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Einrichtung an Metallschmelzöfen mit umkehrbarer Flammenrichtung zur Vorwärmung des Chargiergutes durch die Restwärme der Abgase
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an Metallschmelzöfen mit umkehrbarer Flammenrichtung und mit Kammern zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und gegebenenfalls auch des Brenngases durch die vom Herdraum kommenden Gase, zur Vorwärmung des Chargiergutes durch die Restwärme der Abgase auf ihrem Weg von den Kammern zur Esse.
Zur Vorwärmung des Chargiergutes von Metallschmelzöfen wurde bereits vorgeschlagen, die heissen Abgase vorerst über das kalte Chargiergut und dann erst durch die Luft- und Gasvorwärmkammern streichen zu lassen. Solche Schmelz- öfen haben sich jedoch nicht bewährt, da hiebei die Temperatur des Abgases durch die vorangehende Wärmeabgabe an das Chargiergut so stark herabgesetzt wird, dass für die Luft- und Gasvorwärmkammern nur mehr ein ungenügendes Wärmeangebot übrigbleibt. Um z. B. 1 t Stahl
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C380. 000 kcal notwendig, wogegen die für 1 t Stahl dieser Temperatur erforderliche Verbrennungsluftmenge (2-3 t) etwa 900. 000-1, 300. 000 kcal Wärme benötigt, um ebenfalls auf 1800 C gebracht zu werden.
Bei einer derartigen Abwärmeverwertung wird also die hohe Temperatur der Abgase zuerst durch die Vorwärmung des Chargiergutes mit niedriger spezifischer Wärme gesenkt, so dass für die grösseren Mengen der Verbrennungsluft mit hoher spezifischer Wärme eine zu niedrige Temperatur übrigbleibt. Der Gesamtwirkungsgrad des Schmelzofens konnte auf diese Weise nicht verbessert werden.
Eine Verbesserung des Wärmehaushaltes des Schmelzofens kann hingegen erreicht werden, wenn die heissen Abgase erst nach dem Durchstreichen der Luft- und Gasvorwärmkammern zur Vorwärmung des Chargiergutes herangezogen werden. Es ergibt sich hiebei nicht nur eine wesentliche Brennstoffeinsparung, sondern auch eine Verkürzung der Einschmelzzeit, wodurch unmittelbar die mengenmässige Produktion des Betriebes ohne Vergrösserung der gesamten Anlage erhöht wird. Ausserdem können in dem zur Vorwärmung dienenden Raum Fördereinrichtungen und Einsatzbehälter benützt werden, da die Tem- peratur der nach dem Passieren der Luft- und Gasvorwärmkammern verwendeten Abgase hiefür nicht mehr zu hoch ist.
In diesem Zusammenhang ist bereits vorgeschlagen worden, den zum Einsatz in einen Martinofen bestimmten Schrott in besonderen Öfen, d. h. in von den Martinöfen getrennten Öfen, welche mit der Abhitze der Martinöfen geheizt werden, vorzuwärmen. Die Abhitzegase der Martinöfen werden hiebei durch einen Kanal oder durch eine ausgemauerte Rohrleitung den Vorwärmöfen zugeleitet und ziehen nach Durchstreichen derselben in die Esse. Der Bau solcher vom Martinofen getrennter, eigener Vorwärm- öfen bedeutet jedoch einen zusätzlichen und kostspieligen Aufwand bei der Herstellung der Ofenanlage und nimmt zusätzlichen Raum in Anspruch, so dass die durch die Vorwärmung des Chargiergutes erzielten wirtschaftlichen Vorteile durch die Herstellungskosten zum grössten Teil wieder aufgehoben werden. Dieses Verfahren konnte sich daher bisher in der Praxis auch nicht durchsetzen.
Zur Nutzbarmachung der Abgaswärme hat man zwar auch die heissen Abgase vielfach zur Erwärmung von Wasser bzw.. zur Dampferzeugung benützt. Das allgemeine Interesse des Ofenbetriebes fordert jedoch, dass in erster Linie das zu gewinnende Metall auf möglichst ökonomische Weise erschmolzen wird, so dass die Erzeugung von Warmwasser oder Dampf von sekundärer Bedeutung ist.
Die Erfindung hat sich eine Einrichtung zur Vorwärmung des Chargiergutes durch die Restwärme der Abgase zum Ziel gesetzt, die mit geringerem Kostenaufwand herstellbar ist, keinen grossen Raumbedarf aufweist und auch an bereits bestehenden Ofenanlagen anbringbar ist.
Die Erfindung besteht darin, dass für die Ableitung der Abgase nach der Umsteuervorrichtung zur Esse mindestens zwei Abgaskanäle vorgesehen sind, die mit Absperrorganen, wie Türen oder Schieber, ausgestattet sind, mittels derer sie wahlweise in den Abgasweg eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden können, und von denen mindestens einer mit Einrichtungen zur Aufnahme und Entnahme des vorzuwärmenden
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Chargiergutes sowie allenfalls mit Fördereinrichtungen für das vorzuwärmende Chargiergut ausgestattet ist. Durch die erfindungsgemässe Einrichtung werden bei einfachster und billiger Herstellbarkeit Einsparungen, vor allem eine wesentliche Brennstoffeinsparung und ausserdem eine Verkürzung der Einschmelzzeit, erzielt.
Wie Berechnungen und Untersuchungen an bestehenden und geplanten Siemens-Martin-Öfen gezeigt haben, ist es dadurch möglich, gegenüber Ofenanlagen ohne Vorwärmung des Chargiergutes an Brennstoff bis zu 22% einzusparen und die Einschmelzzeit etwa im selben Ausmass zu verkürzen.
Die zur Vorwärmung erforderlichen baulichen Anlagen ermöglichen im Vergleich mit dem bekannten Vorschlag eine rationelle und saubere Betriebsweise, ausserdem werden die zur Verfügung stehenden Wärmemengen besser ausgenützt, da der Wärmeprozess im Herdraum selbst bei der Einrichtung nach der Erfindung nie gestört wird. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist überhaupt erst die Voraussetzung für die praktische Durchführung der Vorwärmung, insbesondere wenn bereits bestehende Ofenanlagen hiefür nachträglich umgebaut werden sollen.
In diesem Zusammenhang soll noch erwähnt werden, dass die Einrichtung zur Vorwärmung des Chargiergutes den Widerstand der Abgase im Abgaskanal erhöht, wodurch gegebenenfalls der Zug durch geeignete Zusatzeinrichtungen, wie Gebläse, Ejektoren usw., verbessert werden muss. Bei ungünstigsten Verhältnissen könnte der Energieaufwand für den Betrieb dieser Zusatzeinrichtungen die Brennstoffersparnis, die durch die Vorwärmung des Chargiergutes erzielt wird, etwa wettmachen. Zweifelsohne verbleibt aber in diesem Fall noch immer die Verkürzung der Einschmelzzeit, was bei Erhöhung der Produktion die Produktionskosten pro Mengeneinheit vermindert.
Es ist zwar auch schon bekannt, bei einem normalen Glasschmelzofen zwischen Schornstein und Rekuperator oder zwischen Schornstein und Regenerator einen Kanal einzuschalten, in dem das locker geschichtete oder brikettierte Einsatzgut zum Zwecke des Vorsinterns dem Zug der Feuergase entgegengeführt wird. Die Vorgänge beim Schmelzen von Glas sind jedoch von jenen in Metallschmelzöfen, insbesondere im SiemensMartin-Ofen, sehr verschieden. Es soll durch diese bekannte Massnahme eine gleichmässige Umwandlung des Gefüges durch die gesamte Masse des zu schmelzenden Gemenges herbeigeführt werden, wogegen durch das Vorwärmen des Chargiergutes nach der Erfindung eine Beschleunigung des Schmelzvorganges und eine Brennstoffeinsparung angestrebt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der zur Vorwärmung des Chargiergutes dienende Abgaskanal mit die Ein-und/oder Ausschleusungsstellen des Gutes umgehenden Nebenschlusskanälen ausgestattet sein. Zum Ein-und/oder Ausschleusen des Gutes wird der Abgaskanal hiebei an den Ein- bzw. Ausschleusungsstellen abgesperrt und die heissen Abgase durch die Nebenschlusskanäle hindurch umgeleitet. Die Umsteuerung erfolgt beispielsweise durch Türen, Schieber oder Klappen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann an der oder den Ausschleusungsstellen für die Einsatzbehälter mindestens ein vom Abgas umströmter Raum ausserhalb des Abgaskanals bzw. der Abgaskanäle zur Warmhaltung der zum Einsetzen in den Schmelzofen bereitgestellten Einsatzbehälter vorgesehen sein. Diese Massnahme empfiehlt sich besonders bei Abgasen mit geringem Wärmeinhalt und ermöglicht eine günstige Ausnützung der zur Verfügung stehenden Wärmemengen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung wird mit weiteren Einzelheiten der Erfindung an Hand der schematischen Zeichnungen noch näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel in axonometrischer Darstellung, wobei einige Teile geschnitten bzw. abgerissen sind. Fig. 2 und 3 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel im Vertikal- bzw.
Horizontalschnitt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 4-7 dargestellt. Fig. 4 zeigt einen Grundriss, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 einen Teilschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4 und Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 4.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 weist der vom Schmelzofen 12 zum Schornstein 13 führende Abgaskanal 2 an der Stelle 1 eine vertikale Abzweigung 3 auf, so dass das heisse Abgas nach oben und anschliessend durch das horizontale Kanalstück 4 und durch das schräge Kanalstück 5 über die im Vorwärmkanal ss bereitgestellten, mit festem Einsatz gefüllten Einsatzbehälter 7 in der durch den voll ausgezogenen Pfeil 8 bezeichneten Richtung strömt. Am Ende 9 des Vorwärmkanals 6 wird das heisse Abgas über einen Rost 10 in das vertikale Kanalstück 11 nach unten und wieder in den bestehenden Abgaskanal 2 an der Stelle 14 geführt. Ein vorgewärmter Einsatzbehälter 7'steht zum Einsatz bereit, und ein kalter Einsatzbehälter 7 ist zum Einstoss in den Vorwärmkanal 6 vorbereitet. Die Methode zur Vorwärtsbewegung der Einsatzbehälter ist unwesentlich.
Mit 77 und 78 sind die Kammern zur Vorwärmung der Verbrennungsluft des Schmelzofens 12 bezeichnet.
Die Wirkungsweise ist folgende : Der Schieber 15 wird langsam hochgezogen, während der Schieber 16 mit einer gewissen Verzögerung ebenfalls hochgezogen wird. Der Hauptsaugzug 17 (siehe auch Fig. 2) wird daher das Abgas allmählich aus dem Hauptabgaskanal 2 entnehmen.
Der Nebensaugzug 18 wird die im Vorwärmkanal 6 befindlichen Abgase noch in den Hauptabgaskanal 2 drücken, wobei Frischluft an der Stelle 19 allmählich in den Vorwärmkanal 6 eindringt. Im weiteren Verlauf wird der Schieber 15 ganz hochgezogen, trennt das horizontale Kanalstück 4 von dem schrägen Stück 5 und öffnet gleichzeitig den Vorwärmkanal ss an der
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Stelle 19 für den Ausstoss der vorgewärmten Einsatzbehälter 7'. Ebenso wird der Schieber 16 ganz hochgezogen, so dass der Hauptsaugzug 17 die Abgase durch den Kanal 2 absaugt.
Sobald die giftigen Abgase aus dem Vorwärmkanal 6 zur Gänze entfernt sind, wird der Schieber 20 geschlossen, der Nebensaugzug 18 ausser Betrieb gesetzt und der Schieber 21 durch Hochziehen geöffnet. Jetzt werden die kalten Einsatzbehälter 7 an der Stirnseite 22 in den Vorwärmkanal 6 schrittweise in der durch den gestrichelten Pfeil 23 angedeuteten Richtung hineingestossen, wodurch die vorgewärmten Einsatzbehälter 7'an der vorderen Stirnseite 24 des Vorwärmkanals entsprechend herausgefördert werden, von wo sie die Chargiermaschine in den Ofen einsetzt.
Wenn der Hauptsaugzug 17 stark genug ist, kann auf den Nebensaugzug 18 verzichtet werden. Nach Beendigung der Chargierung und Füllung des Vorwärmkanals mit dem kalten Einsatz werden die Schieber wieder sinngemäss in der entsprechenden Reihenfolge in die entgegengesetzte Stellung gebracht, so dass das Abgas wieder durch den Vorwärmkanal 6 strömt.
In dem Beispiel nach Fig. 2 und 3 ist ein normaler Siemens-Martin-Ofen 12 mit beispielsweise gemischter Öl-und Koksofengasfeuerung mit Saugzug 17 dargestellt. Der kalte Einsatz wird in Einsatzbehältern 7 an der Stelle 25 in den Abgaskanal 2 eingeschleust. Zwei Schleusenklappen 26 werden hiebei sinngemäss verstellt. Die Ausschleusung der vorgewärmten Einsatzbehälter erfolgt an der Stelle 27, wo wiederum zwei Schleusenklappen 28 vorgesehen sind. Die Förderrichtung des Einsatzes ist durch den gestrichelten Pfeil 29, die Richtung der Abgase durch den voll ausgezogenen Pfeil 30 ersichtlich gemacht. Während der Ein- bzw. Ausschleusung wird das Abgas durch Nebenschlusskanäle 31 geleitet, die die Einschleusungsstelle 25 und die Ausschleusungsstelle 27 umgehen.
An den Schleusen sind nach aerodynamischen Grundsätzen ausgebildete Masken 32 vorgesehen, die den Strömungswiderstand vermindern.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 7 führen von den beiden Ofenköpfen J4 und 55 separierte Abgaskanäle 56 und 57 unter der Ofenbühne 58 bis zum Ende der Bühne. Von dort führen die beiden Kanäle im rechten Winkel weiter entlang der äusseren Begrenzung der Ofenbühne. In diesen Kanalabschnitten 59 und 60 erfolgt einerseits die Vorwärmung und anderseits die Förderung der Einsatzbehälter 7. Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Führung der heissen Abgase von den vertikalen, nach oben
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lichst gute Warmhaltung desselben an der Ausstossstelle gewährleistet wird. Die zur Ausstossung nachfolgenden Einsatzbehälter 7 werden von den abziehenden heissen Abgasen von oben bestrichen.
An den Einschleusungsstellen 63 und 64 sind innerhalb der Abgaskanäle Roste 65 vorgesehen, welche einerseits ein Abziehen der Abgase in die Kanäle 66, 67 nach unten, anderseits aber die horizontale Weiterförderung der Einsatzbehälter 7 in den Abgaskanal hinein ermöglichen.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass die beiden Abgaskanäle 59 und 60 bzw. 66 und 67 sich wiederum zu einem gemeinsamen Abgaskanal 68 vereinigen, der zum Schornstein 13 führt. In der Fig. 5 ist ausserdem ein dritter, gemeinsamer Abgaskanal 69 gestrichelt angedeutet, der zwischen den Kanälen 61 und 62 angeordnet sein kann und der dazu dient, eine Ausserbetriebsetzung der Vorwärmkanäle 59 und 60 zu ermöglichen, für den Fall, dass z. B. Reparaturen in diesen Kanälen vorgenommen werden sollen. Der dritte Abgaskanal 69 kann ausserdem benützt werden, während die Einsatzbehälter 7 ein- und ausgeschleust werden, wodurch sonst notwendige Schleuseneinrichtungen eingespart werden. Mit 70 und 71 sind Vorrichtungen zur Absaugung der Abgase bezeichnet, welche dazu dienen, die Abgase vor dem Öffnen der Türen 72, 74 und 75 aus den Abgaskanälen zu entfernen.
Die Chargiervorrichtung ist mit 76 bezeichnet (Fig. 4 und 6).
Aus Fig. 7 sind die für den Siemens-MartinOfen typischen zwei Vorwärmkammern 77, 78 sowie die zwei Ölbrenner 79 und 80 ersichtlich.
Die Luftansaugvorrichtung ist mit 81 und der Umsteuerschieber mit 82 bezeichnet. Die vorteilhafte Anordnung der Vorwärmkanäle 59 und 60 und des Abgaskanals 69 dicht nebeneinander ermöglicht die Verwendung dünnwandiger Trennungsschichten für die aneinandergrenzenden Wände.
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