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Heizbrenner für Industrieöfen, wie Siemens-Martin-Öfen Die metallurgische
Arbeit bei verschiedenen Frischverfahren., besonders beim Herdfrischen, erfordert
eine veränderliche Flammenführung. Während des Einschmelzens im Herdoffen wird zweckmäßig
mit kurzer, heißer, während der Kochdauer jedoch mit langer, über das Bad hinstreichender
Flamme gearbeitet, die möglichst die ganze Badbreite bedeckt. Da die Flammenbildung
im Herdofen im wesentlichen durch die bauliche Gestaltung des Ofenkopfprofils festgelegt
ist, besteht nur in verhältnismäßig geringem Maße - durch Regelung der zugeführten
Gas-und Luftmenge - die Möglichkeit, die Flammenführung den jeweils herrschenden
metallurgischen Erfordernissen anzupassen.
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Zur Erzielung einer ausreichenden Leuchtkraft der Flamme werden dieser,
wenn nur schwach oder nicht leuchtende Heizgase zur Verfügung stehen, Karburierungsmittel
zugesetzt. Die Karburierung wurde üblicherweise derart vorgenommen, daß in die Stirnwand
des Ofens Karburierungsdüsen eingesetzt wurden, die ein Karburierungsmittel in den
Gasluftstrom einleiten. Hierbei wurde ein erheblicher Teil des Karburierungsmittels
sofort beim Austritt aus der Düse vorzeitig vom aufsteigenden Luftstrom oxydiert
und verkrackt. Die erstrebte Wirkung wurde deshalb nur sehr unvollkommen. erreicht;
überdies mußtln die Düsen oftmals gereinigt werden, was sich als sehr ungünstig
erwies. Ein weiterer Vorschlag, nämlich eine Karburierungsdüse konzentrisch in ein
Einführungsrohr für ein Heizgas so einzulegen, daß beide Medien zugleich und praktisch
an der gleichen Stelle aus der Stirnwand des Ofens austreten, brachte keine Verbesserung,
da auch in diesem Fälle ein erheblicher Teil des Karburierungsmittels sofort beim
Austritt aus der Düse vorzeitig von aufsteigender Luft oxydiert oder verkrackt wurde.
Ein weiterer Nachteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß das -Mauerwerk im Bereich
der Eintrittsstellen der Düsen durch die sich dort bildende heiße Flamme überhitzt
und frühzeitig zerstört wird.
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An diesen Übelständen änderte sich nichts, als man versuchte, die
Düsen unter einem Winkel seitlich an den Ofenköpfen so einzufügen, daß das Karburierungsgemisch
in Richtung des Gasluftstromes von diesem mitgerissen. wird.
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Auch der Vorschlag, die Düsen durch das Gewölbe entgegen oder mit
der Gasrichtung anzubringen, beseitigt diese Schwierigkeiten nicht, sondern ergibt
als zusätzlichen Nachteil eine Schwächung des Gewölbegefüges durch den Düseneinbau,
wodurch sich im Verein mit der Gewölbeüberhitzung ein vorzeitiger Verschleiß des
Oberofens zwangläufig einstellt.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, die üblichen harburierungsdüsen
in die Feuerbrücke einzubauen. In der praktischen Betriebsarbeit hat sich auch diese
Maßnahme nicht bewährt, da einerseits diese Einbaustelle nur schwer zugänglich ist
und andererseits die Feuerbrücke im Laufe der Ofenreise zu wachsen pflegt, so daß
die angestrebte Wirkung sich alsbald stetig abschwächt.
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In allen Fällen war man gezwungen, die Karburierungsmittel durch mehrere
Diisen in den Ofen einzuleiten., da bei einem Eindüsenbetrieb durch die rasche Verbrennung
des Karburierungsmittels in Düsennähe die feuerfeste Ofenausmauerung örtlich thermisch
überbeansprucht wird. Der Mehrdüsenbetrieb wird in der Weise gehandhabt, daß beispielsweise
mit drei Düsen eingeschmolzen und mit einer Düse das Bad fertiggemacht wird. In
diesem Zusammenhang wurde auch vorgeschlagen. die Flammenführung dadurch zu verbessern,
daß den Düsen verschiedene Ouerschnitte gegeben werden, so daß ie nach der benötigten
Menge des Karburierungsmitt°ls die entsprechenden Düsen in Betrieb genommen werden.
Ein solcher Mehrdüsenbetrieb erlaubt zwar, die Flammenführung in einem bescheidenen
Ausmaß variabel zu gestalten, erweist sich aber für den praktischen Betrieb als
zu kompliziert.
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Neben den schon erwähnten Unzulänglichkeiten hatten alle bisherigen
Karburierungsdüsen noch den gemeinsamen Nachteil, daß bei ihnen eine vorzeitige
Verbrennung und Verkrackung der zur Karburierung verwendeten Stoffe nicht vermieden
werden kann, so daß der Verbrauch an Karburierungsmitteln unverhältnismäßig hoch
und die ZZTirtschaftlichlceit des Betriebes beeinträchtigt ist.
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Auch wird bei den bisherigen Düsenausführungsformen., da mit ihnen
eine straff auf das Bad gelenkte Flamme nicht erzielt werden kann, das Schäumen
des
Bades, durch das bekanntlich die Wärmeübertragung der Flamme
sehr stark behindert wird, nicht in ausreichendem :Maße eingeschränkt, wodurch die
Ofenleistung, Haltbarkeit des Oberofens und die Stahlgüte beeinträchtigt werden.
Außerdem wird bei den vorgeschlagenen Karburierungsvorrichtungen die Ofenbelegschaft
in unerwünschter Weise mit der Wartung und Bedienung der Einrichtung zusätzlich
belastet.
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Die Erfindung besteht darin, einen an sich bekannten Heizbrenner mit
Einführung eines Karburierungsmittels in den: Kern seines Gasstromes so auszubilden,
daß die Austrittsöffnungen für Heizgas und Karburierungsmittel überdeckt sind. Der
schräg in der Ofenstirnwand angebrachte Heizgasbrenner, der den Düsenstock für die
Karburierungsmittel trägt, wird erfindungsgemäß so gestaltet, daß sein oberer Teil
die Austrittsöffungen für Heizgas und Karburierungsmittel haubenartig überdacht.
Diese Überdachung ragt in den aufsteigenden Luftstrom, der an ihr eine gewisse Stauung
erfährt; hierdurch wird einerseits eine gute Durchmischung von Gas, Luft und Karburierungsmittel
erreicht und anderseits verhindert, daß -der aufsteigende Luftstrom die Flamme vom
Schmelzbad abhebt. Das heißt, es wird eine hellleuchtende, straff geführte Flamme
erzielt, die dem Schäumen des Bades entgegenwirkt.
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Damit die Gasführung den jeweiligen betrieblichen und metallurgischen
Erfordernissen angepaßt werden kann, wird der Heizbrenner vorteilhaft längs verschiebbar
angeordnet. Um die Flammentemperatur in weiten Grenzen regeln zu können, kann unterhalb
des aus der Brennermündung austretenden Heizgasstromes unter der Düsenüberdachung
des Heizbrenners eine weitere Düse angebracht werden, die der Zuführung eines Brennmittels,
z. B. komprimierten Sauerstoffs oder sauerstoffangereicherter Luft, dient. Die hohe
Austrittsgeschwindigkeit des Brennmittels erteilt dem Heizgas injektorartig eine
erhöhte Geschwindigkeit, die eine besonders straffe und genaue Flammenführung unter
Entwicklung einer hohen Verbrennungstemperatur bewirkt. Durch Drosselung oder Erhöhung
des Brennmittelzusatzes einerseits sowie der zugeführten Menge von Heizgas und Karburierungsmitteln
andererseits in Zusammenhang mit einer axialen Vor- oder Rückwärtsbewegung des Brenners
hat man es jederzeit in der Hand, eine beliebig kurze oder lange Flamme mit beliebiger
Leuchtkraft zu bilden. Hierbei ist es wichtig, daß die beim Drosseln des Heizgases
automatisch eintretende Senkung der Gasgeschwindigkeit durch geeignet dosierten
Zusatz von Drucksauerstoff ausgeglichen werden kann; erforderlichenfalls kann die
Geschwindigkeit des Gasgemisches noch gesteigert werden.
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' Die Lenkbarkeit der Flamme -wird schließlich noch dadurch erheblich
verbessert, daß der Brenner durch einfache Verstellvorrichtungen sowohl in vertikaler
als auch in horizontaler Richtung beweglich gemacht wird, so daß beliebige Einfallwinkel
des Heizgasstromeseingestellt werden können. Durch die gelenkte Flammenführung mit
Hilfe des Brenners gemäß der Erfindung kann ein großer Teil des Schmelzbades, beispielsweise
zwei Drittel der Badoberfläche eines Siemens-Martin-Ofens, von der karburierten
Flamme bestrichen werden. Wenn es sich darum handelt, z. B. Schrott zu schmelzen,
kann man durch erhöhte Sauerstoffzugabe und Zurückziehen des Brenners gegebenenfalls
bei Drosselung des Heizgases und des Karburierungsmittels eine kurze, stark oxydierende
Flamme einstellen, die durch Aufprallen auf den Schrott besonders intensiv wirkt.
Die leim Einschmelzen von sperrigem Schrott sonst vielfach auftretenden Schwierigkeiten
«-erden dadurch behoben. Nach Bedarf wird durch Drosselung der Sauerstoffzugabe
und entsprechende Einstellung des Heizgases bei Zugabe des Karburierungsmittels
unter Vorschieben des Brenners eine reduzierende, straft auf das Bad geleitete leuchtende
Flamme erzeugt.
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Der Karburierungsbrenner gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt im
Schmelzbetrieb in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht Vorteile von überraschendem
Ausmaß. Es tritt eine besonders günstige Wärmeübertragung von der Flamme auf die
Biberfläche ein, wodurch sich ein verringerter Wärmeaufwand je Tonne Fertigstahl
ergibt. Die Schmelzleistung_ der Öfen wird gesteigert (in Siemens-Martin-Öfen konnte
eine durchschnittliche Verkürzung der Schmelzzeit von z. B. 15 % erzielt werden)
und die Haltbarkeit der feuerfesten Ofenausmauerung gegenüber der Anwendung von
Karburierungsbrennern üblicher Bauart verbessert. Es wird ein heißerer Ofengang
erzielt, der sich sowohl auf die Abwicklung der metallurgischen Reaktionen im Schmelzbad
als auch auf die Vergießbarkeit des geschmolzenen Metalls günstig auswirkt, was
sich mit besonderem Vorteil bei der Erzeugung von legierten Stählen zeigt. Eine
Überhitzung des Ofens auf der Seite des einströmenden Gases ist durch die allmähliche
Verbrenung des Karburierungsmittels bei der erfindungsgemäßen Brennerausfü'hrung
ausgeschlossen. Die genaue Regelung der Zugabe von Gas, Sauerstoff und Karburierungsmitteln
erlaubt es nicht nur, die Flammenführung hinsichtlich Richtung, Länge und Einfallwinkel
den jeweiligen metallurgischen Erfordernissen unverzüglich anzupassen, sondern sie
gestattet auch eine optimale Abstimmung auf jedes Heizgas.
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Von besonderer Bedeutung ist der Brenner gemäß der Erfindung in dem
Fall, wenn beispielsweise bei Heizgasmangel die Karburierungsstoffe aushilfsweise
in einem erheblichen Maße als Heizmittel Verwendung finden. In diesem Falle ergeben
sich bei Anwendung von Brennern üblicher Bauart insofern Schwierigkeiten, als diese
den gesteigerten Sauerstoffbedarf nicht zu decken vermögen und infolge der unvollkommenen
Verbrennung des Brennstoffes starkes Rußen der Flamme eintritt. Durch entsprechende
Regelung der Sauerstoffzufuhr in die Sauerstoffdüse gemäß der Erfindung entfallen
diese Schwierigkeiten. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Arbeitsweise zeitweilig
501/o des Heizgases durch entsprechende Mengen von Karburierungsmitteln ersetzt
werden können.
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Der Gasheizbrenner gemäß der Erfindung bietet ferner den großen Vorteil,
daß in einer einzigen Düse dem Ofen neben Heizgas sowohl Karburierungsstoffe mit
Tragmitteln als auch Sauerstoff zugeleitet werden können.. Ein Mehrdüsenbetrieb
ist zur Erzielung der angestrebten Wirkungen nicht mehr erforderlich. Der Eindüsenbetrieb
bedarf zur Bedienung nur weniger Handgriffe, die keine ins Gewicht fallende Belastung
der Ofenbelegschaft bedeuten. Die Einfachheit und Übersichtlichkeit der Anlage gewährleistet
gegenüber üblichen Ausführungsformen von Gasheizbrennern erhöhte Betriebssicherheit;
die kurzen und einfach auszuführenden Rohrleitungen bedingen geringe Anlagekosten
und die gedrängte Bauart sparsamsten Raumbedarf. Da somit eine Düse für das Karburierungsmittel
nicht mehr verrußen kann, braucht diese auch nicht mehr ausgewechselt zu werden.
Von ganz besonderer Bedeutung ist die wesentliche Ersparnis
an
Karburierungsmitteln, die sich bei Anwendung des Brenners gemäß der Erfindung ergibt.
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Die Zeichnungen dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung und
geben eine Ausführungsform derselben als Ausführungsbeispiel wieder. Es zeigt Fig.
1 eine Ofenstirnwand im Schnitt mit einem Heizbrenner nach der Erfindung und seiner
Bewegungsvorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Heizbrenner mit Ansicht
in Richtung des Pfeiles A, Fig.3 eine Aufsicht auf den Heizbrenner nach Fig. 2 mit
Querschnitt nach der Linie C-D und Fig.4 eine schematische Darstellung von Heizbrennereinstellmö-glichkeiten.
Nach Fig. 1 befindet sich in der Stirnsand eines Schmelzofens 1 ein wassergekühlter
Kasten: 2 mit einem Durchbruch für den Heizbrenner 3. Der Durchbruch des Kastens
2 ist so groß gestaltet, daß alle gewünschten Bewegungen des Heizbrenners durchgeführt
werden können. Die Anordnung und Ausbildung des Heizbrenners ermöglichen es, ihn
axial, vertikal und horizontal zu bewegen, wie im folgenden erläutert wird.
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Axiale Bewegung: Der Heizbrenner 3 ist mit einem Schlitten 4 starr
verbunden. Der Schlitten ruht auf zwei Gleitschienen 5. Am Ende der Gleitschienen
ist ein Zahnradgetriebe 6 angebracht, das durch einen Motor angetrieben wird. Ein
Kettenzug 7 verbindet das Getriebe mit dem Schlitten, so daß der Heizbrenner in
axialer Richtung beliebig verstellt werden kann.
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Vertikale Bewegung: Schon durch geringfügige Änderung des Einfallwinkels
ist es möglich, die Flamme auf reden beliebigen Punkt des größeren Teiles der Badlänge
zu richten. Bei Änderung des Einfallwinkels drehen sich Brenner, Schlitten und Gleitschienen
um die Achse B. Ausgeführt wird die Bewegung durch die Gewindespindel
9. Sie ist durch die an Schwenksäule 10 und Gleitschienen 5 angebrachten
Lagerrippen 11 beweglich mit ihnen verbunden. Durch die Bedienung der Handgriffe
12 wird die Spindel so lange gedreht, bis der gewünschte Einfallwinkel erreicht
ist.
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Horizontale Bewegung: Die gesamte Bewegungsvorrichtung des Heizbrenners
ist auf einer Schwenksäule 10 angebracht. Sie besteht aus zwei Teilen. Der untere
der beiden Teile ruht auf der Ofenbühne. Der obere Teil ist im Durchmesser größer
und auf den unteren aufgeschoben. Verbunden wurden beide Teile durch die Gewindespindel
13. Mit dem an dieser Spindel angebrachten Handgriff 14 kann die gesamte Vorrichtung
geschwenkt werden. Hierbei genügen geringfügige Änderungen der Einstellung, um die
Flamme auf jeden beliebigen Punkt in der Herdbreite zu richten.
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In Fig. 2 ist ein Heizbrenner gemäß der Erfindung im Schnitt dargestellt,
während Fig.3 den Heizbrenner nach Fig.2 in Aufsicht zeigt. Dem Heizbrenner 3 wird
das Heizgas durch den Stutzen 15 und das Kühlmittel durch den Stutzen 15 zugeleitet.
Die Zuleitung des Sauerstoffs erfolgt durch die Leitung 17. Karburierungsmittel
zusammen mit dem Tragmittel werden dem Heizbrenner durch die Leitung 18 zugeführt.
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Fig.4 gibt schematisch die Einstellmöglichkeiten des Heizbrenners
wieder, und zwar im linken Bildteil rz des Herdes mit kurzer, heißer Flamme - z.
B. beim Einschmelzen -- und im rechten Teil b mit langer, über zwei Drittel der
Badlänge streichender Flamme - z. B. beim Fertigkochen.