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DE2504946B1 - Verfahren und vorrichtung zum einschmelzen von schrott, eisenschwamm, pellets oder dgl. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einschmelzen von schrott, eisenschwamm, pellets oder dgl.

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DE2504946B1
DE2504946B1 DE19752504946 DE2504946A DE2504946B1 DE 2504946 B1 DE2504946 B1 DE 2504946B1 DE 19752504946 DE19752504946 DE 19752504946 DE 2504946 A DE2504946 A DE 2504946A DE 2504946 B1 DE2504946 B1 DE 2504946B1
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Germany
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oxygen
shaft furnace
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burner
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Hans-Juergen Dr-Ing Langhammer
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Kct Technologie 2000 Hamburg De GmbH
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Kloeckner Werke AG
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen einer Einsatzmaterialsäule aus Schrott, Eisenschwamm, Pellets od. dgl. in einem Schachtofen mit einer durch eine durch seitliche Zufuhr von Sauerstoff und Brennstoff in den unteren Teil des Schachtofens erzeugten Flamme sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der DT-PS 18 00 610 ist es bekannt, Schrott in einem Schachtofen mit im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt kontinuierlich im Gegenstrom durch eine zentrale tellerförmige Brennstoff-Sauerstoffflamme von unten einzuschmelzen. Hierbei stützt sich die Einsatzmaterialsäule am Boden des Schachtofens in dessen Randbereich ab, so daß die Wärmebeaufschlagung der extrem heißen Flamme sich im Zentrum konzentriert und im Randbereich geringer ist, so daß die feuerfeste Auskleidung des Schachtofens geschützt wird. Die feuerfeste Auskleidung des Bodens wird hierbei durch das auf dem Boden befindliche, kontinuierlich abfließende Schmelzgut geschützt. Auf diese Weise ist es möglich, einen sich laufend erneuernden Randbereich aus abschmelzendem Schrott vor der Feuerfestzustellung des Schachtofens auszubilden, wodurch diese sowohl vor der Flammeneinwirkung als auch vor der beim Einschmelzen sich bildenden FeO-Schlacke geschützt wird. Die Flamme wird hierbei durch einen zentral in der Ofenachse von oben oder von unten eingeführten Brenner gebildet. Der Nachteil eines von oben eingeführten Zentralbrenners besteht in der Verringerung des freien Chargierquerschnittes, der Führungsvorrichtungen in der Ofenachse, der mangelnden Kontrollmöglichkeit gegenüber Beschädigungen und damit der eventuellen Gefahr von Explosionen (Wasser, Sauerstoff, Öl) und der schwierigen Auswechselmöglichkeit der Brenner. Ein von unten eingeführter Brenner ist noch schlechter als ein von oben eingeführter Brenner zugänglich.
Ferner ist in der DT-AS 23 27 072 vorgeschlagen worden, bei großen Ofenquerschnitten eine ringförmige Flammenausbildung anzustreben, so daß sich die Schrottsäule nicht im Wandbereich sondern zentral in der Mitte abstützt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß der ungeschützte Wandbereich der Flammenstrahlung und dem Einfluß der abfließenden FeO-Schlacke ausgesetzt ist und damit die feuerfeste Auskleidung des Schachtofens einem starken Verschleiß unterliegt, wobei ferner wassergekühlte Brenner verwendet werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Ausbildung einer zentralen, nicht ringförmigen Flamme ermöglichen, ohne daß zentral eingeführte Brenner verwendet werden, wobei trotzdem die Feuerfestauskleidung des Schachtofens geschützt wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sauerstoff innerhalb des Brennstoffstromes zugeführt wird, um außerhalb des Flammenbereiches die Einsatzmaterialsäule tragende wallartige Anwachsungen zu bilden.
Bei dieser Art der Brennstoffzuführung entzieht der aus den Brennern austretende Brennstoff der Umgebung soviel Wärme, daß einerseits auf eine Wasserkühlung der· Brennereinrichtung verzichtet werden kann und sich andererseits benachbart der Austrittsöffnung bzw. -öffnungen wallartige Anwachsungen aus eingeschmolzenem sich dort wieder verfestigendem Material ansetzen, die für die feuerfeste Zustellung des Schachtofens eine schützende Dauerschale bilden. Diese wallartigen Anwachsungen schützen die feuerfeste Zustellung im Einschmelzbereich und stützen gleichzeitig die Schrottsäule an der Wand ab. Infolge
der seitlichen Anordnung der Brennereinrichtung ist diese leicht zugänglich und wird durch die wallartigen Anwachsungen vor Beschädigungen geschützt.
Die Stärke der wallartigen Anwachsungen kann durch eine teilweise Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff bzw. durch Expansions- und Strömungsgeschwindigkeitsänderungen gesteuert werden.
Zweckmäßigerweise wird zur guten Vermischung von Brennstoff und Sauerstoff dem Brennstoff und/oder Sauerstoff vor dem Austreten aus den Brennern ein Drall verliehen.
Vorteilhafterweise kann eine etwa linsenförmige, zentrale, die Einsatzmaterialsäule von unten beaufschlagende Flamme über dem Boden des Einschmelzgefäßes unter der Einsatzmaterialsäule ausgebildet werden.
Zur Unterbrechung des Einschmelzvorganges, der normalerweise kontinuierlich vorgenommen wird, wobei das aufgeschmolzene Material ebenfalls kontinuierlich aus dem Einschmelzgefäß austritt, kann an Stelle von Brennstoff und Sauerstoff Stickstoff oder Preßluft eingeführt werden.
Zur Unterstützung der schützenden Ausbildung der wallartigen Anwachsungen kann die Ofenwandung im Bereich dieser Anwachsungen in bekannter Weise mit Luft oder Wasser gekühlt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Schachtofen mit einer im Bereich der Einschmelzzone angeordneten Brennereinrichtung zur Beaufschlagung der Einsatzmaterialsäule von unten, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Brennereinrichtung aus einem ringförmigen oder einer Anzahl ringförmig angeordneter einzelner Brenner mit einer Zuführungsöffnung für Sauerstoff und einem oder zwei Zuführungsöffnungen für Brennstoff besteht, wobei die Zuführungs- öffnungen für den Brennstoff den oder die Zuführungsöffnungen für den Sauerstoff umgeben.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Brenner im Bereich der Zuführungsöffnungen aus Kupfer bestehen.
Insbesondere werden bei Verwendung von Einzelbrennern Doppelrohre aus Kupfer als Brenner verwendet, in denen Mittel vorgesehen sein können, um den austretenden Gasen einen Drall zu verleihen. Hierzu weist das Innenrohr der Brenner insbesondere eine am Außenumfang hiervon umlaufende Spirale etwa aus Kupferdraht auf, die gleichzeitig die Distanzhalter zur Zentrierung des Innenrohrs gegenüber dem Außenrohr dienen kann.
Auch kann das Innenrohr des Doppelrohrs in dem Außenrohr verschiebbar angeordnet sein, um entsprechend der Verschiebung in gewissem Umfang eine Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff vor dem Austritt dieser Gase aus den Brennern zu erzielen. Zum gleichen Zweck kann ferner gegebenenfalls auch zusätzlich, das Innenrohr einen perforierten Bereich aufweisen.
Vorzugsweise sind die Brenner unter einem kleinen Winkel in der Größenordnung von 10 bis 20° nach unten gerichtet, während die Wandungen des Schachtofens im Bereich der wallartigen Anwachsungen Kühleinrichtungen aufweisen können, um die Ausbildung der wallartigen Anwachsungen zu unterstützen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
F i g. 1 zeigt schematisch einen Schachtofen zum Einschmelzen von Schrott im Schnitt
F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt von F i g. 1 im Bereich der Brennereinrichtung.
F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform für eine Brennereinrichtung.
F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Brennereinrichtung.
F i g. 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen für Einzelbrenner.
In F i g. 1 ist ein zylindrischer Schachtofen 1 mit Seitenwänden 2 und einem Boden 3 dargestellt, dessen Querschnitt sich geringfügig nach unten hin vergrößert. Die Wandungen 2 und der Boden 3 des Ofens 1 sind innen mit feuerfestem Material ausgekleidet. Im Boden 3 befindet sich ein Ausfluß 4, während sich innerhalb des Schachtofens 1 eine Einsatzmaterialsäule 5 beispielsweise aus Schrott befindet, wobei das Einsatzmaterial über eine Chargiereinrichtung 5a im oberen Teil des Schachtofens 1 zugeführt wird. Mit Abstand zu dem Boden 3 des Schachtofens 1 ist in dessen Seitenwänden
2 eine Brennereinrichtung 6 bestehend aus einem Ringbrenner oder mehreren Einzelbrennern, die mit Abstand zueinander ringförmig oberhalb des Bodens 3 in der Seitenwand 2 des Schachtofens 1 angeordnet sind. Von der Brennereinrichtung 6 wird Brennstoff, beispielsweise Heizöl oder Erdgas, und Sauerstoff zugeführt, wodurch über dem Boden 3 unterhalb der Einsatzmaterialsäule 5 eine etwa linsenförmige Flamme 7 erzeugt wird, die die Einsatzmaterialsäule 5 von unten beaufschlagt und aufschmilzt. Die Abgase werden im oberen Teil des Schachtofens 1 über eine Abgasleitung 8 abgeführt. Oberhalb und unterhalb einer ringförmigen Brenneranordnung und bei Verwendung von Einzelbrennern um diese herum befinden sich wallartige Anwachsungen 9, auf denen sich die Einsatzmaterialsäule 5, die im unteren Bereich über der Flamme 7 zusammenschweißt und auf diese Weise das darüber befindliche Material hält, abstützt. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Einsatzmaterialsäule sich am Boden
3 des Schachtofens 1 abstützt und dabei in das am Boden 3 befindliche aufgeschmolzene Schmelzgut eintaucht, das kontinuierlich aus dem Ausfluß 4 ausläuft. Gleichzeitig dienen die Anwachsungen 9 als Schutz für die feuerfeste Zustellung der Wandungen 2 des Schachtofens 1.
Die Brennereinrichtung 6 besitzt ring- und schlitzförmige bzw. kreisförmige Austrittsöffnungen 12 für Sauerstoff, die von entsprechenden ring- und schlitzförmigen bzw. kreisförmigen Austrittsöffnungen 13 für den Brennstoff umgeben sind. Der zugeführte Brennstoff entzieht beim Austritt aus der Austrittsöffnung 13 der Umgebung derart viel Wärme, daß einerseits auf eine Wasserkühlung der Brennereinrichtung 6 verzichtet werden kann und sich andererseits neben der Austrittsöffnung 13 die wallartigen Anwachsungen 9 aus eingeschmolzenem Metall ansetzen, die für die feuerfeste Zustellung der Wandungen 2 eine schützende Dauerschale bilden. Die Größe dieser Anwachsungen 9 kann durch Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff bis zu einem gewissen Grad und durch Änderung von Expansions- und Strömungsgeschwindigkeiten der austretenden Gase gesteuert werden.
Die Brenneranordnung 6 kann aus einem ringförmigen Schlitzbrenner bestehen, bei dem die schlitzförmige Austrittsöffnung 12 innerhalb von zwei schlitzförmigen Austrittsöffnungen 13 für den Brennstoff angeordnet ist, wobei die Austrittsöffnung 12 mit einer ringförmigen Zuführungsleitung 17 für Sauerstoff verbunden ist, während die beiden schlitzförmigen Austrittsöffnungen
13 für den Brennstoff mit einer entsprechenden Zuführungsleitung 18 verbunden sind.
Gemäß F i g. 4 sind Einzelbrenner 11 vorgesehen, die aus Doppelrohren bestehen, wobef das Innenrohr 14, dessen Ende die Austrittsöffnung 12 für den Sauerstoff bildet, mit einer entsprechenden Zuführungsleitung 17 für Sauerstoff verbunden ist, während das Außenrohr 15, das mit dem Innenrohr 14 zusammen die ringförmige Austrittsöffnung 13 für den Brennstoff bildet, mit einer entsprechenden Zuführungsleitung 18 für Brennstoff verbunden ist Die Querschnitte der Leitungen sind entsprechend dem gewünschten Verhältnis von Brennstoff und Sauerstoff aufeinander abgestimmt. Insbesondere sind gleiche Querschnitte für die Größe der Öffnungen 12 und 13 vorgesehen.
Die Brenner sind mindestens im Bereich der Austrittsöffnungen 12,13 aus Kupfer hergestellt. Die in den Fig.5 bis 7 dargestellten Einzelbrenner sind vorzugsweise vollständig aus Kupfer hergestellt, wobei das Innenrohr 14 gegenüber dem Außenrohr 15 verschiebbar angeordnet ist. Am Außenumfang des Innenrohrs 14 können als Distanzhalter dienende Drähte befestigt sein, die insbesondere in Form einer Spirale 22 angeordnet sind, um dem austretenden Brennstoff einen Drall zu verleihen. Das Innenrohr 14 ist mit einer Einrichtung 19 zum Anschließen an die Zuführungsleitung 17 für Sauerstoff gegebenenfalls über ein Rückschlagventil versehen. Das Außenrohr 15 besitzt einen Ansatzstutzen, der ebenfalls mit einer Einrichtung 20 zum Anschließen an die Zuführungsleitung 18 für Brennstoff, gegebenenfalls über ein Rückschlagventil versehen ist.
In F i g. 6 ist der Brenner 11 mit zurückgezogenem Innenrohr 14 dargestellt, wodurch eine gewisse Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff vor dem Austreten aus dem Brenner erreicht wird. Hierzu können aber auch gegebenenfalls zusätzlich Öffnungen 16 im Innenrohr 14 dienen, die in der Nähe der Austrittsöffnung 12 angeordnet sind.
Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind die Brenner vorzugsweise unter einem kleinen Winkel nach unten gerichtet, während benachbart der wallartigen Anwachsungen 9 Kühlemrichtungen in den Wandungen 2 des Schachtofens 1 vorgesehen sein können (nicht dargestellt) die zur Unterstützung der wallartigen Anwachsung 9 dienen.
Mit derartigen Brennern wird eine ideale linsenförmige Einschmelzflamme 7 in einer schalengeschützten, feuerfesten Auskleidung des Schachtofens 1 erzeugt. Gegenüber den bisher bekannten wassergekühlten Brennern ist diese Brennereinrichtung fast ohne jeden Verschleiß, sehr einfach und kostengünstig, leicht zu warten, über eine Gesamtregelung betreibbar und völlig betriebs- und risikosicher. Bei Einschmelzunterbrechungen werden nach dem Abstellen der Brennstoff- und Sauerstoffzufuhr die Austrittsöffnungen durch Einblasen von Stickstoff bzw. Preßluft offengehalten und gekühlt.
Bei einem Schachtofendurchmesser von 3 m wurden beispielsweise 24 Brenner aus Kupfer verwendet, deren Innenrohre 14 einen Außendurchmesser von 10 mm und deren Außenrohre 15 einen Außendurchmesser von 14 mm und jeweils eine Wandstärke von 1 mm besaßen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Einschmelzen einer Einsatzmaterialsäule aus Schrott, Eisenschwamm, Pellets od. dgl. in einem Schachtofen mit einer durch eine durch seitliche Zufuhr von Sauerstoff und Brennstoff in den unteren Teil des Schachtofens erzeugten Flamme, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff innerhalb des Brennstoffbereiches zugeführt wird, um außerhalb des Flammenbereiches die Einsatzmaterialsäule tragende wallartige Anwachsungen zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff und/oder Sauerstoff vor dem Austreten aus den Brennern ein Drall verliehen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Unterbrechung des Einschmelzvorganges an Stelle von Brennstoff und Sauerstoff Stickstoff oder Preßluft eingeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Schachtofens im Bereich der wallartigen Anwachsungen mit Wasser oder Luft gekühlt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Schachtofen mit einer im Bereich der Einschmelzzone angeordneten Brenneinrichtung zur Beaufschlagung der Einsatzmaterialsäule von unten, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennereinrichtung aus einem ringförmigen oder einer Anzahl ringförmig angeordneter einzelner Brenner (10, 11) mit einer Zuführungsöffnung (12) für Sauerstoff und einer oder zwei Zuführungsöffnungen (13) für Brennstoff besteht, wobei die Zuführungsöffnungen (13) den oder die Zuführungsöffnungen (12) umgeben.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brenner (11) Mittel (22) vorgesehen sind, um den austretenden Gasen einen Drall zu verleihen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (14) der Brenner (11) eine am Außenumfang hiervon umlaufende Spirale (22) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (14) des Doppelrohrs (11) in dem Außenrohr (15) verschiebbar angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (14) einen perforierten Bereich (16) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (11) unter einem kleinen Winkel nach unten gerichtet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung für die Wandungen (2) des Schachtofens (1) im Bereich der wallartigen Anwachsungen (9).
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