DE19909743A1 - Brenner, Schachtofen und Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens - Google Patents
Brenner, Schachtofen und Verfahren zum Betreiben eines SchachtofensInfo
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Abstract
Brenner, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrenner, für einen Schachtofen, insbesondere einen Kupolofen, mit einer zentralen Austrittsöffnung und konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete, im wesentlichen ringförmige Austrittsöffnungsbereiche. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind wenigstens drei ringförmige Austrittsöffnungsbereiche vorgesehen. Die zentrale Austrittsöffnung und/oder wenigstens einer der ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche sind vorzugsweise absperrbar ausgebildet. DOLLAR A Der Brenner ermöglicht eine Vielzahl von Verfahrensvarianten hinsichtlich der Zuführung von Sauerstoff und Brenngas in einen Schachtofen. DOLLAR A Schachtofen, insbesondere Kupolofen, sowie Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metalllegierungen, mit einem Ofenschacht, der mit einem entsprechenden Einsatz befüllt ist bzw. andauernd oder periodisch befüllt und aus dem bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen wird, sowie mit einer Zuführeinrichtung, über die der Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich, mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff-haltigen Gasgemisch versorgt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Zuführvorrichtung als wenigstens ein erfindungsgemäßer Brenner und/oder als wenigstens eine Sauerstofflanze mit wenigstens einem aufgesetzten Brenner ausgebildet.
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere einen sog. Hochgeschwindigkeits
brenner, mit einer zentralen Austrittsöffnung und konzentrisch um die zentrale
Austrittsöffnung angeordnete, im wesentlichen ringförmige Austrittsöffnungsbereiche.
Ferner betrifft die Erfindung einen Schachtofen, insbesondere einen Kupolofen, zur
Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metallegierungen, mit
einem Ofenschacht, der mit einem entsprechenden Einsatz befüllt ist bzw. andauernd
oder periodisch befüllt und aus dem bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen
wird, sowie mit einer Zuführeinrichtung, über die der Ofenschacht, insbesondere in
seinem unteren Bereich, mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff-haltigen Gasgemisch
versorgt wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens,
insbesondere eines Kupolofens, zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von
Gußeisen, und Metallegierungen, bei dem der Ofenschacht mit einem entsprechenden
Einsatz befüllt ist bzw. andauernd oder periodisch befüllt und bodenseitig die Gußei
senschmelze entnommen wird, wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem
unteren Bereich, Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch über mehrere im
wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Ofens angeordnete Anzahl n von
Brennern und/oder Sauerstofflanzen mit aufgesetzten Brennern zugeführt wird.
Ein gattungsgemäßer Brenner bzw. Hochgeschwindigkeitsbrenner mit einer zentralen
Austrittsöffnung, über die ein Gas(gemisch)strom mit Überschallgeschwindigkeit
austritt und zwei konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete ringförmige
Austrittsöffnungsbereiche, über die ein Sauerstoff-haltiger Strom und ein Brenngas
strom austreten, wobei die letzteren miteinander reagieren und einen, den über die
zentrale Austrittsöffnung austretenden Gas(gemisch)strom umgebenden Schutzstrom
bilden, ist aus der US-PS 5 814 125 bekannt.
Mit einem derartigen Brenner bzw. Hochgeschwindigkeitsbrenner ist es möglich, Gase
in eine Flüssigkeit einzutragen, ohne daß der Gasstrahl an der Flüssigkeitsoberfläche
teilweise reflektiert bzw. unmittelbar nach dem Eindringen in die Flüssigkeit
aufgefächert wird. Vielmehr kann ein deutlich tieferes Eindringen des Gasstrahles in
die Flüssigkeit - und damit eine bessere Verteilung des eingebrachten Gases in der
Flüssigkeit - erreicht werden. Dies wird dadurch erreichte, daß dem zentralen
Gasstrom, der in die Flüssigkeit eindringen soll, ein schützender Brenngasstrahl der
ein Auffächern des zentralen Gasstromes verhindert beigefügt wird. Zu diesem Zweck
wird einem der ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche vorzugsweise Sauerstoff oder
ein Sauerstoff-haltiger Strom und dem zweiten ringförmigen Austrittsöffnungsbereich
ein Brenngas zugeführt. Die beiden Fraktionen zünden unmittelbar nach Austritt aus
den Brenneröffnungen und bilden den schützenden Brennstrahl.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Brenner anzuge
ben, der - verglichen mit dem Brenner gemäß der US-PS 5 814 125 - zusätzliche
Einsatzmöglichkeiten bietet. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen
Schachtofen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens der gattungs
gemäßen Art anzugeben, der bzw. das weitere Einsatzmöglichkeiten bietet.
Der erfindungsgemäße Brenner ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei
ringförmige Austrittsöffnungsbereiche vorgesehen sind.
Der erfindungsgemäße Schachtofen zeichnet sich dadurch aus, daß die Zuführvor
richtungen als wenigstens ein erfindungsgemäßer Brenner und/oder als wenigstens
eine Sauerstofflanze mit wenigstens einem aufgesetzten erfindungsgemäßen Brenner
ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuführung mittels wenigstens eines erfindungsgemäßen
Brenners und/oder mittels wenigstens einer Sauerstofflanze mit wenigstens einem
aufgesetzten erfindungsgemäßen Brenner erfolgt.
Ein möglicher Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Brenners sowie eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines
Schachtofens ist dadurch gekennzeichnet, daß über die zentrale Austrittsöffnung sowie
die beiden nächstliegenden ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche Sauerstoff oder ein
Sauerstoff-haltiges Gasgemisch in den Ofen geführt wird, während über den äußersten
ringförmigen Austrittsöffnungsbereich Brenngas zugeführt wird. Diese Verfahrensweise
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine reduzierende Brennerumgebung
gewünscht wird, der erfindungsgemäße Brenner also beispielsweise bei einer sog.
Frischlanze zum Einsatz kommt.
Ein dazu alternatives Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens ist dadurch
gekennzeichnet, daß über den innersten ringförmigen Austrittsöffnungsbereich
Brenngas in den Ofen geführt wird, während Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges
Gasgemisch sowohl über die zentrale Austrittsöffnung als auch über die äußeren
ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche geführt wird. Diese Ausführungsform macht
insbesondere dann Sinn, wenn der Brenner bei einer sog. Kohlenmonoxid-Nachver
brennungslanze Verwendung findet.
Denkbar ist - gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs
gemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Schachtofens - ferner, Brenngas über
einen der zwischenliegenden ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche dem Ofen
zuzuführen, während Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch über die
zentrale Austrittsöffnung und die den zwischenliegenden ringförmigen Austrittsöff
nungsbereich einschließenden ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche geführt wird.
Das Resultat dieser Verfahrensweise ist eine neutrale Flamme, wie sie insbesondere
beim Schrotteinschmelzen gewünscht wird.
Neben diesen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Brenners - also zentrale
Austrittsöffnung sowie drei konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete
ringförmige Austrittsöffnungsbereiche - sind selbstverständlich auch Brennerkonstruk
tionen denkbar, bei denen mehr als drei im wesentlichen ringförmige Austrittsöffnungs
bereiche vorgesehen sind. Die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Zuführung von
unterschiedlichen Gasen sind bei derartigen Konstruktionen nahezu unbeschränkt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners ist dadurch gekennzeichnet,
daß die zentrale Austrittsöffnung und/oder wenigstens einer der ringförmigen
Austrittsöffnungsbereiche absperrbar ausgebildet sind.
Diese vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht es, daß mit ein- und derselben
Brennerkonstruktion Variationen hinsichtlich der Gasmengen, dem Durchmesser des
zentralen Gasstromes - des Kernstrahles - möglich sind.
Den erfindungsgemäßen Schachtofen weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der
Brenner und/oder die Sauerstofflanze, die wenigsten einen aufgesetzten Brenner
aufweist, dreh- und/oder verschiebbar angeordnet ist.
Mittels dieser Ausgestaltung kann beispielsweise der Winkel zwischen dem Brenner
bzw. der Sauerstofflanze und der Flüssigkeitsoberfläche verändert und so die
Eindringtiefe des Kernstrahles in die Flüssigkeit gesteuert werden. Ferner kann der
Eintrittspunkt, an dem der Kernstrahl in die Flüssigkeit eintritt, variiert werden.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die zentrale Austrittsöffnung und/oder die ring
förmigen Austrittsöffnungsbereiche des Brenners über separate Gasversorgungs
leitungen mit einer oder mehreren Gasquellen verbunden oder verbindbar sind.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schachtofens macht auch dann Sinn,
wenn die zentrale Austrittsöffnung und/oder eine bzw. einige der ringförmigen
Austrittsöffnungsbereiche aus der gleichen Gasquelle versorgt werden, da - gemäß
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schachtofens - in
diesen separaten Gasversorgungsleitungen Absperrventile und diese Absperrventile
umgehende Bypass-Leitungen vorgesehen sein können.
Mittels dieser Ausgestaltung kann die Gaszufuhr (zeitweilig) zu der zentralen
Austrittsöffnung und/oder einer bzw. einigen der ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche
unterbrochen werden, was die bereits oben erwähnten unterschiedlichen Verfahrens
weisen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt bei geschlossenen Absperrventilen eine Grundbeaufschlagung des Brenners
oder der Lanze mit einer Menge von 0,1 bis 0,5 der im Normalbetrieb dem Brenner
oder der Lanze zugeführten Gasmenge. Eine derartige Grundbeaufschlagung des
Brenners ist zu seinem Schutz sinnvoll. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Schachtofens zeichnet sich
dadurch aus, daß die Anzahl der Brenner n beträgt und maximal n-1 Brenner
zeitgleich beaufschlagt werden. Die Anzahl der zeitgleich beaufschlagten Brenner kann
dabei soweit reduziert werden, daß zu jeder Zeit nur jeweils ein Brenner beaufschlagt
wird.
Denkbar ist beispielsweise, daß die einzelnen Brenner bzw. Lanzen rundum der Reihe
nach beaufschlagt werden. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß die pro
Brenner oder Lanze eingetragene Gasmenge - verglichen mit der Verfahrensweise
einer gleichzeitigen Beaufschlagung aller Brenner oder Lanzen - höher gewählt
werden kann.
Auch können ausschließlich gegenüberliegende Brenner und/oder Lanzen oder zwei
bis drei nebeneinander angeordnete Brenner und/oder Lanzen zeitgleich beaufschlagt
werden. Neben den genannten Beispielen sind für den Fachmann selbstverständlich
eine Vielzahl weiterer Schaltungsmöglichkeiten denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens weiterbildend
wird vorgeschlagen, daß die Zuführung des Gases oder der Gase zu dem Brenner
gepulst erfolgt.
Erfolgt die Zuführung des bzw. der Gase mit den benötigten hohen Durchflußmengen
gepulst - bspw. mit einer Pulsdauer von 1 bis 10 s -, so kann die insgesamt pro
Stunde oder pro Tonne Schmelzleistung eingesetzte Gasmenge über die einstellbare
Pulsfrequenz geregelt werden.
In den Pulspausen kühlt die über die Windleitung relativ "weich" eingetragene
Luftmenge die Brenner- oder Lanzenzonen wieder ab. Mittels dieser Verfahrensweise
wird eine Überhitzung wirkungsvoll vermieden und gleichzeitig der dem Ofenschacht
zugeführte Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch in den Pulsphasen weit
in das Ofeninnere eingetragen.
Claims (14)
1. Brenner, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrenner, mit einer zentralen
Austrittsöffnung und konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete, im
wesentlichen ringförmige Austrittsöffnungsbereiche, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens drei ringförmige Austrittsöffnungsbereiche vorgesehen sind.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Austritts
öffnung und/oder wenigstens einer der ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche
absperrbar ausgebildet sind.
3. Schachtofen, insbesondere Kupolofen, zur Erzeugung von Metallen, insbesondere
von Gußeisen, und Metallegierungen, mit einem Ofenschacht, der mit einem
entsprechenden Einsatz befüllt ist bzw. andauernd oder periodisch befüllt und aus
dem bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen wird, sowie mit einer
Zuführeinrichtung, über die der Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren
Bereich, mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff-haltigen Gasgemisch versorgt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführvorrichtungen als wenigstens ein
Brenner entsprechend den vorherigen Ansprüchen und/oder als wenigstens eine
Sauerstofflanze mit wenigstens einem aufgesetzten Brenner entsprechend den
vorherigen Ansprüchen ausgebildet ist.
4. Schachtofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner
und/oder die Sauerstofflanze dreh- und/oder verschiebbar angeordnet ist.
5. Schachtofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale
Austrittsöffnung und/oder die ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche des Brenners
über separate Gasversorgungsleitungen mit einer oder mehreren Gasquellen
verbunden oder verbindbar sind.
6. Schachtofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den separaten
Gasversorgungsleitungen jeweils wenigstens ein Absperrventil sowie diese
Absperrventile umgehende Bypass-Leitungen angeordnet sind.
7. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, zur
Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metallegierungen, bei
dem der Ofenschacht mit einem entsprechenden Einsatz befüllt ist bzw.
andauernd oder periodisch befüllt und bodenseitig die Gußeisenschmelze
entnommen wird, wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren
Bereich, Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch über mehrere im
wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Ofens angeordnete Anzahl n von
Brennern und/oder Sauerstofflanzen mit aufgesetzten Brennern zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung mittels wenigstens eines Brenners
entsprechend den vorherigen Ansprüchen und/oder mittels wenigstens einer
Sauerstofflanze mit wenigstens einem aufgesetzten Brenner entsprechend den
vorherigen Ansprüchen erfolgt.
8. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch über die
zentrale Austrittsöffnung und über die beiden nächstliegenden ringförmigen
Austrittsöffnungsbereiche und Brenngas über den äußersten ringförmigen
Austrittsöffnungsbereich geführt wird.
9. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß Brenngas über den innersten ringförmigen Austrittsöffnungs
bereich und Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch über die zentrale
Austrittsöffnung und die äußeren ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche geführt
wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß Brenngas über einen der zwischenliegenden ringförmigen
Austrittsöffnungsbereiche und Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch
über die zentrale Austrittsöffnung und die den zwischenliegenden ringförmigen
Austrittsöffnungsbereich einschließenden ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche
geführt wird.
11. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Brenner und/oder Lanzen n beträgt
und maximal n-1 Brenner und/oder Lanzen zeitgleich beaufschlagt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Zeit nur
jeweils ein Brenner oder eine Lanze beaufschlagt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuführung des Gases oder der Gase zu dem Brenner oder der Lanze gepulst
erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Gasversorgung des
oder der Brenner über separate Gasversorgungsleitungen erfolgt und jeweils
wenigstens ein Absperrventil sowie eine dieses Absperrventil umgehende Bypass-
Leitung in den Gasversorgungsleitungen vorgesehen sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei geschlossenem Absperrventil eine Grundbeaufschlagung des
Brenners oder der Lanze mit einer Menge von 0,1 bis 0,5 der im Normalbetrieb
dem Brenner bzw. der Lanze zugeführten Gasmenge erfolgt.
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