DE1944124A1 - Kupolofen - Google Patents

Description

J. HANS H. PONTANI Pttinuiiwilt _m^__

mziuiiesiw^wtejAji 1944124

29. August 1969 P/H.

MIFIIJI IBON WOBKS CO., LTD., 2201 Shimoshinoaaki-cho, Edogawa-ku, Tokyo, JAPAN

"Kupolofen"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kupolöfen, die unter Verwendung von Koks und flüssigem Brennstoff als Wärmequellen im Verbund betrieben werden.

Um Gußeisen höherer Qualität zu erhalten, wurden im herkömmlichen Kupolofen bereits Versuche bezüglich der Verwendung von hochwertigem Koks und hinsichtlich des Feuohtlgkeitsentzuge der Gebläseluft angestellt. Hierdurch sollte soweit alsjmöglioh verhindert werden, daß Dampf in den Kupolofen gelangt, so daß das aufgegebene Roheisen in reduzierender Atmosphäre verschmolzen wird. In einem Kupolofen₉ bei dem nur Koks verwendet wird, wird die Verbrennung hauptsächlich durch das Luftvolumen reguliert, das durch die Winddüsen eingeführt wird. Die Notwendigkeit von Spezlalkenntnlssen zeugt von der Schwierigkeit für die Arbeiter, eine derartige

: ■■>■' ~ 2 -

009885/1344

Regulierung durchzuführen. Außerdem ist es dabei nachteilig, daß aufgrund erneuter Kostensteigerung von hochwertigem Koks die Herstellungskosten von Gußeisen aufwärtige Tendenz zeigen.

. Um derartige Nachteile wie die vorerwähnten auszuschließen und die Produktivität wie auch die Schmelzgeschwindigkeit zu erhöhen und weiterhin den Koksverbrauch zu erniedrigen, wurde zusätzlich zum Koks ein Verfahren zur Verwendung flüssigen Brennstoffs vorgeschlagen, nach dem beispielsweise flüssiger Brennstoff in Spezialverbrennungskammern verbrannt wird, die außerhalb des Kupolofens so angebracht sind, so daß heiße Gase erzeugt und in den Kupolofen geblasen werden oder heißer Gebläsewind durch Mischung derartiger heißer Gase mit Luft er-

* zeugt wird, der durch die Winddüsen geschickt und dann in den Kupolofen geblasen wird. Dieses Verfahren mag dazu beitragen, die Schmelzgeschwindigkeit zu erhöhen, aber ■■■·.-. es hat den grundliegenden Nachteil, daß die durch die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs erzeugten Dämpfe mit dem geschmolzenen Eisen in Berührung kommen und dieses oxidieren, was sich dann In der Herstellung von Gußeisen von nur minderer Qualität niederschlägt·

009885/1344

19A412V

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Schmelzen von Roheisen und einen verbesserten Kupolofen sur Durchführung dieses Verfahrens, und ein weiteres besieht sich auf ein Verfahren des Schmelzene von Roheisen zur Herstellung von Gußelsen höhere.' Qualität mit guten Ausbeuten.

Die Ziele der vorliegenden Erfindung können durch ein Verfahren erreicht werden, das daraus besteht, daß die Gase, welche durch die Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs erzeugt werden, mit dem rotglühenden Koks in einem Kupolofen in Berührung gebracht werden, und zwar in Zonen außerhalb der Schmelzzone und ebenfalls außerhalb der Zone, in welche das geschmolzene Eisen aus der Schmelzzone gelangt, >daß man die Gase dann in nichtoxidierende,heiße Gasmischungen von CO, H₂ und N₂ durch Wassergasreaktion und Reduktionsreaktion überführt und diese Casmi schlingen sodann der Schmelzzone zuführt. Ein weiteres Ziel der Erfindung kann durch einen Kupolofen erreicht werden, der aus drei verschiedenen Teilen, einem unteren, einem mittleren und einem oberen Teil, besteht, wobei der mittlere Teil direkt auf dem unteren Teil angeordnet ist und die Form eines Mantels aufweist, der weiter auseinandergeht als er sich

-Ij-

009885/1344

von seinem Boden aufwärts zum Kopf erstreckt und der obere Teil, dessen Mantel sich vom Kopf abwärts zum Boden allmählich erweitert, in der Weise angeordnet ist, daß sein unterer Abschnitt abwärts in einar gewissen Tiefe in den mittleren Teil eingeführt ist, und daß außerdem Verbrennungskammern für den flüssigen Brennstoff zwischen den sich überlappenden Mänteln des mittleren oberen Teils vorgesehen sind.

Um die Rohmaterialien in dem Kupolofen durch die von der Verbrennung von Koks und flüssigem Brennstoff erzeugte Hitze zum Schmelzen zu bringen, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die heißen durch die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs erzeugten Gase in Berührung mit dem rotglühenden Koks gebracht, so daß das sogenannte Wassergas entsteht und entsprechende Reduktionsreaktionen eintreten. Hierdurch werden CO, Hg und Ng erzeugt und deren Mischung in die Schmelzzone eingeführt. So kann nach der vorliegenden Erfindung der Dampf, der bisher im Kupolofenbetrieb als tabu angesehen wurde, mit Vorteil als Heizgas verwendet werden, so daß Gußeisen hoher Qualität mit besserer Ausbeute hergestellt wird. Desweiteren sind zu diesem Zweck an geeigneten Stellen an dem mittleren Mantel Verbrennungskammern für flüssigen Brennstoff vorgesehen und von ihren unteren

- 5 -0098 8 5/134 4

offenen Enden werden die Verbrennungsgas© abgesogen und In direkte Berührung mit dem rotglühenden Koks geblasen. In diesem Falle muß der rotglühende Koks, der bei der Reduktionsreaktion verbraucht wird« an die richtige Stelle verbracht und automatisch wiecer aufgefüllt werden.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung sur Verwendung kommenden Brennstoffe können Schweröl sein, Kohlenteer, ölteer, Methangas, Propangas ν sw», Jedoch wird vom Standpunkt eines wirtschaftlichen und leichten Betriebs Kohlenteer oder Schweröl empfohlen.

Weitere Vorteile und Anwendungsmögllchkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschielbung sowie aus den beigefügten Abbildungen hervoi:

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht im Längsschnitt des

Kupolofens und
Fig. 2 eine achematiaciie Ansicht Im Querschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1.

009885/1344

19U124

Der Kupolofen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus drei verschiedenen Teilen, nämlich dem unteren Teil, der von dem Mantel 1 gebildet wird, dem mittleren Teil, der von dem Mantel 2 gebildet wird unddem oberen Teil, der von dem Mantel 3 gebildet wird. Der Mantel 2 des mittleren Teils ist so ausgebildet, daft er nach eben breiter auseinanderläuft, als er sich vom Boden aufwärts zum Kopf erstreckt. Der obere Teil mit dem Mantel 3 ist oberhalb des mittleren Teils nut dessen Mantel 2 in der Weise fest verbunden, daß der untere Teil von 3 in den Mantel 2 des mittleren Teils eingeführt bzw- eingelassen ist. Zwischen dem oberen Teil des Mantels und dem unteren Teil 4 des Mantels 3 sind die Verbrennungskammern 5 für den flüssigen Brennstoff angeordnet. Unter jeder Verbrennungskammer 5 ist eine genügend breite öffnung In diese öffnung legt sich zwangsläufig rotglühender Koks, der in konstanter Weise verbraucht und wieder aufgefüllt wird, dies automatisch Infolge des Drucks der Rohmaterialien, die dem Kupolofen zugeführt werden. Oben auf jeder dieser Kammern befindet sich ein Regelventil 7 und ein Brenner 8, z.B. für Schweröl. Von einem Lufterhitzer 9 wird durch ein Rohr 10 vorgewärmte Luft dem Regelventil 7 zugeführt. Mit dem Schwerölbrenner 8 ist eine Rohrleitung 12 verbunden, der Schweröl mittels der Ventile Ii zufließt·

009885/1344

Gemäß der Erfindung ist der Innendurchmesser d^ des oberen Teils des Mantels 3 kleiner als d₂ am unteren Ende. Der Durchmesser d₂ vergrößert sich allmählich in dem Umfang, wie sich der Hantel 3 mit seinem unteren Ende In den mittleren Teil 2 erstreckt. Dieses untere Ende ist demnach so konstruiert daß geschmolzenes Eisen nicht entlang der Innenfläche am Umfang des Hantele herunterfällt, sondern daß es hler vertikal herunterfallen muß.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Kupolofens nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Kupolofen wird genügend ausgetrocknet und dann durch die Aufgabeöffnung beschickt und in solchem Maß mit Koks verfüllt, daß dieser ungefähr bis zur mittleren Höhe der Schmelzzone reicht. Danach wird durch das Rohr Ik₉ den Lufterhitzer 9 und das Rohr 15 Luft in den Ofen eingeführt, und zwar durch eine Hehrzahl von Winddüsen 16, die mit gleichem Abstand und symmetrisch an der Wandung des unteren Mantels 1 angeordnet sind. Gleichzeitig werden komprimierte Luft und Schweröl durch das Rohr 10 bzw. die Leitungen 12 den Schwerölbrennern 8 angeliefert, die dann gezündet werden.

009885/134

Bei der oben erläuterten Ausführungeart wird Luft in den Kupolofen durch eine Abzweigungsleitung an der Stelle eingeführt, wobei die Luft aus einem Einzel-Gebläseluftsystem stammtet Auf Wunsch kann derartige Gebläseluft aus verschiedenen Systemen unabhängig voneinander entnommen werden. Dann wird, wenn das aufgegebene Koksbett hinreichend brennt, das Abstichloch 18 geschlossen und durch die Aufgabeöffnung 13 das Ausgangsmaterial eingebracht zusammen mit Zuschlägen, wie Kalkstein, Flußspat, kalziniertes Soda etc., dies kontinuierlich und in Schichten. Die durch die Verbrennung des Schweröls in den Verbrennungskammern 5 erzeugten Heißgase kommen mit dem rotglühenden Koks $, der unterhalb der Verbrennungskammern 5 liegt, in Berührung, so daß sowohl die Wasserg&sreaktlon ale much die Reduktionsreaktion beginnen können. Als Ergebnis wird der durch die Verbrennung erzeugte Dampf hoher, Temperatur Infolge der Waseergasreaktion in hochtemperaturhaltige Hg-Gase und Kohlenmonoxid (CO) zerlegt* Gleichzeitig werden die hochtemperaturhaltigen COg-Gase, die durch die Verbrennung des Schweröls erzeugt wurden, teilweite reduziert und in CO und CO« zerlegt. Die so erzeugten CO-, CO«- und H₂-Gase werden mit Stickstoffgasen hoher Temperatur vermischt und bilden Mischungen von nichtoxidlerenden hoehtemperaturhaltigen Gasen, die weiterhin in den Kupolofen geblasen werden. Der Dampf, der nicht mit dem rotglühenden

009885/1344

Koks 19 unter den Verbrennungskammern 5 zur Reaktion gelangt 1st, beendet seine Reaktion vollständig, wenn er entlang der Innenwände des oberen Mantels 3 aufwärts steigt. Darüberhinaus besteht wegen der Divergenz bezüglich der Durchmesser des mittleren und unteren Abschnitts des oberen Hanteis 3* wie oben beschrieben, keine Befürchtung, daß der aufsteigende Dampf mit dem nachfolgenden geschmolzenen Eisen in Berührung kommt und dieses oxidiert.

Bei der wiedergegebenen Beschreibung einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung sind, wie in Fig. 2 gezeigt, die Verbrennungskammern 5 für den flüssigen Brennstoff so angeordnet, daß sich auf jeder Seite des Ofens eine befindet, jedoch sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt ist und daß auch drei oder mehr Kammern Je nach Notwendigkeit vorgesehen werden können.

Die unterschiedlichen Vorteile, die sich aus der vorliegenden Erfindung ergeben, selen wie folgt festgestellt. Zunächst besteht keine Befürchtung, daß das Gußeisen durch den mittels der Verbrennung flüssigen Brennstoffs erzeugten Dampf qualitätsmäßig verschlechtert wird. Da die Verbrennungsgas« des flüssigen Brennstoffs zusätzliche Hltee

- 10 -009885/1344

19UI 24

- ίο

aufuhren, wird die Schmelzdauer verringert und der Verbrauch an Koks reduziert. Weiterhin kann die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs mit Leichtigkeit geregelt werden, so daß Gußeisen höherer Qualität leicht in größeren Mengen hergestellt werden kann«

> ■ . ' ■ ■■■■■'■

Die Erfindung wird desweiteren durch folgende Beispiele erläutert:

Es wird auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen: der innere Durchmesser des unteren Teils mit dem Mantel 1 in der Nähe der Winddüsen 16 wurde mit 300 mm angesetzt. Der mittlere Mantel 2 wurde divergierend ausgeführt und erstreckte sich rechts und links aufwärts zwischen 470 und 710 mm Höhe von der Düsenebene aus» Der obere Mantel 3 wurde so ausgebildet, ψ daß er in den mittleren Teil des Mantels 2 hineinragte, wobei die beiden Verbrennungskammern 5 an der rechten und linken Seite des Mantels 2 vorgesehen wurden_o Weiterhin wurde die Senkrechte der öffnung 6 unterhalb der Verbrennungskammer Bit 300 mm bemessene In diesen Kupolofen wurde für einen einzelnen Arbeitsproseß eine Menge von 35 kg Material aufgegeben bestehend aus 30 % Stahlabfällen, 35 % Rohelsen und

- 11 -

009885/1344

- it -

35 % umlaufendem Material. Der Versuch wurde zweimal wiederholt. Die Ergebnisse sind in Tafel 1 wiedergegeben (Beispiele Nr. 1 und 2).

Gasproben aus der Schmelzzone wurden zu drei verschiedenen Zeiten durch ein Probeloch im mittleren Mantel entnommen und analysiert. Die Ergebnisse dar Analysen sind in Tafel 2 wiedergegeben (Beispiele I₉ 2 und 3)_o In diesen zwei Tafeln beziehen sieh die Figuren in der Spalte "Vergleich" auf ein Beispiel, bei dem lediglich Koks zur Verwendung gelangte.

- 12 -

009885/1344

Tafel 1. Arbeitsbedingungen und Daten

Beispiele Nr. 1 Nr. 2

Vergleich

7.76

8.16

90

100

7.64

5	5	7.64
2,76	3.16	0
350	220	205

110

Gesamtvolumen (Nm^/rain)

an den Winddüsen an den Brennern Lufttemperatur

Windkastendruck (mm Wassersäule)

Brennereinlaßdruck

Dauer eines Arbeitsprozesses (Std)

aufgegebenes Eisen (kgT

Koksanteile (S)

Anteil an Schweröl (Liter/metrische Tonne)

Schmelsgeschwindigkeit (kg/Std)

Temperatur des geschmolzenen Eisens ( C)

Tafel 2o Analyse der Gase im Schmelzofen (in der Schmelzzsone) Proben Vergleich

Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 _

CO₂

Ο; 2	0.19	0
1.5	2.7	3.0
595	1050	665
8,6	11.0	17.0
61.9	33.8	0
370	410	300
1,400-1	,500 1,400-1,500	1,450-1,540

3.0 %	3.7 11	3.8 %	5.2 %
1.9	1.8	0.8	0.12
23.8	27.2	23.5	26.4
4,0	4.0	5.3
67.0	63.3	66.4	67.2

009885713^4

Claims (2)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzen von Roheisen in einem Kupolofen» dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Verbrennung von flüssigem Brennstoff erzeugten Gase mit dem rotglühenden Koks in Zonen in Berührung gebracht werden, die außerhalb der Schmelzzpne liegen und außerhalb der Zone, in welche das geschmolzene Eisen aus der Schmelzzone fließt, und daß die vorgenannten Gase in nlchtoxldierende Gasmischungen von CO, H₂ und Np durch Wassergas·» und Reduktionsreaktionen überführt,und daß daraufhin diese Gasmischungen der Sehmelsszone zugeführt werden.

2. Kupolofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß direkt oberhalb des Unterteils ein Mittelteil angeordnet lat, der über eine Hantelform, verfügt, die weiter auseinandergeht, als sich dieser Mittel-

-'ir

teil vom Boden aufwärts zu seinem Kopf erstreckt sowie ein Oberteil» dessen Mantel sich allmählich erweitert, wenn er sich vom Kopf abwärts zum Boden erstreckt, und daß der Oberteil so angeordnet bzw* ausgebildet ist, daß sieh sein unterer Abschnitt bis zu einer bestimmten Tiefe in den Mittelteil hlnein-erstreckf wobei außerdem Verbrennungs kammern für flüssigen Brennstoff zwischen den eich überlappenden Minteln des Mittelteile und des oberen Teils

vorgesehen sind. ' :

ORIGINAL INSPECTBD

3· Kupolofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser über einen Innendurchmesser des Oberteils im oberen Abschnitt verfügt, der kleiner ist als der"am unteren Ende, und daß der Innendurchmesser des letztgenannten Endes in dem Umfang allmählich größer wird» wie sich der Mantel etwa vom Mittelteil abwärts zu seinem unteren Ende erstreckt»