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(Neue) Anmeldungsunterlagen) Ofen zum Schmelzen und zur Reduktion
von metallischen Erzeugnissen Die vorliegende Erfindung betrifft-einen Ofen zum
Schmelzen und zur Reduktion von metallischen Erzeugnissen, insbesondere eisenhaltigem
Material, dessen Schacht mit einem Tiegel zu Materialbehandlung versehen ist, der
Organe zur Einleitung von entsprechenden Produkten in die Schmelze aufweist.
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Diese Anlage eignet sich zur Gewinnung von Metallen durch Verhütten
der Erze und Umschmelzen dieser Metalle zur Verwendung für die Gießerei und zur
sonstigen Weiterverarbeitung.
Das Prinzip und der Aufbau derartiger
Anlagen zum Einschmelzen von Eisenschrott und sonstigen Metallabfällen sowie die
Reduzierung ihrer freiwerdenden Oxyde, in geringerer Größenordnung auftretend beim
Einschmelzen von Schrott, weit beachtlicher bei gemischtem Beschickungsgut mit Mineralien
ohne Verwendung von Koks, sind bekannt.
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Im Gegensatz hierzu stehen Kupolöfen - Hochöfen - elektrische Reduktionsöfen,
bei denen bis heute Koks unerläßlich ist.
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In der deutschen Auslegeschrift 1 030 565 ist. ein Schmelz- und Reduktionsverfahren
ohne Verwendung von Koks beschrieben. Hierbei handelt es sich lediglich um ein allgemein
gegenüber dem Hochofenverfahren verbessertes Verfahren zur Reduktion von Eisenerz.
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In der österreichischen Patentschrift 181 606 ist ein Verfahren zur
Verhüttung von Erzen bei einem gewöhnlichen Hochofenprozeß beschrieben.
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Gegenüber diesem Stand der Technik betrifft die Erfindung einen neuen
Schmelzofen für Schrott und Gußeisen gegenüber dem Kupolofen.
Der
erfindungsgemäße Vorherd weist hierbei aus eine oder mehrere Eufuhreinrichtungen
zur Auslösung metallurgischer Reaktionen im Schmelzbad auf. Es wird somit ein technischer
Fortschritt erzielt, welcher für das sichere und wirtschaftliche Arbeiten des Ofens
ausschlaggebend ist, nachdem dieser den Koks weder als Heizstoff noch als chemischen
Werkstoff vorsieht.
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Anstatt Koks kann bei der Anlage ein beliebiger Brennstoff (Heizöl,
Erdgas, Kohlenstaub usw.) zur Erzeugung der für das Verfahren erforderlichen Hitze
verwendet werden sowie ein ebenfalls beliebiges, kohlenstoffhaltiges Produkt zur
Abgabe des für die chemischen Reaktionen der Oxyde und die Aufkohlung des geschmolzenen
Metalls erforderlichen Kohlenstoffs.
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Die konstruktive Lösung dafür besteht in einem Schachtofen, der oben
mit dem zu schmelzenden oder zu reduzierenden Material beschickt wird, während unten
die Brenner zur Erzeugung der erforderlichen Schmelzhitze vorgesehen sind; noch
tiefer ist am Ofen ein geschlossener Tiegel zur Aufnahme des flüssigen Metalls vorgesehen..
Das Einleiten unter Druck des kohlenstoffhaltigen Produkts für den Ablauf der Umsetzungen
in den Tiegel, also unmittelbar in das flüssige Metall, findet mittels an der Tiegel=
wand sitzender Zufuhrorgane statt.
Bei der phrktischen@Ausbildung
wurde@die Notwendigkeit erkannt, daß am Konzept des vorstehend beschriebenen Ofens
Änderungen vorzunehmen sind, um dessen kontinuierliches Arbeiten sicherer und wirtschaftlicher
zu gestalten: Diese Änderungen bilden den Gegenstand der Erfindung, deren Besonderheit
darin besteht, daß mindestens ein Vorherd mit einer Vorrichtung zur Entnahme des
flüssigen Metalls vorgesehen ist und sowohl der Schmelztiegel am Ofenschacht als
auch mindestens ein Vorherd mit Beschickungsvorrichtungen zum Einleiten geeigneter
Produkte-in das Schmelzbad, die unterhalb des Spiegels des flüssigen Metalls vorgesehen
sind, versehen ist.
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Die erfindungsgemäß vorgenommenen Änderungen werden im Folgenden näher
erläutert: .
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a) Doppel-Tiegel: Nach den Erfahrungen aufgrund zahlreicher Versuche
hat es sich als notwendig erwiesen, den Ofen mit einem Doppeltiegel zu versehen,
d.h4 dem eigentlichen Schmelztiegel und einem Vor-Herd in der bei einigen Schmelzofen-Typen
(Kupolöfen) verwendeten Ausbildung, während derselbe für Reduktionsöfen eine absolute
Neuerung bedeutet. Der grundsätzliche Unterschied besteht darin, daß es sich in
diesem Falle um zwei für sich wirksame Tiegel handelt, d.h. in jedem laufen
chemisch-metallurgische Vorgänge ab sowie Wärmevorgänge zur Erzeugung der für die
Verhüttung
und die Temperaturregelung für den Abstich erforderlichen
Hitze, Die Notwendigkeit einer Unterteilung auf zwei Tiegel ergibt sich aus den
im Nachfolgenden näher beschriebengn Umständen: 1. Ein in der bisher üblichen Weise
unter dem Schacht angeordneter einziger Tiegel würde einen beträchtlichen Tiefgang
zwecks Sicherung eines genügenden Fassungsvermögens am flüssigen Metall erfordern;
dadurch wäre eine tiefere Zage und ein größerer Abstand der Brenner vom Tiegelboden,
also eine Entfernung von der Wärmequelle nicht zu vermeiden. Infolgedessen bestünde
die Gefahr einer Abkühlung und des teilweisen Erstarrens des Metalls am Boden des
Tiegels.
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z. Bei einem einzigen Tiegel kann der Spiegel des flüssigen Metalls
infolge der öfter aufeinanderfolgenden Abstiche beträchtlich schwanken. Dadurch
entstehen abnormale Betriebszustände, und es besteht die Gefahr, daß die an den
Tiegelwänden angeordneten Zufuhrorgane für die kohlenstoffhaltigen
Produkte
frei zu liegen kommen und damit der zersetzenden Wirkung der Brenner ausgesetzt
werden.
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3. Im Tiegel unterliegt die Zusammensetzung des abgestochenen Metalls
beträchtlichen Veränderungen, nachdem das Metall im unteren Teil eine größere Anreicherung
an Kohlenstoff erhält als oben, und in dieser Zone können Entoxydierungs- oder Reduktions-Reaktionen
im Gange sein, während das Metall abgestochen wird, worunter die Qualität leiden
kann.
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4. Das geringe Fassungsvermögen eines einzigen Tiegels zwingt zu einer
größeren Abstichhäufigkeit,was sich als kostspielig erweisen kann. Eine Verzögerung
im Abstich oder eine unvorhergesehene Beschleunigung beim Schmelzvorgang können
zu einem Steigen des Spiegels des flüssigen Metalls führen und zu ernstlicher Gefahr
werden, wenn dieser Spiegel die Brenner erreicht.
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5. Die im Tiegel angesammelte Menge an flüssigem Metall sowie die
Menge, die bei jedem Abstich entnommen werden kann, ist nicht ersichtlich, so daß
man auch diese Abstichmenge nicht nach Wunsch regulieren kann.
6.
Bei dem Doppel-Tiegel dagegen bleibt im Schmelz-Ti.egelder Spiegel des flüssigen
Metalls stets konstant und daher ist das funktionieren des Ofens besser, es besteht.keine
Gefahr für die Brenner und die Beschickungsorgane, die Zusammensetzung des abgestochenen
Metalls istgleichmäßiger, die Zusammensetzung kann auch reguliert werden, und die
Abstiche können zeitlich und mengenmäßig bequemer vorgenommen werden.
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b) Doppelte Beschickungsorgane: d.h. sowohl im Tiegel als auch
im Vorherd. Diese Anordnung erlaubt es, den Ablauf der Reaktionen und den Kohlenstoffgehalt
des Metalls besser zu regulieren. Außerdem wird dadurch vermieden, daß ein Überschuß
an Kohlenstoff in den ersten Tiegel gelangt, da die Anreicherung im zweiten Tiegel
korrigiert werden kann. Außerdem erleichtert diese Anordnung das Zuführen und die
Dosierung von Korrektions- und Bindemitteln für das flüssige Metall.
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Das erste Beschickungsorgan ist unter dem Spiegel des flüssigen Metalls
vorgesehen, und zwar vorzugsweise
am Boden des Tiegels, damit die
Zuführung des kohlenstoffhaltigen Produkts unter dem Metallspiegel gesichert ist.
Dieses Beschickungsorgan hat eine vornehmlich chemische Aufgabe zu erfüllen, um
die Reduktion der Oxyde sofort, nachdem sie geschmolzen sind, zu gewährleisten,
und zwar an der die höchste Temperatur aufweisenden Stelle. Dadurch wird ein Rückstand
auch kleiner geschmolzener Oxydmengen im Schmelztiegel vermieden und deren zersetzende
Wirkung auf die Ausmauerung des feuerfesten Materials beseitigt.
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Das zweite Beschickungsorgan, das am Vorherd analog angebaut ist,
hat hauptsächlich die Aufgabe, das flüssige Metall aufzukohlen und dessen Zusammensetzung
je nach den Erforderniseen für die nachfolgende Verarbeitung zu regulieren.
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Die beiden Beschickungsorgane können selbstverständlich auch anstatt
als Einzelorgane als Aggregat ausgebildet sein, falls es sich um einen großen Ofen
handelt. So können z.B. Beschickungsorgane gemäß einem anderen Patent gleichen Datums
der gleichen Anmelderin vorgesehen werden.
c) Hochleistungsbrenner:
Die mit den verschiedenen Versuchskonstruktionen gemachten Erfahrungen haben die
Überlegenheit der Anordnung weniger jedoch für sehr `große Leistung ausgelegter
Brenner gegenüber den früheren Verfahren mit vielen im Kreise angeordneten kleinen
Brennern gezeigt.
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Diese Anordnung der Brenner, die für jede Art Brennstoff in Frage
kommt, sieht für je einen Brenner eine Brennkammer vor, die derart ausgebildet ist,
daß die höchste Wirkung erzielt wird; diese Kammern sind außen an Blechmantel des
Ofens vorgesehen.
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Um die für eine intensive Verbrennung erforderlichen hohen Temperaturen
zu erzielen, sind diese Kammern so ausgebildet, daß sie die vom Verhütungsprozeß
verlangte Wärme liefern und die Temperatur des flüssigen Nietalls während des Abstichs
auf die gewünschte Höhe bringen.
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d) Einbau zusätzlicher Brenner am Vorherd: Die Verteilung der Kohlenbeschickungsoröane
an den beiden Tiegeln hat auch eine entsprechende Verteilung der Brenner
notwendig
gemacht. Diese ermöglichen durch ihre geeignete Anordnung am Vorherd (einer oder
mehrere, je nach Größe des Ofens) die Temperatur stets hoch und auf den günstigsten
Wert eingestellt und das Nietall, das vom ersten in den zweiten Tiegel fließt, flüssig
zu halten.
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Die zusätzliche Heizung kann unabhängig von der Hauptheizung eingestellt
werden, und zwar im Verhältnis zu der im zweiten Tiegel ablaufenden Reduktion und
Aufkohlung und ferner entsprechend der gewünschten Endtemperatur, bei welcher der
Abstich vorgenommen werden soll. Es ist zu beachten, daß diese Temperatur sehr verschieden
sein kann, je nach dem Guß mit hohem Kohlenstoffgehalt (z.B. 1%) gewonnen werden
soll. Die vorerwähnte Unabhängigkeit zur Einstellung der Verbrennungstemperatur
ist daher erforderlich, wenn die Erzeugung von flüssigem Metall mit unterschiedlichem
Kohlenstoffgehalt sie verlangt (welchem bekanntlich ganz beträchtliche Schmelztemperaturen-Unterschiede
entsprechen).
e) Größenverhältnisse: Die langen auf rialbindustrieller
Basis vorgenommenen Versuche haben es möglich gemacht, die optimalen Größenverhältnisse
zwischen den verschiedenen Ofen-Bestandteilen zu ermitteln. Es wurde dabei festgestellt,
daß das Verhältnis des Tiegeldurchmessers zur Schachthöhe (gemessen von der Höhe
der Bremer bis zum Einfülloch) zwischen 1:2 bis 1:G liegen muß..Außerdem muß der
Durchmesser des Einfülloches zum Schacht zwischen 0,6 bis 1 mal dem Tiegeldurchmesser
betragen. Die Einfüllöffnung des Schachtes ist mit einem trichterförmigen Aufsatz
versehen. Schließlich weist der untere Teil des Schachtes, der mit einem feuerfesten
Futter versehen ist, eine Höhe zwischen 1:1 und 1:3 mal dem Durchmesser des Schachtes
selbst auf.
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Die Schachtform muß sich zwecks Erleichterung des Herabsinkens des
Beschickungsgutes nach unten erweitern. Der obere Teil besteht aus einem starken
Stahlmantel ohne feuerfestes Futter, der von außen durch Berieselung oder nach einem
anderen Verfahren mit geschlossenem Zyklus gekühlt
wird. An diesen
Stahlmantel schließt sich ein weiterer kegelstumpfförmiger oder zylindrischer Teil
an, der - mit einem feuerfesten Futter versehen - den Schacht ergänzt. Hier sind
die Brennkammern entsprechend angeordnet und bilden mi.t dem Boden den eigentlichen
Schmelztiegel.
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Zur besseren Erläuterung ist beispielsweise, aber nicht als Einschränkung,
in der beiliegenden Zeichnung eines der möglichen Ausbildungsbeispiele des gemäß
der vorliegenden Erfindung verbesserten Ofens dargestellt.
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f) Beschreibung: Die@Zeichnung zeigt im Vertikalschnitt (Fig.
1) und im Aufriss (Fig. 2) den Ofen ohne jegliche Hilfseinrichtungen, wie z.B. die
Beschickungsvorrichtungen, die Transportgeräte für die kohlenstoffhaltigen Produkte
und deren Beschickungsvorrichtungen (die schematisch angegeben sind), die Brenner,
die Heizstoff-Zuführungen und sonstige nicht zum Erfindungsgegenstand gehörige Einrichtungen.
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Die Beschickung des Ofens erfolgt mit. einer der üblichen, in Fig.
1 schematisch und durch den Pfeil A angezeigten
Fördereinrichtungen
über den freien Einfülltrichter 2 des Schachtes 1. Hier entweichen die aufsteigenden
Abgase und der Rauch ins Freie. Je nach den Verhältnissen kann zur Erleichterung
des Austritts ein Auffang oder Kamin (nicht gezeigt) vorgesehen werden.
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Das Beschickungsgut wird durch den Strom der heißen Gase vorgewärmt;
bei steigender Temperatur gelangt es vom Schachtteil 1 mit Metallmantel in den mit
einem feuerfesten Futter 3 versehenen Schachtteil 10. wo es zur Glut, und in den
Tiegel 4, wo es durch diE: konzentrierte Wirkung der Brenner 5 zum Schmelzen kommt.
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Die auf Druck arbeitenden Beschickungsvorrichtungen 6 des Reaktionsmaterials
werden über die mit dem Pfeil B schematisch bezeichneten Dosierungsgeräte geladen
und sichern die konstante Anwesenheit der kohlenstoffhaltigen Produkte am Boden
des Tiegels. Die kontinuierliche chemische Reaktion mit den Oxyden und dem flüssigen
Metall vervollständigt und erleichtert den Schmelzvorgang. Die Berührung mit dem
Kohlenstoff senkt den Schmelzpunkt des
| Eisens, fordert die Disoxydation und Reduktion. |
Aus dem Schmelztiegel 4 fließt also das flüssige Metall durch
den Verbindungskanal 9 in den Vorherd 11, in welchem durch die Brenner 12 nötigenfalls
die Temperatur noch erhöht wird und trifft dort auf. weiteren, aus der Beschickungsvorrichtung
14 gelieferten Kohlenstoff, der die Desoxydierung fortsetzt, falls diese im Schmelztiegel
nicht beendet sein sollte, sowie zur Regulierung des gewünschten Kohlenstoffgehaltes
des Endproduktes.
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Wenn sich im Vorherd genügend flüssiges Metall angesammelt hat, wird
dieses nach dem üblichen Verfahren am untersten Abfluß 8 abgestochen, während aus
dem Abstich 7 die Schlacken entfernt werden.
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Der gesamte Ofen ist mit einem starken Mantel aus Metall verkleidet,
der durch Wasser an den Stellen gekühlt wird, wo die große Hitze auftritt, wie dies
bei derartigen Öfen üblich ist.