DE853795C - Verfahren zum Schmelzen und UEberhitzen von Metallen im Schachtofen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Schmelzen und Überhitzen von Metallen im Schachtofen Das an sich sehr wirtschaftliche Schmelzen von Metallen, z. B. von Roh- oder Gußeisen, im Schachtofen hat eine ganze Anzahl verbrennungstechnischer und metallurgischer Nachteile. Durch die satzweise Füllung des Schachtes mit metallischem Einsatz bzw. mit Schmelzkoks wird durch den letzteren ein großer Teil der kohlensäurereichen Verbrennungsgase wieder zu Kohlenoxyd reduziert, was eine starke Temperaturerniedrigung in der Schmelzzone hervorruft, den thermischen Wirkungsgrad des Schmelzofens vermindert und (las glatte Herunterschmelzen z. 13. von Stahlschrott beeinträchtigt oder gänzlich verhindert. Zur Erzielung hinreichend hoher I1ammentemperaturen, ausreichender Überhitzung des abfließenden Schmelzgutes und zwecks Schonung des Ofenfutters benötigt man daher in der Praxis schwer verbremilichen, harten und grobstückigen Gießereikoks, der aber nach Einführung der Schmalkammerkoksöfen kaum noch in der früheren Qualität zu haben ist. Auch kann man mit verschiedenen in Deutschland vorhandenen Kohlenvorkommen, z. B. mit Saarkohle, nur sehr schwer, wenn überhaupt, einen brauchbaren Schmelzkoks für derartige Schachtschmelzöfen erzeugen. Die Verwendung von Koks als tragendes Element für die metallische Beschickung derartiger Schachtöfen hat ferner zur Folge, daß sich in der Gattierung aufgegebener Stahlschrott auf Kohlenstoffgehalte über etwa 2,6% aufkohlt, was zwar von den Eisengießereien meistens gewünscht wird, in vielen Fällen aber, z. B. bei der Herstellung niedriggekohlter Spezialgußeisensorten, als sehr nachteilig empfunden wird. Aus dem gleichen Grunde ist es bisher auch nicht möglich gewesen, einen Schachtofen nach Art des Kupolofens für das Vorschmelzen von niedriggekohltem Stahlschrott in Stahlwerksbetrieben zu verwenden, obwohl man hierdurch eine wesentliche Steigerung der Leistungsfähigkeit unserer Stahlwerke und Stahlgießereien hätte erzielen können.
• Gemäß vorliegender Erfindung werden alle bekannten Nachteile der bisher üblichen Schmelzweise bei Schachtöfen ausgeschaltet, ein sehr heißes Schmelzprodukt erzielt, die Reduktion der Kohlensäure praktisch völlig verhindert und die Aufkohlung z. B. stahlschrottreicher Gattierungen in ganz beliebiger Weise geregelt, so daß man künftig einen Schachtschmelzofen auch als Vorschmelzapparat in Stahlwerksbetrieben mit großem wirtschaftlichem Vorteil bei wesentlicher Erweiterung der erzeugten Stahlkapazität verwenden kann. Die Arbeitsweise gemäß vorliegender Erfindung gestattet aber auch die einwandfreie Verschmelzung anderer technischer Legierungen, z. B. von Kupfer, Rotguß, Zinklegierungen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man das Gestell und den unteren Ofenschacht mit hochfeuerfesten Brocken von etwa Faustgröße und darüber anfüllt und die Aufheizung derselben durch seitlich unterhalb der Schmelzzone angeordnete Brenner bewirkt. Die mit gasförmigen, flüssigen, staubförmigen oder festen Brennstoffen betriebenen Brenner führen in der Regel auch die gesamte zum Schmelzen und Überhitzen des Schmelzgutes benötigte Wärmemenge ein, es kann aber auch ein kleiner Teil der benötigten Wärmemenge durch etwa i bis 3% der Gattierung Satzweise oder im Gemisch beigegebenen Koks geliefert werden. Das letztere hat dann besonderen Vorteil, wenn die aufgegebene Gattierung sehr kleinstückig ist, z. B. aus Blechabfällen, Nietputzen, Stahlspänen usw. besteht. Der beigegebene Koks magert alsdann die Gattierung und lockert sie derartig auf, daß die Verbrennungsgase mit geringerem Widerstand und, wenn erforderlich, verminderter Oxydationswirkung durch die metallische Beschickung hindurchgehen können. Als feuerfeste Brocken eignen sich großstückige, tonerdereiche Brocken, z. B. von Sinterkorund, Sintermagnesit usw., besonders gut, da sie hochfeuerfest sind und selbst von eisenreicheren Schlacken nur wenig angegriffen werden. Aber auch stückiger gebrannter Kalkstein, Sinterdolomit oder mit feuerfesten Stoffen hinreichend dick umkrusteteGraphitbrocken(Elektrodengraphit) können Verwendung finden. Es empfiehlt sich, den mittleren Durchmesser der feuerfesten Brocken bei möglichst kugelförmiger Ausbildung derselben nicht kleiner als etwa io bis i5°/o des lichten Ofendurchmessers zu wählen. In diesem Fall ergibt sich eine hervorragende Verteilung der Verbrennungsgase Tiber den ganzen Ofenquerschnitt bei weitgehender Schonung des Ofenfutters. Das letztere besteht zweckmäßig aus demselben oder artverwandten feuerfesten Material wie die tragenden Brocken, um chemische Rückwirkungen zwischen den Brocken und dem Ofenfutter möglichst auszuschalten. Man kann die Verteilung der abziehenden Abgase noch verbessern, wenn matt im Ofenschacht kurz oberhalb der Brennerzone ein aus hochfeuerfesten Stoffen, z. B. Sinterkorund, Sintermagnesit, hestehendes Gewölbe vorsieht, das in geeigneter Weise Durchlässe für das abschmelzende Gut sowie auch hinreichenden Durchlaß für die Verbrennungsabgase besitzen muß. Will man bei Eisenschmelzen ganz bestimmte Kohlungsgrade erzielen, so kann durch Einführung von aufkohlenden Substanzen direkt in das Gestell oder in den Vorlierd die Aufkohlung beliebig gestaltet werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, im Ofenschacht unterhalb der Brennerköpfe einen Düsenloden anzuordnen (Abb.2). In der Abb. i ist zunächst eine einfache, aber grundsätzliche Ausführungsform eines Schmelzofens gekennzeichnet, der das Arbeiten nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gestattet. Im Fall der Abb. i ist fester Brennstoff (Koks) als Energiequelle vorgesehen sowie, z. B. heim Verschmelzen stahlreicher Gattierungen, eine zusätzliche Aufkohlung im Gestell nicht angestrebt. Abb.2 und 3 geben einen Schmelzofen zum Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wieder, bei dem durch Einziehen eines Düsengewölbes unterhalb der Brennerköpfe das saubere Abfließen des Schmelzgutes gesichert und durch Eintragen kohlender Substanzen, z. B. durch die als Mannloch gekennzeichnete Öffnung, in das zum Vorherd erweiterte Gestell die gewünschte Menge kohlender Substanzen eingeführt werden kann. Hochlage eines Düsenge-,völbes, wie in Abb.2 gestrichelt gekennzeichnet, sichert bei freierer Flammengestaltung eine noch gleichmäßigere Durchströmung des Schachtes durch die Verbrennungsgase, wenn der Teil des Schachtes unterhalb dieses Gewölbes von tragenden feuerfesten Brocken freigehalten wird.
• In den,Abb. 1 bis 3 bedeutet: a Gestell, b Metallablauf, c feuerfeste Brocken, d Beobachtungslöcher, e metallische Beschickung, f Beschickung, g Koks, h Wasserkühlung, i Luft, k Schlackenablauf, L Koksschlacke, m Schacht, n Vorherd, o Mannloch, p Hochlage des Trenngewölbes, q eiserner Schutzmantel, r Abgase.
• Die Arbeitsweise nach vorliegender Erfindung füllt eine bedeutende Lücke in der Schmelztechnik bestehender Schachtöfen zum Schmelzen von :@letallen und Legierungen aus. Je nach der Schütthöhe der feuerfesten Brocken kann die Überhitzung des abfließenden Schmelzgutes beliebig hoch gewählt werden, so daß auch niedrigschmelzende Eisenlegierungen mit hinreichender Gießtemperatur zum Abstich gelangen. Durch Vorschalten derartiger Ofen vor Stahlschmelzöfen (Siemens-Martin- oder Elektroöfen) kann matt die Leistungsfähigkeit derartiger Betriebe um 25 bis 350/0 steigern. Ein wesentlicher Vorteil der gekennzeichneten Arbeitsweise ist ferner, daß man auch kleinstöckigen, weicheren Schmelzkoks verarbeiten kann. Siebt man den Koks derartig ab, daß z. B. die großen Stücke über etwa 120 bis 15o inm Kantenlän e satzweise in der Beschickung (t bis 3% des Satzgewichtes ) aufgegeben werden, der kleinstückigere Restkoks aber in den Brennern verarbeitet wird, so ergibt sich eine sehr rationelle Verarbeitungsweise minderwertigerer Kokssorten. Bei Verwendung von Heißwind können aber auch heizwertärmere Gase, z. 13. Generatorgas, ja selbst Hochofengas zum Schmelzen von Legierungen, wie Gußeisen, Temperguß usw., bzw. von Legierungen der Kul)fer- und Zinkbasis verwendet werden.
• Ein besonderer Vorzug der gekennzeichneten Arbeitsweise ist schließlich, daß auch bei Einführung großer Wärmemengen, z. B. bei Verbrennung %-on io bis 2o°/o und mehr Koks, bezogen auf das EinsatzgeNvicht, keine Reduktion der Verbrennungsgase im Ofenschacht mehr auftritt, während beim Kupolofen bekanntlich mit zunehmendem Satzkoksanteil (las Verbrennungsverhältnis fällt, der thermische Wirkungsgrad des Ofens schnell absinkt und die maximale Ofentemperatur entsprechend zurückgeht. Um diese :Yachteile gemäß dem "erfahren nach der Erfindung mit Sicherheit zu vermeiden, ist es nötig, die horizontale Schütttiefe des Koks vor den Winddüsen im Schnitt A-B (vgl. A11. 3) nicht höher zu halten als etwa i5o bis 25o mm. Bei Verwendung von Heißwind muß diese Schüttiefe auf ioo his i 5o mm vermindert werden.
• Die Oxvdation der Begleitelemente der metallischen Beschickung ist beim Arbeiten nach vorliegendem Verfahren etwa gleich oder nur wenig größer als beim Schmelzen mit üblichen Schachtöfen nach dem Vorbild des Kupolofens. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet dagegen, die anfallende Schlackenmenge geringer zu halten als beim Betrieb des üblichen Kupolofens.
• Der am Schachtofen seitlich angebrachte Koksbunker kann in bekannter Weise durch eine einfache oder doppelte Glocke abgedichtet werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. \'erfahren zum Schmelzen und Überhitzen von \Tetallen und Legierungen in Schachtöfen, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Schmelzgut eine mit feuerfesten Brocken angefüllte Zone des Ofenschachtes durchläuft, die der Überhitzung des abfließenden Schmelzgutes dient.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der feuerfesten Brocken ganz oder teilweise durch seitlich unterhalb der Schmelzzone angeordnete Brennerköpfe erfolgt, die mit gasförmigen, flüssigen, staubförmigen oder stückigen Brennstoffen betrieben werden. 3. `erfahren nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum für das flüssige Metall ganz oder teilweise mit feuerfesten Brocken und/oder festen Brennstoffen (Aufkohlungsmitteln) angefüllt ist. . Verfahren nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zum Schmelzen und Überhitzen notwendigen Energie in Form fester Brennstoffe dem metallischen Beschickungsgut beigegeben wird. 5. Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum für das verflüssigte Metall gegen den Oberofen derart abgeschlossen ist, daß zwar das flüssige Metall, nicht aber die feuerfesten Brocken des Oberofens in das Gestell (Sammelraum) gelangen können. 6. Schmelzofen zur Durchführung der Verfahrens nach Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (Sammelraum) ganz oder teilweise aus der Hauptachse des Oberofens verlegt wird und die Form eines Vorherdes annimmt. 7. Schmelzofen nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein die metallische Beschickung tragendes Düsengewölbe, das kurz oberhalb der Brennerköpfe im Ofenschacht angeordnet ist, die Flammenführung des Ofens verbessert wird.