-
Verfahren zur Gewinnung von Stahl im SM-Ofen unter Verwendung von
Sauerstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Stahl im SM-Ofen
unter Verwendung von Sauerstoff, der durch eine Düse unterhalb der Flamme in den
Ofen eingeführt wird.
-
Es ist bekannt, den SM-Prozeß durch Aufblasen von Sauerstoff auf die
Oberfläche des Einsatzes zu beschleunigen. Der Sauerstoff wird dabei entweder in
entsprechendem Überschuß der Brennerflamme zugeführt oder neben der Flamme direkt
auf den Einsatz geblasen. Durch die Beschleunigung der chemischen Reaktion bei der
Verwendung von reinem Sauerstoff erfolgt jedoch eine erhebliche lokale Überhitzung
im Ofen. Da bekannterweise die Auskleidung von SM-Öfen beim normalen SM-Prozeß bereits
bis nahe an die Grenze des Möglichen thermisch belastet ist, besteht die große Gefahr
eines wesentlich beschleunigten Verschleißes bzw. einer schnellen Zerstörung der
Ofenauskleidung. Die Sauerstoffzufuhr erfolgt daher bei bekannten Anlagen in der
Regel durch eine entsprechende Sauerstoffanreicherung der Brennerflamme, wodurch
die Sauerstoffkonzentration infolge der Mischung mit den Flammengasen relativ gering
gehalten und damit eine lokale Wärmekonzentration auf der Badoberfläche reduziert
werden kann. Andererseits verläuft jedoch die Reaktion auch entsprechend langsam.
-
Um die Reaktion zu beschleunigen und gleichzeitig die thermische Belastung
der Ofenauskleidung gering zu halten, ist es bekannt, den Sauerstoff unabhängig
von der Brennerflamme unterhalb von dieser in den Ofen einzublasen. Bei diesem bekannten
Verfahren wird also praktisch der Sauerstoffstrom durch die Flamme abgedeckt. Da
jedoch Sauerstoff und Flammengase etwa mit gleicher Geschwindigkeit strömen, entsteht
in der Grenzzone zwischen Flammengasen und Sauerstoff nur eine relativ geringe Durchmischung
und Reaktion, so daß andererseits der Sauerstoffstrom die Badoberfläche gegen die
Flammengase abschirmt und die Wärmewirkung vermindert wird.
-
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine außerordentlich
intensive Einwirkung des Sauerstoffes auf die Reaktionszone des Schmelzbades zu
erzielen, ohne nachteilige Beeinflussung der Wärmeführung und ohne thermische Überbelastung
der Ofenauskleidung durch entsprechende Wärmekonzentration. Dazu wird, wie bekannt,
Sauerstoff unterhalb der Brennerflamme in den Ofen auf die Einsatzoberfläche aufgeblasen,
wobei jedoch gemäß der Erfindung der Sauerstoffstrom mit überschallgeschwindigkeit,
also mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit als der Geschwindigkeit der Brenner-P
a
se eingeblasen wird. Durch diese Relativbewegung erfolgt einmal eine entsprechende
Durchwirbelung und damit Reaktion in der Grenzzone zwischen Sauerstoff und Flammengasen,
wodurch eine wesentliche Erhöhung der Flammentemperatur an der Unterseite erreicht
und eine Verminderung der Wärmewirkung auf den Einsatz vermieden wird, wodurch die
Reaktionsgeschwindigkeit des Sauerstoffes mit dem Einsatz erheblich verbessert wird.
Zum anderen wird durch die erhöhte Geschwindigkeit die Möglichkeit, die Aufblasrichtung
des Sauerstoffstromes zu beeinflussen, gegenüber dem bekannten Verfahren ganz erheblich
erhöht. Dies ist aber im Hinblick auf die Vermeidung von schädlichen örtlichen thermischen
Überbelastungen in der Auskleidung und im Hinblick auf eine Verbesserung der Reaktion
im Einsatz von erheblicher Bedeutung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist also
eine wesentliche Intensivierung der Wirkung des Sauerstoffes auf die Flamme und/oder
auf das Schmelzbad möglich, ohne die Gefahr einer Beschädigung der Auskleidung zu
erhöhen.
-
Nach einer vorzugsweisen Weiterbildung des Verfahrens können Zuschlagstoffe,
insbesondere Schlackenbildner, wie Kalk od. dgl., mit Hilfe des Sauerstoffstromes
unter Überschallgeschwindigkeit in den Ofen eingeblasen werden. Dabei werden die
Zuschlagstoffe vorzugsweise etwa in der Zone des höchsten Druckes innerhalb der
Düse in den Sauerstoff-
Strom eingeführt. Durch diese erfindungsgemäße
Weiterbildung wird erreicht, daß die Zuschlagstoffe infolge der hohen Auftreffgeschwindigkeit
auf der Einsatzoberfläche sich mit diesem innig mischen und daß die Zuschlagstoffe,
soweit es sich um Schlackenbildner handelt, an die Stelle gelangen, an der sie bestimmungsgemäß
wirken sollen, nämlich an die Stelle, an der die durch die Schlacke aufzunehmenden
Reaktionsprodukte entstehen.
-
Um die Richtung des Sauerstoffstrahles entsprechend beeinflussen-zu
können, wird der Sauerstoff vorzugsweise durch ein allseitig bewegliches Düsenrohr
zugeführt. Das Düsenrohr für die Zufuhr des Sauerstoffes kann etwa in einer vertikalen
Ebene unterhalb von zwei in dieser Ebene liegenden Brennerrohren angeordnet und
unabhängig von diesen ausrichtbar sein. Diese Ausbildungen und Anordnungen von Düsenrohren
für die Zufuhr von Sauerstoff in SM-Öfen sind an sich bekannt.
-
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Brenner-Düsen-Aggregat,
Fig. 2 und 3 Längsschnitte durch zwei Ausführungen von Venturi-Düsen für die Zuführung
von Sauerstoff zusammen mit Zuschlagstoffen, Fig.4- einen senkrechten Schnitt durch
einen SM-Ofen mit einem daran angeordneten Brenner. Das in Fig. 1 dargestellte Gehäuse
1 des Brenner-Düsen-Aggregates wird an der Innenseite von Kühlwasser bespült. Der
Innenmantel 2 des Aggregates wird an seinen äußeren und inneren Flächen von Kühlwasser
umströmt, das durch den Zwischenraum 3 zwischen dem äußeren Gehäuse 1 und dem Innenmantel
2 fließt. Im oberen Teil des Innenmantels 2 liegt das den gasförmigen Brennstoff
führende Brennerrohr 4. Die Brennstoffmenge ist durch ein Regelventil s einstellbar.
Am Kopf des Gehäuses 1 liegt die Brennerdüse 6.
-
Im Innenmantel 2 liegt unter dem Brennerrohr 4 ein Zuführrohr 7 für
flüssigen Brennstoff, dessen Menge über ein Regelventil 8 einstellbar ist. Die Düse
9 für den flüssigen Brennstoff ist am Kopf des Gehäuses 1 befestigt.
-
Das Sauerstoffrohr 10 ist im Mantel 2 unter dem Rohr
7 angeordnet. Am Ende 12 des Sauerstoffrohres 10 und am Kopf
des Gehäuses 1 ist eine Venturi-Düse mit einem konvergierenden Abschnitt
13 und einem divergierenden Abschnitt 14 angebracht. Über ein Regelventil
11 ist die Sauerstoffmenge regelbar. Die äußere Stirnseite des Mantels 2
ist mit einem Boden 15 geschlossen. Dieser Boden 15 ist von den drei Rohren
4, 7 und 10 durchsetzt. Das Anschlußrohr 16 für den Eintritt des Kühlwassers
ist an den frei liegenden Teil des Innenmantels 2 und das Anschlußrohr 17 für den
Austritt des Kühlwassers an das Gehäuse 1 angeschlossen.
-
Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ist an das Zuführrohr 18 für
den Sauerstoff bei 12 die Venturi-Düse 19 angeschlossen. Si ist der Querschnitt
des Eintritts, Sc der kritische Querschnitt der Venturi-Düse, und
St ist der Querschnitt am Ende der Düse 19. Gemäß Fig. 2 durchsetzt das Rohr
20 für die zentrale Zuführung von festen, flüssigen oder gasförmigen Zuschlagstoffen
od. dgl. das Rohr 18. Das Ausflußende 21 des Rohres 18 liegt koaxial im kritischen
Querschnitt Se der Venturi-Düse 19. Gemäß Fig. 3 führen die beiden Rohre 22 für
die Zuführung von festen, flüssigen oder gasförmigen Zuschlagstoffen od. dgl. am
Umfang schräg in die Düse 19 so ein, daß ihre Ausflußenden 23 in der divergierenden
Fläche 14 der Venturi-Düse liegen.
-
In Fig. 4 ist der Kopf 24, der Herd 25 und das Gewölbe 26 eines SM-Ofens
dargestellt. Mit 27 ist der obere Spiegel des Einsatzes angedeutet. 28 gibt die
höchste und 29 die niedrigste Lage an, die die Achse des Brenner-Düsen-Aggregates
einnehmen kann; 30 ist die Erzeugende des Kegels der Flammengase und 31 die Erzeugende
des Sauerstoffkegels. Die Pfeile geben den Weg der vom Regenerator kommenden vorgewärmten
Luft an.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Der Strahl der entzündeten
flüssigen Brennstoffe zusammen mit dem Strahl der gasförmigen Brennstoffe bildet
eine im wesentlichen kegelförmige Flamme. Unterhalb dieser Flamme wird Sauerstoff
mit einer Geschwindigkeit über Schallgeschwindigkeit eingeblasen. Dieser Sauerstoff
bildet beim Austritt aus der Venturi-Düse 19 ebenfalls einen im wesentlichen kegelförmigen
Strahl, dessen Oberseite in den Kegel der darüberliegenden entzündeten Brennstoffe
eindringt, während der untere Teil des Sauerstoffstrahles auf den Einsatz auftrifft.
-
Durch entsprechende Betätigung der Regelventile erreicht man bei der
Zuführung von Brennstoff und Sauerstoff ohne Schwierigkeit die gewünschte Überlagerung
des Sauerstoffkegels mit dem Flammenkegel und die Wirkung des Sauerstoffes auf den
Einsatz.
-
Der so eingeführte Sauerstoff übt eine kombinierte Wirkung durch Masse,
Geschwindigkeit und durch Verbrennung auf die Flamme, auf den Einsatz und auf die
Wärmeführung aus.
-
Durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es möglich,
Sauerstoffmengen von 2500 Nm3/h bei einem durchschnittlichen Verbrauch von 40 Nm3/t
Einsatz wirksam zuzuführen, was eine Verdoppelung der pro Zeiteinheit erzeugten
Menge bei geringem Aufwand an Kosten und an spezifischem Verbrauch von Brennstoffen
und von feuerfesten Stoffen zur Folge hat.
-
In Fig. 4 ist die Aufstellung eines Brenner-Düsen-Aggregates an einem
der beiden Kopfseiten eines SM-Ofens als Beispiel dargestellt. Es werden jedoch
vorteilhaft Aggregate an beiden Kopfseiten vorgesehen, um die durch den Regenerator
vorgewärmte Luft auszunutzen. Der Betrieb der beiden Aggregate geschieht dabei wechselweise
in aufeinanderfolgenden Zeiten.
-
Das Brenner-Düsen-Aggregat zur Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung kann an jeder Art von SM-Ofen mit jedem Einsatz und jedem Brennstoff vorgesehen
werden.
-
Das den Sauerstoff führende Rohr 10 kann für die Fälle, in denen ein
unabhängiger Betrieb des Brenners vorteilhaft ist, auch getrennt vom Brenner angeordnet
sein.
-
Mit Hilfe der Venturi-Düsen nach Fig. 2 und 3 ist es möglich, feste,
flüssige oder gasförmige Stoffe, z. B. Schlackenbildner, in den Sauerstoffstrahl
einzuführen. Solche Stoffe gelangen zentral bzw. am Umfang an eine Stelle, von der
sie vom Sauerstoffstrahl mitgerissen werden, wobei sie in der Zentralzone bzw. in
den gewünschten Umfangszonen verbleiben.
-
Je nach den Forderungen des Schmelzvorganges können z. B. folgende
Stoffe im Sauerstoffstrahl zugeführt
werden: Ferro-Legierungen,
Kohle, Kalk, Sauerstoff aufnehmende Stoffe, Wasser, Wasserdampf, inerte Gase od.
a.