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Verfahren zum Auffangen und Ableiten von Konverterabgasen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Auffangen und Ableiten von Konverterabgasen mit einem
Anteil brennbarer Gase mittels einer Auffanghaube.
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Es ist seit langem bekannt, die beim Frischen von Rohsehmelzen mittels
reinen Sauerstoffes anfallenden Abgase aufzufangen und der weiteren Verwertung zuzuführen.
Es ist insbesondere als vorteilhaft be-
kannt, diejenigen Gase in unverbranntem
Zustand aufzufangen, die einem im Oberwindfrischverfahren mit Sauerstoff betriebenem
Konverter entweichen. Dabei ist man bestrebt, ein Verbrennen oder gar Explodieren
der Abgase zu verhindern, so daß diese den größten Teil der ihnen innewohnenden
chemischen Energie beibehalten. Es ist bekannt, die Ab-
gase zu diesem Zweck
vor Luftzutritt zu schützen, und zwar auch schon deshalb, weil eine Vermischung
der Abgase mit Luft das Volumen der abzuführenden Gasmenge vergrößern und größere
Leitungsdurchmesser erfordern würde.
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Es ist bekannt (deutsches Patent 931597), den Abgasstrom durch
eine besondere Ausbildung der Konvertermündung gegen Luftzutritt zu schützen. Dabei
ist jedoch keine Vorsorge getroffen, um eine Vermischung der brennbaren Konverterabgase
zu Beginn und am Ende des Frischprozesses zu verhindern.
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Es ist auch schon bekannt (deutsche Auslegeschrift 1020
355 und französische Patentschrift 1237 73 1),
während des ganzen Frischprozesses
Wasser in die Konverterabaase einzuspritzen; dadurch werden diese zwar gekühlt,
so daß die Explosionsgefahr verringert und das spezifische Volumen der Abgase verkleinert
wird, gleichzeitig findet jedoch eine Verdünnung der Konverterabgase durch den Wasserdampf
statt.
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Des weiteren ist es auch schon bekannt (britische Patentschrift
863 675 und französische Patentschrift 1258 046), vor Beginn, während
und nach Beendigung des Frischprozesses den Konverterabgasen Stickstoff beizumengen,
wodurch zweifellos die Explosionsgefahr vermindert, zugleich aber auch die der Volumeinheit
des Gases innewohnende spezifische Wärme herabgesetzt wird, was einer wirtschaftlichen
Weiterverwendung der Konverterabgase abträglich ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bildung eines
Gemisches aus Luft und brennbaren Abgasen, insbesondere Kohlenoxyd, zu verhindern
und damit jede Explosionsgefahr auszuschließen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß nur zu Beginn und am Ende des Frischprozesses zur Bildung eines
Pfropfens eines inerten Gases in der Haube eine bestimmte Menge des Konverterabgases
durch Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases zu einem inerten Gasgernisch verbrannt
wird oder eine bestimmte Menge eines inerten Gases, insbesondere Stickstoff, in
die Haube eingeführt wird.
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Durch den Pfropfen des inerten Gases wird bei dessen Durchtritt durch
die Leitungen die darin befindliche Luft verdrängt, daß eine direkte Berührung von
Luft und brennbaren Gasen vermieden wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich auch bei einer solchen
Anlage anwenden, bei der eine Auffanghaube mit ihrem unteren Rand nicht unmittelbar
auf dem Konverter aufsitzt, und mit Einrichtungen zum Regeln des Zuges oder zum
Einstellen des Druckes auf den Außendruck ausgerüstet ist. Hierbei wird zweckmäßigerweise
zu Beginn und am Ende des Frischprozesses der Druck in der Haube kurzzeitig herabgesetzt
und dadurch Luft in die Haube eingesaugt.
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Man erkennt, daß bei einer solchen Anlage die angestrebte Sicherheit
dadurch erzielt wiTd, daß durch die Gasleitungen ein Pfropfen eines neutralen Gases
hindurchgesaugt wird, dessen Entstehung von der Einhaltung bestimmter Zugverhältnisse
abhängig ist und von diesen Bedingungen des Zuges in den Leib tungen beeinflußt
wird. Will man der Tatsache Rechnung tragen, daß ein solcher Pfropfen in den Abzugsleitungen
zerfließt, insbesondere wenn diese ein großes Volumen aufweisen, so muß man diesem
Pfropfen ebenfalls ein möglichst großes Volumen
geben. Dieses Volumen
wird ün Falle einer gesteuerten Verbrennung von Kohlenoxyd in der Auffangshaube
durch die Zeitdauer des Verbrennungsprozesses bestimmt. Zu diesem Zweck stimmt man
die Regulierung des Zuges und die Regulierung der Zufuhr des als Frischgas dienenden
Sauerstoffes so aufeinander ab, daß das Auffangen der dem Konverter entweichenden
Gase mit einer gewissen Verzögerung gegenüber der Einleitung des Blasprozesses erfolgt.
In gleicher Weise verfährt man, um zu erreichen, daß eine teilweise Verbrennung
des Kohlenexydes erfolgt, ehe der Blasprozeß vollständig zu Ende geführt wurde.
Während dieser Zeiträume, der teilweisen Verbrennung des Kohlenoxyds beim Beginn
und am Ende eines jeden Blasprozesses bewirkt diese gegenseitige Abstimmung einen
Zug, der stärker ist als derjenige, der notwendig ist, um in dem unteren Teil der
Haube einen Druck aufrechtzuerhalten, der demjenigen der die Haube umgebenden Außenluft
entspricht, wodurch eine solche Menge Luft in die Haube eintritt, die eine teilweise
Verbrennung des Kohlenoxyds zur Bildung des neutralen Gaspfropfens bewirkt.
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Der so gebildete neutrale Gaspfropfen besteht in überwiegendem Maße
aus atmosphärischem Stickstoff und aus dem bei der Verbrennung des Kohlenoxyds in
der Haube entstehenden Kohlendioxyd. Er enthält des weiteren in geringerer Menge
Sauerstoff und Kohlenoxyd, und zwar in einem solchen Mengenverhältnis, daß die Entzündung
des Gasgemisches mit Sicherheit vermieden ist.
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Um einen größeren Pfropfen zu erhalten, kann man beim Beginn und am
Ende eines jeden Blasprozesses Stickstoff in die Haube einleiten. Die Einleitung
von Stickstoff wird vorteilhafterweise, dann vorgenommen, wenn im Falle einer unvorhergesehenen
Beendigung des Blasprozesses, wenn keine. Mög-
lichkeit einer Bildung des
Pfropfens durch kontrollierte Verbrennunc, von Kohlenoxyd besteht, rasch ein Pfropfen
gebildet werden soll.
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Ist bei einer solchen Auffangvorrichtung eine beweglich angeordnete
Dichtungsmanschette vorgesehen, so genügt es, diese Manschette am Anfang und am
Ende -einer jeden Blasperiode für eine bestimmte Zeit anzuheben. Auf diese Weise
wird zusätzlich Außenluft in die Haube eingesaugt, so daß durch die Verbrennung
von Kohlenoxyd der neutrale Gaspfropfen gebildet wird.
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In der Zeichnung ist in schematischer Weise -ein Ausfährungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht der Einzelteile der Vorrichtung,
F i g. 2 ein Schema der zum Betrieb der Vorrichtung vorgesehenen selbsttätigen
Steuerung.
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In einem Konverterl üblicher Bauart mit einem Fassungsvermögen von
etwa 5t befindet sich die Roheisenschmelze2, in die mittels einer Lanze3 technisch
reiner Sauerstoff von oben nach unten eingeblasen wird.
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Die Frischgase werden von einer Haube 4 aufgefangen, die etwa 40 cm
oberhalb des Halses des Konverters 1 angeordnet ist und mittels eines Rohres
5 abgeleitet. Die Haube 4 und die Leitung 5 werden in bekannter Weise
mittels Wasser gekühlt. Die Abgase durchströmen zunächst einen Entstauber
6,
dann einen Saugvontilator 7, von wo sie in einen Kamin
8 einmünden, an dessen oberem Ende der Kohlenstoff verbrannt wird, um zu
verhindern, daß er in die freie Atmosphäre austritt. Die von der Haube 4 zu dem
Kamin 8 führenden Leitungen sind so kurz wie möglich gehalten, um tote Zonen
zu vermeiden. Die Saugkraft des Ventilators 7 wird mittels eines Flügelventils
9 geregelt, das mittels eines bekannten Organs 10 so gesteuert wird,
daß der Druck in dem unteren Teil der Haube demjenigen der die Haube umgebenden
Außenluft gleich ist. Der Druck in der Haube wirkt über drei Meßrohre
11 auf ein Differentialmanometer 12, an das ein die Verbindung mit
der Außenluft herstellendes Rohr 3 angeschlossen ist.
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Die Druckentnahmerahre 11 reichen nicht bis in den unteren
Teil der Haube, um nicht den Niveauschwankungen der heißen Gase im unteren Teil
der Haube ausgesetzt zu sein. Das Differentialmanometer 12 gibt die Meßwerte an
das Steuerorgan 10, das das Ventil 9 so steuert, daß der Druck in
der Haube konstant bleibt. Die Beaufschlagung der Schmelze mit Sauerstoff als Frischgas
wird mittels eines Ventils 14 geregelt, das von einem bekannten pneumatischen Regelorgan
15 gesteuert wird, auf das ein ebenfalls bekannter Mengenmesser
16 zur selbsttätigen Korrektur des Druckes unter der Temperatur einwirkt.
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Die Wirkungsweise der Steuerorgane 10 und 15 ist einem
Abstimmregler 17 unterworfen, der auf jede Veränderung des Blasvorganges
beim Beginn und beim Ende einer jeden Blasperiode. anspricht. Beim Beginn des Blasvorganges
sperrt der Regler 17 das Organ 10 für die Dauer von etwa
5 bis 10 Sekunden nach Beginn des Blasvorganges, so daß das Ventil
9
seine größte Offenstellung einnimmt und gleichzeitig mit dem Kohlenoxyd
Luft in die Haube 4 eingesaugt wird. Soll der Blasprozeß beendet werden, so wird
durch den Regler 17 eine verminderte Frischgaszufuhr aufrechterhalten und
das Steuerorgan 10 für die Dauer einiger Sekunden so eingestellt, daß ein
maximaler Zug besteht.
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Im Falle der plötzlichen Beendigung des Blasvorganges, wenn also auch
mit verminderter Frischgaszufuhr nicht mehr geblasen werden kann, erfolgt sofort
mit der Einstellung des Blasvorganges die Einleitung von Stickstoff in die Haube
mittels der Düsen 18, die an die Druckflaschen 19 angeschlossen sind,
deren Absperrventile 20 gleichzeitig mit der Abschaltung der Frischgaszuführ geöffnet
werden.
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Der Abstimmregler 17 ist ein Nockenschalter, dessen Nocken
von einem kleinen Elektromotor und einem auf elektrische Unterbrecher wirkenden
Untersetzungsgetriebe betätigt werden. Der Motor wird bei einer halben Umdrehung
der Nocken bei jedem Beginn und bei jeder Beendigung einer Blasperiode eingeschaltet.
Die Dauer einer jeden Abstimmung ist getrennt regelbar, indem man den entsprechenden
Nocken verstellt.
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Bei jedem Beginn und bei jeder Wiederaufnahme des Blasvorganges werden
durch den neutralen Gaspfropfen in der von der Haube 4 bis zu dem Kamin
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sich erstreckenden Leitung befindliche Gase entfernt. Die F i
g. 1 zeigt die Lage des Pfropfens in der Leitung 5 kurze Zeit nach
dem Beginn des Blasvorganges. 21 ist die Zone der ohne Verbrennung aufgefangenen
brennbar-en Gase, 22 ist die Zone der von dem Pfropfen vertriebenen atmosphärischen
Luft; der Pfropfen selbst erstreckt sich über eine Zone 23, die ein Gemisch
von Kohlendioxyd, Stickstoff- und
Sauerstoff enthält, eine Zone
24, die Kohlendioxyd, Stickstoff und Spuren von Kohlenoxyd und Sauerstoff enthält,
und schließlich über eine Zone25, die ein Gemisch von Kohlenoxyd, Kohlendioxyd und
Stickstoff enthält.
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In der F i g. 2 sind insbesondere der Abstimmregler
17 und die pneumatischen Regelketten dargestellt. Die Figur zeigt desweiteren
die Leitung für die Zufuhr des Sauerstoffes mit dem Mengenmesser 16 und dem
Regelventil 14 sowie die Absaugleitung der entstaubten Gase mit dem Schleber
9.
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Wie schon oben ausgeführt wurde, erfolgt die Steuerung des Schiebers
9 mittels eines pneumatischen Steuerorgans 10, das seinerseits von
einem Differentialmanometer 12 bekannter Bauart gesteuert wird. Das Organ
10 steuert die Lage des Schiebers 9
auf pneumatischem Wege mittels
unter veränderlichem Druck stehender Druckluft. Dieses Organ 10
bewirkt, daß
der Flügel des Schiebers 9 den Durchgang mehr oder weniger öffnet bzw. verschließt
entsprechend dem Maß der Druckänderung im unteren Teil der Haube.
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Das Regelorgan 15 für die Zufuhr des Sauerstoffes ist ebenfalls
ein pneumatisch wirkendes Organ, das für den denselben Druckbereich der das Organ
steuernden Luft ausgelegt ist. Der Mengenmesser 16
üblicher Bauart ist mit
einem Diaphragma und einem Differentialmanometer mit Druck- und Temperaturkorrektur
ausgerüstet. Bei normalem Betrieb steuert das Regelorgan 15 das Ventil 14
derart, daß die Sauerstoffzufuhr konstant bleibt.
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Die Bildung des Pfropfens erfolgt selbsttätig mittels des Schaltwerkes
17, das vier Nockenscheiben A, B, C und D aufweist,
die von einem kleinen Elektromotor 17a angetrieben werden. Bei jedem Beginn und
bei jeder Beendigung des Blasvorganges machen diese Scheiben eine halbe Umdrehung,
und zwar die erste beim Beginn und die zweite bei der Beendigung des Blasvorganges.
In der Figur sind die Nockenscheiben in einer Stellung gezeigt, die dem Beginn des
Blasvorganges entspricht.
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Die Einschaltung des Motors 17a erfolgt über den Schließkontakt
17 b und die Haltekontakte 17 e; nach einer halben Umdrehung öffnen
die Kontakte17c, und der Motor wird stillgesetzt. Ein erneuter Druck auf den Schließkontakt
17 b bewirkt eine neue halbe Umdrehung. Das Anhalten und wieder Anlaufen
des Motors wird auf den zwischen den Regelorganen und den Ventilen herrschenden
modullerten Steuerdruck übertragen, und zwar mittels Relais, die von den Kontakten
des Schaltwerkes 17 gesteuert werden.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung wird im folgenden beschrieben.
Die Ventile 9 und 14 sind offen bei einem Steuerdruck von 15 Maßeinheiten
und geschlossen bei einem Steuerdruck von drei Maßeinheiten. Bei Betätigung des
Schaltknopfes 17 b wird eine sofortige öffnung des Ventils 14 bewirkt, das
über ein elektrisch gesteuertes Ventil 26 mit dem Regelorgan 15 verbunden
ist, wobei das Ventil 26
von dem Kontakt 17 d gesteuert wird, der durch
die Nockenscheibe C geschlossen wird. Das Ventil 14 nimmt die Stellung ein,
die von dem Regelorgan 15
bestimmt wird. Ein zweites elektrisch gesteuertes
Ventil 27, das die Einstellung des Ventils 14 in Ab-
hängigkeit von
der Atmosphäre regelt, wird ebenfalls von dem Kontakt 17 d verschlossen gehalten.
Während dieser Zeit ist der Schieber 9 am weitesten geöffnet, auf Grund eines
Druckes der Steuerluft von 15 Maßeinheiten in der Leitung 28 auf Grund
des geöffneten Ventils 29. Die Verbindungsleitung zwischen dem Schieber
9 und dem Steuerorgan 10 ist unterbrochen, wenn das Ventil
30 geschlossen ist. Die Ansaugung von Außenluft in die Haube hat hierbei
ihren größten Wert. Nach wenigen Sekunden, die durch die Winkelverstellung des Nockens
B bestimmt werden, werden die Kontakte 17 c geschlossen, was die Schließung
des Ventils 29 und die öffnung des Ventils 30 bewirkt. Nunmehr ist
der Schieber 9 mit dem Regelorgan 10 verbunden, so daß seine Einstellung
nach Maßgabe der Steuerimpulse dieses Regelorgans 10 erfolgt. Diese Einstellung
entspricht dem normalen Betrieb des Auffangens der Gase ohne Verbrennung, wobei
der Druck am unteren Rand der Haube auf dem Wert 0 gehalten wird.
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Nach einer halben Umdrehung verursacht die Nockenscheibe
A den Stillstand des Motors 17 a.
Wird der Schaltknopf
17 b ein weiteres Mal betätigt, um eine Stillsetzung hervorzurufen, so beginnt
die Schaltwelle ihre zweite Halbumdrehung. Die Nockenscheibe B bewirkt die öffnung
des Ventils 29
und die Schließung des Ventils 30. Der Schieber
9
wird von seinem Steuerorgan getrennt und auf Grund des auf ihn wirkenden
Druckes von 15 Maßeinheiten geöffnet. Die Öffnung erfolgt allmählich auf
Grund der Verengung 31. Die Nockenscheibe C bewirkt zur gleichen Zeit
infolge der öffnung des Ventils 27 und der Schließung des Ventils
26, daß das Ventil 14 der Wirkung der Atmosphäre ausgesetzt wird. Dies hat
zur Folge, daß das Ventil sich schließt, und zwar ebenfalls auf Grund der weiteren
Verengung 32 allmählich. Die Nockenscheibe D und der von ihr gesteuerte
Kontakt 17f bewirken zur gleichen Zeit die öffnung des Ventils 33 in der
Umwegleitung, die den Mengenmesser 16 und das Ventil 14 kurzschließt, was
eine Verringerung der Sauerstoffzufuhr während einer Dauer von wenigen Sekunden
zur Folge hat, die durch den Winkel ß der Nockenscheibe D bestimmt wird.
Die Menge des zugeführten Sauerstoffes wird durch die Querschnittsverengung 34 bestimmt.
Während dieser kurzen Zeitdauer wird das durch das verlangsamte Frischen erzeugte
Kohlenoxyd durch den überschuß an angesaugter Luft verbrannt, da der Schieber
9 vollkommen geöffnet ist, wodurch sich der Sicherheitspfropfen ausbildet.
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In abgezweigten Leitungen, die am Ausgang der Steuerorgane
10 und 15 vorgesehen sind, sind Hohlräume 35 und
36 angeordnet, die eine Gleichmäßigkeit der Wirkungsweise der Vorrichtung
gewährleisten.
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Das Schaltwerk wird, nachdem es seine Ausgangsstellung, in welcher
die Sauerstoffzufuhr unterbrochen ist und der Schieber in der Saugleitung vollkommen
geöffnet ist, arretiert. Die Vorrichtung ist dann für einen neuen Zyklus bereit.
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Die zusätzlichen elektrisch gesteuerten Ventile 26,
27, 29,
30 und 33 weisen folgende einander korrespondierende Stellungen auf:
26: offen unter Spannung; 27: geschlossen unter Spannung;
29: geschlossen unter Spannung; 30: offen unter Spannung;
33: offen unter Spannung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise auch bei solchen
Anlagen Verwendung finden, bei denen keine Regulierung des Zuges vorgesehen
ist
und die eine beweglich angeordnete Dichtungsmanschette aufweisen, die zur Abdichtung
des Abzuges auf dem Konverter aufsitzt. In diesem Falle ist keine besondere Vorrichtung
notwendig. Da bei einer solchen Anlage der Zug stets zusätzlich vorhanden ist, genügt
es, die Manschette während der Dauereiniger Sekunden beim Beginn und am Ende jeder
Blasperiode anzuheben, um eine Ansaugung von Luft hervorzurufen, die zur Verbrennung
des Kohlenoxydes und somit zur Bildung des Sicherheitspfropfens Veranlassung gibt.
Die Verbindungsleitungen und Stromkreise, die die notwendigen Anpassungen bewirken,
sind dieselben wie in dem vorbesehriebenen Beispiel, so daß es einer besonderen
Beschreibung einer entsprechenden Anlage nicht bedarf.