoch auf den Strahlrohren Überzüge bildete. Diese Überzüge
können so stark werden, daß sie die Auslaßöffnungen der Rohre verstopfen und daß
das Rohr nicht aus dem Ofen herausgezogen werden kann. In den bisherigen Vorrichtungen
bildet das Sauerstoffstrahlrohr zusammen mit dem Brenner eine Einheit und kann nur
als Ganzes mehr oder weniger weit in den Ofen hineingeschoben werden, oder es kann
bei einer anderen Anordnung zwar das Sauerstoffstrahlrohr vertikal und horizontal
geschwenkt werden, jedoch nicht mehr oder weniger weit in das Ofengewölbe eingeschoben
werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Ofen so ausgebildet, daß
das Strahlrohr axial gegen den Brenner auf die Charge zu und von ihr weg in Stellungen
bewegbar ist, in denen die Strahlvorrichtung eine wesentlich größere Strecke in
den Ofen ragt als der Brenner.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist so ausgebildet,
daß das Ausströmende des Sauerstoffstrahlrohrs in einem spitzen Winkel zur Längsachse
des Strahlrohrs abgewinkelt und daß das Sauerstoffstrahlrohr um seine Achse drehbar
ist.
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In einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das
Sauerstoffstrahlrohr um eine Achse quer zu seiner Längsachse auf den Brenner zu
und von ihm weg geschwenkt werden.
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Durch eine entsprechende Verstellung des Sauerstoffstrahlrohrs und
durch Zuführung des Sauerstoffstrahls an der Unterseite der Brennerflamme in einem
Abstand vor der Brennerspitze, wobei der Strahl wenigstens bis zur Kante der Beschickung
reicht, wird eine sehr hohe Sauerstoffanreicherung der Flamme erzielt, ohne daß
das Gewölbe geschädigt wird. Da weiterhin der Sauerstoff innerhalb der Flamme auf
den heißesten Teil des Bades auftrifft, erfolgt die Oxydation des Kohlenstoffs zu
Kohlenmonoxyd mit der größten Geschwindigkeit und Wirksamkeit. Ferner werden die
schädlichen Auswirkungen des aus Eisen(II)-oxyd bestehenden schweren braunen Rauches
verhindert, da bei der Durchführung der Erfindung dieser Rauch innerhalb der Flamme
auftritt, rasch zu Eisen(II)-oxyd oxydiert und zur Oberfläche des Bades zurückgeführt
wird, wo er sich mit der Schlacke verbindet.
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In der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der
Sauerstoffstrom während des Frischens in der gleichen Richtung wie die Flamme auf
die Oberfläche der geschmolzenen Beschickung gerichtet. Dadurch kann gasförmiger
Sauerstoff mit wesentlich höherer Strömungsgeschwindigkeit als bisher angewendet
werden. Weiterhin wird in dem Gebiet, auf das die rasch strömende Flamme und der
rasch strömende Sauerstoff auftreffen, eine starke Zirkulation der Beschickung erzielt,
wodurch der Frischprozeß wesentlich beschleunigt wird.
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Durch die Zuführung des Sauerstoffstroms an die Unterseite der Flamme
wird ein Teil des aus der Oberfläche der geschmolzenen Beschickung austretenden
Kohlenmonoxyds in die Flamme geführt, wo er rasch auf Reaktionstemperatur erwärmt
und über die ganze Länge des Ofens geführt wird. Auf diese Weise steht ihm eine
lange Reaktionszeit bei Reaktionstemperatur zur Verfügung, wodurch - verglichen
mit älteren Verfahren - eine fast vollständige Oxydation von Kohlenmonoxyd in Kohlendioxyd
im Ofen erreicht wird.
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Weiterhin wird während des Frischens der Sauerstoffstrom an der Unterseite
der Flamme etwa parallel zur Richtung der Flammengase auf die Beschickung gerichtet.
Dadurch tritt das Spritzen fast nur innerhalb und unterhalb desjenigen Gebietes
der Badoberfläche auf, auf welches die Flamme auftrifft, wodurch die Flamme als
Schirm wirkt und praktisch alle Spritzer vom Gewölbe des Ofens abhält. Die Spritzer
fallen entweder durch ihr Eigengewicht auf die Oberfläche der Beschickung zurück
oder werden durch die Flamme zurückgeführt. Spritzer in der Nähe des Brenners gelangen
in denjenigen Teil der Ofenatmosphäre, in dem diese am sauerstoffreichsten ist,
und werden daher weitgehend oxydiert. Durch die Stellung der Strahlrohrspitze direkt
in den Teilen der Flammen, in denen hohe Geschwindigkeit herrscht, wird die Ausbildung
von Krusten vermieden und durch die dort herrschende hohe Temperatur eine Verfestigung
der Spritzer an dieser Spitze unterbunden.
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Während der Schlackenfrischreaktion steigt die Schlacke durch das
Bad oft in Form von großen Klumpen nach oben, die sich nicht auflösen oder leicht
in der Schlacke fließen. In diesem Zustand wird die schwimmende Schlacke dadurch
zum Fließen gebracht, daß ein Sauerstoffstrahl darauf gerichtet wird, was nach der
dritten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Schwenkbewegung des
Sauerstoffstrahlrohrs durchgeführt werden kann.
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Andere Merkmale der Erfindung erkennt man aus der folgenden Beschreibung
in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen F i g. 1 in einem Seitenriß einen Teil
eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Siemens-Martin-Ofens darstellt; F i g. 2
ist ein Grundriß des Inneren eines Teiles eines gemäß der Erfindung ausgebildeten
Siemens-Martin-Ofens, und F i g. 3 ist ein Teilaufriß des Grundgestells für das
Sauerstoffrohr, gesehen von der Stirnseite des Ofens. Der in der Zeichnung dargestellte
Ofen 1 enthält zwei Stirnwände 3, von denen nur eine dargestellt ist, und die an
gegenüberliegenden Enden des Ofens, angebracht sind und um die Länge des Ofens voneinander
entfernt sind. Die Stirnwände 3 sind durch eine Rückenwand 5 und durch eine vordere
Wand 7 verbunden, die mit einer Mehrzahl von Beschikkungsöffnungen 9 ausgestattet
ist. Der Boden des eigentlichen Ofens besteht aus dem üblichen Herd 11, der die
Masse des in Stahl zu konvertierenden Materials 13 enthält. Die Beschickung im Ofen
wird durch die üblichen Brücken und Wände einschließlich der Brückenwand 14 und
der Brückenwand 15 begrenzt. Der Ofen ist oben durch das übliche Gewölbe 16 verschlossen.
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Durch die Stirnwand 3 führt der übliche Stirnbrenner 17, von dem eine
Brennstoffmischung abgegeben wird, z. B. Luft und Gas oder zu Dampf zerstäubtes
Öl, das bei dem Entzünden eine Flamme 19 ergibt, die diagonal nach unten in Längsrichtung
des Ofens gerichtet ist, so daß diese Flamme auf einem Gebiet der Oberfläche der
Beschickung neben
der verbundenen Stirnwand des Brenners auftritt,
z. B. in dem Gebiet innerhalb der in F i g. 2 eingezeichneten Linie 21. Der Brenner
17 ist in nach abwärts geneigter diagonaler Lage dargestellt, jedoch ist es nicht
wesentlich, daß dieses Brennerrohr geneigt ist, sondern daß wenigstens ein Teil
der Flamme in geneigter Richtung verläuft. Da die Flamme von der Brennerachse aus
divergiert, so kann der Brenner selbst sogar horizontal angeordnet sein.
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Ein langes Sauerstoffstrahlrohr 23 führt durch die Stirnwand 3 des
Ofens. Auf diese Weise ist das Strahlrohr 23 ein Stirnwandstrahlrohr im Unterschied
von den Gewölbestrahlrohren und den Rückwandstrahlrohren, wie man sie früher verwendete.
Das Rohr 23 mündet mit seinem freien Ende innerhalb des Ofens in eine Spitze 25,
die in einem Winkel von etwa 15° gegen die Achse des eigentlichen Strahlrohrs geneigt
ist. Der Zweck dieses Strahlrohrs besteht darin, einen Strom gasförmigen Sauerstoffs
in das Innere des Ofens zu liefern, und hierzu ist das äußere Ende des Strahlrohrs
23 mit einer Zuführungsleitung 27 verbunden, die zu einer in der Zeichnung nicht
dargestellten Drucksauerstoffquelle führt. Wenn hier der Ausdruck »Sauerstoff« verwendet
wird, dann soll darunter nicht ausschließlich 1.0011/oig reiner Sauerstoff verstanden
werden. Handelsüblicher, reiner Sauerstoff mit einer Reinheit von 99,5 % wird bevorzugt,
jedoch können auch andere Sauerstoffmischungen. verwendet werden, die kleinere Anteile
anderer Gase enthalten. Das Strahlrohr wird üblicherweise durch Kühlwasser gekühlt,
das durch Leitungen geführt wird, die längs des Strahlrohres verlaufen und damit
verbunden sind, wobei das Kühlwasser durch Leitungen 29 zu- und abgeführt wird.
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Auf dem Boden 31 am Beschickungsende des Ofens ist eine einstellbare
Stütze für das Sauerstoffrohr dargestellt, die allgemein mit 33 bezeichnet ist.
Diese Stütze enthält zwei lange, nach unten offene U-Profile 35, die am Boden 31
aufliegen und von. der Stirnwand 3 aus, weg vom Ofen, parallel zur Ofenlängsachse
und parallel zueinander angeordnet sind. Zwei verhältnismäßig kurze U-Profilteile
37, deren Innenform der Außenform der Profilteile 35 entspricht, sind gleitend je
auf einem der Profilteile 35 angeordnet. Die Profilteile 37 tragen ein verhältnismäßig
langes, nach unten offenes U-Profilstück 39, das senkrecht zu den Profilteilen 35
angeordnet ist, wobei die Enden des Profilteils 39 z. B. durch Schweißung mit den
oberen Flächen der Profilteile 37 verbunden sind. Ein verhältnismäßig kurzes U-Profilteil
41, dessen Innenform gleich ist wie die Außenform des Profilteils 39, ist gleitend
auf dem Profilteil 39 gelagert. Die Profilteile 35 haben mehrere Öffnungen 43, die
durch die äußeren vertikalen Flansche führen, und herausnehmbare Stifte 35 führen
durch die Öffnungen in den äußeren vertikalen Flanschen der Profilteile 37 und in
bestimmte öffnungen 43, so daß die Lage der aus den Profilteilen 37 und 39 bestehenden
Anordnung in irgendeinem gewünschten Abstand von der Stirnwand 3 längs der Profilteile
35 festgelegt wird. Der Profilteil 39 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 47 längs
wenigstens eines seiner Vertikalflansche versehen, und herausnehmbare Stifte 49
führen durch die Öffnungen in dem entsprechenden Flansch oder den Flanschen des
Profilteils 41 und in bestimmte Öffnungen 47, wodurch die Lage des Profilteils 41
quer zur Längsrichtung des Ofens in gewünschter Weise festgelegt werden kann.
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Mit der oberen Fläche des Profilteils 41 ist eine Kreisplatte 51 fest
verbunden, die die untere Hälfte eines Drehtisches darstellt, der weiterhin eine
Kreisplatte 53 enthält, die drehbar mit der Platte 51 verbunden ist, so daß sie
koaxial zur Platte 51 um eine vertikale Achse gedreht werden kann. Die Platten 51
und 53 sind mit einer Mehrzahl vertikaler, durch diese Platten führenden Öffnungen
versehen, wobei durch zwei in Deckung liegende Öffnungen ein herausnehmbarer Stift
57 eingesetzt wird, so daß die Platten 51 in gewünschter Winkelstellung relativ
zueinander festgehalten werden können. Ein hohles Ständerrohr 59 ist fest und koaxial
mit der oberen Fläche der Platte 53 verbunden und trägt an seinem oberen Ende einen
mit einem Innengewinde versehenen Kragen, der vermittels eines Handrades 63 gedreht
werden kann. Eine mit Schraubengewinde versehene Heberstange 65 greift in das Innengewinde
des Kragens 61 ein, wird dadurch geführt und erstreckt sich bis in den Ständer 59,
so daß die Säule 65 beim Drehen des Handrades 63 gehoben oder gesenkt wird.
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Die Hebersäule 65 endet oben in einem Kopf 67, der an seinem oberen
Ende ein Gelenk 69 trägt, an dem eine Stützplatte 61 so befestigt ist, daß sie um
eine horizontale Achse geschwenkt werden kann. Die Stützplatte 71 hat Fächerform
und ist mit einem Schlitz 73 ausgestattet, der bogenförmig um die Schwenkachse 69
verläuft. Eine Schraube 75 führt von dem Kopfteil 67 nach der Seite durch den Schlitz
73 und trägt eine Mutter 77, so daß die Stützplatte 71 in irgendeiner gewünschten
Schwenklage um den Schwenkpunkt 69 festgeklemmt werden kann. Die Stützplatte 71
endet oben in einer abnehmbaren Klammer 79, deren beide Hälften das Strahlrohr 23
umfassen, und sie sind durch Schrauben und Muttern 81 lösbar miteinander verbunden.
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Ein Teil des Strahlrohrs 23, der einen merklichen Abstand von der
Klemme 79 in Richtung zur Spitze 25 hat, führt durch eine Eingangskammer 83, die
in der Stirnwand 3 ausgebildet ist. Die Kammer 83 kann gewünschtenfalls mit Wasser
gekühlt werden, und sie hat nach außen abgeschrägte, der Strahldüse 23 gegenüberliegende
Wände, die zu einer Kreisöffnung konvergieren, die nicht viel größer ist als das
Strahlrohr 23, so daß dieser Teil des Strahlrohrs 23 tatsächlich für eine Universalschwenkung
gelagert ist.
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Eine universelle Gleit- und Schwenkbewegung des Strahlrohrs 23 relativ
zur Kammer 83 wird durch die verschiedenen möglichen Einstellungen der Stütze 33
möglich gemacht. Um das Strahlrohr 23 aus dem Ofen herauszunehmen, muß lediglich
die Klemme 79 geöffnet werden und das Strahlrohr 23 aus, der Kammer 83 herausgezogen
werden. Damit die Stellung des Strahlrohres 23 in Längsrichtung eingestellt werden
kann, muß lediglich die Schraubenmutter 77 gelockert und müssen die Stifte 45 herausgezogen
werden, worauf die Stütze längs der Profilteile 35 so weit verschoben werden kann,
daß das Strahlrohr 23 so weit, wie es gewünscht ist, in den Ofen reicht. Das Handrad
63 kann so lange gedreht werden, bis das Strahlrohr den gewünschten Winkel mit der
Horizontalen bildet, worauf die Schraubenmutter 73 angezogen wird. Um das Strahlrohr
von einer Seite zur
anderen zu schwenken, werden die Stifte 49 und
57 herausgenommen, und der Profilteil 41 wird gleitend längs des Profilteils 39
so weit verschoben, bis die gewünschte seitliche Schwenkung zur oder von der Vorderwand
oder der Rückwand erreicht ist, worauf die Stifte 49 und 57 wieder in neue Öffnungen
eingesetzt werden. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Spitze 25 gegen die Achse
des Strahlrohrs 23 goneigt, und diese Anordnung ist bei gewissen Arbeitsweisen zweckmäßig,
bei denen der Winkel zwischen dem Sauerstoffstrahl und der Horizontalen dadurch
geändert werden soll, daß das Strahlrohr um seine Achse geschwenkt wird. Hierzu
wird die Klemme 79 gelockert und das Strahlrohr innerhalb der Klemme gedreht. Eine
begrenzte Einstellung des Strahlrohres in Längsrichtung kann durch Lockern der Klemme
und durch eine Axialverschiebung des Strahlrohres innerhalb der Klemme erreicht
werden. Das Strahlrohr 23 ist axial drehbar, axial verschiebbar und in seiner Gesamtheit
in jede Richtung beweglich und universell schwenkbar, einschließlich einer Schwenkung
nach oben und nach unten und von einer Seite zur anderen Seite, und es können auch
kombinierte Bewegungen ausgeführt werden.
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Wenn das Strahlrohr 23 in der gewünschten Lage eingestellt ist, dann
werden die Klemme 79 und die Schraubenmutter 77 angezogen und die Stifte 45, 49
und 57 eingesetzt, so daß die ganze Stütze 33 starr ist und das Strahlrohr 23 in
der gewünschten Lage gehalten wird. In diesen festen Stellungen zeigt das Strahlrohr
23 in die gleiche Richtung wie der zugeordnete Brenner 17, worunter hier verstanden
werden soll, daß es allgemein die Richtung zur gegenüberliegenden Stirnwand hat,
jedoch nicht notwendigerweise genau parallel zum Brenner 17 verlaufen muß.
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An Stelle einer Verstellung von Hand kann die Stütze 33 auch durch
Motorkraft bewegt werden, und ihre Teile können durch Motoren eingestellt werden.
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Der Ofen und die oben beschriebene Einrichtung dieses Ofens sind bisymmetrisch
um die mittlere Querebene des Ofens. Die Brenner an den gegenüberliegenden Enden
des Ofens brennen abwechselnd, und die entsprechenden Sauerstoffstrahlrohre treten
dann in Tätigkeit, wenn der zugeordnete Brenner brennt.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in der Weise, in welcher
die Sauerstoffanreicherung der Flamme des Stirnwandbrenners unter Verwendung eines
Sauerstoffstrahlrohrs durchgeführt wird. Während des Niederschmelzens, wenn der
Schrott auf die größtmögliche Temperatur ohne Schädigung des Daches gebracht werden
soll, ist die Sauerstoffstrahldüse 23 so angeordnet, wie es in F i g. 1, in ausgezogenen
Linien, dargestellt ist. Das Strahlrohr liegt unterhalb des Brenners 17 und reicht
ein gutes Stück über das Ende des Brenners 17 innerhalb des Ofens, und es endet
oberhalb der Beschickung über der Kante der Beschickung, d. h. direkt über der Beschickung
und über den freien Teil der benachbarten Feuerbrücke 15 hinaus. Die Spitze 25 des
Strahlrohrs 23 ist von der Achse des Strahlrohres nach oben geneigt, und sie ist
gegen die Unterseite der Flamme 19 gerichtet. Auf diese Weise wird der aus dem Strahlrohr
23 austretende Sauerstoffstrahl gegen die Unterseite der Flamme 19 in merklichem
Abstand von der Stelle gerichtet, an welcher die Flamme austritt, d. h. vom Austrittsende
des Brenners über die Feuerbrücke 15 hinaus und direkt über der Beschickung. Der
Sauerstoff, der auf die Unterseite der Flamme auftrifft, vermischt sich mit dem
unteren Teil der Flamme, die in F i g. 1 schematisch durch den Bereich angedeutet
ist, der unterhalb der Linie 85 liegt. In diesem Gebiet ist die Flamme viel leuchtender
als im restlichen Gebiet, und sie hat eine wesentlich höhere Temperatur in diesem
Gebiet als im übrigen Teil der Flamme. Die Strahlungswärme, die von diesem Teil
der Flamme ausgeht, ist viel größer als die, die von der restlichen Flamme ausgesandt
wird, und diese größere Strahlungswärme wird durch den Schrott aufgenommen. Der
leuchtende Teil der Flamme unterhalb der Linie 85 ist jedoch durch die oberen Teile
der Flamme 19 vom oberen Teil des Ofens und insbesondere vom Ofengewölbe abgeschirmt,
so daß die Strahlungswärme, die das Gewölbe erreicht, nicht meßbar größer ist, als
wenn keine Sauerstoffanreicherung der Flamme 19 durchgeführt würde. Darüber hinaus
liegt das leuchtende Gebiet oberhalb der Beschickung und nicht über der Brückenwand,
was der Fall wäre, wenn der Sauerstoff in üblicher Weise durch den Stirnbrenner
eingeführt würde. Auf diese Weise wird der größte Teil der Wärme aus dem Leuchtgebiet
durch die Beschickung und nicht durch die umgebenden Wände und Brücken aufgenommen,
und eine Beschädigung der Wände und Brücken infolge überhitzung wird vermieden.
Auf diese Weise wird die Flamme nur da angereichert, wo dies notwendig ist, und
die durch diese Anreicherung entstehende Wärmestrahlung kommt nur da zur Geltung,
wo sie angewendet werden soll. Die Geschwindigkeit der Flamme ist an der Stelle,
an der der Sauerstoff auftritt, etwa 15 bis 60 m/Sek. Unterhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs
ist der Strömungsimpuls der Flamme nicht ausreichend, damit vermieden wird, daß
der Sauerstoff durch die Flamme hindurchtritt und eine überhitzung des Gewölbes
bewirkt. Oberhalb dieses Bereichs der Strömungsgeschwindigkeit ist der Strömungsimpuls
der Flamme zu groß, so daß das geschmolzene Material auf die vordere und rückwärtige
Wand gespritzt wird.
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Das geschmolzene Rohstahleisen wird dann in den Ofen eingefüllt, und
anschließend erfolgt die Erzfrischreaktion und die Schlackenfrischreaktion. Während
der Schlackenfrischreaktion steigt die Schlacke durch das Bad nach oben, oft in
Form von großen Klumpen oder Schwimmstücken, die sich nicht auflösen oder leicht
in der Schlacke fließen. In diesem Zustand ist es üblich, die schwimmende Schlacke
dadurch zum Fließen zu bringen, daß ein Sauerstoffstrahl darauf gerichtet wird,
was durch die Universalbefestigung des Strahlrohres möglich wird.
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Nach dem Niederschmelzen, der Zugabe des heißen Metalls,, der Erzfrischreaktion
und der Schlakkenfrischreaktion erfolgt die Frischarbeit oder die Läuterung. Während
dieser Zeit erfolgt die Reduktion des Kohlenstoffgehalts der geschmolzenen Beschickung
in erster Linie durch Oxydation des Kohlenstoffs zu Kohlenmonoxyd, das zur unteren
Lage der Ofenatmosphäre aufsteigt. Die Gase oberhalb des Bades werden in Längsrichtung
des Ofens. in der gleichen Richtung wie die Flammen gespült, und sie treten durch
die überhitzer am Ende des Ofens gegenüber dem gerade in Betrieb befindlichen Brenner
aus. Während dieses in Längsrichtung des Ofens erfolgenden
Durchgangs
wird das Kohlenmonoxyd wenigstens zum Teil weiter zu Kohlendioxyd oxydiert. Diese
Reaktion ist exotherm, wodurch eine Wärmemenge zu der Beschickung zurückgeführt
wird und der gesamte Brennstoffbedarf für die Läuterung vermindert wird. Gleichzeitig
wird bei der Reaktion Sauerstoff verbraucht, so daß die Sauerstoffkonzentration
zunehmend vom Ende, an dem der Brenner in Tätigkeit ist, zum anderen Ende des Ofens
hin abnimmt.
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Ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in der Handhabung
des Sauerstoffstrahlrohrs und in der Anordnung des Sauerstoffstrahls, der aus diesem
Strahlrohr austritt, wenn die Beschickung klar geschmolzen ist und wenn Sauerstoff
zum Entkohlen der geschmolzenen Beschickung verwendet werden soll. Zu diesem Zeitpunkt
wird das Strahlrohr um l80° um seine Achse gedreht, und es wird aus der mit ausgezogenen
Linien dargestellten, in F i g. 1 gezeigten Stellung in die durch strichpunktierte
Linien angedeutete Stellung gebracht. Auf diese Weise wird der Sauerstoffstrahl
nach unten gerichtet, und die Spitze des Strahlrohres wird in die Flamme so vorgeschoben,
daß sie in die Flamme eintaucht. In dieser letzteren Stellung hat die Ausströmstelle
des Sauerstoffs, d. h. das freie Ende des Strahlrohrs, keinen Abstand über 30 cm
von der oberen Fläche der geschmolzenen Beschickung. Der Sauerstoffstrom wird so
gegen ein Flächengebiet der Oberfläche gerichtet, wie dies durch die Linie 87 in
F i g. 2 angedeutet ist. Dieses Flächengebiet liegt innerhalb der Oberfläche der
geschmolzenen Beschickung, auf welche die Flamme auftrifft, wobei dieses Gebiet
durch die Linie 21 angedeutet ist.
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Die Geschwindigkeit der Flamme, in welche die Spitze des Strahlrohrs
eintaucht, liegt zwischen etwa 15 und etwa 60 m/Sek. In diesem Bereich ist der Strömungsimpuls
der Flamme so groß, daß die Spitze des Strahlrohres frei von Material gehalten werden:
kann, das vom Bad aus auf diese Spitze spritzt. Durch den Impuls der Flamme wird
zusammen mit dem Impuls des Sauerstoffstroms eine wünschenswerte starke Zirkulation
im Bad bewirkt. Oberhalb dieses Bereichs wird die geschmolzene Beschickung gegen
die Vorder- und Rückwand gespritzt. Das Gebiet der Badoberfläche, auf welches die
Flamme auftrifft, erstreckt sich in Längsrichtung des Ofens und hat eine etwa ovale
Form. Vorzugsweise liegt das Gebiet, auf welches der Sauerstoffstrom auftritt, näher
an der dem Brennerende benachbarten Grenze der Fläche.
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Die Oxydation von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxyd an und: unterhalb der
Badoberfläche ist eine exotherme Reaktion, und die Badtemperatur wird dadurch erhöht.
Während des letzten Abschnitts der Erwärmung kann die Badtemperatur wirksam dadurch
reguliert werden, daß Eisenerz, Schlacke oder Wasser in pulverisierter oder zerstäubter
Form in den Sauerstoffstrom einsgeführt wird. Die Reduktion von Eisenerz, die Kalzinierung
von Kalkstein und die Wassergasreaktion sind alles endotherme Reaktionen, und dadurch,
daß diese Materialien in den Sauerstoffstrom gegeben werden, kann die Temperatur
des Bades unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs reguliert
werden.
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Um dem Fachmann die Durchführung der vorliegenden Erfindung zu erleichtern,
wird das folgende Beispiel gegeben: Ein basischer Siemens-Martin-Ofen für 440 t
wird anfänglich mit 182 000 kg Schrotteisen beschickt, das einen durchschnittlichen
Kohlenstoffgehalt von 0,25 % hat, und es werden 20 800 kg Kalkstein zugegeben. Der
Ofen ist mit ölbrennern ausgestattet und hat an den Stirnseiten gemäß der Erfindung
ausgebildete Sauerstoffstrahlrohre. Zu Dampf zerstäubtes Brennöl wird in die Brenner
mit einer Geschwindigkeit von 1890 I/Std. eingeführt, und es wird mit erwärmter
Zweitluft gemischt, die durch das Vorwärmsystem zugeführt wird. Der Brennstoff wird
entzündet, und die Flammen bestreichen den Schrott, so daß das Niederschmelzen eingeleitet
wird. Der Brenner wird dann diagonal nach unten auf den Schrott in einem Winkel
von etwa 5° gegen die Horizontale gerichtet. Ein an der Stirnseite angeordnetes
Strahlrohr für Sauerstoff wird so eingerichtet, daß es diagonal nach unten auf den
Schrott in einem Winkel von 10° gegen die Horizontale geneigt ist. Die Spitze des
Sauerstoffstrahlrohrs ist gegen die Achse des übrigen Rohrs in einem Winkel von
20° geneigt, und für den ersten Teil des Betriebs zeigt die Spitze nach oben und
bildet einen Winkel von 10° oberhalb der Horizontalen, und die Spitze liegt direkt
über der Beschickung. Sauerstoff mit einer Reinheit von 99,5% und mit einem Druck
von etwa 5,3 atü wird mit einer Geschwindigkeit von 1130 0001/Std. in das Strahlrohr
eingeleitet und tritt durch eine Düse, die durch eine zylindrische Bohrung gebildet
wird, und verläßt das Strahlrohr mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 m/Sek. Dieser
Strom des gasförmigen Sauerstoffs trifft auf die Unterseite der Flamme in einer
Entfernung von etwa 2,4 m von der Brennerspitze, wo die Flamme eine Geschwindigkeit
von etwa 23 m/Sek. hat, so daß eine Leuchtfläche entsteht, die vom Gewölbe des Daches
aus nicht gesehen werden kann, von der jedoch Strahlungswärme auf den Schrott abgestrahlt
wird. Die Stirnwandbrenner zu beiden Seiten des Ofens werden abwechselnd entzündet,
und die Schmelzdauer beträgt etwa 210 Minuten.
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Gegen Ende dieser Schmelzzeit werden 183 700 kg geschmolzenes basisches
Hochofeneisen, das etwa 4,2 % Kohlenstoff enthält, in den Siemens-Martin-Ofen eingeführt.
Während der Zugabe des heißen Metalls und während der Erzfrischreaktion und der
Schlackenfrischreaktion sind die Stirnbrenner weiterhin abwechselnd in Betrieb,
jedoch wird ihnen etwas weniger Brennstoff zugeführt.
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Das an der Stirnseite angeordnete Sauerstoffstrahlrohr wird dann um
180° um seine Achse gedreht, und es wird durch seine Klemmhalteeinrichtung geschoben
und weiter in den Ofen eingeführt, so daß seine Achse an der gleichen Stelle bleibt,
die Spitze dieses Rohrs jedoch nunmehr in einem Winkel von 30° gegen die Horizontale
nach unten zeigt, und einen Abstand von etwa 25 cm von der Oberfläche der geschmolzenen
Beschickung hat. Sauerstoff wird dann durch das Strahlrohr mit einer Geschwindigkeit
von 566 0001/Std. unter einem Zuführdruck von etwa 3,5 atü geführt, und dieser Sauerstoff
tritt mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 m/Sek. aus dem Strahlrohr aus. Der
Kohlenstoffgehalt der geschmolzenen Beschickung beträgt in diesem Augenblick etwa
1,80%. Das freie Ende des Strahlrohrs wird etwa 60 cm tief in die Flamme eingeführt,
und der Sauerstoff tritt aus dem Strahlrohr an einer Stelle aus, wo die Flamme eine
Geschwindigkeit von etwa
23 m/Sek. hat. Der Sauerstoffstrom trifft
auf die Oberfläche des Bades innerhalb des Gebietes, das von den Flammen bespüblt
wird. Es wird weiterhin auf diese Weise 345 Minuten lang Sauerstoff zugegeben, bis
der Kohlenstoffgehalt 0,07% erreicht, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des aus
dem Strahlrohr austretenden Sauerstoffs auf etwa 1700 0001/Std. erhöht wird und
der Kohlenstoffgehalt etwa 0,451/o beträgt. Am Ende der Erwärmungsperiode hat die
geschmolzene Beschickung eine Temperatur von 1621° C, wobei diese Temperatur ohne
Entkohlung erreicht wird. Der Ofen wird dann abgelassen, und man erhält eine Ausbeute
von 420 t Stahl.
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Am Ende des Erwärmungsvorgangs kann man beobachten, daß das Spritzen
auf das Gewölbe sehr gering war, daß der Umlauf der geschmolzenen Beschickung stark
und vollständig war und daß die Spitze des Sauerstoffstrahlrohrs frei von Überzügen
und Abscheidungen von Feststoffen ist, daß die Abgabe von schwerem Rauch an die
Ofenatmosphäre praktisch verhindert wurde und daß die Wärmebilanz nahe am theoretisch
günstigsten Wert liegt.