DE202005002821U1

DE202005002821U1 - Schacht-Schmelz-Ofen

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Publication number: DE202005002821U1
Application number: DE200520002821
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2015-02-23

Abstract

Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen für das Zuführen von Gasen, Dämpfen, Stäuben, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien beim Schmelzen von mineralischen und/oder metallischen Einsatzstoffen mit anorganischen und/oder organischen Begleitmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Treibdüsensysteme nicht kompakt ausgebildet sind,
– die Treibdüsensysteme aus Gasstrahlmischer (7) mit Saugseite (8), Mischdüse (9), Anschlussflansch (10), Treibdüse(19) sowie einer Schlauchverbindung (11), einem Anschlussflansch (12), einem Bogen (13) mit Rohrstutzen (17) und einem Ausströmrohr (14) bestehen,
– die Treibdüsensysteme über Verbindungselemente zum einen an der Schmelz- und Überhitzungszone (1) mit dem Aufnahmeflansch (3) und zum anderen mit dem Windring (2) des Schacht-Schmelz-Ofens verbunden sind,
– die Treibdüse (19) mit einer Treibgasversorgung verbunden ist,
– die Lanze (18) durch eine Verschraubung gasdicht am Rohrstutzen (17) befestigt ist und mit einem Förderorgan für Gase, Dämpfe, Stäube, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen für das Zuführen von Gasen, Dämpfen, Stäuben, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien beim Schmelzen von mineralischen und/oder metallischen Einsatzstoffen mit anorganischen und/oder organischen Begleitmaterialien.
Aus dem Stand der Technik ist durch DE 44 22 649 C2 ein Treibdüsensystem für eine Einrichtung zum Schmelzen von eisenmetallischen Werkstoffen in einem koksbeheizten Kupolofen bekannt, bei dem gleichmäßig über den Ofenumfang verteilt, durch den Ofenmantel und das Feuerfestmaterial waagerecht oder zum Herd des Ofens geneigt und zentrisch oder tangential zur Ofenachse mehrere Treibdüsenbrenner mit einem Düsenüberstand von mindestens 10 mm angeordnet sind, die aus jeweils einem wassergekühlten Mündungsstück, aus einem wassergekühlten Ejektor-Mittelstück sowie aus einem Kopfstück mit zentrisch geführter Treibdüse in Kompaktbauweise bestehen. Dieses Düsensystem wird zur Förderung von Ofengas und Sauerstoff genutzt.
Durch diese Dreiteilung ist ein einfaches Austauschen des Mündungsstückes während des Schmelzprozesses möglich, und es kann einfach eine technologisch notwendige Säuberung eventuell verschlackter Düsenmündungen vorgenommen werden.
Vorteilhaft ist, dass bestehende Schacht-Schmelz-Öfen, wie zum Beispiel Kupolofenanlagen mit klassischer Kalt- oder Heißwindversorgung über Winddüsen, leicht mit diesen Treibdüsensystemen nachgerüstet werden können. Das Kopfstück wird dazu über Rohrleitungen mit der Umgebungsatmosphäre, der Heiß- oder Kaltwindversorgung des Schacht-Schmelz-Ofens oder seinem Ofenschacht verbunden.
Nachteilig ist dabei aber die kompakte Bauweise des Treibdüsensystems, die unter realen Produktionsbedingungen bei der notwendigen, verfahrenstechnischen Anpassung an die vorhandene Anlagentechnik sehr oft zu einem erhöhten Planungs- und Materialaufwand und somit zu einem höheren Kostenaufwand führt.
Aus DE 195 36 932 C2 ist ein Verfahren zum Schmelzen von metallischen und/oder nichtmetallischen Materialien, wie von eisenmetallischen Werkstoffen und/oder Schlacken, mit luftüberschreitenden Sauerstoffgehalten des Verbrennungswindes in einem Kupolofen bekannt, bei dem im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone durch die gleichzeitige Zufuhr einer Sauerstoffmenge und einer Luftmenge ein Sauerstoff-Luft-Verbrennungsgemisch mit einem Sauerstoffgehalt von 21% bis unter 100% in frei wählbaren Grenzen gebildet wird.
Die Luft- und Sauerstoffmengen werden durch einen oder mehrere Gasstrahlverdichter mit Sauerstofftreibdüse, welche direkt mit Rohrleitungen mit steuer- oder regelbaren Rohrverschlüssen und Messgliedern zur Volumenstrombestimmung verbunden sind, realisiert.
Nachteilig ist, dass die eingesetzten Gasstrahlverdichter mit Sauerstoff- oder Presslufttreibdüse nur mit Luft aus einer Heißwinderzeugungsanlage oder Luft aus der Umgebungsatmosphäre arbeiten und nicht für die partielle Zufuhr von weiteren Gasen, Dämpfen, Stäuben, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien vorgesehen sind.
Das Problem der Erfindung besteht deshalb darin, einen Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen zum Zuführen von Gasen, Dämpfen, Stäuben oder Flüssigkeiten sowie von beliebigen Kombinationen dieser Materialien in Schachtschmelzöfen vorzuschlagen, der den unter realen Produktionsbedingungen für die notwendigen Anpassungen an die vorhandene Anlagentechnik im verfahrenstechnisch nötigen Maß notwendigen Planungs- und Materialaufwand und Kostenaufwand minimiert und der neben dem Einsatz von Sauerstoff, Pressluft, Luft aus einer Heißwinderzeugungsanlage oder Luft aus der Umgebungsatmosphäre alternativ die partielle Zufuhr von weiteren Gasen, Dämpfen, Stäuben, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien ermöglicht.
Die Lösung des vorhandenen Problems besteht in einer Anlage mit den Merkmalen der Schutzansprüche 1 bis 5.
Der erfindungsgemäße Schacht-Schmelz-Ofen mit nichtkompakt aufgebauten Treibdüsensystemen hat die Vorteile, dass bedarfsabhängig dem Verbrennungsmittel partiell weitere Gase, Dämpfe, Stäube oder Flüssigkeiten sowie beliebige Kombinationen dieser Materialien technisch einfach hinzugefügt werden können. Vorteilhafterweise wird dadurch die verfahrenstechnische Flexibilität des Schacht-Schmelz-Ofens gesteigert.
Weiter vorteilhaft ist, dass durch den gezielten partiellen Einsatz von gas- oder staubförmigen, flüssigen oder festen Energieträgern die in der Schmelz- und Überhitzungszone ablaufenden, für den Gesamtprozess entscheidenden, metallurgischen Umsatzreaktionen durch das Schmelzpersonal direkt beeinflussbar sind und die Verfahrenssicherheit insgesamt erhöht wird. Ebenfalls von Vorteil ist die nichtkompakte Bauweise der eingesetzten Treibdüsensysteme, die unter realen Produktionsbedingungen den für die notwendigen, verfahrenstechnischen Anpassungen an die vorhandene Anlagentechnik notwendigen Planungs- und Materialaufwand minimiert und somit den Kostenaufwand reduziert.
Der Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen für das Zuführen von Gasen, Dämpfen, Stäuben, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien beim Schmelzen von mineralischen und/oder metallischen Einsatzstoffen mit anorganischen und/oder organischen Begleitmaterialien soll am Beispiel des Zuführens von Sauerstoff, Heißwind und von kohlenwasserstoffhaltigen Pyrolyseölen näher beschrieben werden.
Die zugehörige Zeichnung zeigt die Schmelz- und Überhitzungszone (1) eines Schacht-Schmelz-Ofens mit Windring (2) und mit zwei nichtkompakt aufgebauten Treibdüsensystemen, bestehend Gasstrahlmischer (7) mit Saugseite (8), Mischdüse (9), Anschlussflansch (10) und Treibdüse (19), auf den Seiten (A) und (B) im Halbschnitt.
Das im Herd und im Schacht des Schacht-Schmelz-Ofens eingebrachte Feuerfestmaterial ist nicht dargestellt.
Die Aufnahmeflansche (3) zeigen auf der Seite (A) eine Konstruktionsvariante zur Aufnahme von wassergekühlten Kupferdüsen großer Bauart (4) und auf der Seite (B) eine Konstruktions variante zur Aufnahme von wassergekühlten Kupferdüsen kleiner Bauart (5).
Die beiden nichtkompakt aufgebauten Treibdüsensysteme sind über Verbindungselemente zum einen an der Schmelz- und Überhitzungszone (1) mit dem Aufnahmeflansch (3) und zum anderen mit dem Windring (2) des Schacht-Schmelz-Ofens verbunden. Die Treibdüse (19) ist mit einer nicht dargestellten Treibgasversorgung verbunden.
Am Windring (2) sind je Treibdüsensystem ein Rohrstutzen (6) mit Anschlussflansch installiert, an dem unmittelbar die Saugseiten (8) der Gasstrahlmischer (7) angeflanscht werden.
Die Mischdüsen (9) der Treibdüsensysteme enden mit einem Anschlussflansch (10). Hier schließen die Schlauchverbindungen (11) an, die einerseits die Verbindung mit dem Anschlussflansch (12) des Bogens (13) des Ausströmrohres (14) herstellen und andererseits gleichzeitig einen Kompensator darstellen.
Diese Schlauchverbindung (11) kann bei Bedarf alternativ durch nicht dargestellte Rohrleitungen mit einem nicht dargestellten Kompensator ersetzt werden.
Das Ausströmrohr (14) kann alternativ, wie auf Seite (B) dargestellt, als wassergekühlte Kupferdüse kleiner Bauart (5) ausgeführt sein.
Die Aufnahmeflansche (20), die, auf Seite (A) über ein weiteres Element (15) und auf Seite (B) direkt mit den Aufnahmeflanschen (3) verbunden sind, werden gasdicht mit dem Bogen (13) und dem Ausströmrohr (14) oder mit der wassergekühlten Kupferdüse kleiner Bauart (5) verbunden.
Wie auf Seite (A) dargestellt, wird bei Einsatz wassergekühlter Kupferdüsen großer Bauart (4) alternativ der Aufnahmeflansch (3) mit einem kegelstumpfartigen Bauteil (15) mit Aufnahmeflansche (20), mit Schauloch (16) und weiteren nicht dargestellten Luftöffnungen komplettiert.
Am Bogen (13) ist ein Rohrstutzen (17) zur Aufnahme der Lanze (18) zur Zuführung von Gasen, Dämpfen, Stäuben, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien angebracht. Die Lanze (18) wird durch eine nicht dargestellte Verschrau bung gasdicht am Rohrstutzen (17) befestigt und mit einem ebenfalls nicht dargestellten Förderorgan verbunden.
In der Zeichnung nicht dargestellt, kann alternativ die Anordnung der Treibdüsensysteme, bestehend aus Gasstrahlmischer (7) mit Saugseite (8), Mischdüse (9), Anschlussflansch (10) und Treibdüse (19), direkt mit dem Aufnahmeflanschen (20) verbunden werden. Die Verbindung mit dem Windring (2) des Schacht-Schmelz-Ofens wird dann über eine Kombination von Rohrleitungen, Schlauchleitungen oder Kompensatoren, ausgehend von der Saugseite (8) des Gasstrahlmischers (7) mit dem Rohrstutzen (6) am Windring (2) realisiert.
Diese Verbindung kann wiederum alternativ auch mit einer bestehenden, nicht dargestellten Windleitung am Schacht-Schmelz-Ofen erfolgen.
Am Beispiel eines Kaltwind-Kupolofens soll die Wirkung der erfindungsgemäßen nichtkompakt ausgeführten Treibdüsensysteme beschrieben werden. Die Treibdüse (19) des Gasstrahlmischers (7) ist direkt am Windring (2) des Schacht-Schmelz-Ofens installiert und wird mit 170 Nm³/h Sauerstoff (10 bar abs.) betrieben. Aus dem Windring (2) wird über den Rohrstutzen (6) und die Saugseite (8) des Gasstrahlmischers (7)500 Nm³/h Luft mit ca. 20 °C angesaugt. Über die Lanze (18), die über den Bogen (13) direkt mit einer wassergekühlten Cu-Düse kleiner Bauart (5) verbunden ist und in die Schmelz- und Überhitzungszone ragt, werden 15 kg/h Staub zugeführt.
Durch die realisierte Sauerstoffkonzentration von 40,9% im der Schmelz- und Überhitzungszone zugeführten Mischgas werden die wärmeerzeugenden Umsätze mit dem Kokskohlenstoff verstärkt, und die Staubzufuhr wirkt sich auch im kontinuierlichen Dauerbetrieb nicht nachteilig auf das Schmelzverhalten aus. Vorteilhaft ist weiter, dass die nichtkompakte Bauweise des Treibdüsensystems eine flexible und somit kostengünstige Anpassung an die gegebenen baulichen Verhältnisse des Schmelzbetriebes erlaubt.

1: Schmelz- und Überhitzungszone
2: Windring
3: Aufnahmeflansch
4: wassergekühlte Kupferdüse großer Bauart
5: wassergekühlte Kupferdüse kleiner Bauart
6: Rohrstutzen
7: Gasstrahlmischer
8: Saugseite
9: Mischdüse
10: Anschlussflansch
11: Schlauchverbindungen / Kompensator
12: Anschlussflansch
13: Bogen
14: Ausströmrohr
15: kegelstumpfartiges Bauteil
16: Schauloch
17: Rohrstutzen
18: Lanze
19: Treibdüse
20: Aufnahmeflansch

Claims

Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen für das Zuführen von Gasen, Dämpfen, Stäuben, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien beim Schmelzen von mineralischen und/oder metallischen Einsatzstoffen mit anorganischen und/oder organischen Begleitmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass – die Treibdüsensysteme nicht kompakt ausgebildet sind, – die Treibdüsensysteme aus Gasstrahlmischer (7) mit Saugseite (8), Mischdüse (9), Anschlussflansch (10), Treibdüse(19) sowie einer Schlauchverbindung (11), einem Anschlussflansch (12), einem Bogen (13) mit Rohrstutzen (17) und einem Ausströmrohr (14) bestehen, – die Treibdüsensysteme über Verbindungselemente zum einen an der Schmelz- und Überhitzungszone (1) mit dem Aufnahmeflansch (3) und zum anderen mit dem Windring (2) des Schacht-Schmelz-Ofens verbunden sind, – die Treibdüse (19) mit einer Treibgasversorgung verbunden ist, – die Lanze (18) durch eine Verschraubung gasdicht am Rohrstutzen (17) befestigt ist und mit einem Förderorgan für Gase, Dämpfe, Stäube, Flüssigkeiten oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien verbunden ist.
Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlauchverbindung (11) als Rohrleitung mit einem Kompensator ausgeführt wird.
Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmrohr (14) als wassergekühlte Kupferdüse kleiner Bauart (5) ausgeführt ist.
Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdüsensysteme, bestehend aus Gasstrahlmischer (7) mit Saugseite (8), Mischdüse (9), Anschlussflansch (10) und Treibdüse(19), direkt mit dem Aufnahmeflanschen (20) verbunden werden und ausgehend von der Saugseite (8) des Gasstrahlmischers (7) die Verbindung mit dem Windring (2) des Schacht-Schmelz-Ofens über eine Kombination von Rohrleitungen, Schlauchleitungen oder Kompensatoren erfolgt.
Schacht-Schmelz-Ofen mit Treibdüsensystemen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite (8) des Gasstrahlmischers (7) direkt mit der Windleitung des Schacht-Schmelz-Ofens verbunden ist.