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Verfahren und Vorrichtungen zur Verhüttung von Eisenerzen in der Wirbelschmelzkammer-Feuerung eines Dampferzeugers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhüttung von Eisenerzen in der Wirbelschmelzkammer-
Feuerung eines mit Kohle betriebenen Dampferzeugers, wobei das Erz in feiner Körnung in die Schmelzkammer eingeführt und unter Mitwirkung von tangential zugeführter Luft in den Feuerwirbel hineingerissen und darin geschmolzen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Feuerungen, in'denen sich ein Verfahren der angegebenen Gattung durchführen lässt, sind bekannt.
Sie enthalten zylindrische, mit Kühlrohren ausgekleidete Schmelzkammern in liegender, leicht geneigter Anordnung mit axialer Beschickung, in denen sich das Geschmolzene, Eisen und Schlacke, am Bodentiefsten ansammelt, von wo es durch mehrere Öffnungen wie aus einem Fass abgezogen werden kann. Bei einer Ausführungsform sind zwei Schmelzkammern hintereinandergeschaltet. Beide Kammern werden mit Erz beschickt, jedoch nur eine unmittelbar mit Brennstoff, während die andere lediglich Feuergase zugeführt erhält, die aus der ersten Kammer entnommen sind.
Auch eine Vorrichtung zur Verhüttung von Eisenerz mit senkrecht angeordneter zylindrischer Schmelzkammer ist bekannt. Hiebei strömen die Feuergase wirbeln von unten nach oben, dem Erz entgegen, welches oben eingeblasen wird. Das Geschmolzene sammelt sich am Boden der Kammer und kann dort in üblicher Weise abgestochen werden.
Ebenfalls eine aufsteigende Schraube von Feuergasen und Schmelzendem bildet sich in einem bekannten Schmelzofen von kegelförmiger Gestalt mit nach unten gerichteter Spitze. Hiebei werden Brennstoff und Luft tangential oberhalb der in der Kegelspitze befindlichen Schmelze schräg nach unten eingeblasen, während das Erz in Pulverform durch getrennte Öffnungen eingefüllt wird. Der Feuerwirbel erfasst das Erzpulver, führt es auf den Spiegel des Bades und trägt es wirbelnd nach oben, wo die Schmelzetröpfchen ausgeschleudert werden und nach unten ablaufen. Der ganze Schmelzofen besteht aus einem einzigen Reaktionsraum, dessen Atmosphäre notwendigerweise reduzierend ist, um das Erz verhütten zu können.
Schliesslich gehört noch ein Ofen zur Reduktion von Eisenerz zum Stand der Technik, bei dem ein zylindrischer Ofenraum senkrecht angeordnet ist und axial von oben mit Brennstoff und Erz begichtet wird.
Zusatzluft kann tangential eingeblasen werden, so dass sich der Feuerstrom kegelschraubenförmig nach unten zum Gasauslass bewegt und zuerst eine oxydierende und dann eine reduzierende Atmosphäre durcheilt. Das geschmolzene Metall und die Schlacke sammeln sich infolge der Fliehkraft auf der Mantelfläche des Ofens und fliessen ununterbrochen zum ringförmigen Ofenboden, um durch ein Stichloch abgezogen zu werden.
Die bekannten Vorrichtungen sowie die darin durchgeführten Verfahrensweisen weisen sämtlich den Nachteil auf, dass eine Gewinnurg von schlackefreiem, beruhigtem Eisen nicht möglich ist. Die Erfindung überwindet diesen Nachteil, indem sie ein Verfahren der eingangs genannten Gattung vorschlägt, welches sich dadurch kennzeichnet, dass das Erz in der Schireizkammer zuerst einer oxydierenden und
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dann einer reduzierenden Atmosphäre, wie an sich bekannt, ausgesetzt und einem nachgeschalteten Raum zur Aufnahme der Schmelze zugeleitet wird. Dadurch ist auch die Aufrechterhaltung der Flammentemperatur in der reduzierenden Zone gewährleistet und somit die Flüssigerhaltung der Schmelze bis zum
Abstich.
Nach einer Durchführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Feuergas-Erz-Strom vor und nach dem Passieren des Feuerungsaustrittes zusätzlich Kohlenstoff beigemischt wird, auch kann gemäss der
Erfindung die Massnahme getroffen sein, dass die aus der Feuerung austretenden Gase bei ihrem Übertritt in eine Nachbrennkammer mit Luftüberschuss verbrannt werden. Dabei lässt sich das Erz erfindungsgemäss tangential oder in an sich bekannter Weise seitlich der Schmelzkammer zuführen.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung kann eine Vorrichtung dienen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wirbelschmelzkammer in der an sich bekannten Stellung mit senkrechter Achse oberhalb einer Sammelwanne für das Geschmolzene angeordnet ist, derart, dass der aus der Schmelzkam- mer nach unten austretende Feuergas-Erz-Strom auf die Schmelze in der Wanne auftrifft und dass eine Überleitung, z. B. ein Kanal, vorgesehen ist, die von dem Raum über der Schmelze in der Wanne zu einer an sich bekannten Nachbrennkammer führt, zu der das Feuer von der Wanne aus strömt.
Ausführungsformen dieser Vorrichtung sehen erfindungsgemäss vor, dass oben auf der Schmelzkammer ein Vorratsbehälter und eine Zuteileinrichtung für das Erz so angeordnet sind, dass das Erz in freiem Fall achsparallel in die Schmelzkammer gelangt und dass beispielsweise das Erz aus der Zutelleinrichtung auf einen wassergekühlten Kegel gelangt, der in dem Deckel der Muffel in der Weise angeordnet ist, dass zwischen seiner mit wärmeisolierenden Steinen ausgekleideten Basis und dem mit einer Öffnung versehenen Deckel der Muffel eine freie Ringfläche verbleibt.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Nachbrennkammer. mit regelbaren Düsen zum Einblasen von Luft und ausserdem mit Brennstoff-Zuführungsdüsen versehen.
Auch eine andere Vorrichtung lässt sich zur Durchführung des eingangs erläuterten Verfahrens mit den Erfindungsmerkmalen verwenden, u. zw. sind dabei am Umfang eines Schachtofens Schmelzkammern zum Schmelzen des allein oder mit Brennstoff vermischt in sie eingeführten Erzes angeordnet, wobei der Schachtofen als nachgeschalteter Raum zur Aufnahme der Schmelze dient. Vorteilhaft ist es hiebei, wenn nach der Erfindung die Erz-und Brennstoffzuführung zu den Schmelzkammern, mit der Windleitung des Schachtofens verbunden ist, so dass Erz und Brennstoff zusammen mit Warmluft aus der Windleitung in die Schmelzkammem eingeblasen werden und dass Einrichtungen vorgesehen sind, um Zweitluft tangential oder axial in regelbarer Menge zuzuführen.
Schliesslich kann eine Ausführungsform auch darin bestehen, dass die Wirbelschmelzkammer selbst an ihrem Boden als nachgeschalteter Raum zur Aufnahme der Schmelze in Form einer Wanne ausgebildet ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in vereinfachter Darstellung wiedergegeben, u. zw. zeigen : Fig. 1 einen lotrechten Axialschnitt durch einen Strahlungsdampferzeuger mit lotrecht. angeordneter Einschmelzmuffel ; Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-B der Fig. 1j Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Schachtofen mit angebauten Schmelzkammern; Fig. 4 einen lotrechten Axialschnitt durch einen Strahlungsdampferzeuger mit'Eckenbrennern.
Nach der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform besteht der Strahlungsdampferzeuger aus einer Schmelzkammer 1, einer Nachbrennkammer 2 und einer nachgeordneten Strahlungskammer 3. Durch die an der Decke 4 der Reduktionskammer 1 angeordneten achsparallelen Gichtstaubeinführungen 5 wird das Erz aus dem Behälter 6 über einen Zuteiler ohne Zusatzluft in freiem Fall der Schmelzkammer 1 zugeführt. Die notwendige Verbrennungsluft wird durch über die ganze Höhe der Schmelzkammer 1 angebrachte, tangential einblasende Luftzuführungsdüsen 7 eingeleitet, während der Kohlenstaub durch die davor gelegenen Kohlenstaubdüsen 8 zugeführt wird.
Durch die getrennte Einführung von Kohle und Gichtstaub nach dieser Anordnung durchstösst der Gichtstaub das mit hoher Geschwindigkeit rotierende KohleLuft-Gemisch und erzeugt dadurch eine gleichmässige Verwirbelung der Komponenten. Die Feuergase sind mit Drall nach abwärts auf das flüssige Eisenbad 9 und Schlackenbad 10 gerichtet. Da in der Schmelzkammer 1 reduzierend gefahren werden muss, tragen die aus der Schmelzkammer austretenden Rauchgase noch verbrennbare Bestandteile mit sich, da die feinsten Staubteilchen durch die Wirbelsenke ausgetragen werden.
Deshalb sind im untersten Teil des Feuerraumes zusätzliche Kohlenstaubdüsen 18 unmittelbar über dem Schmelzbad 9,10 angeordnet, u. zw. so, dass die Blasstrahlen an einen gedachten Kreis mit dem Durchmesser des Rauchgaskragens 19, der gegebenenfalls herabgezogen sein kann, tangieren. Durch eine solche Massnahme wird eine innige Vermischung zwischen Kohlenstaub und Eisenoxydteilchen bewirkt. Das Bad 9,10 wird in ständiger Bewegung gehalten. Um eine möglichst hohe Ascheneinbindung
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zu erreichen, ist es zweckmässig, unmittelbar über dem Bad eine hohe Temperatur aufrechtzuerhalten.
Die durch den Aufprall auf das Schlackenschmelzbad 10 weitgehend gereinigten Feuergase verlassen dann die Schmelzkammer durch einen Kanal 11 und treten durch eine Öffnung 12 tangential in die Nachbrennkammer 2 ein, u. zw. unter Zugabe von Luft durch absperrbare Düsen 20. Die Nachbrennkammer 2 wird zusätzlich mit Kohlenstaub, der durch Brenner 13 zugeführt wird, beheizt. Die Brenner 13 sind zweckmässigerweise abwärts gerichtet, um eine Beheizung der aus der Wanne 14 in die Nachbrennkammer 2 überlaufenden flüssigen Schlacke herbeizuführen. Die Schlacke wird dann durch eine Schlackenaustritts- öffnung 15 aus der Nachbrennkammer 2 abgezogen. Die Schlackenabfuhr kann jedoch auch direkt aus der
Schmelzkammerwanne 14 mittels einer Öffnung 16 erfolgen.
Die Feuergase steigen aus der Nachbrennkammer 2, in der sie durch die Zuführung der Luft vollständig verbrennen, nach oben und werden über eine kragenartige Verengung 17 in die Strahlungskammer 3 geführt. Der Strahlungskammer 3 sind in üblicher Weise nicht dargestellte Berührungszüge mit Heizflächen nachgeordnet.
Da die Berührung und die Führung der Rohre in Sammler, Verteiler und Trommeln für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind, wurden sie nicht gesondert dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schmelzkammer 1 an der Decke 4 und an ihrer Mantelfläche und gegebenenfalls auch der Kragen 19 sowie die Nachbrennkammer 2 an ihren sämtlichen Begrenzungswänden ebenso wie die Strahlungskammer 3 mit Kühlrohren versehen sind. Dagegen ist die Schmelzwanne 14 ungekühlt. Sie besteht aus einer bei der Eisenverhüttung bekannten sauren oder basischen Ausmauerung, die aus feuerfesten Steinen aufgebaut ist.
Es ist möglich, bei auftretendem Bedarf oder bei hohem Anfall von einzuschmelzendem Gichtstaub mehrere Schmelzkammern 1 um eine Nachbrennkammer 2 anzuordnen. Dabei wird zweckmässigerweise eine tangentiale Einblaserichtung der Rauchgase aus den Schmelzkammern 1 in die Nachbrennkammer 2 vorgesehen. Die zusätzliche Kohlezufuhr in die Nachbrennkammer 2 erfolgt durch die Brennerdüsen 13 ebenfalls in tangentialer Richtung. Sie ist so bemessen, dass gegebenenfalls allein mit der Nachbrennkammer 2 der Kesselbetrieb aufrechterhalten werden kann.
Nach Fig. 3 ist die Einschmelzmuffel 1 an einem Schachtofen angebracht. Es können mehrere Schmelzkammern 1 gleichmässig über den Umfang des Schachtofens 29, beispielsweise in der Blasformebene, verteilt sein. Der Gichtstaub wird entweder allein oder zusammen mit dem Brennstoff axial durch die Öffnung 30 eingeblasen und gezündet. Als Träger des einzublasenden Gemisches von Brennstoff und Gichtstaub dient Warmluft, die unterhalb der Zündtemperatur des verwendeten Brennstoffes liegt und die mit einem entsprechenden Druck, der sich nach dem in dem Schachtofen herrschenden Druck richtet, in die Schmelzkammer zusammen mit dem Gichtstaub und dem Brennstoff eingeblasen wird. Über den Um-
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Zweitluft,raturen von 500 bis 8000C tangential eingeblasen wird.
Die Zweitluft wird dabei zweckmässigerweise der Windleitung 32 durch ein Rohr 33 entnommen und unter einer Pressung zugeführt, die über dem im Hochofen herrschenden Druck liegt. Das staubförmige Gut schmilzt bei diesem Verfahren innerhalb der Einschmelzmuffel ein und fliesst am Boden der Schmelzkammer 1 entlang durch eine Rinne 34 in den Schachtofen 29. Es ist auch möglich, den Kohlenstaub vor den Lufteinführungsdüsen 31 in die Muffel 1 einzublasen.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird in eine normale Wirbelschmelzkammer-Feuerung, die aus der Brennkammer 22 und der nachgeschalteten Strahlungskammer 23 besteht und der durch die Düsen 24 Verbrennungsluft und durch die Düsen 25 Kohlenstaub zugeführt wird, der Gichtstaub zusammen mit Kohlenstaub für die Reduktion und Aufkohlung durch unterhalb der Brennerebene angebrachte Düsen 26 ohne Drall zugeführt. Dabei wird der Gichtstaub mit dem Kohlenstaub vermengt unter einem flachen Winkel abwärts eingeblasen. Die Schlacke 10 wird durch die Schlackenabflussöffnung 27, das flüssige Eisen 9 durch die am Boden der Schmelzkammer 22 befindliche Öffnung 28 abgezogen.
Die in Fig. 4 gezeigte Konstruktion eines Dampfkessels, aus dem Eisen und Schlacke getrennt abgeführt werden können, zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus.
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