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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abführen
und Kühlen der beim Frischen von Roheisen von einer im Abstand von dem Konverter
angeordneten Haube aufgefangenen umverbrannten Gase, in deren an die Haube angeschlossene
Abzugsleitung zur Erzielung eines Sogs ein Kühlmittel eingeblasen wird.
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Es ist bekannt, daß beim Windfrischen von Roheisen durch Oxydation
des in der Schmelze enthaltenen Kohlenstoffs Kohlenoxyd CO entsteht, dem ein geringer
Anteil C02 beigemischt ist. Gleichzeitig hat das dem Konverter entweichende Gas
auf Grund des in ihm insbesondere beim Frischen mit reinem Sauerstoff in feiner
Verteilung vorhandenen, rötlichgelben Eisenoxydstaubes einen hohen Wärmeinhalt.
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Um die Enthalpie dieser Gase auszunutzen sowie auch um die Gase von
den Eisenoxydpartikelchen zu befreien, die beim späteren Verbrennen der Abgase die
Atmosphäre verunreinigen würden, ist es üblich, diese Gase in einer über dem Konverter
angeordneten Haube aufzufangen.
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Die Temperatur der dem Konverter entweichenden und noch nicht weiterbehandelten
Abgase ist ungefähr gleich derjenigen des flüssigen Metalls und erreicht somit Werte
bis zu etwa 1550° C. Diese Temperatur kann sich noch erhöhen, wenn, was häufig der
Fall ist, ein auch nur geringer Anteil der Abgase durch Lufteintritt zwischen den
Konverter und die Abzugsvorrichtung verbrennt.
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Es ist daher notwendig, diese Abgase vor ihrer Weiterleitung und Reinigung
abzukühlen, was auf verschiedene Weise erfolgen kann. So ist es bekannt, in die
aus dem Konverter austretenden Abgase Dampf einzublasen und diese mit großem Luftüberschuß
zu verbrennen, wobei den Verbrennungsgasen ihr Wärmeinhalt mittels Wärmeaustauscher
entzogen wird. Diesem Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, daß die Rauchgase
eine hohe Feuchtigkeit aufweisen und zu ihrer Verbrennung und Kühlung große Luftmengen
benötigt werden und demzufolge auch die Installationen beträchtliche Ausmaße aufweisen.
Das Einblasen des Dampfes erfolgt hierbei nicht nur zu dem Zweck, die heißen Abgase
zu kühlen und zu befeuchten, sondern auch dazu, um die Abgase durch die Sogwirkung
des Dampfstrahles abzusaugen.
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Darüber hinaus sind auch schon Vorrichtungen zum Auffangen dieser
Abgase bekannt, bei denen mittels einer abdichtenden Haube der Zutritt von Luft
und dadurch die Verbrennung der Gase mit der daraus resultierenden Temperaturerhöhung
vermieden wird. Ein etwa zwischen dem Konverterhals und der Haube bestehender Spalt
kann sowohl durch eine abnehmbare Manschette als auch durch das Einblasen von Dampf
luftdicht gemacht werden.
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Auch diese Vorrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf, die darin
bestehen, am Konverterhals eine saubere Dichtungsfläche zu schaffen, an der die
Haube dichtend anliegen kann. Außerdem besteht die Gefahr, daß die aus dem Konverter
herausgespritzten Metall- und Schlacketeilchen die Haube und das Abzugssystem der
Abgase verstopfen.
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Ein weiterer Nachteil dieser vorbekannten Vorrichtungen besteht darin,
daß es unmöglich ist, bei solchen Haubenanordnungen die Flamme zu beobachten, was
sich insbesondere bei der Kontrolle der Durchführung des Verfahrens nachteilig auswirkt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kontrolliertes
Abführen und Kühlen von Konvertergasen auch bei solchen Anlagen zu ermöglichen,
bei denen zwischen dem Konverter und der Haube keine mehr oder weniger luftdichte
Verbindung vorgesehen ist, wobei die Abführung der Konvertergase nach Maßgabe der
gebildeten Gasmengen erfolgt, so daß zwischen dem Konverterhals und der Haube weder
ein überdruck noch ein übermäßiger Sog auftreten kann.
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Dies wird unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß der Gasdruck innerhalb und außerhalb der Haube gemessen und
der durch das eingeblasene Kühlmittel erzeugte Sog in Abhängigkeit von den auftretenden
Druckänderungen kontinuierlich derart geregelt wird, daß an der Auffangstelle der
Gase im unteren Bereich der Haube innerhalb und außerhalb der Haube derselbe Druck
aufrechterhalten wird.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine Vorrichtung, bei der
in der Abzugsleitung Mittel zur Absaugung und zur Kühlung der Abgase vorgesehen
sind, bei der gemäß der Erfindung zur Regelung des Absaugvorganges innerhalb und
außerhalb der Haube Drucksonden, mit diesen verbundene Schalt-und Meßgeräte sowie
von diesen gesteuerte Regelorgane vorgesehen sind.
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Vorteilhafterweise ist zur Einblasung eines Kühlmittels in die Abzugsleitung
in dieser eine gegenüber einer Venturidüse längsverschiebbar angeordnete Einblasdüse
vorgesehen. Als Kühlmittel kann ein nichtoxydierendes Gas, beispielsweise ein Gichtgas,
Stickstoff oder auch ein aus Cowper-Abgasen zusammengesetzes Gas und schließlich
auch Wasserdampf Verwendung finden.
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Außer den vorgenannten Vorteilen weist das erfindungsgemäße Verfahren
auf Grund des kontrollierten Abführens der Konvertergase den weiteren Vorteil einer
großen Betriebssicherheit auf, da hierdurch die Gefahr einer Explosion ausgeschlossen
wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine schaubildliche
Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Kühlanlage und einer Abzugsleitung,
F i g. 2 ein Diagramm der Druckverhältnisse in der Haube, F i g. 3 die Zusammensetzung
der während der Durchführung des Frischverfahrens von der Haube aufgefangenen Abgase
in Form eines Diagramms, F i g. 4 eine schaublidliche Darstellung einer Variante
der Vorrichtung nach F i g. 1, bei der die Absaugung der heißen Abgase durch zwei
in der Absaugleitung angeordnete Einblasdüsen bewirkt wird.
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Mit der in F i g. 1 schematisch dargestellten Auffangvorrichtung werden
die aus einem Konverter oder Tiegel 1 austretenden Abgase abgesaugt, nachdem mit
Hilfe einer wassergekühlten Lanze 2 technisch reiner Sauerstoff zum Frischen in
die Roheisenschmelze eingeblasen wurde. Eine wassergekühlte Haube 3, deren Kühlanlage
in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist über dem oberen Rand des Konverters
montiert, wobei ihr unterer Rand in einem Abstand von etwa 40 cm über dem Konverter
liegt. Konzentrisch zur Haube 3 ist eine äußere Ummantelung 4 angeordnet, die die
Aufgabe hat, die bei Unregelmäßigkeiten im Betrieb gegebenenfalls unter dem Rand
der Haube 3 hervorquellenden geringen
Abgasmengen aufzufangen und
sie durch einen Abzug 5 aus der Halle abzuführen. Mit einem verschiebbaren Dichtungsring
6 ist der Scheitel (oberer Teil) der Haube gegen die Lanze 2 in bekannter Weise
abgedichtet. Die bereits auf dem Weg durch die Haube 3 abgekühlten Abgase werden
durch ein an einen Exhaustor angeschlossenes, mit einer Regelvorrichtung versehenes
Absaugrohr abgeführt. Für den Fall, daß die Abgase beim Durchströmen der Haube 3
nicht genügend abgekühlt werden, kann eine zusätzliche Kühlung dadurch bewirkt werden,
daß feinzerstäubtes Wasser in einer bestimmten, durch bekannte, nicht gezeigte Vorrichtungen
gesteuerten Menge in den Abgasstrom eingespritzt wird. Die Einspritzung des zerstäubten
Wassers kann in Abhängigkeit von der Menge und der Temperatur der heißen Abgase,
die mit einem Druckmesser bzw. einem Pyrometer gemessen wird, geregelt werden. Die
Absaug- und Kühlvorrichtung umfaßt außerdem eine Venturidüse 8, die mit einer beweglichen,
durch ein pneumatisches Verstellorgan 10 verstellbaren Einblasdüse 9 dicht verschlossen
werden kann. Durch diese bewegliche Einblasdüse 9 wird nichtoxydierendes Gas oder
Wasserdampf in die Venturidüse derart eingeblasen, daß einerseits eine kontrollierbare
und regelbare Saugwirkung im Oberteil der Haube hervorgerufen wird, wodurch einerseits
im Bereich ihres unteren Randes die Druckdifferenz zwischen den Abgasen und der
sie umgebenden, atmosphärischen Luft auf etwa Null gehalten und andererseits eine
zusätzliche Abkühlung der aufgefangenen Abgase herbeigeführt wird. Mit Hilfe von
drei Testleitungen 11, deren Mündungen auf gleichem Niveau an der Taube 3 liegen,
wird die Messung der Druckdifferenzen in bezug auf die Meßwerte einer außerhalb
der Haube 3 angebrachten Testleitung 12 ermöglicht. Die Mündungen der Testleitungen
11 sind bei einer praktischen Ausbildung der Vorrichtung nicht im unteren Teil der
Haube angeordnet, sondern auf einer horizontalen Meßebene, deren Höhe von den jeweiligen
Verhältnissen der Anlage abhängig ist und in jedem Fall besonders festgelegt wird.
Damit ein einwandfreies Funktionieren der Regelung gewährleistet wird, müssen die
Mündungen der Testleitungen vollständig und fortwährend von dem Strom der aus dem
Konverter austretenden Abgase umgeben sein. Aus diesem Grund dürfen sie nicht zu
tief angeordnet sein, da sonst die Gefahr besteht, daß sie zeitweise nicht in dem
Strom der heißen Abgase liegen und dem atmosphärischen Druck ausgesetzt sind. Sie
dürfen jedoch auch nicht zu hoch in die Haube hineinragen, damit die Messung der
im unteren Teil der Haube herrschenden Druckverhältnisse nicht dadurch verfälscht
wird, daß die in der Haube aufgefangenen Abgase sich hinsichtlich ihrer Menge oder
Dichte verändern.
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Mit einer elektrischen Schaltvorrichtung 13, die in Verbindung mit
einem Druckmesser 14 steht, wird der Druck an den Mündungen der Testleitungen 11
periodisch gemessen und dadurch die Möglichkeit gegeben, Störungen des Druckgleichgewichts
in der Meßebene durch entsprechende Regelung auszuschalten sowie gegebenenfalls
durch herausgeschleuderte Schlackenteilchen verursachten Verstopfungen einer der
Leitungen 1.1 zu begegnen. Das Druckorgan 14 wirkt auf einen Regler 15 ein, dessen
Einstellung mit einem Gerät 16 vorgenommen wird. Die Einstellung des Reglers
15 wird dabei so gewählt, daß an der Basis der Haube nahezu Druckgleichheit zwischen
den Abgaben und der atmosphärischen Luft herrscht. Der Regler 15 wirkt auf die Steuerung
17 ein, die das pneumatische Einstellorgan 10 beeinfiußt. Durch dessen Wirkung auf
die bewegliche Einblasdüse 9 wird einerseits ein öffnen und Schließen der Abzugleitung
und andererseits durch Veränderung ihrer Stellung eine Kompensation der nur langsam
sich ändernden Druckschwankungen ermöglicht, die beispielsweise durch stetige Zunahme
der abzuführenden Abgasmenge entstehen. Die Verzögerung, mit der dieser Teil der
Regelung anspricht, beträgt etwa 2 Sekunden. Gleichzeitig wirkt der Regler 15 auch
über eine Steuerung 18 auf ein Regelventil 19 ein, das in der Leitung
des nichtoxydierenden Gases angeordnet ist. Dieser Teil der Regeleinrichtung hat
nur eine kurze Verzögerung von etwa 1/2 Sekunde und gleicht die schnellen mit nur
kleiner Amplitude auftretenden Druckschwankungen in der Haube aus. Wenn die beiden
durch den Regler 15 gesteuerten Regelvoraänge entsprechend genau aufeinander
abgestimmt sind, ist es möglich, in der Abzugleitung 20 ein Gasgemisch zu
erhalten, dessen Temperatur und Wärmewert nur geringen Schwankungen unterliegt.
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Der ganze, die Organe 13 bis 19 umfassende Regelteil der im vorhergehenden
beschriebenen Vorrichtung arbeitet auf elektropneumatischer Grundlage und ist an
sich bekannt. Das Druckmeßgerät 14 weist den üblichen Aufbau mit einer thermostatischen
Faltmembran auf und ist mit einem elektrischen Verschiebeorgan mit veränderlicher
gegenseitiger Induktanz gekoppelt. Die Spulen dieses elektrischen Verschiebeorgans
liegen in .den Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke, dessen Gleichgewichtspunkt
den Bezugspunkt für die Regelung festlegt und die das Organ 16 bildet. Das Regelorgan
15 ist ein elektronisches Potentiometer mit kurzer Ansprechzeit, das mit
einer pneumatischen Regelvorrichtung versehen ist, durch die zwei pneumatische Relais
17 und 18 gesteuert werden. Das pneumatische Steuerventil 19 und das Verschiebeorgan
10 sind bekannter Art.
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In F i g. 2 ist der Verlauf des Drucks in der Haube dargestellt, so
wie er während eines Frischprozesses mittels der Druckentnahmen aufgezeichnet wurde.
In diesem Diagramm wurde die Zeit t in Minuten auf der Abszisse und der Druck p
in der Haube in mm WS auf der Ordinate aufgetragen. Beginn und Ende des Prozesses
liegen bei t = 0 bzw. t = 8,5 Minuten, wobei der Prozeß in einem Konverter
mit einem Fassungsvermögen von 6 t und mit einer Sauerstoffeinblasung von etwa 21
m3 pro Minute mittels der Lanze durchgeführt wurde. Aus diesem Diaaramm sind die
während des Betriebes der Vorrichtung auftretenden geringen Druckschwankungen ersichtlich.
Der Mittelwert des Drucks liegt bei etwa plus 1,5 mm WS, was auf die Dichteunterschiede
zwischen den heißen Abgasen und der äußeren atmosphärischen Luft sowie auf das Entweichen
der Abgase aus der Haube zurückzuführen ist, wobei die Druckentnahmeleitungen nicht
im untersten Bereich der Haube angeordnet waren. Der tatsächlich an der Basis der
Haube herrschende Druck hat in Mittel den Wert 0.
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In dem Diagramm nach F i g. 3 ist der CO- und N-Gehalt der Abgase
dargestellt, die während desselben Verfahrens am Ausgang der Haube in der Leitung
8 aufgefangen wurden. Auf der Abszisse wurde die pro Tonne Roheisen vom Beginn des
Verfahrens
an eingeblasene Sauerstoffmenge in Kubikmeter und auf
der Ordinate die entsprechenden Anteile an N2 und CO in Prozent aufgetragen. Die
dem Konverter entweichenden Abgase enthalten fast ausschließlich CO und C02. Der
Stickstoffgehalt der aufgefangenen Abgase rührt nur von der zwischen dem oberen
Rand des Konverters und der Haube 3 eingedrungenen Luft her. Der geringe Gehalt
an N" zeigt, daß der Luftzutritt trotz des Fehlens einer abdichtenden Verbindung
zwischen der Haube und dem Konverter gering bleibt.
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Bei der in F i g. 4 gezeigten Anordnung, die eine Variante zu der
in F i g. 1 dargestellten bildet, werden die von der Haube 3 aufgefangenen Abgase
durch die Sogwirkung von zwei Einblasdüsen 21 und 22 abgesaugt, die in der Abzugleitung
7 untergebracht sind. Durch die Einblasdüse 21 wird das zur Kühlung benötigte Gas
in Strömungsrichtung der aufgefangenen Abgase in die Abzugleitung 7 eingeblasen,
während die Einblasdüse 22 in entgegengesetzter Richtung angeordnet ist. Die Saugwirkung
wird mit dem Regler 15 gesteuert, der über die Organe 17 und 18 und die pneumatischen
Ventile 19 und 23 auf das Mengenverhältnis der durch die Einblasdüsen 21 und 22
eingeblasenen Gase einwirkt, wobei die Saugwirkung durch die aus der Einblasdüse
21 austretende Gasmenge vergrößert und durch die aus der Einblasdüse 22 austretenden
Gasmenge verringert wird, bis die Saugleistung den jeweils erforderlichen Wert hat.
Damit die gekühlten Abgase auch über große Entfernungen abgeleitet werden können,
wird ein bekannter Ventilator 24 in die Absaugleitung 20 eingebaut. Dieser Ventilator
kann auch durch andere, bekannte Geräte zur Weiterleitung der Gase ersetzt werden.
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Die Reinigung der Abgase von dem in ihnen enthaltenen rötlichgelben
Eisenoxydstaub kann durch bekannte Mittel entsprechend der Anordnung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung unmittelbar nach der Mischung der Gase und vor ihrer Verbrennung bewirkt
oder aber auch durch Einwirkung auf die bei ihrer Verbrennung entstehenden Rauchgase
vorgenommen werden. In jedem Fall ist es ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, daß das relativ kalte Gas leicht über .eine bestimmte Entfernung abgeleitet
werden kann, die Reinigungsanlage und die Anlagen zur Weiterverwertung der Abgase
an eine Stelle verlegt werden können, wo die Stahlerzeugung nicht behindert wird.