DE1957109C3 - Verfahren zum Schmelzen von Aluminium in einem Flammofen - Google Patents

Description

schwindigkeit. Stickstoff hat außerdem die Neigung, 35 t und weist eine rechteckige Form mit einer Innenmehr Wärmeenergie zu absorbieren als un die Charge länge von 9 m, eine Innenbreite von 3,5 m und einer abzugeben, so daß übermäßig viel Wärme durch den innenhöhe von 2 m auf. Ein Kamin 2 von 1,6 - 1,2 m Kamin abgekühlt wird. Insgesamt bringt also das er- Innenquerschnitt ist an der Rückwand angeordnet findungsgemäße Verfahren eine bedeutende Erhöhung 5 und ragt etwa 0,4 m über den Ofen hinaus; darüber eier Wirtschaftlichkeit mit sich. " ist eine Absaughaube la angebracht. Die Seitenwände

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin. des Flammofens 1 bestehen aus mit feuerfesten Steinen dall durch Verwendung des Sauerstoff-Brennstoff- ausgekleideten Stahlblechen und sind etwa 30 cm Gemisches eine Flamme erzielt wird, welche nicht stark. Der aus feuerfestem Materia; bestehende Herd-Ijiichtet, so daß weniger Wärme durch Strahlung io teil ist leicht zur Abstichöffnung 4 geneigt und hat verlorengeht. Obwohl der leicht reduzierende Charak- eine Stärke von etwa 40 cm.

te- der Flamme die Bildung von Oxyden während des Der Flammofen 1 weist außerdem drei Türen 3

5v-hmelzprozesses herabsetzt, wird durch die nahezu auf, von denen jede etwa 1,9 m lang, 1,6 m hoch und ν. iisländige Verbrennung die Menge an Wasserstoff 20 cm stark ist und die gleichmäßig verteilt an der herabgesetzt, weiche in dem Aluminium gelöst werden 15 Vorderseite des Ofens angeordnet sind. Ihre Unterkonnte oder Wasserdampf während des Verfahrens kante liest etwa 0,6 m oberhalb des Herdes. Der bildet. Flammofen 1 wird mit vier Luft-B renn stoff-Bren-

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungs- nein 6 geheizt, denen eine Mischung aus Heizöl und form wird ein Sauerstoff-Brennstofl-Geiiisch verwen- Luft von einem nicht gezeigten Versorgungssystem <.],-!. das mindesiens 75°,, der für die vollständige 20 zugeführt wird. Jeder Brenner hat eine maximale Verbrennung erforderlichen stöchiometrischen Menge Heizleistung von 2,8 ■ 10« kgcal/h. Zwei Brenner 6 an Sauerstoff aufweist. Besonders vorteilhaft ist es sind i.i der Rückwand des Ofens derart angebracht, Liahei, wenn das Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch mit daß ihre Mittelachsen einen Abstand von etwa 0,6 m einer Flammengeschwindigkeit von etwa 150 bis etwa von der nächsten Ecke aufweisen und etwa 1,4 m ! 100 m see und einer Flammentemperatur von etwa 35 oberhalb des Herdes liegen. Jeder dieser Brenner 6 HoO bis etwa 2760^c C in den Flammofen geleitet ist um eiwa 15 ' relativ zu den Seitenwänden nach _w.;_r£j. innen geneigt. Zwei weitere Brenner 6a sind an den

!^:.ine weitere vorteilhafte Ausführungsform kenn- Seitenwänden des Ofens 1 angeordnet. Ihre Mittel-/eichnet sich dadurch, daß die Zufuhr des Sauer- achsen liegen etwa 0,3 m von der inneren Vorderecke stoO-Brennstoff-Gemisches abgeschaltet wird, sobald 30 entfernt und etwa 1,4 m oberhalb des Herdes. Diese d;is in den Flammofen eingebrachte Aluminium an- Brenner 6 sind weiter um etwa 12" zu der Flache der nähernd geschmolzen ist. Vcrderwand und um etwa 8° zur Honzontalebene

Als Öl wird vorzugsweise »Bunker-C«-Öl verwen- nach unten geneigt.

det, wobei der Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit Die Düsen der Brenner 6 sind praktisch bündig

von etwa 150 bis 460 m/sec aus einem Sauerstoff-Öl- 35 mit der Innenwand des Ofens, so daß sich nur die Brenner ausströmt. Flammen in den Ofen hineinerstrecken. Jeder

Bei Verwendung von Kohlenwasserstoffaas, insbe- Brenner 6 wird mit Luft und Öl gespeist, und es sondere Erdgas, als Brennstoff wird die Flammen- wird eine Flamme mit einer Geschwindigkeit von geschwindigkeit vorteilhafterweise auf etwa 305 bis 6 bis 30,5 msec und einer maximalen Durchschnitts-"Ϊ070 m/sec eingestellt. 40 temperatur von 1480 bis 1760° C erzeugt. Diese

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Luft-Brennstoff-Flammen mit niedriger Geschwindig-Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen keil und niedrigem Druck besitzen eine Verbren-

F1 g. 1 A und 1B einen Horizontal- bzw. Vertikal- nungszone mit einem zentralen, leuchtenden Teil, der schnitt eines Flammofens zur Durchführung des er- sich bis etwa 2,4 in von der Brennermunaung erfindungsgemäßen Verfahrens, 45 streckt.

Fig. 2A und 2B einen Längs- bzw Querschnitt Gemäß der Erfindung wird die von den Nieder-

cines bevorzugten Brenners zur Verwendung bei der geschwindigkeitsbrennern 6 gelieferte Wärme durch

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zusätzliche Wärmeenergie ergänzt, die durch Hocn-

einem Flammofen nach den Fig. 1 A und IB, geschwindigkeits-Saucrstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner

Fig. 2C im Längsschnitt einen Einsatz für den 50 10 in einer Menge von 20bis 30»Ό der Gesamtmenge

Brenner nach den F i g. 2 A und 2 B₁ geliefert wird. Nach den F i g. IA und 1B sind die

F i g. 2 D eine vergrößerte perspektivische Ansicht Brenner 10 an der Decke des Ofens etwa 40 cm von

des Dralleinsatzes für den Brenner nach den F ig. 2 A der Mittelachse auf gegenüberliegenden Seiten des

_uncl 2 B Kamins 2 angeordnet.

Fig. 3 A und 3B einen Horizontal- bzw. Vertikal- 55 Die Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 10 werden mil schnitt eines Seitenherd-Flammofens zur Durchfüh- Öl als Brennstoff betrieben und arbeiten mit selbstrung des erfindungsgemäßen Verfahrens, zerstäubenden Mischdüsen; welche an Hand einei

Fig. 4A und 4B einen Längsschnitt bzw. einen besonders bevorzugten Ausführung, im einzelner Querschnitt eines Strahlrohrbrenners ohne den darum unter Bezugnahme auf die F1 g. 2 A bis 2 D besenneherum vorgesehenen Wassermantel zur Verwendung 60 ben wird. In derartigen Düsen sind prallkörper anbei einem Flammofen nach den F i g. 4 und 5 und «csctzt, welche dem zerstäubten ölstrom vor den F i g. 5 A und 5 B einen Horizontal- bzw. Vertikal- Verlassen der Brennermundung eine Wmkelgeschwin schnitt einer weiteren Ausführungsform eines Flamm- digkeit erteilen. Die Achse der Brenner 10 steht senk ofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- recht auf der Ofendecke und das Ende der Wasser _fahrens 6s mantel der Brenner 10 ist mit der inneren Ausklei

Der in den Fig. IA und 1 B der Zeichnung dar- dung des Ofens 1 bündig.

gestellte Flammofen I hat zum Umschmelzen von Nach den Fig. 2A und 2B wird das innere End*

Aluminium eine angenommene Kapazität von etwa der Brenner 10 einschließlich des Wassermantels l]

durch eine Tragkreuzanordnung 19 in seiner Lage gehalten. Die Brennermündung ist abgesetzt, so daß ihr Ende etwa 0,64 cm in den Wassermantel 11 zurückgezogen angeordnet ist. Jedoch ist die Stellung des Brenners 10 innerhalb des Wassermantels 11 in Längsrichtung einstellbar.

Das äußere Ende des Brenners 10 mündet in den Brennerkopf 12, an den die Brennstoffzuführun^sleitung über einen Anschluß 13, eine Sauerstoff zuführungsleitung über einen Anschluß 14 und Kühlwasserrohn. über Anschlüsse 9 und 15 anschließbar sind.

Der in den Fig. 2A und 2B gezeigte selbstzerstäubende Düsenmischbrenner 10 ist besonders für die Verbrennung von öl geeignet. Ein derartiger Brenner 10 liefert eine stabile, homogene Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-ölflamme, wobei die Verbrennung in einer erzeugten Verbrennungszone unmittelbar angrenzend an die Brennermündung beginnt oder dort stattfindet.

Der Kühlwassermantel 11 umfaßt ein äußeres nahtloses Messingrohr 18 und konzentrisch ein inneres nahtloses Messingrohr 17. Ein drittes Rohr 16 bildet das Brennerrohr und ist konzentrisch innerhalb der Rohre 17 und 18 angeordnet, wobei das Innenende des Rohres 16 mit dem Rohr 18 bündig ist. Ein ringförmiger Messingstopfen 28 ist in das innere Ende des Wassermantels 11 eingepaßt und mit Silber!r»t an den L'mfangsflächen hartgelötet. Die drei konzentrischen Rohre 16, 17 und 18 sind durch Distanzhalter auf Abstand gehalten und an ihren äußeren Enden in den Brennerkopf 12 eingepaßt, der aus zylindrischem Messing besteht und die vier Anschlüsse besitzt, von denen jeder mit einem der konzentrischen Kanäle in Verbindung steht. Das Wassereinlaßrohr 9 führt zu der ringförmigen Kammer zwischen den Messingrohren 16 und 17 des Wassermantels 11. Ein Wasserauslaßrohr 15 steht mit dem kreisförmigen Zwischenraum zwischen den Rohren 17 und 18 in Verbindung, so daß in das Rohi 9 eintretendes Wasser durch den äußeren kreisringförmigen Kanal des Wassermantels 11 strömt und durch den inneren kreisringförmigen Kanal zum Rohr 15 fließt.

In das Messingrohr 16 ist ein zylindrischer Kupfer-Brennerblock 21 eingepaßt. An seinem Ende besitzt er eine mit Gewindebohrung versehene, zentrierte Öffnung 21 a. Die Funktion dieser öffnung besteht darin, das Mundstückteil 20 zum Zerstäuben des Öles gemäß Fig. 2C aufzunehmen. Parallel zu der Boh rung 21a und diese umgebend befinden sich 16 kleinere Bohrungen 21 b, die die Sauerstoffströme führen. Sie sind mit ihren Mittelpunkten symmetrisch auf einem Kreis konzentrisch zu der Bohrung 21 a angeordnet.

Der ölzerstäuber20 ist gemäß Fig.2C ein zylindrisches Messingstück mit einem Teil 20 a größeren Durchmessers mit in die zentrale Öffnung 21 α des Brennerblockes 21 passendem Außengewinde und einem Teil 20 b kleineren Durchmessers mit einem Innengewinde, das zu dem mit Gewinde versehenen Ende der Ölleitung 22 paßt.

Die axial angeordnete Ölleitung 22, welche sich innerhalb eines länglichen, zylindrischen, flüssigkeii»- dichten und dünnwandigen Rohres 22 α befindet, ist an beiden Enden mit Gewinden versehen und am Innenende in den ölzerstäuber 20 eingeschraubt. Die Leitung 22 erstreckt sich längs der Achse des Brenners 8 und durch den Brennerkopf 12 und mündet am äußeren Ende in einer Messingmuffe, welche zum Anschließen der Ölversorgungsleitung mit einem Innengewinde versehen ist.

Die zentrale öffnung 23a und 236 des ölzerstäubers 20 ist axial angeordnet. Der größere zylindrische Teil 23a steht mit der Leitung 22 in Verbindung und erstreckt sich axial vom Ende in Richtung zum Ofen, wo er sich in eine trichterförmig geformte Düse mit einer zentralen öffnung 23fc verengt, die mit einem

ίο Scheitelwinkel von etwa 60° ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise wird ein Dralleinsatz 30 gemäß Fig. 2D verwendet, der ein kleines Messingelement aufweist, dessen nach innen gerichtetes Ende einen Winkel λ von etwa 120° mit der horizontalen Ebene einschließt; oberhalb und unterhalb hiervon sind zwei halbkreisförmige Leitflächen ausgebildet, von denen jede eine Hauptfläche in einer Ebene parallel zu einem Forlsaiz des Winkels \ hat. Der üralleinsatz 30 ist so angeordnet, daß er dicht in den Öffnungsteil

23a des ölzerstäuber 20 paßt, und so gerichtet, daß der Scheitel des Winkels * von dem Düsenöffnungsteil 23 Λ weggerichtet ist. Der Öldruck verhindert, daß der Dralleinsatz 30 selbst sich dreht, jedoch wird der Ölstrom durch die stationären Leitschaufeln des Dralleinsatzes gedreht. Bevorzugt wird ein Kegel von zerstäubtem öl an der Brennerdüse mit einem Scheitelwinkel /«' von mindestens 30° erzeugt. Dies ergibt eine buschige I-lamme, die fur die Zwecke der Erfindung optimal ist.

Der seitliche Anschluß 14 ist zur Einführung v_O11 Sauerstoff in den kreisringförmigen Raum zwischen der Ölleitung 22 und dem inneren Messingrohr 16 gnsdicht mit einem Sauerstoffschlauch verbunden.

Ein Versuchsbetrieb des in F i g. 1 A, 1 B gezeigten Ofens wurde wie folgt durchgeführt.

Chargen von jeweils etwa 201, die aus leichten Folien bis zu schweren Barren bestanden, wurden in den Flammofen 1 durch die wassergekühlten Türen 3 an der Vorderseite des Ofens eingeführt. Die durchschnittliche Beschickungszeit betrug 30 Minuten. Nachdem die Charge geschmolzen war, wurde der Ofen 1 in einen angeschlossenen nicht gezeigten Warmhalteofen durch eine stationäre Abstichrinne 4 von 1,2 m Länge abgelassen. In dem Warmhalteofen wurde das Aluminium vor der Überführung zu einer Barrenformmaschine für Direktformung legiert und mit Flußmittel versehen. Ein Rückstand von 161 wurde in dem Flammofen 1 und in dem Warmhalteofen belassen.

Nach den Fig. IA und 1 B sind die wassergekühlten Zerstäubungsbrenner 10 im Gewölbe des Flammofens 1 derart angeordnet, daß die Verbrennungsprodukte sich in den Absenkungen zwischen den Anhäufungen von Schrott 5 konzentrieren können.

Die exakte Brenneranordnung liegt auf der Mittellinie jedes Türpfoslens annähernd gleich weit entfernt von der Vorder- und Rückwand des Herdkörpers.

Die Arbeitsweise beim Beginn der Brennerfeuerung hängt von der Art des eingegebenen Schrottes -ab.

Falls der Schrott leicht ist, wodurch eine lange Beschickungsperiode gegeben ist, werden die Brenner vorzugsweise auf dem halben Weg des BeschickungG-zyklus gezündet. Falls der Schrott schwer ist, wird die Brennerzündung zu Beginn der Beschickungsperiode gestartet. Wenn die Brenner einmal gezündet wurden, bleiben sie im Betrieb bis die Gewölbetemperatur auf etwa 1260° C ansteigt, was durch ein Thermoelement oder ein optisches Pyrometer angezeigt wird. Zu

diesem Zeitpunkt werden die Sauerstoff-Brennstoff-Brenner abgeschaltet und das Bad gerührt. Bei einer Mehrzahl der Schmelzen ist eine Gewölbetemperatur von 1260° C ein gutes Anzeichen dafür, daß der Schrott weit genug abgeschmolzen ist, so daß das Rühren die notwendige Zirkulation liefert, um abzuschließen, was geschmolzen werden soll. Falls das Rühren des Bades nicht dazu beiträgt, die notwendige Energie zum Abschluß des Schmelzens zu liefern, werden die Sauerstoff-Brennstoff-Brenner für eine kurze Dauer wieder gezündet. Bei einem bevorzugten Betrieb wird der Brennstoffbrenner nicht betrieben, sobald das Bad einmal geschmolzen ist. Ein Thermoelement für die Gewölbetemperatur wird verwendet, um den Zustand des Schrottes in dem Ofen /u bestimmen. Es kann ein Thermoelement vom konventionellen Typ sein und sollte in dem Gewölbe so angebracht sein, daß die heiße Verbindungsstelle in dem feuerfesten Material etwa 2,5 cm von der heißen Fläche entfernt ist. Indem die Gewölbetemperatur beobachtet wird, können ziemlich genaue Badbedingungen vorhergesagt werden.

Einer der wichtigsten Gesichtspunkte bei durchgeführten Versuchen war der Einfluß, den das erfindungsgemäße Verfahren auf den Schmelzverlust besitzt. Dieser betrug 2,98 Gewichtsprozent, lag also l°/o niedriger als der Durchschnitt von 3,98%> bei Verwendung der früheren Arbeitsweise. Dies bedeutet eine Senkung des Schmelzverlustes von mindestens 25¹Vo.

Es wurde weiter gefunden, daß der Wasserstoffgehalt des geschmolzenen Aluminiums durch den Sauerstoff-BrennsUiff-Betrieb unbeeinflußt blieb. Vor und nach dem Schmelzen durchgeführte Analysen zeigten keine Veränderung in dieser Hinsicht gegenüber den vorbekannten Verfahren.

Die Fig. "»A, 3B und 4A, 4B veranschaulichen weitere Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei denen ein einzelner Sauerstoff-Gas-Hilfsbrenner vom ^irahlrohrtyp verwendet wird, welcher in der Seitenwand des Ofens mit einem leichten Winkel nach abwärts gerichtet eingebaut ist. Fin wesentliches Merkmal ist, daß die Flamme von dem Sauerstoff-Brennstoff-Brenner die Charge nicht berührt, wobei annähernd 90°,ο dci Verbrennung abgeschlossen ist, bevor die Verbrennungsprodukte die Oberfläche der Schmelze erreichen.

In den F i g. 3 A, 3 B ist in Draufsicht bzw. im Querschnitt ein Seitenherd-Flammofen 101 von etwa 4 · 3 · 1,8 m gezeigt, der bei einer Kapazität von 20 t zum Umschmelzen von Aluminium ausgelegt ist. An der Mitte der Rückwand ist ein Kamin 1OZ angeordnet. Eine rechteckige Schrottgrube 105 mit Wänden aus feuerfesten Steinen ist teilweise entlang der Vorderseite des Ofens bis zu einer Höhe von etwa 80 cm oberhalb des Unterbaues vorgesehen. Sie dient dazu, das zu schmelzende Schrottmaterial 105 a aufzunehmen. Eine Öffnung 105i> in der Trennwand zwischen der Schrottgrube 105 und dem eigentlichen Ofenraum läßt das geschmolzene Aluminium von der einen in die andere Kammer fließen. An der Vorderseite des Ofens ist außerdem neben der Schrottgrube 105 ein Sumpf 107 angeordnet. Ein Kanal trennt den Sumpf 107 von der Beschickungsgrube 105. In dem Sumpf 107 ist eine Pumpe 108 für geschmolzenes Metall untergebracht. Das Auslaufrohr 108<? der Pumpe 108 erstreckt sich in die Schrottgrube 105. Eine öffnung 107 b in der den Sumpf von dem Ofen trennenden Wand gestattet es, daß ein Strom aus geschmolzenem Metall in den Unterteil des Stumpfes gelangt. Das geschmolzene Metall wird dann durch die Pumpe 108 aus dem Sumpf heraus in die Schrottgrube 107 gepumpt, wobei ein geschmolzenes Bad bis zu einer Höhe von etwa 45 cm aufgebaut wird, welches den in den Ofen 101 eingegebenen Schrott umgibt.

Der Ofen 101 wird auf konventionelle Weise mittels zweier Niederdruck-Luft-Brennstoff-Brenner 106

ίο geheizt. Die Rohre der Brenner 106 sind symmetrisch in der Rückwand des Ofens mit ihren Achsen senkrecht zu der Ofenwand angeordnet. Die nach innen mit einem leichten Winkel gerichteten Flammen, die eine Geschwindigkeit von etwa 6 m/sec besitzen, erstrecken sich bis etwa 2,3 m vor die entsprechenden Brennerdüsen. Sie besitzen eine maximale Temperatur von etwa 1760° C.

Der einzelne, wassergekühlte Sauerstoff-Gas-Hilfs brenner 110 ist in der Seitenwand des Ofens 101 mit

ao seiner Achse etwa 0,6 m innerhalb der äußeren rückwärtigen Ecke und 0,7 m oberhalb des Ofenbodens angeordnet. Die Achse der Brenner ist nach innen mit einem Winkel von etwa 20' gegenüber der senkrechten zu der Ofenwand und nach unten zu dem Brennerboden mit einem Winkel von etwa 5" gegenüber der horizontalen Kbene geneigt.

Das innere Brennerrohr des Sauerstoff-Gas-Strahlrohrbrenners 110 hat vorzugsweise die in den Fig. 4A und 4B gezeigte allgemeine Form; die Fig. 4 A und 4B zeigen jeweils das innere Brennerrohr im Längs- bzw. Querschnitt.

Nach den Fig. 4A und 4B mündet ein axial angeordnetes Rohr 118 aus rostfreiem Stahl für Brennstoffgas an seinem rechten Ende in einem Steckverbinder 113 zum Anschluß der Gaszweigleitung in dem Gasversorgungssystem. Am inneren Ende ist das Rohr 118 in der becherförmigen Öffnung eines zylindrischen Paßstückes 119 aus Messing eingesetzt und mit Silberhartlot befestigt. Das Anpassungsstück 119 nimm ein Bünde! von tünf Rohren 120 aus rostfreiem Stahl auf, welche nahezu parallel zu der Hauptachse des Brenner.·, verlaufen und symmetrisch um die Brennerachse angeordnet sind. Die Endstücke der Rohre 120 reichen durch den Brennerblock 121 durch. Der Brenuerblock ist ein Kupferzylinder, der gleitbar innerhalb des Innenrohres 16 des Wassermantels 11 der Fig. 2A und 2B eingepaßt ist. Zusätzlich zu den Rohren 120 für das Brenngas weist der Brennerblock 120 eine Vielzahl von parallelen Löchern für Sauerstoffaustritte 122α und 1226 auf, die symmetrisch mit ihren Mittelpunkten in zwei konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wobei der äußere die Austritte 122o und der innere die Austritte 122 ft umfaßt.

Der Sauerstoff strömt durch die Kupplung 114 im Brenner 110 in den Kopf 112 des Brennerkörpers. Der kreisringförmige Zwischenraum zwischen dem inneren Wassermantelrohr 16 und dem Gasrohr 118 dient dazu, den Sauerstoff in den Brennerblock 121 zu führen, wo er durch die öffnungen 122 a und 122 b durchtritt. Das Gas tritt durch die Verbindung 113 ein und dann durch das Rohr 118 zu dem Anpassungsstück 119, wo es in die fünf Gasrohre 120 in dem Brennerblock 121 eingeführt wird.

Bei Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde eine lOO"/oige Steigerung der Produktion und eine 50°/oige Abnahme des Brennstoffverbrauches ohne eine Beschädigung der feuerfesten

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ίο

Teile des Ofens im Vergleich zum Betrieb des Ofens nach bekannter Art durch Verwendung der Luft-Brennstoff-Brenner 6 nachgewiesen. Der bei dem beschriebenen Betrieb verwendete Sauerstoff war von handelsüblichem Reinheitsgrad.

Als Brennstoff für die Brenner 110 wird vorzugsweise Erdgas verwendet. Dabei werden die zwei konventionellen Luft-Brennstoff-Brenner 106 zuerst eingeschaltet. Sie verbrennen Luft und Erdgas aus der

findungsgemäß von einem einzelnen wassergekühlten Sauerstoff-Gas-Strahlrohrbrenner 210 unterstützt, der in der links liegenden Seitenwand nahe der Decke angeordnet ist. Der Brenner 210 steht zu der Seitenwand in der horizontalen Ebene senkrecht und ist in der Vertikalebene mit einem Winkel von etwa 12° nach unten geneigt.

Der Brenner 210 ist bis auf die Abmessungen von der Art des Strahlrohrbrenners 110, der im einzelnen mit Bezug auf die Fig. 4A und 4B der Zeichnung

^w—^{e von}

Xl5ST^SrS±n5rt. wird der OfenlOllrch einen Ablaß 104 in vier Masselformen abgelassen, welche neben dem Ofen auf dem Boden angeordnet sind.

Es wurde ferner festgestellt, daß eine gleichmaßige Produktion in der Ofenanordnung nach den F i g. 3 A und 3 B erreicht werden kann, indem die Luft-Brennstoff-Brenner 106 bis auf 1,5-10· kcal zurückgedrosselt werden. Die hierdurch sich ergebende Brennstoffvermindt.ung deckt die Kosten für den in dem Hilfsbrenner 11« verwendeten Sauerstoff, während gleichzeitw die Ofenproduktion um bis zu 5O°/o über die fiiine den Hilfsbrenner erzielten Werte ansteigt.

Während der Versuche stieg die Gesamtschmelzmenge in dem Ofen nach den Fig. 3A und 3B von annähernd 1360 bis 18? Π kg/h bei der Arbeitsweise nach vorbekannter Art bis auf 3720 kg/h.

Der Sauerstoffverbrauch betrug durchschnittlich 1,5 bis 2,5in»'t Aluminium, der Gesamterdgasverbrauch durchschnittlich 9,4 m^s/t Aluminium.

In den Fig. 5A und 5B ist in Draufsicht bzw.

in ucii 1 β AhänHpninp eezeiet nach

Se.tenans.cht eine weitere^Abandening; gezeigt nacn

schmelzen "on'TluSVfn l^ÄSS Ota.

^anDeTofen 201 aus feuerfesten Steinen ist rechteckie mit Abmessungen von 7,3 -3,3-2 m. Ein Kamin 202 mit einer Haube 202a ist an der Rückseite A nf npeordnet

An der Vorderseite des Ofens 201 befindet sich ein Paar eiserner wassergekühlter Türen 203. Ein in der Nähe der vorderen rechten Ecke angeordneter Ausfl.^R 204 befindet sich etwas unterhalb der Höhe des

ner'ofen 201 ist mit vier Luft-Brennstoff-Brennern 206 ausgerüstet die mit Luft und gasförmigem Brenn-

ioff aus eber nicht wiedergegebenen Quelle gespeist stoff aus einer nicht vj g g ^ ^ ^^ ^

n^ert Hpfofens ineeordnet und zwar zwei in den Decke des Ofens ^an£^ei™*' " _b . _m p,.^.

gegenüberhegenden^g^^¹^,^

B ^en SiÄd in der Rückwand des Ofens 201 an-Brenner 206 sind in de^ kuck _nach ^^

geordnet, wobei inre flamme« ? vieTkonventionellen Brenner 206 werden erder Erfindung die Ofenproduktion 10,3 t/h betrug.

Der Brenner 210 ist in der Ofenseitenwand bündig *5 mit der Innenwand angeordnet. Die Hochgeschwindigkeitsflamme ist auf eine Stelle etwas oberhalb des Schrottes gerichtet. Hierdurch sind annähernd 90°« der Verbrennung abgeschlossen, bevor die Verbrennungsprodukte den Schrott erreichen. Sauerstoff strömt in den Brenner 210 in einer Menge von etwa 170 Nm³/h, Gas in einer Menge von annähernd 105 Nm³ h. Dies erzeugt eine Hochgeschwindigkeitsflamme mit einer maximalen Temperatur von 2760 C.

Die vier konventionellen Brenner 206 werden mit Luft in einer Menge von 4530 m³/h und mit Erdgas in einer Menge von 425 NnV'/h betrieben. Dies erzeugt eine kohärente Flamme mit einer maximalen Temperatur von etwa 1760 C

Versuche haben gezeigt, daß die Verwendung des Hilfsstrahlrohrbrenners 210 bei entsprechender Abnahme des Brennstoffverbrauchs die Erhitzungsdauer über 50 ⁰Zo herabsetzt. Der Ausstoß der Anlage steigerte sich von 91 kg/min beim Betrieb nach konventionellen Arbeitsweisen auf HOkg/mln beim Betrieb mit dem Hilfsbrenner 210 gemäß der Erfindung. Der chemische Zustand des Metalls und der aufgelösten Gase wurden nicht durch die Verwendung des Brenners 210 beeinflußt. Die Schlackengewinnung war zufriedenstellend und der Ofen blieb auf normalen Betriebstemperaturen ohne irgendeine nachteilige Einwirkung auf die feuerfesten Teile des Ofens.

Das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff in den Sauerstoff-Brennstoff-Brennern beträgt mindestens 65°/o der stöchiometrisch erforderlichen Menge für eine vollständige Verbrennung und vorzugsweise etwa 75°/o, um eine leicht reduzierende Flamme zu erzeugen.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. IA unc 1B betragen die Flammengeschwindigkeiten zwischer 150 und 460 m/sec und sie liegen vorzugsweise ober halb 305 m/sec bei Flammentemperaturen im Bereict zwischen 1650 und 2760° C.

Bei der anderen Ausführungsform mit Strahlrohr brennern liegt die Flammengeschwindigkeit zwischei 305 und 1070 m/sec, vorzugsweise oberhalb 610 m/se bei Flammentemperaturen von 1650 bis 2760° C. In jedem Fall sind die Hilfsbrenner so ausgelegi

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daß sie zwischen 20 und 30 %> der zum Schmelzen der Charge erforderlichen Wärmeenergie liefern, wobei der Rest der Wärme von konventionellen Luft-Brennstoff-Niederdruckbrennern mit niedriger Geschwindigkeit, welche Flammengeschwindigkeiten in den meistem Fällen von nur Ve bis Vio derjenigen der Sauerstoff-Elrennstoff-Brenner besitzen, kommt und deren maximal mögliche Flammentemperaturen nur etwa Vio so groß sind. Die Sauerstoff-Brennstoff-

Brenner sind bevorzugt zu etwa dem Zeitpunkt abzuschalten, in dem die Charge geschmolzen ist. Dies kann durch ein oder mehrere Pyrometer bestimmt werden, welche nahe der Decke des Ofens angebracht S sind. Bei der Ausführungsform der Fig. IA und 1B wurde die Deckentemperatur unterhalb 1340° C gehalten, während in der Ausführungsform der F i g. 5 A und 5 B die Brenner abgeschaltet wurden, als die Gewölbetemperatur 1150° C erreicht hatte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zum Schmelzen von Aluminium in einem Flammofen, bei dem Luft-Brenns<.off- und Sauerstoil-Brennstoff-Gemische in den Ofen eingeführt und im Inneren des Ofens verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens 65 ⁰Zo der für die vollständige Verbrennung erforderlichen stöchiometrischen Menge an Sauerstoff aufweisende Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch in einer solchen Menge im Verhältnis zum Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird, daß es nur 10 bis 3O°/o der Gesamtwärmeenergie liefert, jedoch mit einer mindestens achtmal
   großen Geschwindigkeit wie das Luft-Brennstoff-Gemisch in den Ofen gelekei and bis /uniir.destsns 90 % verbrannt wird, bevor die Verbrennungsprodukte in Berührung mit dem Aluminium gebracht werden, wobei die Flamme des Sauerstoff-Brennstoff-Gemisches unter Bildung einer starken Turbulenz in die Verbrennungsprodukfe der Flamme des Luft-Brennstoff-Gemisches gerichtet wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoff-Brennstoff-Üemisch verwendet wird, das mindestens 75° ο der für die vollständige Verbrennung erforderlichen stöchiometrischen Menge an Sauerstoff aufweist.

   oder Düsenrohren eingeleitet wird. Nach der Beschickung des Ofens mit Schrott ist es z. B. üblich die Brennernammen durch Zugabe von Sauerstoff anzureichern. Dadurch wird uie Flammentemperatur erhöht und die Zeit für das N.ederschmelzen verkürzt, und der Schrott oxydiert.

   Da jedoch Sauerstoff ein relativ teures Gas ist, ist es schwierig, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so zu gestalten, daß es als wirtschaftlich an-ίο gesehen werden kann. ....

   Das Ziel der Erfindung besteht somit dann, ein Verfahren zum Schmelzen von Aluminium m einem Flammofen anzugeben, das sich trotz Verwendung des relativ teuren Sauerstoffs durch eine größere so ., Wirtschaftlichkeit gegenüber bekannten Schmelzverfahren auszeichnet, wobei die Bildung von Schlacke

   und die Verdampfungsverluste herabgesetzt sowie eine Beschädigung der Ofenauskleidung vermieden wird. Die gasförmigen Einschlüsse in der Schmelze soffen außerdem herabgeselzt werden.

   Zur Losung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor daß das mindestens 65° ο der für die vollständige Verbrennung erforderlichen stöchiometrischen Menge an Sauerstoff aufweisende Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch in einer solchen Menge im Verhältnis zum ι uft-BrennstorT Gemisch zugeführt wird, daß es nur 10 bis 30° ο der Gesamtwärmeenergie liefert, jedoch mit einer mindestens achtmal so großen Gcschwindig-

   ,UUU₁₁₁U₁₁₃U,,,, .V₁U₁₆. a„ oauu^K uu.wu^. keil wie das Luft-Brennstoff-Gemisch in den Ofen 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 30 geleitet und bis zu mindestens 90". verbrannt wird gekennzeichnet, daß das Sauerstoff-Brennstoff- bevor die Verbrennungsprodukte in Berührung mn Gemisch mit einer Flammengeschwindigkeit von dem Aluminium gebracht werden wobei die Hamme

   des Sauerstoff-Brennstoff-Gemisches unter Bildung einer starken Turbulenz in die Verbrennungsprodukte der Flamme des Luft-Brennstoff-Gemisches gerichtet wird. Auf Grund dieser Verfahrensführung kann die Dro Zeiteinheit geschmolzene Menge und damit der Durchsatz des Flammofens um 50 bis 100% gesteigert werden, wobei gleichzeitig der Brennstoffverbrauch abnimmt. Außerdem wird eine wesentliche Herabsetzung der Schmelzveriuste durch Schlackebildung und Verdampfung von Aluminium erzielt. Dieses vorteilhafte Ergebnis wird erzielt, ohne daß

   ™ ...... ^..„...„.5,^ .... «„„ ^ der Wasserstoffgehalt des Metalls oder seine: che-

   bis 460 m/sec aus einem Sauerstoff-Öl-Brenner 45 mische Analyse beeinflußt werden. Versuche haben ausströmt. weiter gezeigt, daß die Abgase ei.ien hohen Kohlen-

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dioxydgehalt und eine niedrige Temperatur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung wodurch die Luftverunreinigung in der Nahe einer von Kohlenwasserstoffgas, insbesondere Erdgas, gemäß der Erfindung beschriebenen Anlage herabals Brennstoff die Flammengeschwindigkeit auf 50 gesetzt wird.

   etwa 305 bis 1070 m/sec eingestellt wird. Diese vorteilhaften Ergebnisse sind offenbar darauf

   zurückzuführen, daß durch die leicht reduzierende, turbulente Sauerstoff-Brennstoff-Flamme hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur starke Konvektionsströme im Ofen erzeugt werden, welche die Wärmeenergie in sehr effektiver Weise auf die Charge

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzer. übertragen, ohne daß die Flamme selbst mit letzterer von Aluminium in einem Flammofen, bei dem die in Berührung kommt. Die erfindungsgemaße Zufuhr Luft-Brennstoff- und Sauerstoff-Brennstoff-Gemische eines Sauerstoff-Brennstoff-Gemisches gestattet es, bis in den Ofen eingeführt und im Inneren des Ofens 60 zu 30°/o mehr Wärmeenergie ohne Beschädigung der verbrannt werden. feuerfesten Ofenauskleidung zuzuführen, wobei nur

   Es ist bereits bei Siemens-Martin-Öfen bekannt eine geringe oder überhaupt keine Zunahme der Abideutsche Auslegeschrift 1270059), die Erwärmungs- gastemperatur erfolgt und der Wärmeübertragungszeit dadurch abzukürzen und damit die Produktion Wirkungsgrad zur Charge verbessert wird. Darüber hinzu erhöhen, daß gasförmiger Brennstoff in den Ofen 6₅ aus entfallen die mit der Verdünnung durch Stickstoff zusammen mit einer Brennstoffmischung eingeleitet bei Luft-Brennstoß-Gemischen verbundenen Nachwird, die von an der Stirnwand angebrachten Bren- teile, wie z.B. das Abkühlen der Flamme sowie hcrabnern oder durch das Gewölbe des Ofens mittels Düsen gesetzte Flammenausdehnung und/oder Flammenge-

   gg

   etwa 150 bis etwa 1100 rn/see und einer Flammentemperatur von etwa 1650 bis etwa 2760° C in den Flammofen geleitet wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Sauerstoff-Brennstoff-Gemisches abgeschaltet wird, sobald das in den Flammofen eingebrachte Aluminium annähernd geschmolzen ist.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff »Bunker-C«-Öl verwendet wird, wobei der Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von etwa 150