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Die Erfindung betrifft einen gasbeheizten Kupolofen zum Schmelzen
und Überhitzen von Metall, der einen Schmelzschacht, eine unterhalb dieses Schachtes
angeordnete, einen Herd und einen überlaufkanal aufweisende Überhitzungskammer für
das aus dem Schmelzschacht kommende Metall und an der Ofenwand der Überhitzungskammer
befestigte Düsen für das Gas-Luft-Gemisch enthält, die von Brennermuffeln umgeben
sind, welche in der Ofenwand angeordnet sind und oberhalb des Herdes in die Überhitzungskammer
münden.
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Ein gasbeheizter Kupolofen dieser Art ist aus dem sowjetischen Urheberschein
167 613 bekannt. Im Mittelteil des Schachtes dieses Kupolofens befinden sich zwei
Vorsprünge,. ein unterer zum Unterstützen der Beschickungssäule und ein oberer zum
Verhindern des Herabfallens der Beschickung in den unteren Teil des Kupolofenschachtes.
Das Metall kann in diesem Kupolofen durch Verbrennung gasförmiger Brennstoffe direkt
im Schacht geschmolzen und überhitzt werden. In diesem Kupolofen kann flüssiges
Metall mit einer Temperatur erzielt werden, die ausreichend ist, um dünnwandige
Gußstücke zu gießen. Hierbei ist der Durchsatz des gasbeheizten Kupolofens größer
als der eines koksbeheizten Ofens mit gleichen Abmessungen, außerdem ist er konstruktiv
einfacher und raumsparender.
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Bei einem anderen Kupolofen, der zusätzlich mit Erdgas beheizt wird,
ist es bekannt, die Düsen in einer oder mehreren Reihen anzuordnen. Wiederum bei
einem anders ausgebildeten Kupolofen, der nur mit einer Düse beheizt wird, ist es
bekannt, diese Düse mit einer Brennermuffel aus feuerfestem Material zu versehen.
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Allen diesen bekannten Kupolöfen ist es gemeinsam, daß es nicht möglich
ist, das Metall gleichmäßig an seiner ganzen Oberfläche zu erhitzen, insbesondere
wenn es sich um Kupolöfen mit großem Durchsatz handelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gasbeheizten Kupolofen
zu schaffen, der durch eine entsprechende Aordnung und Ausbildung der Brennerdüsen
bei- ausreichend hohem Durchsatz ein gleichmäßiges Überhitzen des Metallbades an
seiner ganzen Oberfläche sicherstellt und in seinem Düsenbereich leicht auszumauern
und instandzuhalten ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein gasbeheizter Kupolofen der eingangs
angegebenen Art, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Düsen,
wie an sich bekannt, in einer oder mehreren Reihen angeordnet und starr an der Ofenwand
befestigt sind und daß_die Brennermuffel in Blöcken aus feuerfestem Material zusammengefaßt
und auf die Düsen aufgesetzt- sind.
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Vorzugsweise sind die Austrittsöffnungen der Brennermuffeln im Herd
niedriger als der überlaufkanal angeordnet.
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Der Abstand zwischen zwei in einer Reihe befindlichen Nachbardüsen
ist vorteilhafterweise größer als der doppelte Düsendurchmesser am Düsenaustritt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Länge der Brennermuffeln
größer als die Hauptlänge der Flamme bei verhältnismäßig geringem Durchmesser der
Düsen und nicht kürzer, als die Länge der Füllung der Brennermuffeln mit Metall
bei Abbruch der Brenngasgemischzufuhr ist. Die Erfindung wird nachfolgend durch
ein Ausführungsbeispiel des Kupolofens und an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung stellt einen senkrechten Schnitt durch den gasbeheizten Kupolofen
dar.
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Der Kupolofen besitzt einen unteren Vorsprung 1, der die Beschickung
trägt, und einen oberen Vorsprung 2 zum Verhindern des Durchfallens der Beschickung
in den unteren Teil des Kupolofens, d. h. in die Überhitzungskammer. Die im Mittelteil
des Schachtes befindlichen Vorsprünge besitzen Wasserkühlrohre 3 und 4.
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In der Zone der Vorsprünge ist der Schacht breiter und besitzt einen
halbringförmigen Innenraum 5, der feuerfest ausgekleidet ist und wassergekühlt werden
kann. Der Innendurchmesser des Schachtes ist in stufenartigen Absätzen 6 ausgeführt.
Der Innenraum 5 ist vom Vorsprung 7 umgeben, der einen Teil der Ofenwand 8 des Kupolofens
bildet. Auf der tragenden Fläche des unteren Vorsprunges 1 sitzt der Trennungskamm
9 aus feuerfestem Material, der etwas höher ist als der Abstand zwischen den Vorsprüngen
1 und 2.
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Im unteren Teil der Überhitzungskammer befindet sich der Herd 10,
in dem das geschmolzene Metall überhitzt wird. In der Schachtauskleidung des Ofens
befinden sich in der Höhe des Herdes 10 gleichmäßig verteilt Brennermuffeln 11.
Die Brennermuffeln 11 bestehen aus feuerfestem Material. Sie sind auf die Düsen
12 aufgesetzt, die starr in der Ofenwand befestigt sind. Eine dichte Verbindung
zwischen Düse 12 und Brennermuffeln 11 kann mittels Gewinde hergestellt werc'en.
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Die Anzahl der Düsen wird so gewählt, daß die benötigte Temperatur
des flüssigen Metalls gewährleistet wird. Die Brennermuffel 11 soll so lang sein,
daß eine maximale Wärmezufuhr an der Metalloberfläche erreicht wird. Die Brennermuffellänge
hängt vom Durchmesser der Düsenöffnung und von der Austrittsgeschwindigkeit des
Verbrennungsgemisches ab. Sie soll ungefähr dreimal kürzer sein als die Flammenlänge.
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Der Abstand zwischen den Düsen soll, um eine konzentrierte vielflammige
Verbrennung zu gewährleisten, mindestens gleich dem doppelten Durchmesser der Düsenöffnung
am Austritt sein.
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Da die Wandstärke bei den meisten Kupolöfen zwischen 200 und 300 mm
liegt, ist die Brennermuffellänge bei allen Kupolöfen ungefähr gleich und beträgt
200 bis 250 mm. Daher werden nur Brennermuffeldurchmesser und Düsenzahl festgelegt.
Die Düsen können in mehreren Reihen angeordnet werden.
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Jede Düse ist mit dem Verteilerrohr 13 durch ein Rohr 14 verbunden,
das einen Hahn 15 zum Abschalten der Düse enthält. Zur Herstellung des Gas-Luft-Gemisches
dient der Mischer 16, dem aus der Gasleitung Gas über das Rohr 17 und durch ein
Gebläse Luft über die Rohrleitung 18 zugeführt wird.
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Der gasgefeuerte Kupolofen arbeitet folgendermaßen: Vor dem Schmelzen
wird er erwärmt, wobei die Temperatur in der Überhitzungskammer ungefähr 1600° C
erreicht. Danach wird in den Kupolofenschacht die Beschickung, die aus Metall und
Flußmitteln besteht, eingebracht. Heiße Gase strömen zwischen den Vorsprüngen in
den Schacht und schmelzen das Metall, das vom Vorsprung in den Herd tropft.
Der
Herd der Überhitzungskammer füllt sich mit Metall. Schlacke gelangt auch in den
Herd, fließt aber an der Metalloberfläche entlang ununterbrochen in den Vorherd
ab. Auf diese Weise wird die Metalloberfläche ständig von Schlacke gereinigt, und
die Schlacke stört nicht beim Überhitzen des Metalls. Metalltropfen, die vom Vorsprung
in den Herd herabtropfen, verspritzen das dort befindliche Metall, wodurch eine
von Schlacke gereinigte »Metallwirbelschicht« erzeugt wird. Diese begünstigt eine
höhere Überhitzung des Metalls. Auf die »Wirbelschicht« der Metalloberfläche ist
eine große Anzahl Flammen mit etwa 1700° C gerichtet, die auf der Metalloberfläche
eine ununterbrochene Schicht heißer Gase erzeugen, wodurch hohe Überhitzung des
Metalls und eine nur geringe Oxydation desselben gewährleistet wird. Das zur Beheizung
benötigte Luft-Gas-Gemisch wird im Mischer erzeugt. Von hier wird das Gemisch über
das Sammelrohr den Düsen zugeführt. Die Zuleitung des Gas-Luft-Gemisches über eine
große Düsenzahl gewährleistet gleichmäßige Verteilung der Hitze über den Schachtquerschnitt
der Überhitzungskammer.
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Das überhitzte Metall gelangt durch einen Überlaufkanal in den Vorherd,
aus dem es in den erforderlichen Mengen abgestochen wird.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen gasbeheizten Kupolofens ist die
einfache Umstellung eines beliebigen Kupolofens mit Koksfeuerung auf Naturgasfeuerung,
da die Brennermuffeln direkt in der Ofenwand der Überhitzungskammer durch Einbau
von feuerfesten Blöcken ausgeführt sind, wodurch das Einhalten einer bestimmten
geometrischen Form der Brennermuffel und ihres Neigungswinkels erleichtert wird.
Auch das Ausmauern des Kupolofens und die Reparaturen werden vereinfacht. Auf diese
Weise wird bei vereinfachter Konstruktion des gasbeheizten Kupolofens die Temperatur
des geschmolzenes Metalls erhöht und die Oxydation vermindert.
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Bei einer anderen Ausführungsform liegt der Überlaufkana119 so hoch
über den Austrittsöffnungen der Brennermuffel 11, daß die erforderliche Tiefe des
metallhaltigen Beckens 10 gewährleistet wird.
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Der Betrieb des gasbeheizten Kupolofens ist in diesem Falle analog
dem oben beschriebenen. Der einzige Unterschied besteht darin, daß das verbrennende
Gasgemisch durch das Metall durchgeblasen und auf diese Weise dessen Überhitzung
begünstigt wird. Die Verwendung einer großen Düsenzahl gewährleistet gleichmäßiges
Durchblasen der ganzen Metallmasse. Verhältnismäßig geringe Düsendurchmesser sorgen
für eine kurze Flamme und hohe Temperatur des verbrennenden Gasgemisches beim Austritt
aus den Brennermuffeln. Die Brennermuffellänge soll größer als die Hauptlänge der
Flamme, aber nicht kürzer als die Länge sein, die der etwaigen Muffelfüllung durch
Metall beim Aufhören der Gemischzuleitung entspricht.