DE2049394A1 - Kaltwind Kupolofen - Google Patents

Description

Dipl.-ing. WILFRID RAECK PATENTANWALT 20A 9394

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

7. Oktober I970 / F - P 27 -

Riccardo PORMENTI,

Via Monte Grappa, GALLIATE, Italien

Kaltwind-Kupolofen

Die Erfindung bezieht sioh auf Kaltwind-Kupolofen und betrifft im besonderen Verbesserungen bei der Rückgewinnung von Abwärme aus Gichtgasen sowie bei der metallurgischen Einstellung des Kohlenstoffgehaltes von in Kupolofen erzeugtem Gußeisen.

Obwohl Kupolofen zum Einschmelzen und Mischen von Roheisen weit verbreitet sind, besitzen sie dennoch einen niedrigen thermischen Wirkungsgrad, der in der Größenordnung zwischen yj % bis 40 % liegt. Die wesentlichsten Nachteile beim Betrieb eines Kupolofens ergeben sich durch den Verlust fühlbarer Wärme in den aus der Gicht entweichenden Gasen bzw. Dämpfen, durch den Verlust latenter Wärme aufgrund des hohen Prozentsatzes des in den Abgasen enthaltenen Kohlenmonoxyds, durch die Oxydation des im Rohelsen enthaltenen Kohlenstoffes und

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der dadurch beeinträchtigten physikalisch-chemischen Eigenschaften des Gußeisens, sowie durch die Oxydation anderer Bestandteile der Roheisenschmelze und im Fall von beabsichtigten speziellen Zusätzen zur Charge durch eine Schwächung des Einflusses solcher Zusätze.

Um diese Nachteile zu beseitigen, sind bisher wenig Vorschläge und vor allem wenig Erfolge bekanntgeworden. So ist es bei sog. Heißwind-Kupolofen üblich, Luft vor dem Eintritt in den Ofen durch die BlasdUsen auf eine hohe Temperatur aufzuheizen. Die damit unter qualitativen und quantitativen Gesichtspunkten erzielten Vorteile wie höhere Qualität des hergestellten Roheisens sowie höherere Temperaturen der Roheisenschmelze bzw. höherestundenleistung und gerihge-

da— rer Koksverbrauch, werden teilweise wieder aurch aufgehoben, daß es einer an Investition und Wartung kostspieligen Einrichtung bedarf und darüber hinaus Zusatzgeräte zur Vorbeheizung der Blasluft mit einer Erhöhung des Brennstoffverbrauches erforderlich werden.

Um die Temperatur der Schmelze sowie den Nutzungsgrad des verwendeten Koks zu erhöhen (um am Ofenauslaß eine größtmögliche Menge von Kohlendioxyd zu erhalten), hat man die Anreicherung der Blasluft mit Sauerstoff vorgeschlagen, wobei die dabei erzielten Ergebnisse mit denen von Heißwind-Kupolöfen vergleichbar sind, jedoch mit dem weiteren Nachteil, daß durch die übertriebene Oxydation des Schmelzbades die Schmelze zuweit entkohlt wird.

Zur Rückgewinnung der in den Abgasen enthaltenen fühlbaren und latenten Wärme sind Wärmetauscheranlagen bekannt geworden, in denen die Abgase im Gegenstrom einen Teil der fühlbaren WärTne an den Blaswind abgeben. Zur Rückgewinnung von latenter Wärme sind Einrichtungen bekannt, bei denen das in den Abgasen

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enthaltene Kohlenmonoxyd entweder unabhängig oder mit Hilfe eines Zusatzbrenners zu Kohlendioxyd verbrannt wird, wobei die dabei erzeugte Wärme entweder direkt oder indirekt dem Blaswind übertragen wird. Diese bekannten Vorschläge erfordern jedoch durchweg Einrichtungen, die außerhalb des Kupolofens angeordnet werden, um die kalte Blasluft vor der Beaufschlagung der Blasdüsen aufzuheizen.

Die ältere italienische Patentschrift 7J51 4lj5 des Anmelders bezieht sich auf einen Kupolofen mit automatischer Wärmerückgewinnung und der Möglichkeit der Einstellung des Gangs des Ofens unter Berücksichtigung der metallurgischen Ergebnisse, bei dem die eintretende Luft mit Hilfe eines geeigneten Wärmetauschers vorbeheizt wird, und zwar auf Kosten der von den Ofenwandungen oberhalb der Beschickungsöffnung abgeleiteten fühlbaren Wärme, wobei ein Anteil der Abgase der Luft zugemischt werden kann, so daß die fühlbare Wärme der Abgase auf die Luft übertragen wird, bis die Temperaturen der Abgase und der Luft einen gemeinsamen Arbeitswert erreichen. Auf diese Weise wird die den Blasdüsen zugeführte Luft vorbeheizt, ohne dadurch den Wirkungsgrad des Kupolofens in der Gesamtwärmebilanz zu beeinträchtigen.

Die Erfindung geht von den gleichen grundliegenden Ideen wie die vorgenannten ital. Patentschrift aus, verbessert diese und beseitigt eine Anzahl weiterer Nachteile, die im Aufbau und im Betrieb von Kaltwind- und auch von Heißwind-Kupolöfen festgestellt worden sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß viele bei Kupolofen anwendbare Verbesserungen zu beträchtlichen Änderungen an bestehenden Einrichtungen führen würden, so daß in der Mehrzahl der Fälle die Kosten solcher Verbesserungen nicht von den tatsächlich erreichbaren wirtschaftlichen Vorteilen in einem übersehbaren Zeitraum ausgeglichen v.'erden und solche Verbesserungen sich im übrigen auch nicht von selbst zur Anwendung bei bestehenden Einrichtungen eignen.

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Andererseits sind die aus dem Schornstein oder aus der Gicht des Kupolofens austretenden Abgase mit Pestkörpern beladen, bestehend aus Asche und unverbrannten Teilen, die abgesehen von dem Problem der Luftverschmutzung zu Verstopfungen und zu Korrosion in Ventilen und Zusatzgeräten beitragen, falls die Abgase ganz oder teilweise der Blasluft zugemischt werden. Schließlich ergeben sich nicht rückgewinnbare Verluste durch den gesamten Überbau des Kupolofens.

Ein anderes Problem, das wegen der beschränkten Arbeits- und Änderungsmöglichkeiten an vorhandenen Installationen überhaupt noch nicht berücksichtigt worden ist, besteht darin, daß in der Praxis die optimale Temperatur der Blasluft von dem in dem Kupolofen zu verarbeitenden Material abhängig ist, d.h. von dem Roheisen, von der Koksart, von den gewünschten Zusammensetzungen wie Kohlenstoffgehalt u.dgl. für das herzustellende Gußeisen und von dem chemischen (sauren oder basischen) Verhalten der Schachtauskleidung usw.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Kupolofen, dessen Querschnitt größer als derjenige der Beschickungsöffnung ist und der von der herkömmlichen Bauart heutzutage bestehender Kupolofen ausgeht.
Der erfindungsgemäße Kupolofen ist in der Lage,

a) den in den zum Abzug bzw. Schornstein strömenden Abgasen enthaltenen Staubanteil herabzusetzen oder auszuscheiden,

b) die staubfreien Abgase regelbar abzuziehen und der dem Ofen zugeführten Blasluft zuzumischen,

c) die Blasluft regelbar über einen Wärmeaustausch mit den Außenwandungen des Ofens oberhalb der Beschickungsöffnung ganz oder teilweise vorzuheizen.

Das Zusammenwirken der vorstehend aufgeführten Merkmale ergibt die Möglichkeit, sowohl die Temperatur als auch die Oxydationskraft des Blaswindes feinfühlig zu regeln und gleich

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zeitig die Abgase des Kupolofens von Verunreinigungen zu befreien. Die Erfindung ermöglicht somit,

1) die Oxydation des Roheisens zu verhindern,

2) den Kohlenstoffgehalt des Roheisens entweder unverändert zu lassen oder zu erhöhen,

j5) die Einsparung von Koks bzw. dessen wirtschaftliche Ausnutzung zu erreichen.,

4) höhere Schmelztemperaturen zu erreichen und

5) durch die verringerung der Oxydation von Eisen, Silizium und Mangan den Schmelzverlust zu verringern.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. I eine schematische Seitenansicht eines Kupolofens nach der Erfindung,

Fig. 2 einen senkrechten Axialquerschnitt des oberen Abschnittes des Kupolofens nach Fig. 1,

Fig. j5 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV nach Fig. und 7,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 2 und 7,

Fig. 6 in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 1 eine abgeänderte AusfUhrungsform eines Kupolofens nach der Erfindung,

Fig. 7 in gleicher Darstellung wie in Fig. 2 den Kupolofen entsprechend der AusfUhrungsform nach Fig. und

Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

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Beim AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 1 bis 5 enthält der Oberteil eines Kupolofens einen äußeren Blechmantel 1, der einen Abzugskanal 2 umschließt, welcher an der Oberseite durch eine Querwand 3 geschlossen ist. Seitlich in dem Abzugskanal 2 befindet sich eine öffnung 7, durch Vielehe die Rauchgase in eine Strömung gezwungen werden, bei der sie die Querwand 2 bestreichen und in einen spiraligen Weg mit sich vergrößernder Querschnittsfläche gelangen, der durch geneigte Platten 4, 5 und 6 zwischen dem Mantel 1 und der Außenfläche des Rauchgaszuges 2 gebildet ist. Dabei treffen die Rauchgase auf eine Spiralwand 29 und eine Prallplatte 40 (Fig. 4 und 5).

In dem Mantel 1 ist eine Auslaßöffnung 8 für Asche, Schrott und Staubteile vorgesehen, die in dem durch die vorgenannten geneigten Platten gebildeten Zykloskanal abgeschieden worden sind. An die öffnung 8 schließt sich ein Auslaßrohr 20 an, dessen unteres Ende durch eine Platte 21 mit einem einstellbaren Gegengewicht verschlossen ist, um sich bei einem vorbestimmten Gewicht des abgeschiedenen Materials automatisch zu öffnen. Die Platte 21 ist auch von Hand betätigbar. Aus den öffnungen j51, J2 fallen Staub und andere im ersten und letzten Abschnitt des Zyklons abgetrennte Teile auf die geneigte Platte 4, die sich gegebenenfalls schon vorher auf den geneigten Platten 5 und 6 abgelagert haben.

Aus dem Spiralgehäuse werden die von Staub befreiten Gase durch die öffnung 9 in eine Austrittskammer 50 abgegeben, von der sie durch den natürlichen Zug über die öffnung 12 einem Auslaß 38 zuströmen. In der Kammer 50 mündet an einer. Saugöffnung 10 eine Rohrleitung 14, die an ein Gebläse 35 angeschlossen ist. Die Rohrleitung 14 enthält eine über einen Hebel 16 verstellbare Drosselklappe 19 zur Regelung der über die öffnung 10 abgezogenen Abgasmenge für die Zumischung zu

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der aus der Atmosphäre durch einen Einlaß 11 angesaugten Frischluft, die über einen Stutzen 51 (Fig. 4) ebenfalls in die Leitung 14 gelangt. Der Einlaß 11 steht mit einem im Querschnitt etwa kreisringförmigen Ringkanal 23 in Verbindung, von dem andrerseits auch über einai Verteilerkanal 17 eine Luftvorheizkammer 26 beaufschlagt wird, die aus einem Mantelkanal zwischen den Kammerwandungen 27 und gebildet wird und über eine untere Verteilerleitung 37, eine öffnung 13, eine Rohrleitung 25 und eine einstellbare Misch- und Drosselklappe 15 an die Saugseite des Gehäuses 35 angeschlossen ist.

Die Mischklappe 15 wird über einen Hebel 18 gesteuert. In den Mantelkanal 26 sind Führungsrippen 30 zur Förderung des Wärmeaustausches- vorgesehen. Der Mantelkanal 26 ist am Boden durch einen Ring 39 verschlossen, der außerdem die Aufgabe hat, die Verbindung des soweit beschriebenen Aufbaues mit seinem üblichen Kupolofen herzustellen. Die Relativlagen der Beschickungsöffnung 24 des Kupolofens 22 und des Ringes bzw. Anschlußflansches 39 sind in Fig. 1 erkennbar.

Die Saugkraft des Gebläses 35 wird über ein Hauptventil geregelt, das durch einen Hebel 33 einstellbar ist. Über das Gebläse 35 wird Frischluft oder eine aus Frischluft und Abgas bestehende Mischung durch die Leitung 36 (Fig. l) in den Windkasten 52 des Kupolofens 22 geblasen. Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Beaufschlagung des Windkastens 52 auf folgende Art und Weise stattfinden kann:

1. Bei alleiniger Zuführung von kalter Blasluft wird die Drosselklappe 19 so gestellt, daß die Gaszufuhr über die Leitung 14 von der öffnung 10 her geschlossen ist, während das Ventil 15 sich in einer Stellung befindet, bei der auch die Zufuhr vorbeheizter Luft durch öffnung 13 und Rohrleitung 25 abgespenfc ist.

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2. Zur Zuführung von kalter Blasluft, die mit gereinigten Abgasen vermischt ist, bleibt das Ventil 15 in der gleichen Stellung wie zuvor, während die Drosselklappe 19 geöffnet wird und durch seine Einstellung das Mischungsverhältnis zwischen kalter Luft und Abgasen festlegt.

3. Zur Zuführung vorbeheizter Blasluft, die mit kalter Frischluft sowie mit Abgasen vermischt ist, wird auch noch das Ventil 15 geöffnet, wobei die Relativstellungen der Ventile bzw. Drosselklappen 15 und 19 die Mischungsverhältnisse zwischen vorbeheizter Luft, kalter Luft und Abgasen an der Saugseite des Gebläses 55 regeln.

Somit ergibt sich die Vielseitigkeit in der Anwendung und die Zuverlässigkeit des Ganges des Kupolofens nach der Erfindung. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die mit Staub beladenen Abgase, vermischt mit Schrotteilchen und dergleichen, an die Oberseite des Abzugkanals bis an das Prallblech 3 gelangen, durch die öffnung 7 austreten und auf einen Weg durch das Spiralgehäuse gezwungen werden, so daß sie erst nach mehrfacher Umlenkung aus der oberen öffnung 9 des letzten Abschnittes dieses Gehäuses in die Auslaßkammer 5C austreten. In diesem Fall werden die Gase unter der Wirkung des natürlichen Zuges und des aus dem Inneren des Kupolofens stammenden Druckes abgeblasen.

Wenn die gereinigten Abgase über die Einlaßöffnung 10 angesaugt werden, entsteht eine Wirbelbewegung der Gase innerhalb des Systems, wobei die Staubteile durch die Zentrifugalkraft ausgetragen werden und nach unten fallen.

Die natürliche Funktion der Austrittsöffnung 12 des inneren Kanals 12 zur Abführung der Gase ist in dem Sinne umkehrbar, daß bei Überschreitung der Saugkraft des Gebläses über den Wort, mit dem sich die Abgas«; ansäuern lassen, atni(\'-phMrj sehe

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Luft über die Austrittsöffnung 12angesaugt wird, um das für die Leistung des Gebläses erforderliche Gleichgewicht zwischen Luft und Gas wieder einzustellen.

Daraus ergibt sich bei Anwendung eines geeigneten Gebläses die Möglichkeit, sowohl die absolute Windmenge als auch die Zumischung von Luft und Gas zu regeln. Die Ventile für die Regelung des Gases allein oder der Luft allein können als Zusatzgeräte angesehen werden, um eine feinfühlige Einstellung des erwünschten Mischungsverhältnisses zu erzielen. Das an der Ansaugseite mit einer Hauptdrosselklappe y\ für die Mengenregelung ausgerüstete Gebläse kann daher so ausgelegt sein, daß es sowohl die Quantität als auch die Qualität von Luft oder einer Gas-Luft-Misehung in den erforderlichen Werten liefert, so daß es in diesem Falle gleichzeitig ein Antriebsgerät mit veränderlicher Leistung und ein Regelgerät für metallurgische Wirkungen darstellt.

Entsprechend Fig. 6 bis 8 im Zusammenhang mit Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupolofens gezeigt, bei der die Zusatzeinrichtung für die Luftvorbeheizung, d.h. der Mantelkanal 26 weggelassen ist und somit eine Vorrichtung zur Beaufschlagung des Kupolofens mit Kaltwind bildet.

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Claims (7)

Dipl.-ing. WILFRID RAECK 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711} S44003 JO Riccardo PORMENTI, Galliate / Italien 7. Oktober I97O / F - F 27 - Patentansprüche

1. Kaitwind-Kupolofen, gekennzeichnet durch einen oberhalb der Beschickungsöffnung (24) angeordneten Rauchgas-Abzugkanal (2), der innerhalb und koaxial zu einem äußeren Mantel (1) des Kupolofens angeordnet ist, durch eine aus quer zwischen dem Mantel und dem Abzugkanal geneigt angeordneten Platten (²J-J b> 6) gebildete spiralförmige Staubabscheidekammer, die über eine seitliche öffnung (7) des Abzugkanals (2) beaufschlagt und mit einem von ihrem Boden ausgehenden Entnahmerohr (20) für durch Zentrifugalkraft abgeschiedene Feststoffe versehen ist, sowie durch eine stromab hinter der Abscheidekammer angeordnete Rauchgas-Ansaugöffnung (10), die derart an die Saugseite eines Frischluft zur Beaufschlagung der Winddüsen fördernden Gebläses (35) angeschlossen ist, daß die Mischung von gereinigten Rauchgasen und Frischluft stromauf vor dem Gebläse stattfindet.

2. Kupolofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzugkanal (2) stromab hinter der Abscheidekammer (4, 5* 6) an eine die Rauchgase durch natürlichen Zug an die Atmosphäre abgebende Auslaßkammer (50) angeschlossen ist, in der sich außerdem die Ansaugöffnung (10) für das gereinigte Abgas befindet.

3. Kupolofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem an die Ansaugöffnung (10) angeschlossenen Ansaugkanal (14) für gereinigte Abgase ein einstellbares Absperrventil (19)

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zur Regelung der angesaugten Abgas- und/oder Frischluftmengen sowie zur Bemessung des Ansaugverhältnisses von Frischluft zu Abgas vorgesehen ist, und daß an der Saugseite des Gebläses ein Hauptregelventil (34) vorgesehen •ist.

4. Kupolofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der Abscheidekammer (4, 5, 6) und stromab hinter der Beschickungsöffnung (24) ein Mantelkanal (26) vorgesehen ist, in dem atmosphärische Luft in Wärmeaustauschbeziehung zur inneren Ofenwandung geführt ist und der über eine Rohrleitung (25) an die Saugseite des Gebläses unter Zwischenschaltung eines Absperrventils (15) angeschlossen ist.

5. Kupolofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb der Beschickungsöffnung (24) befindliche Ofenabschnitt, der wenigstens die Staubabscheidekammer (4, 5, 6) und die ZufUhrungseinrichtungen zum Gebläse (55) enthält, eine zusammengehörende Baueinheit bildet, die am Ofengerüst als Ganzes befestigbar ist.

6. Kupolofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit auch den Mantelkanal (26) zur Vorbeheizung von Frischluft enthält.

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