DE19536932C2

DE19536932C2 - Verfahren zum Schmelzen von Materialien in einem koksbeheizten Kupolofen

Info

Publication number: DE19536932C2
Application number: DE1995136932
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Feustel; Joachim Mallon; Michael Schaaf
Original assignee: Individual
Current assignee: FEUSTEL, HANS ULRICH, 04277 LEIPZIG, DE
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 2001-01-11
Anticipated expiration: 2015-10-05
Also published as: DE19536932A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von metallischen und/oder nicht metallischen Materialien, wie eisenmetallischen Werkstoffen und/oder Schlacken, mit luftüberschreitenden Sauerstoffgehalten des Verbrennungswindes in einem koksbe heizten Kupolofen.

Aus dem Stand der Technik sind derartige Verfahren bekannt, wobei zum Schmelzen von Materialien entweder, wie bei dem Verfahren der Sauerstoffanreicherung, der Sau erstoff dem Verbrennungswind vor den Düsen zugemischt oder, wie bei dem Direktin jektions-Verfahren aus Sauerstoff-Lanzen, welche in die Düsen zur Windversorgung eingeschoben werden, direkt in den Ofenraum injiziert wird. Beide Verfahren arbeiten mit Sauerstoffgehalten des Verbrennungswindes bis zu 25% und bewirken mit dem Sauerstoffzuwachs eine lineare Steigerung der Schmelzleistung und eine Steigerung der Rinneneisentemperatur von 10 bis 14 K je 1% O₂-Erhöhung.

In der US 4 324 583 wird eine verbesserte Sauerstoff-Direktinjektion beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Sauerstoff gemeinsam mit einem primären sauerstoffhaltigen Gas (Luft), welches durch Gebläse oder Lüfter zugeführt wird, entsprechend einer Sau erstoffanreicherung des Verbrennungswindes von maximal 10% in den Ofenraum mit Ultraschallgeschwindigkeit injiziert. Dadurch sollen eine verbesserte Verbrennung bei verringertem Brennstoffeinsatz, ein verbesserter Si-Zubrand, höhere C-Gehalte und ge ringere Wärmeverluste über den Kupolofenmantel erreicht werden. Nachteilig ist die Verwendung von aus mechanisch bewegten Teilen bestehenden Anlagen, wie zum Bei spiel Lüfter oder Gebläse, zur Versorgung des Ofens mit dem primären sauerstoffhalti gen Gas und der daraus resultierende energetische und anlagentechnische Wartungs aufwand. Für den Abgleich der durch die Sauerstoffanlage zugeführten Sauer stoffmenge und der durch Lüfter oder Gebläse zugeführten Luftmenge ist ein hoher re gelungstechnischer Aufwand erforderlich, weil Lüfter oder Gebläse unabhängig von der Sauerstoffanlage betrieben werden und die pro Zeiteinheit zuzuführende Luftmenge von technologischen Parametern, wie dem Ofendruck und der Temperatur, abhängt.

In DE 43 01 322 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von ei senmetallischen Werkstoffen beansprucht, bei dem Ofengas teilweise aus der Vor wärmzone abgezogen und als Kreislaufgas über außerhalb des Ofenschachtes ange ordnete Rohrleitungen mit Meß-, Steuer- und Regelelementen in die Schmelz- und Überhitzungszone zusammen mit < 23 Prozent, vorzugsweise mit 33 bis 48 Prozent, Sauerstoff wieder zugeführt wird. Basierend auf der Verfahrenstechnologie des Schmel zens von eisenmetallischen Werkstoffen wird Ofengas, zwangsläufig ein nicht ausge branntes CO-reiches Brenngas mit bspw. 37% CO₂, 63% CO und Restgas (N₂, H₂), in der Vorwärmzone teilweise abgezogen und als Kreislaufgas im Kreislaufverfahren in die Schmelz- und Überhitzungszone zusammen mit Sauerstoff wieder zugeführt. Die Ab saugvorrichtung ist ein Lüfter, beispielsweise ein Radialventilator oder ein Ejektor, bei spielsweise ein Gasstrahlverdichter. Mit dem Ofengas als Kreislaufgas, insbesondere durch den CO-Gehalt des Ofengases, wird gasförmiger Brennstoff im Herdbereich des Ofens zugeführt, der mit dem Sauerstoff verbrennt. Nachteilig ist für den Einsatz an ei nem konventionellen koksbeheizten Kupolofen, daß die Rückführung von nicht ausge branntem CO-reichen Brenngas mit grundsätzlichen Änderungen der Anlagentechnik am Kupolofen, bspw. bei der Verbrennungswindzuführung, verbunden ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Schmelzen von metalli schen und/oder nichtmetallischen Materialien, wie eisenmetallischen Werkstoffen und/oder Schlacken, mit luftüberschreitenden Sauerstoffgehalten des Verbrennungswin des in einem koksbeheizten Kupolofen zu schaffen, das mit einem geringeren anlagen technischen, energetischen und regelungstechnischen Aufwand für die Windversorgung betrieben wird.

Zur Lösung dieses Problems ist das eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 weitergebildet.

Vorteilhaft ist, daß die Verbrennungsprozesse mit steigenden Sauerstoffgehalten von zeitverzögernden Diffusionsvorgängen befreit werden, sich in Folge eine schärfere Aus prägung des Temperaturprofils im Ofenschacht ergibt und somit ein reaktionsaktiveres Verhalten resultiert, welches eine schnellere Beeinflussung der wärmetechnischen Ziel größen, wie Schmelzleistung und Rinneneisentemperatur sowie der metallurgischen Zielgrößen, wie Zubrand und Abbrand der Eisenbegleiter C, Si, Mn und S bewirkt. Durch den Einsatz der wassergekühlten Gasstrahlverdichter mit Sauerstofftreibdüse, welche direkt durch Rohrleitungen mit steuer- oder regelbaren Rohrverschlüssen und Meßgliedern zur Volumenstrombestimmung mit der Umgebungsatmosphäre und/oder herkömmlichen Heißwinderzeugern, wie zum Beispiel einem Rekuperator, verbunden sind, können metallische und/oder nichtmetallische Materialien mit luftüberschreitenden Sauerstoffgehalten des Verbrennungswindes in frei wählbaren Grenzen bis unter 100% O₂ mit einem geringeren anlagentechnischen, energetischen und regelungstechnischen Aufwand geschmolzen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel des Schmelzens von eisenmetalli schen Materialien zur Herstellung von Gußeisen in einem konventionellen koksbeheizten Kupolofen näher beschrieben werden.

Hierzu ist der ursprünglich mit Rootsgebläse, Rohrleitungen und Rekuperator zur Ver brennungswindversorgung und mit vier Winddüsen ausgerüstete Kupolofen im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone mit vier wassergekühlten Gasstrahlverdichtern mit Sauerstofftreibdüse umzurüsten. Ebenfalls sind die Gasstrahlverdichter durch Rohrlei tungen, die regelbare Klappen und Venturidüsen zur Volumenstrombestimmung haben, mit dem Rekuperator verbunden. Das Rootsgebläse wird von der Verbrennungs windversorgung getrennt. Der so umgerüstete Kupolofen wird, wie bei konventionellen koksbeheizten Kupolöfen üblich, vorbereitet und mit dem 1000 kg eisenmetallischen Einsatzmaterial und 120 kg Satzkoks pro Satz beschickt.

Zum Durchblasen und Schmelzen werden dann die Gasstrahlverdichter über die Zufuhr von 775 Nm³/h Sauerstoff mit 10°C in Betrieb gesetzt. Durch den damit erzeugten Saugdruck in den Gasstrahlverdichtern wird der Transport einer Luftmenge von 2000 Nm³/h zunächst mit 20°C und zeitabhängig mit zunehmender Wirkung des Rekupera tors später mit 350°C realisiert. Es entsteht ein Sauerstoff-Luft-Gemisch entsprechend einer Sauerstoffkonzentration des Verbrennungswindes von 43%, welches über den Öffnungsgrad der regelbaren Klappen in den Rohrleitungen veränderbar ist. Die resultie rende Sauerstoffanreicherung des Verbrennungswindes ist durch eine wahlweise Ver ringerung oder Vergrößerung des Öffnungsgrades der Klappen über die damit verbun dene Verringerung oder Erhöhung des Heißwindvolumenstroms auf Werte größer oder kleiner 43% Sauerstoff im Verbrennungswind regelbar.

Die Schmelzleistung beträgt 8 t/h Flüssigeisen bei einer Rinneneisentemperatur von 1480°C.

Ist schmelztechnologisch eine Sauerstoffanreicherung des Verbrennungswindes ver zichtbar, kann die Sauerstofftreibdüse statt mit Sauerstoff über Preßluft betrieben wer den. Durch den Druck der Preßluft wird im Gasstrahlverdichter ebenfalls ein Saugdruck erzeugt, der den Transport der Luftmenge von 2000 Nm³/h zunächst mit 20°C und zeitabhängig mit zunehmender Wirkung des Rekuperators später mit 350°C realisiert. Durch diese Verwendung von Preßluft für die Treibdüse wird ein Verbrennungswind mit Luftzusammensetzung gebildet und in den Ofen eingeblasen. Alternativ kann die Sauer stofftreibdüse durch eine auf den Preßluftdruck dimensionierte Preßluftdüse ersetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Schmelzen von metallischen und/oder nichtmetallischen Materialien, wie eisenmetallischen Werkstoffen und/oder Schlacken, mit luftüberschreitenden Sauer stoffgehalten des Verbrennungswindes in einem koksbeheizten Kupolofen dadurch ge kennzeichnet, daß im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone durch eine gleich zeitige Zufuhr einer Sauerstoffmenge und einer Luftmenge ein Sauerstoff-Luft-Ver brennungsgemisch mit einem Sauerstoffgehalt von 21% bis unter 100% in frei wählba ren Grenzen gebildet wird.

2. Verfahren zum Schmelzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoff-Luft-Verbrennungsgemisch mit einem Sauerstoffgehalt von 43% gebildet wird.

3. Verfahren zum Schmelzen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, das die Luftmenge aus einer Heißwinderzeugungseinrichtung zugeführt wird.

4. Verfahren zum Schmelzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Luftmenge aus der Umgebungsatmosphäre zugeführt wird.

5. Verfahren zum Schmelzen nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, das die gleichzeitige Zufuhr der Sauerstoffmenge und der Luftmenge in die Schmelz- und Über hitzungszone des Ofens durch ein oder mehrere Gasstrahlverdichter mit Sauerstofftreib düse, welche direkt mit Rohrleitungen mit steuer- oder regelbaren Rohrverschlüssen und Meßgliedern zur Volumenstrombestimmung verbunden sind, erfolgt.

6. Verfahren zum Schmelzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das die gleichzeitige Zufuhr der Sauerstoffmenge und der Luftmenge in die Schmelz- und Über hitzungszone des Ofens durch ein oder mehrere Gasstrahlverdichter mit Preß lufttreibdüse erfolgt.