DE2109153A1 - Verfahren zur Herstellung von Stahl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Patentanwälte '43 Essen, den 25. Februar 1971

Dr. Andrejewski · (36 411/Tn)

Dr.-Ing. Honke .

"Dipl.-Ing. Gesthuysen
"43 Essen, Kettwiger .Str.3«

Veitsoher Magnesitwerke-Actien-Gesellechaft

in Wien I, Schubertring 10-12 (Österreich)

Verfahren zur Herstellung von Stahl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Das Siemens-Martin-Stahlherstellungsverfahren steht nach einer etwa hundertjährigen Entwicklung an der Grenze eeiner technischen Leistungsfähigkeit· Die Zahl der Verbesserungevorschläge in jener Zeitspanne ist außerordentlich groß, und besonders in den letzten Jahren, seit dem Vordringen des Op-Aufblasverfahrens, sind in der Fachwelt große Anstrengungen unternommen worden, den Siemens-Martin-Ofen wirtschaftlicher und wettbewerbsfähiger zu machen. Das Verfahren im Herdofen läuft nach dem Stand der Technik zu langsam ab; eine sprunghafte Verbesse rung der Wirtschaftlichkeit des SSJ-Ofenbetriebes ist nach bisherigem technischen Verfahrenestand demnach solange nicht zu erwarten» solange man νerfahrenBmäßig bei bekannten Arbeitsmethoden verbleibt·

Der heutige Stand der Metallurgie kennt Verfahren, die flüssiges Roheisen mit hoher Stundenleistung in Stahl umwandeln können) es gibt aber kein Verfahren, das auf

- 1 - 109839/1103

Schrottbasis in der lage ist, mit einigermaßen derselben Leistungsfähigkeit Stahl zu erzeugen·

Trotz der großen Bedeutung des in Konvertern nach dem Sauerstoff-Aufblaeverfahren durchgeführten Verfahrens zur Herstellung von Stahl kann das Herdfrischverfahren zur Herstellung von Stahl kaum verdrängt werden, da es dae Herdfrischverfahren ermöglicht, wesentlich größere Mengen an Schrott zu verarbeiten als das in Konvertern durchgeführte Saueretoff-Aufblaeverfahren und die großen Mengen an anfallendem Schrott nur im Zuge des Herdschmelzverfahrens, beispielsweise Siemens-Martin-Verfahren, verarbeitet werden können· Die derzeit anfallenden Mengen an Schrott sind so beachtlich, daß die Verarbeitung des gesamten Schrotte im Zuge der derzeit üblichen Stahlherstellungsverfahren bei wirtschaftlicher Chargendauer beträchtliche Schwierigkeiten bereitet. (Vgl. Stahl und Eieen 90 (1970) Heft 3_f Seiten 176 bis 178). Es sind zwar sowohl für das in Konvertern durchgeführte Sauerstoff-Aufblasverfahren als auch für das Siemens-Martin-Verfahren zahlreiche Vorschläge gemacht worden, um die Menge des nach diesem Verfahren verarbeitbaren Schrotts zu erhöhen, jedoch besteht weiterhin das Problem der Verwertung von Schrott, insbesondere in wärmewirtschaftlicher Weise. Falls in Siemens-Martin-Öfen zwecks Erhöhung ihres Schrottschluckvermögens und zwecks Erhöhung des Temperaturgefällee zwischen dem Flammenraum und der Schmelze Mehrfachbrenner, Gewölbebrenner od.dgl·, eingesetzt wurden, mußte ein höherer Verschleiß des Ofenfutters in Kauf genommen werden und es war auch eine Erhöhung der Wärmeverluste trotz Weiterentwicklung der dem Siemens-Martin-Ofen nachgeschalteten Regenerativsysteme nicht zu vermeiden. Falls in Siemens-Martin-Öfen zwecks Erhöhung ihres Sohrottschluck-

1 09839/1103 - 2 -

Vermögens die Herdfläche relativ zur Herdtiefe vergrößert wurde, um eine relativ große WärmeübergangBelache zu erzielen, um bei eine lange Lebensdauer dee Ofenfutters gewährleistenden Temperaturen arbeiten zu können, dann ergaben sich Schwierigkeiten in konstruktiver Hinsicht und hinsichtlich der gleichmäßigen Beschickung des Ofenraums mit Schrott und Roheisen. Das Schrottschluckvermögen von Siemens-Martin-Öfen konnte auch durch Aufblasen von technisch reinem Sauerstoff auf die im Herd des Ofens befindlichen Stahlschmelze nicht nennenswert erhöht werden, da diese Maßnahme dae Sohrottechluckvermögen eines Siemens*· Martin-Ofens höchstens in der beim Sauerstoff-Aufblasver- " fahren im Konverter erzielbaren, also unzureichenden Weise, steigert· Trotz aller beim Betrieb von Siemens-Martinöfen vorgenommenen Verbesserungen war das Siemens-Martin-Verfahren bisher vom Standpunkt der je Zeiteinheit verar- · beitbaren Menge an Schrott unbefriedigend, und darüber hinaus war es nicht zu vermeiden, daß bei Verarbeitung steigender Mengen an Schrott nach dem Siemens-Martin-Verfahren die an sich bereits unerwünscht lange Chargendauer noch weiter erhöht wurde.

Die Erfindung bezweckt nun ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus schmelzflüssigem Roheisen und Schrott in einem Flammofenj beispielsweise einem Herdofen, <( insbesondere Siemens-Martin-Ofen, bei welchem zumindest ein Teil des für die Ofencharge erforderlichen Schrotte im Ofen, vorzugsweise auf ungefähr 1OOO°C, vorgewärmt und dann unter Zufuhr von Roheisen und. erforderlichenfalls weiterem Schrott, allenfalls auch Erz, und unter fortgesetztem Erhitzen unter Frlechbedingungen niedergeschmolzen wird, so auszubilden, daß unter gleichzeitiger Verkürzung der Chargendauer gegenüber der herkömmlichen Arbeitsweise auch die Menge des verarbeitbaren Schrotts erhöht wird·

109839/1103 - 3 -

Dies gelingt gemäß der Erfindung, wenn von mindestens einer Stelle aus auf den im Ofen befindlichen Eineatz (Schrott und/oder Schmelze) flüssiges Roheisen unter Vermittlung eines in den Ofen eingeführten Brennstoffstrahles aufgesprüht wird, wobei das flüssige Roheisen, vorzugsweise in Form eines Strahles dem Brennstoffstrahl oder einer sich aus dem Brennstoffstrahl ergebenden Flamme zugeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, das mittels des Brennstoffstrahles versprühte flüssige Roheisen in der Flammenzone des Herdofens praktisch augenblicklich auf nahezu die Temperatur (etwa 1800 bis 2100⁰C) der im Herdofen erzeugten Flamme zu erhitzen, und da das so auf hohe Temperatur erhitzte flüssige Roheisen auf den im Ofenherd befindlichen Einsatz niederfällt, auch den Ofeneinsatz rasch zu erwärmen bzw. festen Ofeneinsatz niederzuschmelzen. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist auch beim Niederschmelzen des in den Ofen eingebrachten Schrotts von besonderem Vorteil, da der Schrott, besonders dann, wenn er im Flammofen in an sich bekannter Weise vorgewärmt worden ist, eine starke Oxydschicht trägt, die bei an sich bekanntem Betrieb des Flammofens die Wärmeübertragung auf den Schrott stark verzögert, jedoch beim Arbeiten in erfindungsgemäßer Weisem den Auftreffstellen hocherhitzter Tröpfchen des flüssigen Roheisens teils im flüssigen Roheisen physikalisch gelöst bzw. teils durch die in diesem Roheisen enthaltenen reduzierenden Elemente zu metallischem Eisen reduziert wird, das Wärme wesentlich besser leitet als Eisenoxyd. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird es ermöglicht, im Vergleich zum an sich bekannten Arbeiten in Flammöfen, beispielsweise Siemens-Martin-Öfen, bei Erhöhung der Menge an eingesetztem Schrott von 30 auf 50 bis 70 Gew.-# die Chargendauer wesentlich, beispielsweise um etwa4o $> zu verkürzen. Es ist hiebei nicht unbedingt notwendig, dem Flammofen das gesamte, für eine Ofencharge erforderliche Roheisen im

109839/1103 - 4 -

mittels des BrennstoffStrahles ζersprühten Zustand zuzuführen. "■

Bei der praktischen Durchführung' des erfindungsge-· mäßen Verfahrens kann nicht scharf unterschieden werden, ob der Roheisenstrahl einem Brennstoffstrahl oder einer sich aus dem Brennstoffstrahl .ergebenden Flamme zugeführt wird, da wegen der unvermeidlicherweise vorhandenen Luft das dem Brennstoffstrahl zugeführte flüssige Roheisen den Brennstoff zündet und der Auftreffieck des Roheisenstrahles auf den Brennstoffstrahl jedenfalls.von einer Flammenzone ...umgeben ist.

■^% Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können für die Herstellung des BrennstoffStrahles sowohl flüssige als auch gasförmige Brennstoffe verwendet werden. Es ist auch denkbar, feste Brennstoffe in einem flüssigen oder gasförmigen, allenfalls brennbareh, Medium suspendiert zu verwenden. , '

Um das vom Brennstoffstrahl versprühte flüssige Roheisen vor seinem Auftreffen auf den im Ofen befindlichen Einsatz auf möglichst hohe Temperatur aufzuheizen, erscheint es zweckmäßig, gemäß der Erfindung zur zumindest teilweisen Verbrennung benötigten Sauerstoff, beispielsweise in Form von gegebenenfalls vorgewärmter Luft, an Sauerstoff angereicherter Luft oder technisch reinem Sauerstoff, dem Brennstoffstrahl über zumindest eine Düse zuzuführen« Hiebei ist es möglich, gemäß der Erfindung dem Brennstoff Sauerstoff in einer die stöchiometrische Menge, zweckmäßig um höchsten« 30$, unterschreitenden Menge zuzuführen, um das Roheisen bereits vor seinem Eintritt in die Flammenzone des Ofens wesentlich über die in dieser Flammenzone herrschende Temperatur erhitzen zu können; zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs erforderlicher,' Sauest off muß dann, ebenso wie bei Fehlen eine? Sauerstoffzufuhr zum Brennstoffstrahl,

•10 9 8 39/1103

BAD ORIGINAL

dem Ofen zugeführt werden, um darin Frischbedingungen aufrechtzuerhalten. Anderseits erscheint es zweckmäßig» dem Brennstoff Sauerstoff höchstens in einer die stöchiometrische Menge um 30$ übersteigenden Menge zuzuführen, um eine Übermäßige Frischwirkung auf das schmelzflüssige Roheisen vor dem Auftreffen auf den im Ofen befindlichen Einsatz zu vermeiden (bei Zufuhr einer die stöchiometrische Menge um 3o $> übersteigenden Menge an Sauerstoff zum Brenn stoffstrahl wird der Kohlenstoffgehalt des Bchmelzflüssigen Roheisens nach bisher vorliegenden Erfahrungen höchstens um 10$, beispielsweise von 3»5 auf 3,2$, verringert) und damit zu gewährleisten, daß zum im Ofen befindlichen Einsatz Roheisen solchen Kohlenstoffgehalts gelangt, daß auf dem Schrott befindliches Eisenoxyd und allenfalls in den Ofen eingebrachtes Eisenerz rasch zu Eisen reduziert wird. Ein hoher Gehalt des auf den im Ofen befindlichen Einsatz auftreffenden versprühten Roheisens an Kohlenstoff ist insbesondere zu Beginn einer Ofencharge von besonderer Bedeutung, weil dann auf den vorgewärmten Schrott, auffallende Roheisentröpfchen nicht sofort erstarren und zumindest s.o lange flüsaig bleiben, bis an der Auftreffstelle der Tröpfchen auf den Schrott am Schrott befindliches Eisenoxyd reduziert bzw· gelöst worden ist, was dann nicht der Fall war© ₉ wenn der Schmelzpunkt der Roheisentröpfchen wegen zu geringen Kohlenstoffgehaltg des Roheisens bei zu hoher Seicperatur liegt»

Ie erscheint zweckmäßig, den unmittelbar stromab des Auftreffleekes des Roheisenstrahles auf dan Brennstoffstrahl einsetzenden Sprühvorgang möglichst wenig zu stören und zu diesem Zwecke wird gemäß der Erfindung der Sauerstoff dem Brsrnißtoffsisrahl an zumindest einer stromab des Auftrefffleokea d@s Hoheisenstrahles auf den Brennatoffetrahl

109839/1103 - 6 -

liegenden Stelle zugeführt. Der Sauerstoff kann hiebei über Düsen zugeführt werden, deren Achsen mit der Achse der Düse zur Erzeugung des BrennstoffStrahles einen Winkel von O bis 30° einschließen, vorzugsweise zur Achse der den Brennstoffstrahl erzeugenden Düse geneigt sind. Es erscheint zweckmäßig, für die Zufuhr des Sauerstoffes mehrere Düsen vorzusehen, um den Brennstoffstrahl gleichmäßig mit Sauerstoff versorgen zu können und in diesem Falle erscheint es zur Erzielung einer ausgeprägten Richtwirkung auf den Sprühstrahl vorteilhaft, diese Düsen entlang einer die Achse der Düse für den Brennstoffstrahl umgebenden Linie, insbesondere entlang, eines zu dieser Achse konzentrischen Kreises, anzuordnen. Da im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Roheisenstrahl völlig ungehindert dem Brennstoffstrahl zuzuführen ist, sind für den Pail der Verwendung yon mehreren, den Brennstoffstrahl umgebenden Düsen, die allenfalls den Bereich des Roheisenstrahles kreuzenden Düsen stromab des Auftreffleckes des Roheisenstrahles auf den Brennstoffstrahl vorzusehen.

Gemäß der Erfindung können der Brennstoffstrahl und der Roheisenstrahl unter einen Winkel von O bis 12o° aufeinander gerichtet werden, wobei sich stets eine gute Sprühwirkung ergibt, da die Geschwindigkeit des Brennstoff-Strahles stets wesentlich grosser ist als die Geschwindigkeit des in der Regel.im freien Pall oder entlang einer Parabel aus einer Düse ausfließenden Roheisenstrahles.Bei in lotrechter Richtung ausfließendem Roheisenetrahl und einem Winkel von 0° zwischen Roheisenstrahl und Brennstoffstrahl besteht unter anderem die Möglichkeit, den Brennstoffstrahl mittels einer den Roheisenstrahl umgebenden Ringdüse zu erzeugen, jedoch ist eine solche Anordnung nur unter erheblichem konstruktivem Aufwand realisierbar· Da es naturgemäß am günstigsten ist, den Rcheisenstrahl und

-7 .109839/1103

den Brennstoffstrahl unter einem Winkel von O⁰ gegeneinander zu führen, um die auf den Roheisenstrahl auszuübenden Umlenkkräfte möglichst gering zu halten, ist es von Vorteil, gemäß der Erfindung den Roheisenstrahl nach einer Parabel ausfließen zu lassen und den Brennstoffstrahl tangential zum Roheisenstrahl zu fördern. In vielen Fällen» insbesondere bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in bestehenden Herdöfen, wird es sich jedoch nicht vermeiden lassen, den Brennstoffstrahl und den Roheisenstrahl unter einem von 0° verschiedenen Winkel aufeinander zu richten und. hiebe! im einfachsten Falle den Brennetoffstrahl aus der zugehörigen Düse in horizontaler Richtung und den Roheisenstrahl aus der zugehörigen Düse in lotrechter Richtung austreten zu lassen. Unabhängig vom tatsächlich gewählten Auftreffwinkel zwischen Brennstoffstrahl und Roheisenstrahl kann die zur Erzielung einer ausreichen · den Sprühwirkung erforderliche Geschwindigkeit des Brennstoffstrahles von Fall zu Fall experimentell ermittelt werden. Nach den derzeitigen Erfahrungen erscheint es zweckmäßig, bezogen auf pro Zeiteinheit geförderte Menge von Brennstoff bzw. Roheisen und bei einem Winkel von 0° bis 90° zwischen Roheisenstrahl und Brennstoffstrahl, das Verhältnis des Impulses des den Auftreffleck des Roheisenstrahles beinhaltenden Teils des Brennstoffstrahles zur eenkrecht zum Brennstoffstrahl liegenden Komponente des Impulses des Roheisenstrahles auf mindestens 1,0 t !,vorzugsweise 2 : 1 bis 3o ι 1, einzustellen. Der niedrigste der angegebenen Werte für das Verhältnis der Impulse vom Brennstoffstrahl und Roheisenstrahl wird zweckmäßig bei einem Auftreffwinkel von 0° zwischen Brennstoffstrahl und Roheisenstrahl gewählt werden, wogegen mit zunehmendem Auftreffwinkel das Verhältnis dieser Impulse entsprechend

109839/1103 - 8 -

größer zu wählen ist; dies gilt insbesondere für Auftreffwinkel von mehr als 9o°, da dann der Impuls dee Roheisenstrahles eine entgegengesetzt zur Richtung des BrennstoffStrahles aufweisende Komponente besitzt und es dann erforderlich werden kann, das erwähnte Verhältnis der einzelnen Strahlimpulse mit größer als 30 ι 1 zu bemessen· Bei gegebener Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffes aus der zugehörigen Düse kann dieses Verhältnis der Impulse auch durch entsprechende Bemessung des Durchmessers des Roheisenstrahles eingestellt werden.Als Richtwert kann hiebei eine Geschwindigkeit von 50 bie 250 m/sek für die Austrittsgeechwindigkeit flüssiger Brennstoffe und eine Geschwindigkeit von 250 bis 300 ra/gek ' für gasförmige Brennstoffe zu Grunde gelegt werden. Beim Zuführen des Roheisenstrahles zum Brennstoffstrahl erscheint • es der Natur der Sache entsprechend zweckmäßig, die Fallhöhe des Roheisehstrahles möglichst klein zu wählen. Die praktisch realisierbare kleinste Fallhöhe des Roheisenstrahles dürfte , gemessen ab dem Austrittsende der den Roheisenstrahl erzeugenden Düse bei etwa 50 mm liegen.Eb erscheint jedoch zweckmäßig, die so gemessene Fallhöhe des Roheisens auf höchstens 2300 mm zu begrenzen und sich in weitaus den meisten Fällen innerhalb der Grenzen von 80 bis 150 mm zu bewegen·

Es hat sich gezeigt, daß das Versprühen des Roh- ■ I eisens mit besonders hohem. Wirkungsgrad, ausgedrückt ale Verhältnis der Gewichtsmenge versprühten Roheisens zur Gewichtsmenge an erforderlichem Brennstoff, dann erzielen läßt, wenn der Roheisenstrahl einem trogförmigen Brennstoffstrahl von der offenen Seite seines Querschnitts her zugeführt wird (auf diese Weise ist es gelungen, einen Wirkungsgrad von 20 selbst bei horizontaler Führung des BrennstoffStrahles und lotrechter Führung dee Rcheioenstrahlea zu erzielen}· In diesem Falle wird zweckmäßig

103839/1103

- 9 - i

dag Roheisen einem Brennstoffetrahl U-förmigen oder V-förmigen Querachnitts zugeführt. Es erscheint jedoch auch $ ede andere Querschnittsform eines trogförmigen Brennstoffstrahles geeignet, wobei der Querschnitt des Brennstoffstrahles stets eine vertikale Symmetrieebene aufweisen sollte. Zur Herstellung eines trogförmigen BrennstoffStrahles .kann eine Düse mit entsprechend ge- ^: formt er Austrittsöffnung verwendet werden:, jedoch sind solche Düsen, insbesondere bei kleinen Abmessungen, schwierig mit der erforderlichen Präzision herzustellen und auch schwierig instandzuhalten, weshalb es zweckmäßig ersolüiBtf einen trogförmigen Brennitoffstrahl dadurch herzustellen, daß der Brennstoff aus einer im Querschnitt kreisförmigen Düse, insbesondere aus einer Lav al du se, mit, kleinem Winkel von beispielsweise 4° in Längsrichtung eines^ im Querschnitt dem Querschnitt des herzustellenden Brennstoffstrahles entsprechenden Profile in das Profil eingeblasen wird.

Der dem Brennstoff zuzuführende Roheisenstrahi wird zweckmäßig über eine eine kalibrierte Auetrittaöffnung aufweisende Düse austreten gelassen, deren Temperatur zweckmäßig regelbar ist, um Änderungen der Menge des aus der Düse austretenden Roheisens durch Temperaturschwankun-.gen und damit Änderungen des Durchmessers der Außtrittsöffnung der Düse zu vermeiden. Die Menge des aus der Düse austretenden Roheisens kann im einfachsten Falle dadurch konstant gehalten werden, daß das Roheisen einem auf konstant® !füllhöhe gehaltenen Vorratsbehälter entnommen wird_s dessen Füllhöhe zweckmäßig durch Regelung des Gewichts dea gefüllten Vorratsbehälters konstant gehalten wird* Xn einem solchen Falle kann der Aufwand an Regelorgeitea relativ gering gehalten werden^ wenn gemäß der Erfindung ä®m Yorratobehälter mehrere Roheisen strahlen entuomaeji von welchen jeder einem gesonderten Brennstoffatr&hl

109839/1103 ·» 10 -

zugeführt wird.

Da bei der Herstellung von Stahl in einem Flammofen auch Legierungeelemente, schlackenbildende Zusätze, Beruhigungsmittel und/oder Entschwefelungsmittel verwenuct werden müssen, erscheint es bei Durchführung des erfinaung gemäßen Verfahrens zweckmäßig, auch solche Zusatzstoffe dem im Flammofen befindlichen Einsatz mittels eines Brennstoffstrahles entweder in schmelzflüssiger Form in analoger Weise wie das Roheisen oder mittels eines BrennstoffStrahles in zerkleinertem Zustand zuzuführen, um solche Zusatzstoffe, gleichgültig ob sie nun in schmelzflüssigen Zustand oder im zerkleinerten Zustand (in fester Form) zugeführt werden, auf eine eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit ergebende Temperatur zu erhitzen bzw. um solche Zusatzstoffe in die zur Erzielung einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit erforderliche feinverteilte Form zu bringen. Die erforderlichen Zusatzstoffe können dem Ofen auch zugeführt werden, wenn in dem dem Ofen zugeführten Brennstoffstrahl und/oder in den gegebenenfalls dem Brennst off strahl zugeführten, Sauerstoff enthaltenden Gasstrahlen feste Zusatzstoffe in zerkleinerter Form suspendiert sind, wobei, die Zusatzstoff« dem Brennstoff und/oder dem Sauerstoff enthaltendem Gas vor Austritt aus der zügehörigen Düse zugesetzt werden.

Die Energie der Brennstoffstrahlen ist durch die Leistung der den Brennstoff zuführenden Pumpe gegeben und damit ist auch die in der Zeiteinheit dem Strahl zuführbare Masse des schiaelzflüBsigen Materials (Roheisen oder Zusatzstoff e) begrenzt, da bei übermäßiger Erhöhung der Masse des zugeführten schmelzflüssigen Materials der Brennstoffstrahl nicht mehr zum Zerstäuben des schmelzflüssigen Materials ausreichen würde. Da die schmelzflüssigen Zusatzstoffe ein geringeres spezifisches Gewicht aufweisen als das

109839/1103

- 11 -

schmelzflüssig© Roheisen, können somit die echmelzflüeeigen Zusatzstoffe in einem Strahl von größerem Querschnitt als das schmelzflüssige Roheisen dem Brennstoffstrahl zugeführt werden·

Gemäß der Erfindung kann daher derart vorgegangen werden, daß die schmelzflüssigen Zusatzstoffe dem Brennstoffstrahl in einem Strahl von größerem Querschnitt zugeführt werden als das schmelzflüssige Roheisen, wobei jedoch die Breite des Strahlquerechnittes quer zur Richtung des Brennstoffstrahles gemessen die Breite des Brennstoffstrahles nicht überschreitet (auch für den Fall des Roheisenstrahles soll die Breite desselben nicht die Breite des Brennstoffstrahles überschreiten)· Dementsprechend ist es gemäß der Erfindung möglich, die Querschnitte der Strahlen der schmelzflüssigen Zusatzstoffe und des Roheisens verkehrt proportional zum spezifischen Gewicht des Strahles des betreffenden Materials zu wählen. Hiebei können die Strahlen des schmelzflüssigen Gutes eine langgestreckte Quer schnittsform aufweisen, wobei die Längenerstreckung des Querschnittes des Roheisenstrahles quer zur Richtung des BrennstoffStrahles und die Längenerstreckung des Quer - . schnittes des Strahles der schmelzflussigen Zusatzstoffe in Richtung des BrennstoffStrahles gelegt wird.

Es erscheint insbesondere Vorteilhaft, mittels eines Brennstoffstrahles versprühtes Roheisen so gegen die mittels eines anderen Brennstoffstrahles versprühten schmelzflüssigen Zusatzstoffe zu richten, daß beide Sprühstrahlen einander durchdringen. Es ist damit insgesamt möglich, den Zerstäubungseffekt und den Wärmeinhalt des Brennstoff-Strahles voll auszunützen und je nach der gewünschten Verfahrensführung dae Zuführen der echmelzflüesigen Zusatzstoffe bzw· der körnigen Zusatzstoffe auf kürzere Zeiträume zu beschränken·

109839/1103 - . 12 - ·

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung'ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine an eine Brennstoffleitung

angeschlossene) einen trogförmigen Strahl bildende Düseneinheit und eine an einen Roheisen oder einen schmelzflüssigen Zusatzstoff enthaltenden Vorratsbehälter angeschlossene Düse, deren Achsen in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen und einander im Bereich der durch sie gebildeten Strahlen schneiden, wobei die gemeinsame Ebene die Symmetrieebene der Trogform des Brennstoffstrahles bildet und wobei die offene Seite der Trogform des Brenn- * etoffStrahles dem Roheisenetrahl zugewendet let« Eine solche Vorrichtung kann, insbesondere für die Herstellung von Brennstoffstrahlen extrem hoher Geschwindigkeit des Brennstoffes so abgeändert werden, daß die Düseneinheit eine Düse, insbesondere eine Lavaldüse, aufweist, deren A'chse mit kleinem Winkel von beispielsweise 2° bis 5°> insbesondere 4°, in ein dieser Lavaldüse nachgeschaltetes Profil gerichtet ist, dessen Querschnitt in Richtung senkrecht zur Achse der Lavaldüse dem Querschnitt eines Troges entspricht. Zweckmäßig ist hiebei die den Brennstoffstrahl bildende Düseneinheit am freien Ende einer in ihrer Längsrichtung verfahrbaren Lanze angeordnet, die vorzugswei- f se in vertikaler Ebene verschwenkbar und/oder in horizontaler Richtung senkrecht zu ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordnet und zweckmäßig mit einer Innenkühlung ausgestattet ist· Auf diese Weise ist es möglich, das versprühte und hoch erhitzte Roheisen der jeweils gewünschten Stelle des Ofenherdes zuzuführen und die Lage des Auftreffleckes der Roheisenstrahlen auf den Brennstoffstrahl relativ zum Brennstoffstrahl au zentrieren. Bei Verwendung einer eine Düse mit einer die Form des Querschnittes eines Troges besitzenden Auetritteöffnung aufweisenden DUseneinheit ist

- 13 - 109839/1103

es zweckmäßig, wenn die lichte Weite der Austrittsoffnung der Düse von den Enden der Schenkel in Richtung zur Sohle des Querschnittes stetig zunimmt und im Bereiche der Sohle das 3- bis 8-fache der lichten Weite am Ende der Schenkel beträgt, da dann der Impuls des den Auftrefffleck des Roheisenstrahles durchsetzenden Brennstoffes im Vergleich zum Impuls des gesamten BrennstoffStrahles relativ groß und die zum Versprühen des Roheisens erforderliche Menge an Brennstoff klein gehalten werden kann. Bei Verwendung einer lavaldüse mit nachgeschaltetem Profil ergibt sich eine solche Form des Querschnittes des Brennstoff Strahles im wesentlichen selbsttätig.

Es ist zweckmäßig, gemäß der Erfindung die Düse für den Austritt des zu versprühenden schmelzflüssigen Gutes (Roheisen oder Zusatzstoffe) am Boden eines Vorratsbehälters anzuordnen, dessen füllstand, beispielsweise durch Regelung "Seinee Gewichts, regelbar ist, um die aus dem Vorratsbehälter ausfließende Menge an schmelzflüssigem Gut konstant zu halten. Hiebei ist es zweckmäßig, eine kalibrierte Düse für den Austritt des zu. versprühenden schmelzflüssigen Gutes zu verwenden, die zweckmäßig von einem auswechselbaren Einsatzstück, beispielsweise aus Magnesia oder Sinterkorund, gebildet ist. Um die Lage des Auftreffleckes des Roheisenatrahles bzw. des Strahles- schmelsflüssiger Zusatzstoffe am Brennstoffstrahl und den Auftreffwinkel zwischen desa Brennstoff strahl, und dem Beiieieenstrahl bzw» dem Strahl schmelzflüssiger Zusatzstoffe nach Wunsch einstellen zu könnenj ist es zweckmäßig, wenn der Winkel der Achse der Düse für den Austritt des zu versprühenden schmelzfluss!- _x gen Gutes Mir Vertikalen, zweckmäßig um einen Betrag bis zu 6o° von einer Endlage des Verstellbereichee zum.anderen, verstellbar ist. Hiebei kann die Relativl#ge der Achse der Düse für den Austritt des zu versprühenden sohmelzflüesigen

109839/1103

Gutes zur Vertikalen einfach durch Verschwenken des Vorratsbehälters verändert werden.

Um sicherzustellen, daß der Impuls des Brennstoff-Strahles jederzeit einen konstanten Wert besitzt, also in dem an sich kontinuierlichen Brennstoffstrahl keine auch nur kurzzeitigen Impulsschwankungen auftreten, kann in der von der Fördereinrichtung, beispielsweise Zahnradpumpe oder Kompressor, zur den trogförmigen Brennstoffstrahl erzeugenden Düseneinheit führenden Leitung ein Speicher eingeschaltet sein, wobei bei durch diese Leitung gefördertem flüssigen Brennstoff in diesem Speicher ein " Gaspolster, insbesondere in Form einer mit Druckgas vorgespannten Blase aus. gummielastischem Material, vorgesehen ist# Es ist damit möglich, die Förderimpulse der Fördereinrichtung, beispielsweise die von den einzelnen Zähnen der Zahnradpumpe erzeugten Förderimpulse, völlig einzuebnen·

Da, wie erwähnt, der dem Brennstoffstrahl zugeführte Roheisenstrahl bzw. Strahl schmelzflüssigen Gutes durch allenfalls über Düsen dem Brennstoffstrahl zugeführtes sauerstoffhaltiges Gas nicht gestört werden soll, ist es zweckmäßig, wenn gemäß der Erfindung die Düse für die Erzeugung des trogförmigen BrennstoffStrahles unter Frei- I lassung eines Bereiches für die Zufuhr des schmelzflüssigen Gutes von Düsen für die Zufuhr von Sauerstoff bzw. eines Sauerstoff enthaltenden Gases.umgeben ist. Diese Düsen für die Zufuhr von Sauerstoff bzw» eines Sauerstoff enthaltenden Gases können alternierend an verschiedene Quellen für Gase verschiedenen Sauerstoffgehalts angeschlossen werden, um die Größe des Sauerstoffangebotes in einfacher Weise nach Wahl einstellen zu können. Es ist , hiebei zweckmäßig, jeweils zwei Düsen koaxial zueinander anzuordnen und jeweils die innere Düse eines Paares koaxialer Düsen an eignen Verteilerraum und die äußere Düse

10 9 8 3 9/1103

eines Paares koaxialer Düsen an einen anderen Verteilerraum anzuschließen, so daß die Möglichkeit besteht, einem Verteilerraum ein sauerstoffreicheres und dem anderen Verteilerraum ein sauerstoffärmeres Gas zuzuführen.

Eine e.rfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Stahl aus schmelzflüssigem Roheisen und Schrott, allenfalls auch Erz, in einem Flammofen geeignet, sondern kann ganz allgemein zum Versprühen schmelzflüssigen Gutes verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Hälfte eines Siemens-Martin-Ofens mit im Bereiche seiner Spiegelwand angeordneter erfindungsgemäßer Vorrichtung, Fig. 2 schematisch eine Stirnansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düseneinheit, Fig. 3 schematisch das Zusammenführen von Brennstoffstrahl und Roheisenstrahl (bzw. einen Strahl schmelzflüssigen Gutes), Fig. 4 schematisch die Vorgänge im Bereiche des Auftreffleckes des Strahles schmelzflüssigen Gutes auf den Brennstoffstrahl, in einem Schnitt entlang der Linie IV - IV der Fig. 3s Fig. 5 bzw. 6 eine abgeänderte Ausführungsform einer eine Lavaldüse aufweisenden erfindungsgemäßen Düseneinheit, Fig. 7 verschiedene Möglichkeiten für den Querschnitt des trogförmigen BrennstoffStrahles, Fig. 8 verschiedene Möglichkeiten für den Querschnitt des Strahles schmelzflüssigen Gutes, Fig. 9 das freie Ende einer Lanze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig.10, ähnlich wie Fig. 1, eine weitere Möglichkeit zur Anordnung einer erfindungegemäßen Vorrichtung im Bereiche der Spiegelwand eines Siemens-Martin-Ofens.

^ 109839/1103

In Fig. 1 ist., schematisch eine Hälfte eines Längsschnittes durch einen Siemens-Martin-Ofen 1 mit im Bereiche der Spiegelwand 3 desselben angeordneter erfindungsgemäßer Vorrichtung dargestellt. Durch eine Öffnung 2 in der SpIegelwand/3 des Siemens-Martin-Ofens ist eine Lanze 4, welche auf einem Support 5 in der Längsrichtung verfahrbar ist und am freien Ende mit einer Brennstoffdüse 6 ausgestattet ist, in den' Ofenraum eingefahren und mit einem gewissen Neigungswinkel gegen den im Herd des Siemens-Martin-Ofens befindlichen Einsatz 7 gerichtet.Der · Lanze 4 wird über eine Ölleitung 8 Heizöl zugeführt,das \ mittels einer.Hochdruckpumpe 9, einem Vorratsbehälter 10 entnommen und in Richtung Lanze weitergefördert wird. In die Ölleitung 8 ist ein sogenannter Blasenspeicher 11 eingeschaltet $ innerhalb desselben mittels eines Gaspolsters 12.Druckschwankungen innerhalb des von der Pumpe 9 ' zur Düse 6 führenden Leitungssystem für das · Heizöl ausgeglichen werden. Die Lanze 4 ist mit einer Innenkühlung, beispielsweise einem Kühlwassermantel, versehen, welchem Kühlwasser über die Leitung 13 zugeführt wird, das schließlich aus der Lanze über die Leitung 14 abfließt.' Am freien Ende der Lanze 4 sind außer der Düse 6 für den Austritt des BrennstoffStrahles noch Düsen für { den Austritt eines sauerstoffhaltigen" Gases vorgesehen, welchen das sauerstoffhaltige Gas über Leitungen 15 bzw.16 und In diese Leitungen eingeschaltete Regelventile 17 bzw. 18 zugeführt wird· Über eine dieser Leitungen, beiopielsweise über die Leitung 15» kann technisch reiner Sauer- ■ stoff und über die andere,dieser Leitungen Luft der Lanze zugeführt werden, so daß es bei entsprechender Einstellung des Mengenverhältnisses der geförderten Gasmengen dn einfacher Weise möglich ist, die Menge des pro Zeiteinheit geförderten Sauerstoffee-zu wählen und trotzdem die gesamte geförderte Gasmenge konstant zu halten· Dem aus der

10 9 8 3 9/1103

Düse 6 der Lanze 4 austretenden Brennstoffstrahl S wird nun ein Roheisenstrahl S¹ zugeführt, um das Roheisen zu versprühen, das dann in Form feiner Tröpfchen rasch nahezu auf die Temperatur der sich aus dem Brennstoffstrahl ergebenden Flamme erhitzt wird. Der Roheisenstrahl S' fließt hiebei über eine im Boden eines.Vorlaufgefäßes 20 vorgesehene kalibrierte Düse 24 aus, wobei das Roheisen dem Vorlaufgefäß 20 über eine Rinne 21 zugeführt wird. Der Roheisenstrahl S' tritt hiebei über eine im Mauerwerk des Ofens vorgesehene öffnung 2¹ in den Ofen ein. Im Bereiche des Auftreffleckes F des Roheis enstralil es S¹ auf den Brennstoffstrahl S werden vom Roheisenstrahl S¹ im Hinblick auf den mit größer Geschwindigkeit austretenden Brennstoff Tropfen abgerissen, die in weiterer Folge zu immer kleineren Tröpfchen zerteilt werden und im Flammenraum des Ofens praktisch sofort nahezu auf die dort herrschende Temperatur erhitzt werden können·

Die in der Düse 6 vorgesehene Austrittsöffnung 22 besitzt vorzugsweise die Form des Querschnittes eines Troges, wie der Fig, 2 entnommen werden kann. Im Düsenkörper S₉ aber auch in einem den Düsenkörper 6 umgebenden gesonderten Düsenkörper, können Gasaugtrittsöffnungen vorgesehen sein» die nach irgend einer Regel alternierend an die Gaysufuhrleitungen 15 'AiZW₄ 16 angeschlossen sein können. Beim Einfallen des Roheigsnstr-ahleg S¹ in den tjfogfü2*iaigaa BreimstaffatrahJ. fi werd.en, wie Fig, 3 zeigt,, im Bereiche dea Auftreffleckes F des Roheisenstrahles S¹ auf den Brennetoffstrahl S Tropfes T abgerissen, die während ihrer Weiterförderung duroh den Brennstoffstrahl S immer weiter zerteilt werden, so daß letzten Endes, das Roheisen fein versprüht wird. Die am Boden des Vorratsgefäßes 20 vorgesehene Austrittsdüse 24 für das flüssige

109839/1103

- Ig -

Roheisen ist im Durchmesser kalibriert und zweckmäßig auch temperaturgeregelt, um an dieser Stelle auftretende Störeinfliisse für die Menge deB ausfließenden Roheisens möglichst auszuschalten· Durch Regelung deB Gewichtes des mit Roheisen gefüllten Vorlaufgefäßes 20 mittels dee schemätisch dargestellten Druckmeßgerätes 25» welches beispielsweise den Stopfenverschluß einer das Vorlaufgefäß 20 mit Roheisen versorgenden Roheisenpfanne steuert, kann die Füllhöhe des Vorlaufgefäßes 20 und damit auch die aus diesem Vorlaufgefäß 20 ausfließende Menge an Roheisen konstant gehalten werden. Die Gasaustrittsdüsen 23 sind zweckmäßig mit solchem Abstand von der Austritte- { Öffnung 22 für den Brennstoffstrahl angeordnet, daß sich die Gasstrahlen S" mit.dem Brennstoffstrahl S erst an einer stromab des Auftreffleckes F liegenden Stelle vereinigen, um die im Auftreffleck F ablaufenden Vorgänge möglichst wenig zu stören. Aus bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren gemachten Beobachtungen kann geschlossen werden, daß beim Arbeiten mit einem trogförmigen Brennstoffstrahl im Sinne der schematischen Darstellung gemäß Fig. 4 der Roheisenstrahl S' beim Auftreffen auf den Brennstoffstrahl S, und zwar im Auftreffleck F,'ähnlich wie beim Auftreffen auf eine Prallplatte, zu Sprühstrahlen s' zerteilt wird, die auf |

die Schenkel des im Querschnitt trogförmigen Brennstoffstrahles auftreffen und an den Auftreffstellen vom Brennstoffstrahl mitgerissen werden, so daß es in verläßlicher Weise verhindert wird, daß ein gewisser Anteil des Roheieenstrahles nicht vom Brennstoffstrahl S mitgeführt wird.

Statt der in Fig. 2 dargestellten Düse mit im Querschnitt trogförmiger Austrittsoffnung 22 für den Brennstoffstrahl kann, wie in den ^ig. 5 und 6 gezeigt ist, eine Lavaldüse 26 verwendet werden, deren Achse 27 mit

109839/1103 - 19 -

kleinem Winkel (A von beispielsweise 4° gegen die Erzeugende 28 eines Profiles 29 gerichtet ist, dessen Querschnitt dem Querschnitt eines Troges entspricht und die Form des Querschnittes des trogförmigen Brennstoff Strahles bestimmt. Die Anordnung gemäß den Fig. 5 und 6 beflitzt gegenüber einer Anordnung gemäß Fig."2 den Vorteil leichterer Herstellbarkeit und Instandhaltung. Der Winkel rj{ der Achse 27 der Lavaldüse 26 zur Erzeugenden des Profils 29 kann nach Wahl einstellbar sein.

Es ist zweckmäßig, die Fallhöhe'χ (Fig.3) des Roheisenstrahles S¹ und auch, die Entfernung y des Auftreffleckes F von der Austrittsöffnung 22 des Brennstoff-Btrahles nach Bedarf einstellen zu können. Zu diesem Zwecke kann das Vorlaufgefäß 20 höhenverstellbar und/ oder seitlich verschiebbar angeordnet sein und/oder die Lanze 4 (Fig.l) in vertikaler Ebene verschwenkbar und/ oder in ihrer Längsrichtung verfahrbar sein. Auf diese Y/eise ist es jederzeit möglich, den Sprühvorgang optimal einzustellen. Zu dem gleichen Zwecke ist es wünschenswert, die Lage des Auftreffleckes F des Roheisenstrahles S¹ auf den Brennstoffstrahl S genau justieren zu können und dies geschieht zweckmäßig dadurch, daß das Vorlaufgefäß '20 und/oder die Lanze in einer Richtung etwa senkrecht zum Brennstoffstrahl S horizontal verschiebbar und/ der die Lanze 4 um eine etwa vertikale Achse verschwenkbar angeordnet ist.

Die i'ig. 7 zeigt mögliche Querschnittsformen des trogförmigen Brennstoffstrahles S, wogegen Fig. 8 mögliche Querschnittsformen des Roheisenstrahles S¹ bzw. des Strahles S· des schmelzflüssigen Gutes zeigt. In Hg. 7 ist die relative Lage des Strahles S· zum Brennstoffstrahl S mittels des Pfeiles S¹ und in Fig. 8 die relative Lage des BrennetoffstrahleB S zum Strahl S¹ des schmelzflüssigen

109839/1103 - 2o -

zn

Gutes durch den Pfeil S angedeutet· Die Breite d des Strahles S¹ des schmelzflüssigen Gutes soll, in Richtung quer zum Brennstoffstrahl gemessen, die Breite D des BrennstoffStrahles nicht übersehreiten, zweckmäßig etwas kleiner sein als die Breite D des BrennstoffStrahles. Es ist zweckmäßig auch den Strahl S¹ des schmelzflüssigen Gutes in Form eines trogförmigen Strahles dem Brennstoffstrahl S zuzuführen und hiebei die konkave Seite des Querschnittes des Strahles S¹ des schmelzflüssigen Gutes gegen den Brennstoffstrahl S zu richten. Falls relativ breite Brennstoffstrahlen S erzeugt werden, ist die Form und lage eines Querschnittes gemäß Pig· 8 e bzw. 8g · zweckmäßig für Roheisenetrahlen S', wogegen die Form und " Lage des Querschnittes gemäß Fig. 8 f und Fig. 8 h für spezifisch leichte schmelzflüssige Zusatzstoffe von Vorteil ist. Durch entsprechende Wahl der Form des Strahles S' schmelzflüssigen Gutes und der Lage dieses Querschnittes zum Brennstoffstrahl kann der dem Brennstoff strahl S innewohnende Impuls optimal zum'Versprühen einer vorgegebenen Menge an schmelzflüssigem Gut ausgenützt werden. "

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform einer Lanze ist die Austrittsöffnung 22 der Düse zur Erzeugung des trogförmigen BrennstoffStrahles von einem Kranz von Düsen 30 zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen I

Gases umgeben, wobei jede dieser Düsen 30 von zwei koaxial zueinander angeordneten Düsen 31 und 32 gebildet ist, wobei die inneren Düsen 32 an einen ringförmigen Verteilerraum 33 und die die inneren Düsen 32 koaxial umgebenden Düsen 31 an einen weiteren ringförmigen Raum 34 angeschlossen sind« Dem Verteilerraum 33 wird ein sauerstoffhaltiges Gas über eine Leitung 35 zugeführt, wogegen dem Verteilerraum 34 ein sauerstoffhaltiges Gas anderer

. 109839/1103

- 21 -

Zusammensetzung über eine Leitung 36 zugeführt wird. Selbstverständlich weist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Kranz koaxial angeordneter Düsen 30 eine Lücke an jener Stelle auf, wo der Strahl S' schmelzflüssigen Gutes durch den Strahl des sauerstoffhaltigen Gases gestört werden könnte.

. * Statt die Lanze 4 entsprechend Pig. 1 weit in den Flammenraum des Ofens einzuführen und damit eine große lallhöhe des Hoheisenstrahles S¹ in Kauf nehmen zu müssen, kann entsprechend der in Fig. 10 gezeigten Anordnung der sogenannte Sprühheizkopf, welcher die Düseneinheit zur Erzeugung des Brennstoffstrahles und die Düse zur Erzeugung des Roheisenstrahles beinhaltet» in gedrängter Bauweise, beispielsweise in Form eines Bauteiles, vor der in den Flammenraum des Ofens führenden Öffnung 2 in der Spiegelwand 3 dea Siemens-Martin-Ofens angeordnet sein. Diese Anordnung, welche im wesentlichen der Anordnung gemäß Fig# 1 entspricht, ist insoferne von Vorteil, als es nunmehr möglich ist, die Fallhöhe des Hoheisenstrahles gering zu halten und damit die zum Versprühen des Roheisens erforderliche Menge an Brennstoff wesentlioh zu verringern. Die übrigen !Teile der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung sind identisch mit den in Fig. 1 gezeigten Teilen und mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der in Fig.io gezeigten Ausführungsform ist jedoch zusätzlich im Bereiche unterhalb des Auftreffleckes de» Strahles schmelzflüssigen Gutes auf .den Brennstoffstrahl eine Auffangrinne 37 vorgesehen, um für den Fall einer Betriebsstörung nicht versprühtes Roheisen in den Flammenraum des Siemens-Martin-Ofens zu lenken· Zu dem gleichen Zwecke ist ein im Bereiche der Spiegelwand 3 des Siemens-Martin-Ofens vorhandener toter Raum mittels eines Fülistückes 38 im unterhalb des Sprühstrahles gelegenen Bereich ausgefüllt,

109839/1103 22 - °

Zl

wobei jedoch die luftzufuhrechäohte 39 duroh dieses Füllstück 38 nicht, verdeckt werden.

Patentansprüche:

- 23 - 109839/1103

•28.1.71

Claims (39)

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl aus schmelzfluss igem Roheisen und Schrott, allenfalls auch Erz, in einem Flammofen, beispielsweise einem Herdofen, insbesondere Siemens-Martin-Ofen, bei welchem zumindest ein Teil des für die Ofencharge erforderlichen Schrotts im Ofen, vorzugsweise auf ungefähr 1000⁰C, vorgewärmt und dann unter Zufuhr von Roheisen und erforderlichenfalls weiterem Schrott und/oder Erz und unter fortgesetztem Erhitzen unter Frischbedingungen niedergeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß von mindestens einer Stelle aus auf den im Ofen befindlichen Einsatz (Schrott und/ oder Schmelze) flüssiges Roheisen unter Vermittlung eines in den Ofen eingeführten Brennstoffstrahles aufgesprüht wird, wobei das flüssige Roheisen, vorzugsweise in Form eines Strahles, dem Brennstoffstrahl oder der sich aus dem Brennstoffstrahl ergebenden Flamme zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₃. dadurch gekennzeichnet, daß zur zumindest teilweisen Verbrennung des Brennstoffes benötigter Sauerstoff, beispielsweise in Form von gegebenenfalls vorgewärmter Luft, an Sauerstoff angereicherter Luft oder technisch reinem Sauerstoff, dem Brennstoff-, strahl über zumindest eine Düse zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff dem Brennstoffstrahl an zumindest einer stromab des Auftreffleckes des Roheisenstrahles auf den Brennstoffstrahl liegenden Stelle zugeführt wird.

- 24

J 09839/1 1 0.3

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff dem Brennstoffstrahl mit einem Winkel von O bis 30° zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff Sauerstoff höchstensin einer- die stöchiometrlsche Menge um 3o $ übersteigenden Menge zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff Sauerstoff in einer die stöchiometrische Menge, zweckmäßig um höchstens 30 io unterschreitenden Menge zugeführt wird, wobei der zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes erforderliche " Sauerstoff dem Flammenraum des Ofens zugeführt wird·

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Roheisenstrahl nach einer Parabel ausfließen gelassen wird und der Brennstoffstrahl tangential zum Roheisenstrahl gefördert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl und der Roheisens'urahl unter einem Winkel von 0° bis 120 aufeinander gerichtet werden·

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnetj daß, bezogen auf pro Zeiteinheit geförderte Menge an Brennstoff bzw» Roheisen, und bei einem Winkel von 0 bis .9o° zwischen Roheisenstrahl und*Brenn- " stoffstrahl, das Verhältnis des Impulses des den Auf-." treffleck des Roheisenstrahles beinhaltenden Seiles des Brennstoffstrahles zur senkrecht zum .Bi*ennstoffstrahl liegenden Komponente des Impulses dee Roheisenstrahles auf mindestens 1 % 1, vorzugsweise 2 s 1 bis 3o % 1, eingestellt wird, wobei die AustrittsgeaGhwindigkeit flüssigen Brennstoffes aus der Düse zweckmäßig 50 bis 250 m/sec und die Auatrittsgeschwindigkeit gasförmigen Brennstoffes 250 bis 300 m/sec beträgt.

BAD OBfGtNAL

- ²⁵ * 109839/1103

ZQ

10« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Roheisenstrahl im freien Fall dem etwa mit einem Winkel von -30° bis +30° zur Horizontalen aus einer Düse austretenden Brennstoffstrahl zugeführt wird·

11. Verfahreil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fallhöhe des Roheisens vom Austrittsende der zugehörigen Düse bis zum Auftreffleck des Roheisenstrahles auf den Brennetoffstrahl auf höchstens 2300 mza eingestellt wird.

12» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl trogförmig gestaltet ist und der Roheieenstrahl dem BrennstoffBti-ahl von der offenen Seite des trogförmigen Querschnittes her. zweckmäßig in der Symmetrieebene desselben zugeführt wird*,

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daB der Hoheisenstrahl einem Brennstoffstrahl ü-för-Eiigen oder V-förmigen Querschnittes zugeführt wird,

14·· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet _t daß die Füllhöhe des Vorratsbehälters, aus ivelchem der Hoheisenstrahl ausfließen gelassen wirdj sweckmäßig durch Regelung fies Gewichts des gefüllten Torratsbehälters, konstant gehalten wird.

15» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14? dadurch gekennzeichnetj daß dem Vorratsbehälter mehrere Roheissnstrahlen entnommen werden, von welchem jeder einem gesonderten Brennstoffstrafe! zugeführt wird.

16» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofen zusätzlich schmelaflüssige Zusatzstoffe_f beispielsweise Schlackenbildner, Legierungeelemente, Etrfcachwefelungsmittel oder Beruhigungsmittel mittels eines Brennstoffstrahles in analoger Weiee zugeführt werden oder daß feste Zuschlagstoffe eireia Brennetcffetrahl im zerkleinerten Zustand zugeführt

109839/1103 - 26 -

BAD ORIGINAL

wobei die Zusatzstoffe dem selben Brennetoffstrahl zugeführt werden können, welchem auch der Hoheisenstrahl zugeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem Ofen zugeführten Brennstoffstrahl und/oder in den gegebenenfalls dem Brennstoffstrahl zugeführten, Sauerstoff enthaltenden Gasstrahlen feste Zusatzstoffe in zerkleinerter Form suspendiert sind.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet daß im Bereiche des Auftreffleckes

des Roheisenstrahles bzw. des Strahles schmelzflüssiger i

Zusatzstoffe auf den Brennstoffstrahl die Breite des Querschnittes des Roheisenstrahles bzw. des Strahles scliraelzflüssiger Zusatzstoffe quer zur Richtung des Brennstoffstrahles gemessen die Breite des B^^r stoff Strahles nicht überschreitet.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da-' durch gekennzeichnet, daß die schmelaflüeaigen Zusatzstoffe dem Brennstoffstrahl in Form eines Strahles größeren Querschnittes zugeführt werden als äae schmelzflüssige Roheisen.

20. Verfahren nach Anspruch 19t dadurch gekennzeichnet,

daß der Querschnitt des Strahles des schiaelzflüssigen Zu- | satzstoffes und des Roheisens verkehrt proportional zum spezifischen Gewicht des Strahles des betreffenden Materiales ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen des schmelzflüssigen Gutes eine langgestreckte Querschnittsform aufweisen, wobei für den Fall eines Roheisenstrahles die größte Abmessung des Querschnittes desselben quer zur Richtung des BrennstoffStrahles und für den Fall eines Strahles scrmelzflüssiger Zusatzstoffe die größte Abmessung des

109839/1103

- 27 -

Querschnittes desselben in der Richtung des Brennstoffetrahlea gelegen ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Brennstoffstrahles versprühtes Roheisen so gegen die mittels eines anderen Brennstoffstrahles versprühten schmelzflüssigen Zusatzstoffe bzw. pulverförmigen Zusatzstoffe gerichtet wird, daß beide Sprühstrahlen einander durchdringen.

23· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine an eine Brennstoffleitung angeschlossene, einen trogförmigen Strahl bildende Düeeneinheit (22) und eine an einen Roheisen oder einen schmelzflüssigen Zusatzstoff enthaltenden Vorratsbehälter (20,24) angeschlossene Düse, wobei die Achsen der Düseneinheit und der Düse in einer gemeinsamen verikalen Ebene liegen und einander im Bereich der durch sie gebildeten Strahlen (S,S') schneiden, wobei die gemeinsame Ebene die Symmetrieebene der Trogform des Brennstoff Strahles bildet und wobei die offene Seite der Trogform des Brennstoffstrahles (S) dem Roheisenstrahl (S') zugewendet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß die den Brennstoffstrahl (S) bildende Düseneinheit am freien Ende einer in ihrer Längsrichtung verfahrbaren Lanze (4) angeordnet ist, die vorzugsweise in vertikaler Ebene verschwenkbar und/oder in horizontaler Richtung senkrecht zu ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordnet und zweckmäßig mit einer Innenkühlung ausgestattet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch dekennzeichnet, daß die Düse für den Auetritt des zu versprühenden schmelzflüssigen Gutes am Boden eines Vorratsbehälter θ (20,24) angeordnet ist, dessen Füllstand

109839/1103 - 28 -

beispielsweise durch Regelung seines Gewichtes, regelbar ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (20) höhenverstellbar angeordnet ist.

27· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Austritte.-öffnung der den trogförmigen Brennstoffstrahl (S) erzeugenden Düseneinheit U-förmig oder V-förmig ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinheit (22) eine ' Düse mit einer die Form des Querschnittes tines Trogte * besitzenden Austrittsöffnung aufweist, wobei die lichte Weite der Austrittsöffnung der Düse von den Enden der Schenkel in Richtung zur Sohle des Querschnittes stetig zunimmt und im Bereiche der Sohle d.as 3- bis 8-fache der lichten Weite am Ende der Schenkel beträgt.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Fördereinrichtung, beispielsweise Zahnradpumpe oder Kompressor, zur den trogförmigen Brennstoffstrahl (S) erzeugenden Düseneinheit (22) führenden Leitung ein Speicher (11) eingeschaltet ist, wobei bei durch diese Leitung gefördertem flüssigen Brennstoff in diesem Speicher ein Gaspolster (12), insbe- I sondere in Form einer mit Druckgas vorgespannten Blase aus gummielastischem Material, vorgesehen ist_e

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) für den Austritt des zu versprühenden schmelzflüssigen Gutes kalibriert ist und zweckmäßig von einem auswechselbaren Einsatzstück, beispielsweise aus Magnesia oder Sinterkorund, gebildet ist.

31· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Achse der Düse (24) für den Austritt des zu versprühenden echmelzflüesigen Gutes (Roheisen oder Zusatzstoffe) zur Vertikalen,zweckmäßig

- 29 - 109839/1103

um einen Betrag bis zu 60 von einer Endlage des Verstellbereiches zum anderen, verateilbar ist«

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 31» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Schnittpunktes der Achse der den trogförmigen Brennstoffstrahl erzeugenden Düseneinheit (22) mit der Achse der Düse (24) für den Austritt des zu versprühenden schmelzflüssigen Gutes von der Stirnfläche der Düse der Düseneinheit 50 bis 500 mm entfernt ist.

33· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinheit (22) eine Düse, insbesondere eine Düse, deren Längsprofil dem Längsprofil einer Lavaldüie (26) ähnlich ist, aufweist, deren Achse mit kleinem Winkel von beispielsweise 2° bis 5°, insbesondere 4°, in ein dieser Lavaldüse nachgeschaltetes Profil gerichtet ist, dessen Querschnitt in Richtung senkrecht zur Achse der lavaldüse dem Querschnitt eines Troges entspricht»

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil relativ zur Achse der Lavaldüse (26) verschwenkbar ist.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (22) für die Erzeugung des trogförmigen BrennstoffStrahles (S) unter Freilassung eines Raumes für die Zufuhr des schmelzflüssigen Gutes von Düsen für die Zufuhr von Sauerstoff bzw. eines sauerstoffenthaltenden Gases umgeben ist«

36.·Vorrichtung.nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, d&S jeweils zwei Düsen koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die innere Düse eines Paares koaxialer Düsen an einen Verteilerraum und die äußere Düse eines Paares koaxialer Düsen an einen anderen Verteilerraum angeschlossen ist..

37« Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen für die Zufuhr des Sauerstoffes

,_Λ 109839/1103

bzw. des Sauerstoff enthaltenden Gases entlang eines zur Achse der Düse (22) für den Brennstoffstrahl konzentrischen Kreises angeordnet sind.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35, 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff führende Düsen, deren Achsen den bereich des Boheisenstrahles (S¹) kreuzen, stromab des Auftreffleckes des Roheisenstrahles (S¹) auf den Brennstoffstrahl (S) vorgesehen sind.

39. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe" der Austrittsöffnung der Düee mindestens gleich dem 0,3-fachen, zweckmäßig dem o,5-fachen der Breite der Düse ist·

1.11.71 /Ro

Af ..

109839/1103