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Verfahren zum wirtschaftlichen Betrieb einer Kupolofenanlage mit Vorherd
Die Erfindung betrifft eine Kupolofenanlage,welche vorzugsweise mit Heißwind betrieben
wird und bei der heiße Gase aus dem Kupolofen zum mindesten zum Teil unterhalb der
Schmelzzone bzw. der Düsenebene entnommen werden.
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Es sind bereits Kupolöfen vorgeschlagen worden, die mit Heißwind betrieben
werden und denen unterhalb der Düsenebene heiße Gase entnommen werden, deren Wärme
zur Erzeugung des Heißwindes oder auch zur Überhitzung des geschmolzenen Eisens
benutzt werden kann.
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Ferner sind auch schon Kupolöfen mit Vorherd bekannt, in denen das
flüssige Eisen durch die fühlbare Wärme der Ofengase und durch Zusatzfeuerung überhitzt
wird. Dabei dienen die Abgase ohne Nachverbrennung zur Aufheizung des Ofenwindes
in einem Winderhitzer.
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Hierbei herrschte die Meinung vor, daß unterhalb der Düsenebene abgezogenes
Kupolofengas kohlenoxydarm sei. Von dieser Voraussetzung ging man auch bei einer
anderen früher bekanntgewordenen Anlage aus, bei der man vorgewärmte Zusatzluft
aus der Hauptwindleitung in den Kupolofenschacht in gleicher Höhe oder unmittelbar
in die Auslaufstelle des Kanals aus dem Schacht in den Überlaufkanal zum Vorherd
leitete.
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Durchgeführte Versuche haben nun gezeigt, daß im Gegensatz zu früheren
Annahmen das unterhalb der Düsenebene abgezogene Kupolofengas, welches mit hoher
Temperatur anfällt, einen beträchtlichen Anteil an Kohlenmonoxyd enthält. Eine Verbrennung
dieses gesamten Kohlenmonoxydanteiles ergibt eine weitere beträchtliche Temperatursteigerung,
so daß die bisher bekannten und üblichen Baustoffe des Vorherdes einer erhöhten
Gastemperatur nicht gewachsen sind. Man wäre zwar in der Lage, das im Vorherd befindliche
Eisen zu überhitzen, indem man durch einen geringen Zusatz von Verbrennungsluft
eine Temperaturerhöhung des Kupolofengases bewirken würde. Mit dem Abgas des Vorherdes
würden dann aber zwangläufig noch große Mengen an Kohlenoxyd ungenutzt verlorengehen.
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Bei einer außerdem bekanntgewordenen Kupolofenanlage mit Vorherd hat
man zur Überhitzung des Eisens im Vorherd vorgeschlagen, in den Vorherd Gebläsewind
in Verbindung mit flüssigen Kohlenwasserstoffen einzuführen. Dabei ließ man es zu,
daß durch die Verbindungsöffnung zwischen dem Kupolofenschacht und dem Vorherd auch
gewisse Mengen von Kupolofengasen in den Vorherd eindrangen. Man hat diese Anlage
aber nicht kontinuierlich betrieben, sondern war der Auffassung, daß man immer wieder
im Kupolofenschacht das niederschmelzende Eisen ansammeln und es dann nur von Zeit
zu Zeit in den Vorherd leiten müsse.
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Ferner ist zum Stand der Technik noch eine Anlage zu erwähnen, bei
der man in irgendeiner Höhe zwischen der Düsenebene und den Kupolofendüsen Gase
aus dem Kupolofenschacht entnommen und in einen Windvorwärmer eingeleitet hat. Dabei
wurde jedoch von der Möglichkeit der Kombination mit einem Vorherd kein Gebrauch
gemacht.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß man bei einer Kupolofenanlage,
die mit einem Vorherd ausgerüstet ist, in den das flüssige Eisen kontinuierlich
vom Kupolofen abgezogen und gleichzeitig zum mindesten ein Teil des vorzugsweise
unterhalb der Düsenebene des Kupolofens aus diesem entnommenen Gases eingeleitet
wird, im Vorherd nur eine Teilverbrennung des aus dem Kupolofen abgezogenen Gases
vornimmt und das teilverbrannte Gas in einem nachgeschalteten, mit Lufterhitzerelementen
und/oder Heißwasser- bzw. Dampferzeugungselementen ausgerüsteten Strahlungsraum
nachverbrennt.
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Vorzugsweise leitet man bei der Durchführung dieses Verfahrens die
heißen Gase aus dem Kupolofen durch dieselbe Öffnung in den Vorherd, durch die gleichzeitig
das flüssige Eisen und unter Umständen auch die Schlacke in den Vorherd fließt.
Dabei kann der Kupolofen sowohl als reiner Umschmelzofen als auch als Ofen zur Erzverhüttung
Verwendung finden. Da das Eisen aus dem Vorherd beliebig entnommen werden kann,
ist es möglich, dasselbe aus dem Ofen in den Vorherd kontinuierlich abzuziehen.
Aus dem Vorherd selbst fließt nun einerseits das flüssige Eisen kontinuierlich oder
in Intervallen ab, während die heißen, zum Teil nachverbrannten Gase aus dem oberen
Bereich des Vorherdes austreten und in eine Kammer geführt werden, in der noch eine
Nachverbrennung
zwecks Entbindung der in ihnen noch enthaltenen
latenten Wärme stattfinden kann.
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Durch die Teilverbrennung der Gase im Vorherd erzielt man einerseits
eine zusätzliche Temperaturerhöhung und andererseits mit Sicherheit eine reduzierende
Atmosphäre im Vorherd. Außerdem kann man in die dem Vorherd nachgeschaltete Kammer
noch Gase einleiten, die aus dem Kupolofen im Bereich oberhalb der Schmelzzone bzw.
gegebenenfalls bis oberhalb der Gicht entnommen werden und die gleichzeitig in der
Strahlungskammer nachverbrannt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren führt sowohl zu wesentlichen technischen
als auch wirtschaftlichen Vorteilen. Insbesondere wird durch die Teilverbrennung
der Gase im Vorherd bewirkt, daß einerseits die an sich schon sehr hohe Temperatur
der in den Vorherd eintretenden Gase zwar noch erhöht wird, andererseits aber in
solchen Grenzen gehalten werden kann, daß die bisher bekannten Baustoffe nicht unwirtschaftlich
schnell zerstört werden. Dabei findet gleichzeitig im Vorherd eine vollkommene Oxydation
des gasförmig in diesen eintretenden Si O zu Si O, statt, welches staubförmig anfällt
und von der Schlacke aufgenommen wird. Im nachgeschalteten Strahlungsraum kann dann
das noch C O-haltige Abgas des Vorherdes vollständig verbrannt werden, ohne daß
eine unerwünscht starke Verschmutzung der Heizflächen der in den Strahlungsraum
eingebauten Wärmeaustauschelemente zu befürchten ist.
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Sowohl der Vorherd als auch die Strahlungskammer können mit Lufterhitzerelementen
ausgerüstet werden, die zur Erwärmung von Kaltluft oder zur Weitererhitzung bereits
vorgewärmter Luft dienen. Außerdem kann man die Strahlungskammer mit Dampf-oder
Heißwassererzeugungselementen ausrüsten. Im Gaszug hinter dem Strahlungsraum kann
man ferner im weiteren Ausbau der Erfindung noch einen oder mehrere Berührungsaustauscher
zur Luft- oder Wasservorwärmung bzw. Dampferzeugung anordnen.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn man eine Batterie
von zwei oder mehreren Kupolöfen mit gemeinsamem Vorherd und einer gemeinsamen Strahlungskammer
bzw. Wärmeaustauscheranlage zusammenschaltet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt den Aufriß einer Kupolofenanlage mit Vorherd, Strahlungskammer
und zusätzlichem Wärmeaustauscher; Fig. 2 zeigt im Schema den Grundriß einer Anlage,
bei der drei Kupolöfen auf einen gemeinsamen Vorherd mit Strahlungskammer und zusätzlichem
Wärmeaustauscher arbeiten.
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Dem Kupolofen 1 werden unterhalb der Schmelzzone das flüssige Eisen
und heiße Gase entnommen, die durch die Leitung 2 in den Vorherd 3 geführt werden.
Der Schlackenabzug kann entweder gemeinsam mit der Leitung 2 oder durch eine nicht
gezeichnete besondere Schlackenabstichöffnung abgeführt werden. Durch die Rinne
4 wird das flüssige Eisen aus dem \'orherd 3 entnommen. Oberhalb des Vorherdes 3
befindet sich die Strahlungskammer 5, in welche wärmeaufnehmende Elemente 6 eingebaut
sind, welche sowohl als Lufterhitzerelemente als auch als Heißwasser- oder Dampferzeugungs-
bzw. Dampfüberhitzungselemente ausgeführt sein können. In die Strahlungskammer 5
treten durch die Verbindung 7 die heißen Gase aus dem Vorherd 3. Außerdem können
in die Strahlungskammer 5 durch die Leitung 8 noch zusätzlich Gase eingeführt werden;
welche dem Kupolofen in irgendeinem Bereich oberhalb der Düsenebene entnommen werden.
Durch die Leitung 9 treten die Gase aus der Strahlungskammer, welche gleichzeitig
Nachverbrennungskammer sein kann, in den Wärmeaustauscher 10 ein, in welchem die
in den Gasen noch enthaltene fühlbare Wärme zur Erwärmung von Luft oder Wasser bzw.
zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt werden. Der Saugzugventilator 11 fördert die
durch die Anlage strömenden Gase über den Schlot 12 ins Freie. Außerdem ist eine
an sich bekannte Leitung 13 vorgesehen, über die Gase aus dem Schlot in die Verbindungsleitung
zwischen Strahlungskammer und Berührungswärmeaustauscher zurückgeführt werden können,
um die Eintrittstemperatur der Gase in den Wärmeaustauscher 10 zu regeln. Die Kaltluft
wird dem Wärmeaustauscher 10 durch die Leitung 14 zugeführt, sie verläßt ihn durch
die Leitung 15 und tritt in den Windring 16 des Kupolofens durch die Leitung 17
ein. Dabei kann die im Wärmeaustauscher 10 erwärmte Luft in Elementen 6 noch weiter
erhitzt werden, falls man eine besonders hohe Heißwindtemperatur für den Kupolofen
benötigt.
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Der Kupolofen selbst kann außerdem vorzugsweise in der Schmelzzone
mit Kühlelementen 18 ausgerüstet sein, welche vorteilhafterweise als dampferzeugende
Elemente benutzt werden, um auf diese Weise die benötigte Kühlwassermenge niedrig
halten zu können und gleichzeitig durch Einstellung des Druckes, mit dem diese Elemente
betrieben werden, die Möglichkeit zu haben, die in den Kühlelementen herrschende
Temperatur bei bestimmten Werten konstant zu halten.
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In Fig. 2 sind drei Kupolöfen 1 um den gemeinsamen Vorherd 3 angeordnet,
aus dem die heißen Gase in die gemeinsame Strahlungskammer 5 und aus derselben in
den zusätzlichen Wärmeaustauscher 10 geleitet werden.
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Es besteht ferner die Möglichkeit, die Strahlungskammer 5 noch mit
einer Zusatz-Brennereinrichtung 19 auszurüsten, die benutzt wird, falls die in den
aus dem Vorherd und gegebenenfalls durch die Leitung 8 in die Strahlungskammer eintretenden
Gase enthaltene Wärme nicht ausreicht, um Heißwind und/oder Heißwasser bzw. Dampf
mit der gewünschten Temperatur bzw. in der gewünschten Menge zu erhitzen.
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In den Vorherd 3 können ebenfalls Heißwind bzw. Dampf erzeugende oder
Dampf überhitzende Elemente, die nicht eingezeichnet sind, eingebaut sein, die dann
gleichzeitig zur Verbesserung der Haltbarkeit des Strahlungsgewölbes des Vorherdes
dienen.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin,
daß diese besonders wirtschaftlich arbeitet und daß man unter Verwendung derselben
einen besonders großen Spielraum in den Arten der im Kupolofen zu verwendenden Rohmaterialien
hat.