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Verfahren. zur Leistungssteigerung von Siemens-Martin-Öfen
Es ist bekannt, den Siemens-Martin-Prozess sowohl während der Einschmelzzeit als auch in der Frischperiode durch Anwendung reinen Sauerstoffs zu intensivieren. Für den Fall der Intensivierung der Verbrennung während der Einschmelzperiode wird der Sauerstoff im allgemeinen durch eine besondere Düse in der Nähe der Brennstoffdüsen bzw. von den Ofenköpfen her zugeführt. Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass durch die Anwendung des reinen Sauerstoffs die Flammenlänge unerwünscht gekürzt wird, so dass die Schmelzwirkung sehr ungleichmässig über den Herdraum verteilt ist. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Verfahren ergibt sich dann, wenn auch in der Frisch- bzw. Kochperiode reiner Sauerstoff zugeführt werden soll, um die Frischzeit zu verkürzen.
In diesen Fällen ist es nämlich notwendig, dass ein weiteres getrenntes Zuführungssystem für den in der Frischperiode einzuleitenden Sauerstoff vorgesehen wird, welches sich zur Erzielung der gewünschten Wirkung im Gewölbe befinden kann. Ein besonderer Übelstand, der sich bei diesen bekannten Verfahren in der Kochperiode ergibt, ist die Bildung des braunen Oxydrauches, welcher zu einer Verkürzung der Gewölbe-Haltbarkeit führt. Dieser Umstand ist dadurch bedingt, dass der Sauerstoffstrahl infolge der Anwendung der hohen Drücke in das Bad eindringt und mehr oder weniger punktförmig seine Wirkung entfaltet.
Es sind auch schon Verfahren bekannt, bei denen Sauerstoff in der Frisch-oder Kochzeit mit einem so niedrigen Druck aufgeblasen wird, dass die Schlackenschicht nicht durchstossen wird, sondern als Reaktions-Zwischenschicht erhalten bleibt. Hiebei findet eine Oxydation des Bades gewissermassen über die Schlacke statt. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass es sich bei diesem Vorgang um einen Diffusionsprozess handelt, der durch besondere Massnahmen beschleunigt werden muss, wenn man die gewünschte hohe Frischgeschwindigkeit erzielen will.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der oben genannten Verfahren, vereinigt aber deren Vorteile miteinander. Ausserdem gibt die vorliegende Erfindung eine technische Lehre für die be-
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für den gesamten Ablauf eines kombinierten Schmelz- und Frischvorganges geeignete technische Lehre geben. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff bei einem zwischen 0, 2 und 0, 8 atü liegenden Druck und Austrittsgeschwindigkeiten zwischen 50 und 250 m/sec während der Einschmelzzeit jeweils am einziehenden Kopf fast senkrecht in den Brennstoff-Luft-Strom geblasen wird, während in der Frischzeit mit beiden Lanzen unter gleichen Bedingungen grossflächig bei solchen Lanzenabständen auf die Badoberfläche aufgeblasen wird, dass trotz direkten Kontaktes des Sauerstoffs mit der Badoberfläche kein nennenswerter brauner Rauch entsteht.
Insbesondere wird nach der vorliegenden Erfindung während der Einschmelzzeit die Flammenlänge nur unwesentlich verändert. Weiterhin findet während der Frischzeit trotz direkter Kontaktnahme des Sauerstoffes mit dem Eisenbad keine nennenswerte Entwicklung von braunem Oxydrauch statt. Hiebei ist jedoch darauf zu achten, dass der Sauerstoffstrahl nicht in das Bad eindringt, wie dies bei andern vorstehend beschriebenen Verfahren der Fall ist. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine gegenüber dem sogenannten Pufferschlacken-Oxydationsverfahren, welches über die Schlacke indirekt frischt, erhöhte Frischgeschwindigkeit unter Inkaufnahme einer geringfügigen, aber vernachlässigbaren Bildung von braunem Rauch erreicht.
Im Gegensatz zu den andern bekannten Verfahren, bei denen der Sauerstoff-
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strahl in das Bad eindringt, wird die Reaktion gemäss der Erfindung auf einen relativ grossen Raum ausgedehnt und nicht auf den relativ kleinen Bereich des sogenannten Brennflecks, wie bei den bekannten Verfahren, beschränkt. Hiedurch wird eine Frischgeschwindigkeit erzielt, die den mit einem Eindringbereich oder einem Brennfleck des Stahles arbeitenden Verfahren mindestens gleichwertig ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass für die Intensivierung der Verbrennung mittels Sauerstoff und zur Beschleunigung des Frischprozesses nicht, wie bisher, verschiedene Vorrichtungen notwendig sind, sondern dass die nacheinander ablaufenden Vorgänge mit der gleichen Vorrichtung beschleunigt werden können.
Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen in an sich bekannter Weise aus zwei wassergekühlten Sauerstofflanzen, die mit einem Hubmechanismus versehen sind, damit sie durch das Ofengewölbe in den Ofenraum eingeführt werden können. Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Anbringung der Lanzen an den Enden des Herdraumes, aber oberhalb der durch das niedergeschmolzene Bad gebildeten Fläche. Die Lanzen selbst haben nur eine Öffnung und eine solche Ausbildung des Düsenkopfes, dass eine grossflächige Verteilung des Sauerstoffes auf das Bad erfolgt.
Während der Einschmelzzeit werden die Lanzen nur so weit in den Ofen eingefahren, wie der Einsatz dieses zulässt. Der Sauerstoff trifft fast senkrecht auf den von dem Ofenkopf eintretenden Brennstoffstrom.
Hiedurch entsteht eine starke Turbulenz und, verbunden mit der Geschwindigkeit des Sauerstoffes, ergeben sich besonders günstige Verhältnisse für den Wärmeübergang. Diese Wirkung zeigt sich auf einer gro- ssen Fläche und nicht - wie vielfach in SM-Öfen in normaler Bauart ohne Sauerstoffanwendung - in ver-
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Während des nachfolgenden Frischvorganges kann mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und Arbeitsweise weiterhin eine hohe Frischgeschwindigkeit erzielt werden, ohne dass nennenswerte Mengen braunen Oxydrauches entstehen. Der Sauerstoff trifft mit niedrigem Auftreffdruck auf eine relativ grosse Badoberfläche auf. Der Auftreffdruck ist jedoch gross genug, um die Schlackendecke zu durchbrechen, so dass ein direkter Kontakt zwischensauerstoff und Bad und damit Gewähr für eine genügend grosse Reaktionsgeschwindigkeit gegeben ist. Der Sauerstoffstrahl dringt jedoch nicht in das Bad ein. Die Verhinderung der Entwicklung von braunem Rauch wird durch die relativ grosse bestrichene Badoberfläche erklärt. Je grösser bei gleichem Auftreffdruck die bestrichene Oberfläche und je geringer bei kleiner Auftrefffläche der Auftreffdruck, umso geringer ist die Entwicklung von braunem.
Rauch. Infolgedessen hat man durch Veränderung des Blasdruckes in den Grenzen zwischen 0, 2 und 0, 8 atü sowie des Lanzenabstandes ein sicheres Mittel in der Hand, die Rauchbildung innerhalb des Herdraumes zu vermeiden, ohne dabei auf eine indirekte Oxydation über die Schlacke, welche durch die Diffusion gesteuert wird, angewiesen zu sein.
Im folgenden soll das geschilderte Verfahren durch ein Betriebsbeispiel näher erläutert werden. Der geschilderte Versuch wurde an einem 70 t-Ofen, der mit Generatorgas beheizt wurde, durchgeführt. Die Sauerstoffzufuhr erfolgte über zwei Sauerstofflanzen, die durch den Scheitel des Gewölbes in ded Herdraum eingeführt werden konnten. Die Scheitelhöhe über der Badoberfläche betrug 2200 mm. Die Einführung der Lanzen erfolgte jeweils hinter dem rechten und linken Türpfeiler. Die Lanzen selbst waren wassergekühlt und hatten nur eineAustrittsöffnung für den Sauerstoff mit einem Durchmesser von 38 mm. Die Austrittsöffnung war so ausgelegt, dass bei einem Druck zwischen 0, 2 und 0, 8 atü eine stündliche Sauer-
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nerhalb von 1 3/4 h in den Ofen chargiert wurde.
Mit dem Schrott wurden gleichzeitig 5% Erz und die für die Schlackenbildung notwendige Kalkmenge chargiert.
Bereits gegen Ende der Chargierzeit wurde zur Intensivierung der Verbrennung jeweils von der Lanze des einziehenden Kopfes her Sauerstoff zugeführt. Zu diesem Zweck wurde die Lanze 500 mm in den Ofen eingefahren und mit einem Druck von 0, 4 atü 600 Nm Sauerstoff pro h eingeblasen. Bei entspre- chender Drosselung der Luftmenge entspricht dieses einer Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft auf 26%.
Nach 2 1/2 h von Beginn der Schmelze an gerechnet, erfolgte die Roheisenzugabe mit 45% des gesamten metallischen Einsatzes. Während dieser Zeit, zirka 1/2 h, wurde die Sauerstoffzufuhr unterbrochen. Anschliessend wurde über beide Blaslanzen bei einem Druck von 0, 3 atü eine stündliche Sauerstoffmenge von 900 Nms zugeführt. Der Lanzenabstand wurde jetzt entsprechend der Entwicklung von braunem Rauch verändert. Er lag anfangs bei 1000 mm und gegen Ende der Frischzeit bei 500 mm über der Badoberfläche.
Die erste Probe enthielt nach 4hGesamtschmelzzeit 0, 980/0 C. Nach 5 h Gesamtschmelzzeit war die
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Entkohlung bei O. lO b nahezu beendet und die Sauerstoffzufuhr wurde abgestellt. Während der Kochzeit ergab sich eine rechnerische Frischgeschwindigkeit von 0, 880/0 C je h. Nach 5 h und 25 min wurde die Schmelze abgestochen. Dabei ergab sich eine Schmelzleistung von 14 t/h, verglichen mit 9, 2 t/h bei gleichem Einsatz, aber ohne Sauerstoffzufuhr. Dieses Ergebnis bedeutet eine 52% igue Leistungssteigerung.
Der spezifische Sauerstoffverbrauch lag bei 32 Nm/t.
Das besondere an dem geschilderten Verfahren ist, dass lediglich durch zwei durch das Gewölbe eingeführte Lanzen mit Hilfe von Sauerstoff unter den besonderen Bedingungen der Erfindung sowohl eine Intensivierung des Einschmelzvorganges als auch der Frischgeschwindigkeit zu erreichen ist. Dabei wird die Bildung von braunem Eisenoxydrauch, der sich als ein grosser Nachteil bei der Anwendung von Sauerstoff im Siemens-Martin-Ofen zeigte, fast vollständig vermieden. Staubmessungen haben ergeben, dass im Durchschnitt nur zirka 1 g Staub bzw. Rauch pro m3 Abgas beim Frischen mit Sauerstoff nach der Erfindung entwickelt wird. Demgegenüber liegen aus der technischen Literatur Werte zwischen 7 und 20 g/m3 Abgas vor, wenn der Sauerstoff in bisher üblicher Weise zur Intensivierung des Frischprozesses angewendet wurde.