<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stahl im Siemens-Martin-Ofen unter intensiver Verwendung von Sauerstoff
EMI1.1
und dem Schmelzbad zwecks Vermeidung von gefährlichen Wärmekonzentrationen mit sich bringt, wel- che sich an einer frühzeitigen Abnutzung der feuerbeständigen Materialien und an einer übermässigen Bil- dung von rotem Eisenoxydrauch zeigen und eine Beschränkung der Sauerstoffverwendung erfordern.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird der Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit in Abhän- gigkeit von der Geschwindigkeit der Flamme auf das Bad aufgebracht, wobei die Geschwindigkeit des
Sauerstoffstrahles zwischen einem Sechstel und der doppelten Geschwindigkeit der Flamme einstellbar ist.
Diese Abhängigkeit ist nicht geeignet, eine günstige Wirkung zu erzielen, wie diese für das erfin- dungsgemässe Verfahren erreicht wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl im Siemens-Martin-Ofen, bei dem unterhalb des im aus dem Regenerator kommenden Luftstrom brennenden Brennstoffstrahles ein Sauerstoffstrahl eingeführt wird, wodurch im Unterteil der Flamme eine sehr hohe Temperatur entsteht, jedoch das Gewölbe durch den dunklen Kern der Flamme gegen Strahlung geschützt ist, wobei das wesentliche Kennzeichen der Erfindung darin besteht, dass der Sauerstoffstrahl mit Überschallgeschwindigkeit zugeführt wird, so dass ein Teil desselben unmittelbar das Schmelzbad trifft.
Dadurch wird vor allem vorteilhaft erreicht, dass sich ständig eine schlackenfreie Zone bildet, wodurch der thermische Austausch zwischen der Flamme und dem Schmelzgut beschleunigt wird, wobei ausserdem erreicht wird, dass die Metallumwandlungen ohne gefährliche Wärmekonzentrationen beschleunigt und die Reaktionsgase restlos verbrannt werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Vorrichtung mindestens zwei, allenfalls drei Rohrleitungen aufweist, von denen eine oder zwei zur Einbringung von Brennstoff verschiedener Art dienen, während die zweite oder dritte der Zuführung von Sauerstoff dient, und alle Rohrleitungen mit Regelvorrichtungen versehen sind, wobei das wesentliche Kennzeichen der Erfindung darin besteht, dass das Sauerstoffzuführungsrohr in einer Lavaldüse endigt.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung gemäss der Erfindung, zwei Einzelheiten des an dem Ausfluss des Sauerstoffs angebrachten Diffusors und eine Anwendung der Vorrichtung schematisch und nur beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner ; Fig. 2 und 3 Längsschnitte durch zwei Ausführungen von konvergierend-divergierend ausgestalteten Düsen, die an dem SauerstoffAusflussende angebracht sind und der Zuführung von Stoffen in den Strahl dienen, und Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch einen Martin-Ofen mit einem daran angeordneten Brenner.
Die Aussenfläche des in Fig. 1 dargestellten äusseren Körpers 1 des Brenners steht mit den heissen Verbrennungsgasen und dessen innerer Fläche mit Kühlwasser in Berührung. Die äusseren und inneren Flächen des inneren Teils 2 des Brenners werden von Kühlwasser umflossen. Mit 3 ist der Zwischenraum zwischen dem äusseren Körper 1 und dem inneren Körper 2 bezeichnet, in dem das Kühlwasser fliesst. In den oberen Teilen des inneren Körpers 2 ist das den gasförmigen Brennstoff führende Rohr 4 eingeschlossen. 5 ist das Regelventil für den gasförmigen Brennstoff. Am Kopf des äusseren Körpers 1 ist das Ausflussende 6 des Gases befestigt. In dem inneren Körper 2 ist unter dem Rohr 4 das Rohr 7 für den flüssigen Brennstoff
<Desc/Clms Page number 2>
eingeschlossen. Mit 8 ist das Regelventil für den flüssigen Brennstoff bezeichnet.
Das Ausflussende 9 des flüssigen Brennstoffes ist am Kopf des äusseren Körpers 1 befestigt. Das Sauerstoffrohr 10 ist im äusseren
Körper 2 unter dem Rohr 7 eingeschlossen. Am Ende 12 des Sauerstoffrohres 10 ist eine Düse mit einem konvergierenden Abschnitt 13 und einem divergierenden Abschnitt 14 angebracht. Diese als Diffusor wir- kende Düse ist am Kopf des äusseren Körpers 1 befestigt. Mit 11 ist das Regelventil für den Sauerstoff und mit 15 ist der Schliessboden des äusseren Endes des Körpers 2 bezeichnet. Dieser Schliessboden 15 ist von den drei Rohren 4, 7 und 10 durchsetzt. Das Anschlussrohr 16 für den Eintritt des Kühlwassers ist mit dem äusseren Teil des inneren Körpers 2 verbunden. Das Anschlussrohr 17 für den Austritt des Kühlwassers ist an den äusseren Teil des äusseren Körpers 1 angeschlossen.
Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, endet das Zuführungsrohr 18 für den, Sauerstoff bei 12. Die konvergierend-divergierend ausgebildete Düse 19 (Diffusor) ist an dem Ende 12 des Rohres 18 befestigt. Si ist der Querschnitt des Eintrittes, Sc ist der kritische Querschnitt, und St ist der Querschnitt am Ende der Düse 19. Das Rohr 20 für die zentrale Zuführung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen durchsetzt das Rohr 18. Das Ausflussende 21 des Rohres 18 liegt in der Höhe des kritischen Querschnittes Sc des Diffusors 19 und koaxial mit ihm. Die beiden Rohre 22 für die periphere Zuführung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen dringen schräg in den Diffusor 1\t ein. Ihre Ausflussenden 23 liegen in der Nähe der divergierenden Fläche 14.
In der Fig. 4 ist der Kopf 24, der Herd 25 und das Gewölbe 26 eines Martin-Ofens veranschaulicht.
Mit 27 ist der obere Höhenstand des Schmelzbades angedeutet. 28 gibt die höchste und 29 die niedrigste Lage an, die die Achse des Brenners einnehmen kann ; 30 ist die Erzeugende des durch den entzündeten Brennstoff gebildeten Kegels und 31 die Erzeugende des durch den Sauerstoff gebildeten Kegels. Die Pfeile geben den Weg der vom Regenerator vorgewärmten Luft an.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende :
Der Strahl der entzündeten flüssigen Brennstoffe, zusammen mit dem Strahl der gasförmigen Brennstoffe, bildet eine Flamme, welche eine im wesentlichen kegelige Form besitzt ; unterhalb dieser Flamme wird Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit eingeblasen, die höher ist als die Schallgeschwindigkeit.
Dieser Sauerstoff bildet beim Austritt aus dem Diffusor 19 ebenfalls einen im wesentlichen kegelförmigen Strahl, dessen höherer Teil in den Kegel der darüber stehenden entzündeten Brennstoffe eindringt, während der untere Teil des Sauerstoffstrahls die Ofenladung erreicht.
Durch Betätigung der Regelventile, einzeln in kombinierter Weise, erreicht man bei der Zuführung von Brennstoff und Sauerstoff automatisch die gewünschte Überlagerung des Sauerstoffkegels mit dem Flammenkegel und die Wirkung des Sauerstoffes auf die Ladung.
Der so eingeführte Sauerstoff übt eine kombinierte Wirkung (von Masse, Geschwindigkeit und Oxyda-
EMI2.1
Umwandlung der Ladung und übt sodann eine direkte Wirkung auf das geschmolzene Metall nach Entfernung der darüber schwebenden Schlackenschicht aus.
Durch die Anwendung der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist es nunmehr möglich. Sauerstoffmengen von 2500 m3/h in wirksamerweise zuzuführen (mit einem durchschnittlichen Verbrauch von 40 m3/t). was eine Verdoppelung der pro Zeiteinheit erzeugten Menge (durchschnittliche Stundenleistung 60 t/h) bei geringerem Aufwand an Kosten und an spezifischem Verbrauch von Brennstoffen und von feuerbeständigen Stoffen zur Folge hat. In Fig. 4 ist die Aufstellung eines Brenners gemäss der Erfindung an einem der beiden Köpfe eines Martin-Ofens beispielsweise dargestellt. Diese wird aber an beiden Köpfen vorgesehen. um die durch den Regenerator vorgewärmte Luft zu benutzen. Der Betrieb der beiden Brenner geschieht also wechselweise in aufeinanderfolgenden Zeiten.
Der Brenner gemäss der Erfindung kann an jedem Typ von Martin-Ofen mit jeder Ladung und jedem Brennstoff angebracht werden.
Das Sauerstoff führende Rohr kann für die Fälle, in denen es zweckmässig erscheint, einen unabhängigen Betrieb des Brenners zu haben, auch getrennt vom Brenner vorgesehen sein.
Mit Hilfe der konvergierend-divergierend ausgebildeten Düsen nach Fig. 2 und 3 ist es möglich, feste, flüssige oder gasförmige Stoffe in den Sauerstoff strahl einzuführen. welche für den Schmelzvorgang oder für den Schutz der feuerfesten Auskleidung des Ofens nützlich sind. Solche Stoffe gelangen zentral bzw. peripher in die zweckmässige Lage, um von dem Sauerstoffstrahl mitgerissen zu werden, indem sie in der Zentralzone bzw. in den gewünschten peripheren Zonen bleiben.
Je nach den Forderungen des Schmelzvorganges werden z. B. folgende Stoffe verwendet : Ferro-Legierungen, Kohle, Kalk, Sauerstoff aufnehmende Stoffe, Wasser, Wasserdampf, inerte Gase.
<Desc/Clms Page number 3>
Wenn die Erfindung zu ihrer Beschreibung auch an Hand der obigen Angaben erläutert worden ist, können doch viele Änderungen und Varianten bei der Verwirklichung der Vorrichtung vorgenommen werden, besonders in bezug auf die Ausbildung des divergierenden Teils der Düse für die Einblasung des Sauerstoffs, die gegenseitige Lage der Brennstoff zuführenden Rohre, die Lagen und die Ausbildungen der Ausflussöffnungen der in den Sauerstoffstrahl eingeblasenen Stoffe, Änderungen und Varianten, die sich aber immer auf die Grundbegriffe der in den nachfolgenden Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung stützen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Stahl im Siemens-Martin-Ofen, bei dem unterhalb des im aus dem Regenerator kommenden Luftstrom brennenden Brennstoffstrahls ein Sauerstoffstrahl eingeführt wird, wodurch im Unterteil der Flamme eine sehr hohe Temperatur entsteht, jedoch das Gewölbe durch den dunk- len Kern der Flamme gegen Strahlung geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffstrahl mit Überschallgeschwindigkeit zugeführt wird, so dass ein Teil desselben unmittelbar das Schmelzbad trifft.