DE1273550B - Im Abgasstrom eines kammerlosen Stahl-Schmelzofens angeordneter Behaelter zur Vorwaermung der Ofenbeschickung - Google Patents

Description

• Im Abgasstrom eines kammerlosen Stahl-Schmelzofens angeordneter Behälter zur Vorwärmung der Ofenbeschickung Die Erfindung betrifft einen kammerlosen Stahl-Schmelzofen mit Chargenvorwärmung, der mit Brennstoff und technisch reinem Sauerstoff beheizt ist und in dessen Abgasstrom ein rohrartiger Behälter angeordnet ist zur Aufnahme und Vorwärmung der je nachfolgende Charge einzusetzenden, den Behälterquerschnitt ausfüllenden festen Ofenbeschickung.
• Ein wiederholt gemachter Vorschlag (Stahl und Eisen, 77 [1957], S. 651 und 652), bei Stahl-Schmelzöfen von der regenerativen Gasfeuerung abzugehen und statt dessen die Brennstoffe in einem kammerlosen Ofen mit technisch reinem Sauerstoff zu verbrennen, sind bisher über das Versuchsstadium nicht hinausgekommen. Den Vorteilen, einfachere Ofenkonstruktion, raschere dargierung und Neuzustellung, geringerer Platzbedarf der Anlage, die zusammen genommen eine erhöhte Schmelzenfolge und bessere Produktivität erwarten lassen, steht der als durchgreifend erachtete Nachteil erheblicher Mehrkosten für den Bedarf an Wärmeenergie je Tonne Stahl gegenüber (Berg- u. Hüttenm. Monatshefte, Mai 1963, S. 119 bis 127).
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem mit Brennstoff und technisch reinem Sauerstoff betriebenen Stahl-Schmelzofen die Wärmeausnutzung derart zu steigern, daß der genannte Kostennachteil weitgehend ausgeglichen und gegenüber den bereits erörterten Vorteilen völlig zurücktritt.
• Aus der britischen Patentschrift 895 534 ist ein mit Brennstoff und Luft beheizter, kammerloser Stahl-Schmelzofen bekannt, an den sich oben ein die nächstfolgende Charge aufnehmender, senkrechter Schacht anschließt. Die vorzuwärmende feste Ofenbeschickung ruht in dem Schacht auf einem zurückziehbaren, wassergekühlten Tragrost. Dieser führt zu unerwünschten Wärmeverlusten des Abgases und birgt die große Gefahr in sich, der wirksam nicht begegnet werden kann, daß der örtlich abtropfende Einsatz mit dem Rost verschweißt und diesen unbeweglich macht. Der kurze, nur geringfügig konische Schacht ergibt eine schlechte Wärmeausnutzung der Abgase und/oder eine beachtliche Temperaturdifferenz zwischen dem unteren Teil und dem oberen Teil des Einsatzgutes. Ein Zusammenbacken des Gutes im unteren Abschnitt des Schachtes ist daher kaum zu vermeiden. Die Entleerung in den Ofen ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.
• Aus der deutschen Patentschrift 460 525 ist ein im Abgasstrom eines bodenblasenden Konverters angeordneter Drehrohrofen bekannt, in dem nur ein Teil der Konverterbeschickung (Erz und Kalk) vorgewärmt und der jeweils in Behandlung befindlichen Charge zugeführt wird.
• Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, einen kammerlosen Schmelzofen mit Chargenvorwärmung der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß der einlaßseitig an einem Krümmer auswechselbar angesetzte, auslaßseitig mit dem Abgaskanal lösbar und flexibel verbundene Behälter horizontal oder höchstens geringfügig geneigt angeordnet und mit einer Kippvorrichtung für dessen direkte Entleerung in den Schmelzofen verbindbar ist und daß das Verhältnis des einlaßseitigen Behälterquerschnittes zum auslaßseitigen Querschnitt im Bereich von 5: 1 bis 2 : 1 liegt.
• Bei den bekannten Einrichtungen zur Chargenvorwärmung wird nur ein sehr geringer Teil der Abgaswärme zurückgewonnen, der in der Regel deutlich unter 10% derjenigen Wärmemenge liegt, die dem Ofen insgesamt für die Schmelzbehandlung zugeführt werden muß. Mittels des Behälters nach der Erfindung ist die Wärmerückgewinnung aus den heißen Abgasen erheblich höher; dementsprechend ist der Brennstoff- und Sauerstoffbedarf wesentlich geringer.
• Im einzelnen kann die Einrichtung nach der Erfindung in verschiedener Weise vorteilhaft weiter ausgestaltet sein. Die Absaugung der Abgase aus dem Ofen über den Behälter kann mittels eines dem Behälter nachgeschalteten Saugzuges, vornehmlich mittels eines Dampfstrahlgebläses, vorgenommen werden, wobei es sich empfiehlt, im Herdraum und dem Krümmer Normaldruck mit einer Schwankungsbreite von etwa ±3 mm Wassersäule einzuhalten. Der Krümmer kann als Hosenstück ausgebildet sein, an welches zwei Behälter anschließbar sind, die zusammen etwa den Einsatz für eine Charge aufnehmen. Der Krümmer muß vom Ofen entfernt werden können, indem er beispielsweise an einem ausschwenkbaren Deckel des Schmelzofens befestigt ist. Der Krümmer ist feuerfest ausgekleidet und weist zweckmäßig Deckel für den Verschluß seiner oberen Öffnungen auf. Zwecks weiter gesteigerter Ausnutzung der Abgaswärme kann zwischen den Behältern und dem Saugzug ein Wärmeaustauscher, z. B. ein Dampfkessel und/oder ein Rekuperator eingeschaltet sein, wobei der Rekuperator zur Vorwärmung des Sauerstoffes und/oder des Brennstoffes dient. Das verjüngte Ende des bzw. der Behälter und die zugehörigen Gegenflächen können derart abgeschrägt ausgebildet sein, daß die Behälter unter Spannung an den Stoßflächen dicht aufsitzen.
• In den Zeichnungen sind zur Erläuterung von weiteren Einzelheiten der Erfindung einige Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 den Aufriß einer Schmelzofenanlage, F i g. 2 den Grundriß, F i g. 3 die zu F i g. 1 gehörende Kippstellung, F i g. 4 eine weitere Ausführungsform.
• Der Schmelzofen ist mit 1 und der als Gasabzugshaube dienende Krümmer mit 3 bezeichnet. Der Brenner 2 ist im dargestellten Fall mit Öl und Sauerstoff betrieben. Statt seiner kann auch eine Sauerstofflanze oder eine sonstige übliche Energiequelle, beispielsweise eine Kohleelektrode, verwendet werden. 4 stellt Behälter dar, in denen das Einsatzgut (Schrott und Zuschläge) vorgewärmt wird. 5 ist ein Dampfkessel, 6 ein dazugehöriger Dampfspeicher, 7 eine Entstaubungsanlage (z. B. ein Sackfilter), 8 ein Saugzug, insbesondere ein Dampfstrahlsaugersystem.
• Die gute Ausnutzung des Wärmeinhalts der Ofenabgase beruht darauf, daß die Gase auf dem kürzesten Weg zum Einsatzgut strömen, daß beide Medien wegen der vollständigen Querschnittsfüllung der Behälter über eine große Austauschfläche innig und genügend lange miteinander in Berührung stehen (konvektiver Wärmeübergang) und daß das Einsatzgut auf dem kürzesten Weg und in kürzester Zeit in den Ofen gelangt. In dem Behälter 4 bzw. den Behältern 4 durchstreichen die durch die Abkühlung sich komprimierenden Gase alle Hohlstellen des Einsatzes völlig gleichmäßig und ziehen nicht etwa bevorzugt durch einige größere Kanäle ab. Hierzu trägt wesentlich bei, daß das Verhältnis des Querschnittes an der Abzugsöffnung zum Querschnitt an der Eintrittsöffnung der Behälter 4 etwa 5: 1 bis 2:1 beträgt.
• Bei dem in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Teilung des Abgasstromes mittels eines als Hosenstück ausgebildeten Krümmers 3 und die Verwendung von jeweils zwei Behältern 4 vorgesehen, die zusammen das Einsatzgut für die nächste Charge enthalten. Die Verwendung von zwei Behältern 4 empfiehlt sich vornehmlich bei Schmelzöfen mit kleiner Herdfläche und dementsprechend kleiner Abgasöffnung und insbesondere, wenn aufbereiteter Schrott mit dementsprechend hoher Pakkungsdichte des Einsatzgutes verwendet wird. Bei hoher Packungsdichte ist die Wärmeaufnahme schon im Behälter-Stirnbereich recht groß; zwei Behälter vermindern naturgemäß wegen ihres größeren stirnseitigen Gesamtquerschnittes die Gefahr des Flüssigwerdens des Einsatzes und sind wegen ihres geringen Füllgewichts auch leichter zu handhaben. Wird nicht aufbereiteter Schrott eingesetzt, kann in der Regel wegen der geringeren Packungsdichte des Einsatzgutes mit einem einzigen Behälter 4 gearbeitet werden, der den gesamten Einsatz für die nächste Charge aufnimmt. Dabei empfiehlt es sich zwecks leichteren Umfüllens entweder einen mit seinem festen Deckel schwenkbaren Ofen zu verwenden (F i g. 3) oder einen horizontal verfahrbaren Ofen 21, von dem der Deckel 19 mit Krümmer 20 abzuschwenken ist (F i g. 4).
• Die Behälter 4 werden über die Halterungen 9 und 10 von den angrenzenden Bauteilen getragen. Ein dichter Anschluß an den Stoßstellen wird erreicht durch die schräge Ausbildung der Gegenflächen 17, die mit dem einen Gegendruck erzeugenden und Wärmelängsdehnungen ausgleichenden Faltenbalg 18 verbunden sind. An den Behältern 4 sind Laschen 14 und 15 angebracht, in die die Kranzüge 12 und 13 einzuhängen sind. In den Zeichnungen sind die Behälter 4 einmantelig ausgebildet. Zur besseren Wärmeisolation kann auch ganz oder teilweise ein Doppelmantel oder eine feuerfeste Auskleidung angewendet werden.
• Der Krümmer 3 ist mit hochfeuerfesten Steinen ausgekleidet, die bekanntlich gegen Temperaturwechsel empfindlich sind. Aus diesem Grunde sind seine oberen Öffnungen mit Deckeln 11 verschließbar, so daß eine zu starke Abkühlung während der Abstelizeit vermieden wird.
• Die Handhabung der erfindungsgemäßen Einrichtung geschieht folgendermaßen: Nach dem Abstich wird der Schmelzofen 1 zum Einfüllen der vorgewärmten Einsatzstoffe in einen Winkel von etwa 45° (Neigung der Ofenachse zur Horizontalen) zur Abzugseite hin gekippt und die Behälter 4 mittels der beiden Kranzüge 12 und 13 in eine solche Neigung hochgezogen, daß ihr Inhalt in den Ofen rutscht (F i g. 3 und 4). Nach dem Chargieren werden die leeren Behälter 4 auf die Bänke 16 abgesetzt, der Schmelzofen 1 wird wieder horizontal gestellt bzw. eingefahren, der Krümmer 3 bzw. der Ofendeckel zusammen mit dem Krümmer wird auf den Ofen aufgesetzt und alsdann der gefüllte Behälter 4 eingefahren (F i g. 1).
• Im Bereich der Durchführung des Brenners 2 durch den Krümmer 3 kann ein nicht dargestelltes Druckmeßgerät eingebaut sein, dessen Meßwert als Stellimpuls für eine Regelanlage dient, die die Leistung des Saugzuges derart regelt, daß im Herdraum normaler Atmosphärendruck herrscht, der auf etwa ± 3 mm Wassersäule genau eingehalten wird.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Im Abgasstrom eines mit Brennstoff und technisch reinem Sauerstoff beheizten, kammerlosen Stahl-Schmelzofens angeordneter rohrartiger Behälter zur Aufnahme und Vorwärmung der je nachfolgende Charge einzusetzenden, den Behälterquerschnitt ausfüllenden festen Ofenbeschickung, dadurch gekennzeichnet, daß der einlaßseitig an einen Krümmer (3) auswechselbar angesetzte, auslaßseitig mit dem Abgaskanal lösbar und flexibel verbundene Behälter (4) horizontal oder höchstens geringfügig geneigt angeordnet und mit einer Kippvorrichtung für dessen direkte Entleerung in den Schmelzofen (1) verbindbar ist und daß das Verhältnis des einlaßseitigen Behälterquerschnittes zum auslaßseitigen Querschnitt im Bereich von 5:1 bis 2 : 1 liegt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen dem Behälter (4) nachgeschalteten, die Abgase durch diesen absaugenden Saugzug (8) im Krümmer (3) ein Druck einstellbar ist, der nicht mehr als -3 bzw. -h 3 mm Wassersäule vom Normaldruck abweicht.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmer (3) als Hosenstück ausgebildet ist, an welches zwei Behälter (4) anschließbar sind, die zusammen etwa den Einsatz einer Schmelze aufnehmen.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmer (3) an einem ausschwenkbaren Deckel des Schmelzofens (1) befestigt ist.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Öffnungen des feuerfest ausgekleideten Krümmers (3) durch Deckel (11) verschließbar sind.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oder den Behältern (4) und dem Saugzug (8) ein Wärmeaustauscher, z. B. ein Dampfkessel (5) und/oder ein Rekuperator, eingeschaltet ist, wobei der Rekuperator vorzugsweise zur Vorwärmung des Sauerstoffes und/oder Brennstoffes dient.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verjüngte Ende des oder der Behälter (4) und deren Gegenflächen (17) derart abgeschrägt ausgebildet sind, daß der oder die Vorwärmbehälter (4) auf diesen Gegenflächen (17) aufsitzen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 156 615, 401482, 460 525, 935 845, 482 276, 358 612, 824 799, 837 706; deutsche Auslegeschriften Nr. 1020 355, 1000 412; deutsche Auslegeschrift H 16941 VI/18 b (bekanntgemacht am 31. 10.1956); österreichische Patenschrift Nr. 184 585; schweizerische Patentschrift Nr. 255 156; französische Patentschriften Nr. 903 058, 1149 364, 339 768, 590 683, 887 556, 1122 831, 1138 829, 1194 873, 74 329, 1228 461, 1272 664, 1312 160, 1307 666, 1301230, 1227 303, 1279 816, 76 795, 1170 421, 1288 264; britische Patentschriften Nr. 830173, 141132, 147 244, 744 935, 895 534, 914112; USA.-Patentschriften Nr. 1724 455, 2 818 247, 2847206.