DE1183110B

DE1183110B - Method for operating a hearth furnace without regenerators to produce steel

Info

Publication number: DE1183110B
Application number: DEK33857A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Herbert Neuhaus
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1958-01-18
Filing date: 1958-01-18
Publication date: 1964-12-10

Description

Verfahren zuni Betrieb eines Herdofens ohne Regeneratoren zur Erzeugung von Stahl Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Herdöfen ohne Regeneratoren zur Erzeugung von Stahl, wobei wassergekühlte Sauerstbfflanzen im Gewölbe und Brennstoffzuführungen an den Ofenköpfen vorgesehen sind.Process for operating a hearth furnace without regenerators for production of steel The present invention relates to a method of operating Hearth furnaces without regenerators for the production of steel, with water-cooled oxygen lances are provided in the vault and fuel feeds on the furnace heads.

Um den bei etwa 25°/o liegenden Wärmewirkungsgrad der Siemens-Martin-Cifen zu verbessern und die aufwendigen Regeneratoreneinzusparen, hat man in Siemens-Martin-Öfen bereits Brenner verwendet, die analog den bekannten Azetylenbrennern konstruiert waren und in denen flüssiger Brennstoff unter Zuführung von reinem Sauerstoff verbrannt wurde. Die Verminderung der Abgasmengen ergab die Möglichkeit, auf die Regeneratoren zu verzichten, ohne den Wärmewirkungsgrad der mit Regeneratoren arbeitenden Siemens-Martin-Öfen zu unterschreiten. Die zwischen Ofengewölbe und Ofenherd liegende strahlförmige Flamme bringt eine beträchtliche Erwärmung des Ofengewölbes mit sich, so daß die feuerfesten Steine der Decke sehr stark angegriffen werden. Diese und andere Gründe haben dazu beigetragen, .daß sich der ohne Regenerator arbeitende Herdofentyp in der Praxis nicht hat durchsetzen können, obwohl ein erhebliches Bedürfnis besteht, die kostspieligen und raumbeanspruchenden Regeneratoreasystenie zu vermeiden.About the heat efficiency of the Siemens-Martin-Cifene, which is about 25% Siemens-Martin furnaces have to improve and save the costly regenerators Burners already used, which are constructed analogously to the known acetylene burners and in which liquid fuel was burned with the addition of pure oxygen became. The reduction in the amount of exhaust gas made it possible to use the regenerators to do without the heat efficiency of the regenerator Siemens-Martin furnaces to fall below. The ray-shaped one between the furnace vault and the furnace hearth Flame brings considerable heating of the furnace vault with it, so that the refractory bricks in the ceiling are very severely attacked. These and other reasons have contributed to the fact that the hearth furnace type, which works without a regenerator, is in the practice has not been able to enforce, although there is a considerable need, avoid the costly and space-consuming regeneration system.

Es ist auch schon bekannt, sich beim Einschmelzen eines festen metallischen Einsatzes im Herdofen eines Sauerstoffstrahles zu bedienen, um anschließend nach dem Einschmelzen die weitere Strahlherstellung gemäß den üblichen Siemens-Martin-Öfen-Verfahren fortzuführen. Dieses bekannte Verfahren bringt keine entscheidende Verbesserung des Wärmewirkungsgrades und gestattet nicht, auf Regeneratoren zu verzichten.It is also already known to melt down a solid metallic Use in the hearth furnace to operate an oxygen jet, to then after after melting down, further beam production in accordance with the usual Siemens-Martin furnace processes to continue. This known method does not bring about any significant improvement the thermal efficiency and does not allow the use of regenerators.

Bei mit Regeneratoren arbeitenden Siemens-Martin-Öfen ist es weiterhin bekannt, das Einschmelzen so durchzuführen, daß der Brennstoff über eine Vielzahl von Brenngasdüsen, die im Gewölbe vorgesehen sind, zugeführt wird, während die Verbrennungsluft von den Kopfenden in den Ofen eingespeist wird. Auch mit diesen Öfen kann eine wesentliche Verbesserung des Wärmewirkungsgrades nicht erreicht werden. Infolge der Zuführung des Brennstoffes vom Gewölbe her treten leicht Beschädigungen an der Vorder- und der Rückwand des Ofens auf, wenn der Brennstoff mit hoher kinetischer Energie auf die Schrottberge trifft.It is still the case with Siemens-Martin furnaces that work with regenerators known to carry out the melting so that the fuel over a variety from fuel gas nozzles which are provided in the vault, while the combustion air is fed into the furnace from the head ends. Even with these stoves can be an essential Improvement of the thermal efficiency cannot be achieved. As a result of the feed of the fuel from the vault easily damage the front and back the back wall of the furnace on when the fuel is on with high kinetic energy hits the mountains of junk.

Bei einem anderen bekannten Herdofen wird gleichfalls eine getrennte Zuführung der oxydierenden Gase und des Brennstoffstromes vorgenommen. Hierbei wird im Gewölbe eine Vielzahl von öffnungen vorgesehen, durch die die Verbrennungsluft eingeführt wird. Durch diese Art der Zuführung der Verbrennungsluft wird eine Kühlung des Gewölbes und eine Flamme mit umgekehrter Verbrennungsrichtung erzielt. Der Konstruktion dieser bekannten Öfen liegt eine andere Aufgabenstellung als beim Gegenstand der Erfindung vor, der nicht die Erzeugung eines Verbrennungsluftschleiers zum Schutze des Gewölbes und die Umkehrung der Flamme bezweckt, sondern eine besonders intensive Durchdringung und Durchwirbelung des Brennstoffes anstrebt, was nicht mit einer brauseartigen Berieselung der Flamme und mit Verbrennungsluft erreicht werden kann.In another known hearth furnace, a separate one is also used Supply of the oxidizing gases and the fuel stream made. Here is A large number of openings are provided in the vault through which the combustion air is introduced. This type of supply of the combustion air creates cooling of the vault and a flame with reverse combustion direction achieved. The construction this known furnace is a different task than the subject of Invention that does not involve the creation of a combustion air curtain for protection of the vault and the reversal of the flame, but a particularly intense one Penetration and swirling of the fuel strives, which is not with a shower-like sprinkling of the flame and combustion air can be achieved.

Es sind zwar auch schon Siemens-Martin-Öfen bekannt, bei denen zusätzlich und unabhängig von der Beheizungsart Sauerstoff durch im Gewölbe befindliche Düsen eingeführt wird. Der durch das Gewölbe eingeführte Sauerstoff dient aber ausschließlich zum Frischen des Kohlenstoffes. Es findet hierbei keine getrennte Zuführung von -Verbrennungsstoff einerseits und Brennstoff andererseits statt, wie es Voraussetzung für die Durchfiihrung der technischen Lehre gemäß der vorliegenden Erfindung ist.Siemens-Martin ovens are already known that have additional and regardless of the type of heating, oxygen through nozzles in the vault is introduced. The oxygen introduced through the vault is used exclusively to freshen the carbon. There is no separate supply of -Fuel on the one hand and fuel on the other hand instead, as is prerequisite for the implementation of the technical teaching according to the present invention.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile, die sich bei den Verfahren bzw. Vorrichtungen ergeben, die im vorstehenden näher erläutert wurden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschmelzen der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff entweder als reiner Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft ausschließlich über auf das Schmelzgut abgesenkte Gewölbelanzen und der Brennstoff ausschließlich von den Ofenköpfen her zugeführt wird. Hierbei können an jedem Ofenkopf eine oder mehrere Düsen vorgesehen sein, die gleichzeitig ent- gegengesetzte Brennstoffströme eines gasförmigen oder eines zerstäubten Brennstoffes erzeugen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Brennstoff wie bei den anderen bekannten Verfahren mit hoher kinetischer Energie zugeführt, hat aber durch die besondere Art der Zuführung des Brennstoffes und des Sauerstoffes bzw. sauerstoffangereicherten Win- des eine bessere ausnutzbare Flächenwirkung, welche fast über die Gesamtlänge des Ofens reicht. Der vom Gewölbe her zugeführte Sauerstoff wird durch die hohe kinetische Energie des BrennstofstromeS Mit- gerissen und entfaltet trotz seiner strahlartigen Einspeisung seine Wirkung fast über die gesamte Herdofenfläche. Die vorliegende Erfindung ermöglicht mit in der einschlägigen Ofentechnik an sich gebräuchlichen Mitteln eine derartige Verbesserung des Wärmewirkungsgrades, daß der Herdofen, der von beiden Seiten gleichzeitig befeuert werden kann, ohne Regeneratoren auszukommen gestattet. Dadurch, daß der Brennstoffstrom von den Ofenköpfen her, der Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherte Wind hingegen vom Gewölbe durch wassergekühlte Lanzen eingeführt wird, ergibt sich eine großflächige und doch stabile Flamme, welche einen außerordentlich großen Wärmeumsatz und damit eine Beschleunigung des gesamten Einschmelzvorganges zu erzielen gestattet.The invention avoids the disadvantages that arise with the methods and devices that have been explained in more detail above. It is characterized in that during the melting process, the oxygen necessary for combustion is supplied either as pure oxygen or oxygen-enriched air exclusively via vaulted lances lowered onto the melting material and the fuel is supplied exclusively from the furnace heads. Here, one or several nozzles can be provided, which simultaneously opposing fuel flows of a gaseous one or an atomized fuel. At the The method according to the invention is the fuel as with the other known methods with high kinetic energy supplied, but has through the special type of fuel supply and of oxygen or oxygen-enriched winter des a better usable area effect, which extends almost the entire length of the furnace. The from Oxygen supplied is through the vault high kinetic energy of the fuel flow cracked and, despite its jet-like feed, unfolds its effect almost over the entire hearth furnace surface. The present invention enables such an improvement in the thermal efficiency with the means commonly used in the relevant furnace technology that the hearth furnace, which can be fired from both sides at the same time, does not require regenerators. The fact that the fuel flow is introduced from the furnace heads, the oxygen or oxygen-enriched wind from the vault through water-cooled lances, results in a large-area, yet stable flame, which allows an extraordinarily high heat conversion and thus an acceleration of the entire melting process to be achieved.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebener Ofen ist in seiner Anwendung sehr variabel. Er kann bei Schrotteinsatz und geringem Roheiseneinsatz als Schmelzgefäß dienen und auch als reines Frischgefäß betrieben werden. Arbeitet der Ofen als Frischgefäß, so werden durch die das Gewölbe durchstoßenden Lanzen vornehmlich sauerstoffreiche Frischgase geblasen, während beim Schmelzen als Verbrennungssauerstoff möglichst sauerstoffangereicherte Luft durch die Düsen angeboten wird, wobei der Brennstoff von einer Kopfseite her in zerstäubter Form oder gasförmig zugeführt wird. Trotz des Wegfalls der Regeneratorenkammern kann der Ofen wechselseitig beheizt werden, weil dadurch während der Heizperiode ein gleichmäßigeres Durchwärmen des Bades gewährleistet ist. In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel eines Herdofens veranschaulicht, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.A furnace operated with the method according to the invention is in his Application very variable. It can be used with scrap and little pig iron serve as a melting vessel and can also be operated as a pure fresh vessel. Is working the furnace as a fresh vessel, so are through the lances piercing the vault mainly oxygen-rich fresh gases are blown, while during melting as combustion oxygen If possible, oxygen-enriched air is offered through the nozzles, whereby the Fuel supplied from one head side in atomized form or in gaseous form will. Despite the absence of the regenerator chambers, the furnace can be heated alternately because this ensures that the Bath is guaranteed. In the figure is an embodiment of a hearth furnace illustrates in which the inventive method can be carried out.

Das Ofengewölbe 1 des Herdofens weist Düsen 2 auf, welche auf die Badoberfläche 3 gerichtet sind. Von den festen Herdköpfen 4 und 4' erfolgt die Zuführung des zerstäubten Brennstoffes über die Düsen 5 und 5'. Für die Abgase sind die Abgasleitungen 6 und 6' vorgesehen. Die Richtung der verschiedenen Gasströme ist durch Pfeile angedeutet.The furnace vault 1 of the hearth furnace has nozzles 2 which are directed at the bath surface 3. The atomized fuel is supplied from the fixed stove heads 4 and 4 ' via the nozzles 5 and 5'. The exhaust lines 6 and 6 'are provided for the exhaust gases. The direction of the various gas flows is indicated by arrows.

Um die Variabilität der Anwendung des (erfindungsgemäßen) Herdofens zu erläutern, sind im nächfolgenden zwei Verfahrensbeispiele für verschiedene Einsätze aufgeführt. 1. Verfahren auf der Basis Roheisen, wobei der Einsatz aus 8011/o Roheisen beliebiger Zusam- mensetzung, jedoch auch mit einem hohen Phosphorgehalt bis 211/o und etwa 20 bis 251/o Schrott besteht. Zur eventuell notwendigen Entphosphorung wird Kalk aufgegeben und reit reinem Sauerstoff durch das Gewölbe auf in- direktem Wege, d. h. über die Schlacke, ge- frischt, bis zur gewünschten Entphosphorung bzw. einem Kohlenstoffgehalt, der etwa 0,21/o über dem Endkohlenstoffgehalt liegen sollte. Anschließend wird zusätzlich von der Kopfseile wechselseitig behellt 11I14 d>llch @1G L@, ul noch so viel Sauerstoff in Form von sauerstoffangereicherter Luft zugeführt, wie zur Verbrennung der Heizstoffe und Aufrechterhaltung einer geringfügigen Entkohlungsgeschwinäigkeit notwendig ist. Die Schmelze kocht also in dieser zweiten Phase aus qualitativen Gründen langsam aus.In order to explain the variability of the application of the hearth furnace (according to the invention), two process examples for different uses are listed below. 1. Process based on pig iron, the Use of 8011 / o pig iron of any combination composition, but also with a high Phosphorus content up to 211 / o and about 20 to 251 / o There is scrap. For any necessary Dephosphorization is abandoned lime and rides pure oxygen through the vault to in- direct route, i.e. via the slag, refreshes until the desired dephosphorization or a carbon content of about 0.21 / o should be above the final carbon content. Then the head ropes are also used alternately lighted 11I14 d> llch @ 1G L @, ul no matter how much oxygen is supplied in the form of oxygen-enriched air as is necessary to burn the fuel and maintain a slight decarburization rate. In this second phase, the melt slowly boils out for qualitative reasons.

z. Bei einem Einsatz, der zum überwiegenden Test, etwa 7011/o, aus Schrott und nur 3011/o aus Roheisen besteht, wird zweckmäßigerweise von Anfang des Prozesses an das Ofengefäß unter Zuführung von sauerstoffangereicherter Luft mit einem geringen Sauerstoffüberschuß beheizt. Nach Niederschmelzen der Beschickung kann je nach gewünschter Endanalyse ein Frischprozeß durch Sauerstoffzufuhr angeschlossen werden.z. In the case of an application that is the predominant test, about 7011 / o, off Scrap and only 3011 / o of pig iron is expediently removed from the beginning of the Process to the furnace vessel with the supply of oxygen-enriched air heated with a slight excess of oxygen. After the charge has melted Depending on the desired final analysis, a fresh process can be connected by supplying oxygen will.

Claims

Claims: 1. Method for operating a hearth furnace without regenerators for the production of steel, with water-cooled oxygen lances in the vault and fuel feeders are provided on the furnace heads, that is, that when melting the oxygen necessary for combustion either as pure Oxygen or oxygen-enriched air is only transferred to the melt material Lowered vaulted lances and the fuel exclusively from the furnace heads is fed.

2. hearth furnace according to claim 1, characterized in that at each Furnace head one or more nozzles are provided, which are opposite at the same time Generate fuel streams from a gaseous or atomized liquid fuel. Documents considered: German Patent No. 352 795; Belgian U.S. Patent No. 497,417; French Patent Nos. 933 098, 1130 096; U.S. Patents No. 1,812,563, 2,057,065, 2,322,618, 2,515,631, 2,598,393, 2,639,984; “Steel and Eisen «, 1957, pp. 1277 to 1283.