DE1458876A1

DE1458876A1 - Einrichtung zum Absaugen der Gasatmosphaere aus Metallschmelzoefen

Info

Publication number: DE1458876A1
Application number: DE19651458876
Authority: DE
Inventors: Jacobs Dipl-Ing Heinz; Wiebe Dipl-Ing Herbert
Original assignee: IND CO KLEINEWEFERS KONST
Current assignee: IND CO KLEINEWEFERS KONST
Priority date: 1965-08-19
Filing date: 1965-08-19
Publication date: 1969-04-30
Also published as: DE1458876B2

Description

INDUSTRIE-COMPANIE

.--■/■ KLEINEWEFERS KONSTRUKTIONSUND HANDELSGESELLSCHAFT MBH. Krefeld., Melanchthonstr. 5-

Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung

Einrichtung zum Absaugen der Gasatmosphäre aus Metallschmelzofen

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Äfes-augen der im Herdraum eines Metallschmelzofens, insbesondere in einem Elektroofen für die Stahlherstellung,entstehenden Gas- und Staubatmosphäre»

Zweck der Erfindung ist es, unter Anwendung eines neuen Prinzipes zur>Beeinflussung der erforderlichen Druckänderungen im Herdraum die bei den bisher bekannten Einrichtungen vorhandenen Nachteile zu vermeiden.

Derartige Einrichtungen sind nicht nur wegen der Verschärfung der gesetzlichen Vorschriften zur:Reinerhaltung der Luft oder zur Schaffung einer für das Bedienungspersonal am Ofen und in der Werkhalle erträglichen Atemluft erforderlich, sondern müssen außerdem auch die Druckatmosphäre innerhalb des Ofens dem jeweiligen Stadium des Schmelzprozesses anpassen. So entsteht in der ersten Phase beim Zusammenschmelzen einer Charge eine starke Gasentwicklung und bei einer evtl. nachfolgenden zweiten Phase des Blasens mit reinem Sauerstoff eine heftige Staubentwicklung von Eisenoxyden in feinster Verteilung, so daß in diesen beiden Phasen im Herdraum oberhalb der Schmelze ein bestimmter Unterdrück herrschen muß, um Gase und Staub gut absaugen zu können. Andererseits geht die Gasentwicklung während der abschließenden Reduktionsperiode (Feinen) auf ein Minimum zurück, wobei keine Außen-

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luft in den Ofen dringen darf, so daß im Herdraum ein geringer Überdruck bestehen soll.

Um diese unterschiedlichen Drücke im Herdraum einzuhalten, hatte man bisher die Ofenabdeckung an einen Abgaskamin angeschlossen und die Saugleistung desselben durch Drehklappen oder Schieber verändert oder den Absauglüfter während der Reduktionsperiode abgestellt. Diese bekannten Maßnahmen weisen aber verschiedene Nachteile auf. Vor allem führen sie wegen der Geschwindigkeitsverminderung in der Abgasleitung zu Staubablagerungen, insbesondere an Krümmern, Rohrstößen und Absperrmitteln. Ferner zeigt es sich, daß auch bei einer Drosselung der Gasabsaugung infolge der aufsteigenden Ofenwärme und der hohen Temperatur der Absaugleitung noch ein so starker Auftrieb vorhanden ist, daß auch während der Reduktionsperiode im Ofen noch ein kleiner Unterdruck mit seiner schädlichen Nebenwirkung entsteht. Auch ist es nachteilig, daß die in der Absaugleitung angeordneten Drossel- bzw. Regelelemente dem heißen und aggressiven Gasstrom ausgesetzt sind und außerdem durch ihre mechanische Bauweise und Betätigung das Arbeiten am Ofen stören.

Durch eine andere bekannte Einrichtung konnten diese Nachteile nur teilweise vermieden werden. Hierbei wird der starke Saugzug beim Einschmelzen oder beim Sauerstoffblasen dadurch erzielt, daß die Haube des Abgaskamins auf die Öffnung des Abgasstutzens am Ofen herabgesenkt und dadurch der vorher bestehende Ringspalt geschlossen wird, während zwecks Verringerung des Saugzuges beim Reduzieren die Abgashaube so weit angehoben wird, daß durch den sich wieder bildenden Ringspalt größtenteils Umgebungsluft angesaugt wird. Durch die letztgenannte Maßanhme sowie durch den Auftrieb des Abgasstutzens selbst wird aber ein Saugzug auf den Herdraum aus den bereits genannten Gründen nicht ganz unterbunden, wodurch noch ein zusätzlicher Absperr-

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schieber im Abgasstutzen erforderlich wurde. Ein wesentlicher Nachteil'besteht ferner darin, daß in den Phasen der stärksten Gasentwicklung der Ringspalt geschlossen ist, wodurch die Verbrennung des CO-Anteils im Abgas sehr vermindert ist und die Gefahr VÖfr^!Verpuffungen und Explosionen gegeben ist.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden,' daß die erforderliche Druckveränderung im Herdraum des Ofens durch die Anwendung eines im Bereich deE off rasing des Abgsaugstutzens wirksam werdenden Frischluftstromes in Form eines Luftschleiers erzielt wird, der in seiner Größe, Stärke und Richtung eine Regelung im Bereich zwischen einem völligen Abschluß des Abgases und einer maximalen Absaugung gestattet. Hierbei kann die Regelung des Luftschleiers nach mehreren Methoden erfolgen: Einmal durch feststehende Ring- oder Einzeldüsen und Variierung der zugeführten Frischluftmenge, oder durch Verstellung der Düsen in der Höhe, oder durch Verschwenkung zum Absaugstutzen bei einer konstanten Zufuhr von Frischluft zu den Düsen, oder durch Kombination beider vorgenannter Methoden« Durch diese Anordnung ergibt sich eine Reihe von Vorteilen: Der Luftsehleier ersetzt die in der Abgasleitung bisher verwendeten mechanischen Drosseloder Absperrelemente, so daß die geschilderten Nachteile bei Verwendung dieser Elemente vermieden werden. Durch die Zufuhr von Frischluft an der öffnung des Absaugstutzens wird eine bessere Durchmischung und dadurch eine vollkommenere Ver-_r .> toj^: brennung des CO-Gases erreicht. Ferner ist die Strömungsgeschwindigkeit im Absaugsystem in. allen Betriebsphasen annähernd konstant, und schließlich liegen alle Regelelemente zur Verstellung der Düsen oder der_:Frischluftzufuhr auf der Frischluftseite und außerhalb des Arbeitsbereichs des Ofens, ,

Auf weitere Merkmale der Erfindung wird in der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten AusJ^ildungsbeispiele ver-;,, wiesen.

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In der Zeichnung zeigen

Fig* 1 die Gesamtanlage in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine unveränderliche Ringdüse mit Darstellung der Strömungsverhältnisse bei minimaler und

maximaler Gasabsaugung,
Fig* 3 eine in der Höhenstellung veränderliche Ringdüse mit konstanter Luftzufuhr,

Fig. H die Draufsicht auf eine Mehrkammer-Ringdüse* Fig» 5 eine in der Höhe verstellbare Schnecken-Ringdüse

mit Spiralwirbelbildung₄
Fig* 6
und 7 zwei aus Einzeldüsen bestehende Blaseinriehtungen

mit verschiedenen Drehpunkten der Einzeldüsen, Fig. 8 eine Draufsicht auf die Düse nach Fig. 7 mit einem sechseckigen Absaugstutzen.

Die Gesamtanordnung ist in Fig» 1 dargestellt und zeigt einen auf Kufen schwenkbaren Elektroschmelzofen 1 der üblichen Bauart mit dem über dem Schmelzbad liegenden Herdraum 2 und dem Deckel 3. Der Deckel 3 besitzt zentrale Durchführungsoffnungen 4 für die heb- und senkbaren Elektroden 5 sowie einen Abgasstutzen 6, wie er schon bei den bisher bekannten Einrichtungen angewendet wurde· In einem gewissen Abstand über der öffnung des Äbgasstutzens 6 ist eine Absaughabe 7 angeordnet, von wo aus eine Abgasleitung gegebenenfalls zu einem Entstauber 8 und von dort über einen Lüfter 10 zu einem Abgaskamin 11 führt. In der Höhe der oberen öffnung des Abgasstutzens 6 befindet sich die den Luftschleier bildende Ringdüse 12, die über ein Gelenk- oder Teleskoprohr 13 und eine Leitung 14 von einem Lüfter 15 frische Druckluft erhält. Ein von einem Antrieb 16 betätigtes Triebwerk 17 dient ent7 weder zur Einjustierung einer feststehenden oder zur Höhenverstellung einer verschiebbaren Düse.

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Die Luftschleierwirkung zur Unterdrückung der Gasabsaugung und/oder die Erzeugung der Saugzugwirkung werden gemäß der Erfindung - wie bereits ausgeführt - nach verschiedenen Methoden erzielt: Einmal durch eine in der Höhenverstellung unveränderliche Ringdüse mit einem veränderlichen Frischluftdurchsatz, oder durch eine in der Höhe verstellbare Ringdüse, aber mit konstantem Luftdurchsatz. Fig. 2 zeigt eine feststehende Ringdüse 12 mit dem Ringspalt 12a, der um einen kleinen Beitrag und genau parallel über der öffnung des Absaugstutzens 6 liegt. In Bild a) ist durch Stromfäden angedeutet, wxe bex Beaufschlagung mit vollem Luftdruck die ausströmende Luft in Düseiimitte eine - den Absaugstutzen abschließende Druckzone bildet, wobei bei einer geringen Erhöhung der Luftmenge sogar eine in das Innere des Absaugstutzens gerichtete kleine Druckkomponente erzeugt werden kann. Wird dagegen die Frischluftmenge stark reduziert, entsteht die im Bild b) angedeutete weitgehend laminare Strömung, in deren Innerem einerseits durch den Sog an der Absaughaube, andererseits durch den infolge der hohen Gastemperatur verursachten Auftrieb, sowie durch. Mitnahme durch Lufttreibung die Gase aus dem Herdraum so stark abgezogen werden, daß der erforderliche Unterdruck entsteht. Voraussetzung für die einwandfreie Wirkung der Ringdüse ist neben konstanter Austrittsgeschwindigkeit auf dem ganzen Umfang des Ringspaltes und seiner genau zentrischen und parallelen Anordnung noch die strömungstechnisch richtige Ausbildung der Düsenlippen und der Austrittsöffnung des Abgasstutzens, was durch eine Abschrägung 6b angedeutet wird resp, ist. Die Wirkungsweise der zweiten Methode ist an einer in der Höhe verstellbaren Ringdüse mit konstanter Frischluftmenge in ihren beiden Endstellungen in der Fig. 3 dargestellt. In der oberen Stellung gemäß Bild a) erfolgt die Absperrung des Abgasstutzens durch die Luftschleierwirkung, während in der tiefsten Stellung gemäß Bild b) eine starke Ejektorwirkung auf den Abgasstutzen erzeugt wird. Diese Wirkung wird noch dadurch verstärkt, daß sich die Düse in ihrer tiefsten

Stellung auf einen am Abgasstutzen angeordneten, kragenartigen 909818-/0404

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Flansch 6b absetzt, wodurch die gesamte Frischluftmenge zu einer beschleunigten Strömung nach oben gezwungen wird. Die Höhenverstellung erfolgt durch die bereits erwähnte, von einem Stelltrieb 16 angetriebene, Verstelleinrichtung 17.

Zur Erzielung einer konstanten Austrittsgeschwindigkeit am Ringspalt 12a ist es erforderlich, entweder den Rauminhalt der Ringdüse sehr groß zu wählen,oder, wie in der Draufsicht in Fig. if dargestellt, die Ringdürfse durch Trennwände 12b in zwei oder mehr Kammern zu unterteilen und über getrennte Luftleitungen 13a zu beaufschlagen.

Gemäß weiterer Erfindung wird die in Fig. 5 dargestellte Schnecken-Ringdüse 18 vorgeschlagen, durch die die Körpergröße der Düse erheblich verkleinert und durch die Wirkung des sich bildenden Spiralwirbels der Luftverbrauch vermindert wird.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführung und Form der Ringdüse beschränkt, sondern es können auch andere Düsenformen sowie Einzeldüsen angewendet werden. So zeigt die Fig. 6 eine Möglichkeit, mit TOr oder mehr schwenkbaren Einzeldüsen 18, die um eine Achse 20 in die gestrichelten Stellungen verschwenkt werden können. Noch günstiger ist eine ähnliche Ausführungsform nach Fig. 7, bei der jedoch der Drehpunkt in der Nähe des Düsenspaltes liegt, wodurch der austretende Luftstrom immer in der Nähe der oberen Öffnung des Absaugstutzens gehalten wird.

Die Fig. 8 zeigt eine Draufsicht dieser Einrichtung, wobei der Abgasstutzen entsprechend der Anzahl der Einzeldüsen eine Sechseckform besitzt und wobei die sechs Einzeldüsen 19 mittels Metallschläuchen 22 einzeln an eine nicht dargestellte Druckluft - Ringleitung angeschlossen sind. Das Verschwenken der Einzeldüsen 19 erfolgt beispielsweise im dargestellten Beispiel

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über Zugstangen 23 von einem Kurbeltriebwerk 24 (Fig. 7).

Welche der beiden Methoden zur Bildung des LuftSchleiers gewählt wird, hängt von den Arbeitsbedingungen des Ofens wie auch davon ab ^ ob ein oder mehrere Öfen an einem Abgaskamin angeschlossen sind und wie groß der Unterdruck im Schmelzofen sein muß. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Methode nach den Fig. 3 bis 8 einen stärkeren Saugzug ausübt und einfacher zu regeln ist. Hierbei liegt es auch im Rahmen

der Erfindung, wenn beide Methoden miteinander kombiniert —

werden.

Bei der Methode mit veränderlicher Frischluftmenge nach Fig t ist es trotz der konstanten Düsenstellung zweckmäßig, eine von einem Triebwerk IB angetriebene Höhenverstellung 17 vor* zusehen, um nicht nur die Einjustierung der Düsenstellung zu ermöglichen, sondern auch eine Änderung der Stellung bei einem Wechsel der Betriebsbedingungen vornehmen zu können.

Die Einstellung der verschiedenen Drücke im Herdraum erfolgt bei unveränderlichen Düsen durch Änderung der Frischluftmenge und bei verschieb- oder verschwenkbaren Düsen durch die Höhen- , verstellung oder Verschwenkung. Zweckmäßig wird die Umstellung % auf die verschiedenen Drücke von Hand gesteuert. Um hierbei die erwünschten Drücke im Herdraum bequemer einhalten zu können, wird gemäß weiterer Erfindung eine selbsttätige, vom Ofeninnendruck beeinflußte, Regelung angewendet. Die Fig. 1 zeigt in prinzipieller Darstellung einen von einem Feindruckmanometer 25 gesteuerten Regler 26, der die Drosseln 27 in der Frischluft leitung oder den Verstellantrieb 16-17 selbsttätig beeinflußt.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zum Absaugen der im Herdraum eines Metallschmelzofens, insbesondere eines Elektroofens, entstehenden' Gase und Staube mittels eines mit Eigenauftrieb oder Saugzug arbeitenden Absaugkamins, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Druckänderung im Herdraum (2) des Ofens (1, 3) durch die Anwendung eines im Bereich des Absaug-Stutzens (6) wirksam werdenden Frischluftstromes in Form eines Luftschleiers erzielt wird, der in seiner Größe, Stärke und Richtung eine Regelung im Bereich zwischen einem völligen Abschluß des Abgases und einer maximalen Absaugung gestattet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ringdüse (12), deren Ringspalt (12a) zentrisch und in der Höhe unveränderlich derart angeordnet ist, daß bei voller Frischluftzufuhr ein Verschluß des Abgasstutzens (6) durch eine Luftschleierwirkung erfolgt, während bei minimaler Luftzufuhr die Abgase ungehindert nach oben abziehen können.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Bereich der öffnung des Abgasstutzens (6) angeordnete, in der Höhe verstellbare, Ringdüse (12) mit im wesentlichen horizontaler Ausströmung, die bei konstanter Luftzufuhr in ihrer obersten Stellung einen abschließenden Luftschleier und in ihrer unteren Extremstellung einen in Achsrichtung wirkenden Saugzug erzeugt.

4. Einrichtung nach Ansrjmchen 1 und 3, gekennzeichnet durch einen am Ab_tgasstutzen (6) angeordneten kragenartigen Flansch (6b), auf den sich die Ringdüse (12) in ihrer unteren Stellung luftdicht absetzt.

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5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine schneckenförmige Form der Ringdüse mit stetig abnehmendem Querschnitt und dadurch bewirkter konstanter Ausströmungsgeschwindigkeit im Düsenspalt (12a) mit Spiralwirbelbildung .

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rund um den Absaugstutzen (6) angeordnete Einzeldüsen (19) derart verstellbar sind, daß sich der Winkel der Strömungsrichtüng zur Achse des Absaugstutzens zwischen 90° und 0 verändern läßt.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (21) der Einzeldüsen (19) in der Nähe des Düsenspaltes angeordnet sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 μ. ff., dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen- bzw. Winkelverstellung der Düsen (12, 16, 19) oder die Frischluftmenge über Drosseln (27) in Abhängigkeit vom Innendruck des Herdraumes mittels eines druckgesteuerten Reglers (26) selbsttätig geregelt werden.

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