DE2204042A1 - Verfahren zum schmelzen von metall und schmelzofen zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Description

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Karl A. B r ο s e

Dip!.-lng.

D-8023 Mür.chen - Pullach Wieneislr. 2, T.iiüin. 7 93 05 70,7 9317 82

DBr/No - 4338 München-Pullach, den 28. Jan 1972

Hayes Shell-Cast (Developments) Limited, The Hayes, Lye, Stourbridge, Worcestershire, England

Verfahren zum Schmelzen von We tall und Schmelzofen zu dessen

Durchführung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Metall, Insbesondere wenn auch nicht ausschließlich von Eisen'und seinen Legierungen und einen mit einem Brennstoffmedium (Gas, Flüssigkeit oder staubförmlge Feststoffe)fKupolofen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Be.· L einem Kupolofen, wie er zum Schmelzen von Eisen in der Gießerei verwendet wird, wird der Ofen mit einer Mischung aus ELiJonechrottoder Gußeisen und Kohle beschickt, und ein Luftstrom aus um die Basis des Ofens verteilten Windformen führt zur Verbrennung des Kokses, die ausreicht, um das Eisen zu .schmelzen und zu überhitzen, weLohes auf den Boden des Ofens fällt und sich in dem Gestell des Ofens sammelt, wo es abgestochen wird.

Mit dem Nachlassen der Qualität des Kokses und dem Ansteigen der* Kosten für diesen wurden im Laufe der letzten Jahre verfif.h i'.'dcrif; Versuche uritei'riommeri, um alternative Wege zum »;k:hirii· i;·, ri von Ei stm in wirtn-'hn ft I ich praktischen Mengen zu

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finden. Abgesehen von den Kosten und der schlechten Qualität des Kokses liegen zusätzliche Gründe für den Wunsch, ohne Koks auszukommen, in der Tatsache, daß er zu einer Aufnahme von Schwefel in dem Eisen führen kann, welche eine sehr nachteilige Wirkung auf die Qualität des Eisens hat, und in der Tatsache, daß die Schwefelverbindungen in den Verbrennungsprodukten bestehender koksbefeuerter Kupolofen zu einer erheblichen Luftverschmutzung durch Schwefeldioxyd zusätzlich zu den begleitenden Asche- und Staubgehalten bewirken.

In Belgien und in Rußland wurde mit der Befeuerung von Eisenschmelzöfen mit Gas ein gewisser Erfolg erzielt. Bei dem belgischen Vorschlag ist ein Flammofen-Vorherd oder -Vorkammer längs des^Fußes eines Schachtofens angeordnet, und eine Flamme aus einem Gasbrenner überstreicht die Oberfläche des achmelzbades in diesem Vorherd, welcher zum Abgießen kippbar ist, während die heißen Gase von dem Vorherd in den Schacht des Ofens geleitet werden. Bei den russischen Vorschlägen sind die Brenner direkt an dem Schachtofen angeordnet, welcher versetzte innere Schultern aufweist, um zu verhindern, daß die nichtgeschmolzene Metallcharge auf den Boden fällt. Es sind andere Vorschläge bekannt geworden, bei denen eine ölfeuerung oder eine Gasfeuerung als zusätzliche Wärmequelle in einem Kupolofen verwendet wird, wodurch eine Verringerung der benötigten Koksmenge erzielt wird, wenn auch Koks nicht vollständig vermieden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zum SchmeLzen von Metall, insbesondere Eisen für GLeßereizwecke, in einem Schachtofen zu schaffen, bei dem ohne die Verwendung von Kokr. gearbeitet und ein Produkt erzeugt werden kann, das mindestens genauso gut und im allgemeinen besser als ein Produkt ist, wie es durch die bekannten Kupolofen erzielbar ist.

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Schmelzen von Metall, insbesondere Eisen, in einem senkrecht stehenden Schachtofen ohne Verwendung von Koks und unter Verwendung einer Brennstoff-Medium/Luftmischung, die außerhalb des Ofens, beispielsweise in einem üing von Brennern verbrannt wird, die um den Unterteil des Ofens angeordnet sind, wobei Easenschrottund Gußeisen in das Oberende des Ofens eingesetzt und geschmolzenes Metall am Unterende des. Ofens abgestochen wird, im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Verbrennungsgase von den Brennern nach oben durch ein poröses Wärmetauscherbett aus feuerfestem Material geleitet werden, während das geschmolzene Metall nach unten durch dieses Bett rieselt und dadurch überhitzt wird, und daß die Brenner mit einer Brennstoff/Luft-Mißchung betrieben werden, die mindestens einen 10%igenfGehalt an Brennstoff aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Metallcharge in einer oberen Zone des Schachtes oberhalb des porösen Wärmetauscherbettes aus feuerfestem Material, welches im wesentlichen mit dem Metall im geschmolzenen Zustand nicht reaktionsfähig ist, eingebracht, und in eine untere Zone des Schachtes unterhalb der Ebene des Bettes werden seitlich die heißen gasförmigen Verbrennungsprodukte mindestens einee Brenners eingeblasen, der mit einem gasförmigen, verdampften flüssigen oder fltaubfÖrmigen Festbrennstoff unter gesteuerten Brennstoff-Luftzustanden außerhalb dee Schachtes selbst betrieben wird, wobei die h&tßen gasförmigen Verbrennungsprodukte nach oben durch das Wärmetauscherbett bindurchgtrömen, letzteres aufheizen und aus der oberen Oberfläche des Bettes immer noch heiß genug austreten, um das Metali der Charge zu schmelzen, wobei dieses Metall beim Schmelzen nach unten durch das Bett hindurchläuft, in welchem es zusätzliche Wärmemengen aufnimmt, um so oberhalb seines Schmelzpunktes überhitzt zu werden, worauf es in eine noch weiter unten liegende Zone des ßchachtee gelangt, von wo es entnommen wird.

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Wie schon erwähnt, wird vorzugsweise der Brenner oder jeder . Brenner mit einer Brennstoff/Luft-Mischung betrieben, die

yberschuß-Gehalt an Brennstoff aufweist, und ein

typischer praktischer Wert liegt bei 20 %. Hierdurch wird der oxydierende Zustand innerhalb des Ofens minimiert. Dies stellt zwar nicht die wirkungsvollste Verbrennung unter dem Gesichtspunkt des thermischen Wirkungsgrades dar, jedoch beruht die Erfindung auf der Annahme, daß der thermische Wirkungsgrad nicht den bedeutungsvollsten Faktor darstellt. Im Gegenteil wird durch Verwendung einer vergleichsweise reichen Mischung zur Gewährleistung eines steuerbaren Grades von reduzierenden Zuständen ohne Berücksichtigung des thermischen Wirkungsgrades gewährleistet, daß ein optimaler Verfahrenswirkungsgrad bei der Herstellung geschmolzenen Metalls hoher Qualität und einer zur direkten Verwendung in der Gießerei ausreichenden Temperatur ohne Neuerhitzung erzielt wird.

Das geschmolzene Metall kann sich in einem den Boden des Ofens bildenden Gestell sammeln, von wo es entweder kontinuierlich oder intermittierend durch ein zweckdienliches Stichloch abgestochen wird, je nachdem, welches Vorgehen für erforderlich gehalten wird.

Obwohl vorzugsweise Gas (Erdgas, Stadtgas oder LFG) als Brennstoff verwendet wird, ist offensichtlich, daß im wesentlichen gleiche Ergebnisse unter Verwendung von verdampften Flüssigbrennstoffen (wie beispielsweise öl als Brennstoff) und mit Brennern entsprechender Bauweise oder mit einem Brennstoff in Form eines fein verteilten Feststoffes, der eingeblasen wird und sich wie eine Flüssigkeit verhält, erzielbar sind.

Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wird ein mit medienförmigem Brennstoff betriebener Ofen verwendet, der aus einem senkrecht oder im wesentlichen senkrecht stehenden feuerfest ausgemauerten Schachtofen besteht, der eine obere Chargenzone zur Aufnahme einer zu schmelzenden Metallcharge, eine -_::. η Wärmetauscherbett in Form einer durchbrochenen Struk-

tür aus einem feuerfesten, im wesentlichen bezüglich des zu schmelzenden Metalles inerten Material enthaltende Zwischenzone und eine Unterzone direkt unterhalb dieser Zwischenzone aufweist, in welche seitlich mindestens ein Brenner für einen Medien-Brennstoff (Gas, verdampfte Flüssigkeit oder pulverförmiger Feststoff) gemischt mit Luft gerichtet und derart angeordnet ist, daß die Verbrennung vollständig außerhalb des Schachtes stattfindet und die heißen Verbrennungsgase in den Schacht eintreten und nach oben durch das Wärmetauscherbett verlaufen.

Wenn zwei weitere Brenner vorgesehen sind, sollten sie vorzugsweise radial angeordnet und im gleichen Abstand um den Schacht vorgesehen sein und alle in Sichtung des Mittelpunktes des Schachtes zeigen, und sie können leicht nach unten aus der Horizontalen geneigt sein.

Das Wärmetauscherbett kann in der Form einer offenen Gittersteinstruktur vorgesehen sein, welche selbsttragend den Schacht überspannend ist und eine steife Konstruktion darstellt. Vorzugsweise jedoch sind lose feuerfeste Körper, beispielsweise Kugfcjln aus Kalk- oder !Teer-gebundenen Kohlenstoff oder Graphit vorgesehen, die einen Durchmesser aufweisen, der typischerweise zwischen 7 1/2 und 15 % des mittleren Durchmessers des Schachtes beträgt, welche auf einem Gitter liegen, das in der Form von mindestens zwei wassergekühlten Stangen vorgt?sehen sein kann, die sich quer durch den Ofen erstrecken. Es ist offensichtlich, daß das Volumen des Wärmetauscherbettes von dor angestrebten Schmelzkapazität des Ofens abhängt, jedoch noil fee ganz allgemein das Bebt eine Tiefe nicht kleiner als 30 cm oder mehr als 90 cm aufweisen, und in der Praxis wird eine Tiefe von ungefähr 60 cm vorgezogen. Die Brenner können in den Schacht ungefähr 60 cm unterhalb der. Bodens des Bettes ο i η tr·· tnri.

Im f'n l ^-prid-'n wird die Erfindung; anhand oiriiM· in den Zeichnungen ti·.'Lijpiolhaf't veransehaul ich tun Ausfuhrun^i'iform des ga;ibu tr Leb ;-

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nen Kupolofens näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen skizzenhaften senkrechten Schnitt durch die Achse des Ofens;

Fig. 2 einen weiteren senkrechten Schnitt durch die Achse des Ofens in einer zu Fig. 1 senkrecht liegenden Ebene;

Fig. 3 einen skizzenhaften horizontalen Schnitt durch die Stangen, welche das Wärmetauscherbett tragen, wobei die Windformen nicht veranschaulicht sind; und

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 einer abgewandelten Ausführungsform.

Grundsätzlich ist der Ofen ähnlich einem koksbefeuerten Kupolofen insofern, als er aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Stahlgehäuse 1 kreisförmigen Querschnittes mit einem Futter 2 aus feuerfestem Material besteht. Obwohl er in kreisförmigem Querschnitt veranschaulicht ist, kann er eine abweichende Form aufweisen, die sogar quadratisch sein kann. Eine Chargenöffnung 3 ist für die Eingabe von Chargenmaterial vorgesehen, und das Oberende führt zu einem Abzug (nicht gezeigt).

Das Bodenende des Ofens ist ständig verschlossen veranschaulicht, in der Praxis kann es jedoch in der Form eines Paares von mit Angeln versehenen Türen ausgebildet sein, die für den Zugang geöffnet werden können, wenn der Ofen neu ausgemauert

Ungefähr 180 cm oberhalb des Bodens des Schachtes ist ein Stübzgitter angeordnet, welches durch zwei horizontale parallele hohle Stahlstangen 4- gebildet wird, die mit feuerfestem Material umhüllt sind. Kühlwasser wird durch diese Stangen wahrend des Betriebes des Ofens geleitet. Auf diesen Stangen lagert ein Bett 5 aus hoch feuerfestem Material in Form von lose gepackten kugelförmigen Bällen, beispielsweise aus kaik-

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gebundenem Graphit. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel beträgt der Innendurchmesser des Schachtes an diesem Punkt 1 Meter, und die Kugeln haben einen Durchmesser von 12,5 cm. Bei einem größeren Ofen können die Kugeln größer sein, wobei vorzugsweise eine Obergrenze 17*5 oder 20 cm beträgt, und in der Praxis wird der Durchmesser der Kugeln im allgemeinen in dem Bereich zwischen 7*5 % und 15.% des mittleren Durch~ messers des Schachtes liegen.

Andere Materialien können für das Wärmetauscherbett verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie ausreichend feuerfest sind, um den auftretenden Temperaturen zu widerstehen. Da der Zweck des Bettes zusätzlich zum Abstützen der nichtgeschmolzenen Chargenmaterialien darin liegt, als Wärmetauscher zu arbeiten, sollte das Material eine hohe WärmeSpeicherfähigkeit und eine hohe Abstrahlfähigkeit haben. Es sollte nicht leicht oder zumindest nicht im ausreichenden Maße mit dem erschmolzenen Metall reagieren, und vorzugsweise sollte es auch nicht durch das geschmolzene Metall benetzt werden. Anstelle von Kugeln können andere Formen,sogar abgebrochene Klumpen von feuerfestem Material in form von Abfällen aus einem anderen Verfahren verwendet werden, vorausgesetzt, daß ihre Form und Anordnung derart ist, daß sie den Durchlaß des erforderlichen Gasvolumens ermöglichen und gleichzeitig eine genügend lange Wegstrecke und Berührungszeit für die herunterlaufenden Metalltropfen gewährleisten, damit diese eine ausreichende Überhitze aufnehmen.

Die optimale Tiefe des Bettes hängt von verschiedenen Faktoren einschließlich des Durchmessers des Schachtes und der Temperatur ab, die erreicht werden soll. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe ungefähr 60 cm.

60 cm unterhalb der Stangen 4 ist ein Ring von 4 Verbrennungskammern 6 angeordnet, die symmetrisch vorgesehen sind und von denen öede in der Draufsicht radial nach innen zeigt,, wobei ' in der Seltenen . r-ht diese laismern. isiibt aus der Horizontalen - ' . 309308/0^02

(10 Grad in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel) geneigt sind. Am anderen Ende einer Jeden Verbrennungskammer ist ein Gasbrenner 7 angeordnet, der von einer auf dem Markt erhältlichen Bauweise sein kann, welcher mit Gas und Luft beschickt wird. Die Verbrennung findet vollständig im Inneren der Kammer statt, die im Querschnitt jede zweckdienliche Form aufweisen kann und welche ein ausreichendes Volumen haben muß, um eine vollständige Heaktion des vorhandenen Sauerstoffgehaltes in , der Verbrennungsluft zu gewährleisten.

Der Strom von Gas und Luft zu jedem einzelnen Brenner wird unabhängig auf einen Wert gesteuert und eingestellt, so daß das Verhältnis von Gas zu Luft mindestens 10 % und vorzugsweise über 20 % größer als der theoretisch richtige Wert ist, der durch stöchiometrische Überlegungen ermittelt wird. Dies gewährleistet, daß eine weniger oxydierende oder sogar eine reduzierende Atmosphäre in dem Schacht des Ofens vorhanden ist.

Am Fuß des Ofens ist ein Gestell 8, in welchem sich das geschmolzene Metall sammelt, und dies kann je nach Wunsch kontinuierlich oder intermittierend durch ein verschließbares Stichloch 9 abgestochen werden. Ein anderes Loch 10 in einer höheren Ebene ermöglicht es, daß auf dem geschmolzenen Metall schwimmende Schlacke von Zeit zu Zeit abgestochen werden kann, wenn sie sich ansammelt. Bei einer alternativen Ausbildung (nicht dargestellt) kann irgendeines der bekannten Systeme zum kontinuierlichen und gleichzeitigen Entnehmen von Metall und Schlacke verwendet werden.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel des Ofens dient zum Schmelzen von Eisen in Eisengießereien. Er wird mit einer Mischung aus Gußeisen, Eisenschrotfeund Stahlschrott in Übereinstimmung mit der üblichen Verfahrensweise von Kupolofen .beschickt, jedoch selbstverständlich nicht mit Koks. Weiterhin findet ein Zuschlag von typischerweise 1 % von Kalkstein als Flußmittel statt, wobei diese ZuBchlagsmenge in Abhängigkeit von der Qualität der Ghargenmaterialien großer sein kann.

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Die Verbrennungsgase von den Brennkammern 6 treffen sich in einer mittleren unteren Zone des Schachtes unterhalb der Stangen 4 und gelangen nach oben, heizen das feuerfeste Bett auf und strömen dann nach oben in die Ghargenmaterialien. Es ist offensichtlich, daß das Eisen nicht schmilzt, bis die Gastemperatur oberhalb des Bettes 5 über den Schmelzpunkten der Chargenmaterialien liegt, welche im Bereich zwischen 1150⁰G bis ungefähr 1500⁰G beim Schmelzen von Eisen liegen. Folglich ist die Umgebungstemperatur weiter unten in dem Bett wesentlich höher, und direkt unterhalb des Bettes betragen die geschätzten Gastemperaturen ungefähr etwas über 1600⁰G. Die bereits oberhalb des Bettes geschmolzenen Chargenmaterialien nehmen beim Hindurchtröpfeln durch das Bett aus feuerfestem Material zusätzliche Wärmemengen aus dem Bett auf (welches selbst durch die Gase kontinuierlich erhitzt wird) und treten am Boden des Bettes erheblich über den Schmelzpunkt des nun im wesentlichen vermischten geschmolzenen Materials überhitzt' aus. Das Metall fällt dann durch die die Verbrennungskammern enthaltende untere Zone in das Gestell, aus dem es zur Verwendung abgestochen wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Stangen 4 150 cm oberhalb des Bodens des Gestells 8 angeordnet, und die Verbrennungskammern 6 öffnen sich in den Schacht 60 cm unterhalb der ötangen. Das Wärmetauscherbett ist 60 cm dick, und die Höhe des Chargenmaterials kann innerhalb weitläufiger Grenzen variiert werden. In dem veranschaulichten Aus i'ührungsb ei spiel kann die Tiefe des Ghargenmaterials bis zu 1,8 m betragen, welches die Entfernung vom Oberende des Wärmetauscherbettes zum Sims der Beschickungstür 3 ist. Je größer die Tiefe der Charge ist, desto größer ist der Vorwärmgrad,und folglich i3t auch desto größer die Wärmemenge, die von dem Gas abgezogen wird, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Der thermische Gesamtwirkungsgrad auf der Basis der maximalen Flammenbemperatur-Wärmeausboute ist jedoch nicht «in 7ordrin&li.oh ms Zi«1 der Er find mir;.

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Die Brenner bei dem veranschaulichten Ausführungsbelspie L weisen je eine thermische Kapazität von 356 000 Kcal, pro Stunde auf, werden jedoch bei ungefähr 80 % ihres Maximaldurchsatzes an Gas betrieben, was zu einer Abgabe von 600 000 Kcal, pro Stunde führt. Die tatsächlich erzeugte Wärmemenge ist kleiner als dieser Wert, da die Brenner mit einer brennstoffreichen Gaa/Luft-Mischung bis zu dem Ausmaß von 20 % oder mehr Gasüberschuß beschickt werden. Von 30 bis 40 % der erzeugten Wärme wird auf das Metall als latente Schmelzwärme und anschließend beim Überhitzen des Metalls übertragen, wenn die Schmelzmenge von 3 auf 4 1/2 Tonnen Metall pro Stunde erhöht wird. Es ist offensichtlich, daß sämtliche Werte und Abmessungen wie oben angegeben sind- und die Anzahl der Brenner geändert werden können, um größere oder kleinere Schmelzkapazitäten zu erzielen.

Die Hohlstangen 4 müssen nicht mit feuerfestem Material ummantelt sein, falls der Kühlwasserstrom groß ist und falls Schritte unternommen werden, um zu gewährleisten, daß der Strom nicht, auch nicht momentan, unterbrochen wird. Bei einer in Fig. 4 veranschaulichten abgewandelten Form ist die Anzahl der Stangen auf 6 vergrößert, von denen die bei den äußeren anfänglich vollständig von dem feuerfesten Futter des Schachtes aufgenommen sind, die jedoch hervortreten, wenn das Futter im Betrieb durch Verschleiß abgetreten wird. Diese Stangen dienen dazu, die Erosioneeenge der feuerfesten Ausmauerung zu verringern, um somit die Betriebsdauer des Futters zu vergrößern, ehe Reparaturen oder eine Neuausmauerung notwendig ist.

Daa Material dee feuerfesten Bettes-^ wird ün Betrieb sehr langsam mit einer typischen Menge von 2 % oder weniger des Gewich tea des geschmolzenen Eisens verbraucht, und somit kann der Ofen über lange Zeitspannen betrieben worden, ehe das Bett vollständig erneuert werden muß. Das Bett kan m seiner Arbeitstiefe gehalten werden, incem das Material d ; ?-..-l:teu den ^Λ ingtiuh^ten Jhaiv* lunaterialien in einer LAngv » ;· -n.,:·- i'Hhr 1 oa · 2 .i) el ί.!Wichten .ier Metal !.charge *'T-£'"^{:{l f} < leu.

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Die Vermeidung von Koks führt zu einem Eisen, welches frei ist von dem sonst folgenden Problem der Schwefelaufnahme, und der Schwefelgehalt des Eisens liegt sicherlich nicht höher als der des Gußeisens oder der Schrottmaterialien, die eingegeben wurden. Die Veränderungen des Siliciumgehaltes haben sich als vernachlässigbar klein bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zur Erschmelzung mit einem Kupolofen mit Koksfeuerung erwiesen. Die Änderungen des Kohlenstoffgehaltes des Eisens werden durch die Abwesenheit des Kokses beeinflußt, der bei

incm Kupolofen mit Koksfeuerung vorhanden wäre. Bei einem koksV.r feuerten Kupolofen kann durch den Koks tatsächlich die henge des Kohlenstoffs im geschmolzenen Metall über den mittleren Kohlenstoffgehalt der eingegebenen Materialien erhöht werden. Bei dem gasbefeuerten Kupolofen wurden ungefähr 0,5 /Ό weniger Kohlenstoff in dem geschmolzenen Metall für eine gegebene Charge-nzusarrimensetzung im Vergleich mit dem koksbefeuerten Kupolofen gefunden. Dies kann durch Änderung der Verhältnisse der verschiedenen Bestandteile der Charge ausgeglichen werden.

Alternativ kann Kohlenstoff dadurch zugegeben werden, daß er in Form von Graphitpulver oder einer auf dem Markt erhältlichen Aufkohlungs-Verbindung eingeführt wird, welche in das Schmelzbad aus geschmolzenem Metall mittels eines Stromes von trockenem Gas eingeblasen wird, das in den Ofen durch ein Rohr, welches aus Metall.oder aus einem feuerfest überzogenen Metall oder aur feuerfestem Material bestehen kann, eintritt, wobei das Kohl' in der Wandung ob^Thalb der Ebene der Brenner angeordnet ist. Vorzugsweise isc das Rohr nach unten geneigt, so daß die herunterfallenden Metalltropfen und Schlacketropfen sich nicht an st-inem Auslaßende ansammeln und dort erstarren und daß das Graphitpulver durch den Gasstrom unter die Oberfläche des flüssigen Metalles in dem Gestell gezwungen wird.

Es ist bekannt, daß die Temperatur des geschmolzenen Eisens ungefähr um 70°u pro 1 % zugegebenen Kohlenstoff herabgesetzt wird. Wird folglich 1/2 oder 1 % Kohlenstoff dem Eisen zuge-

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geben, so liegt die Temperatur des Eisens, gemessen in einer Gießpfanne, in welche es aus dem Ofen abgestochen, unter der Temperatur, die vorhanden wäre, falls kein Kohlenstoff zugegeben worden wäre, und es hat die Schmelze ungefähr 30 oder 40 C zwischen dem Ofen und der Gießpfanne verloren. Wenn somit die in der Gießpfanne gemessene Temperatur allgemein zwischen 1350° und 1430⁰C und meistens zwischen 1385° und 1410⁰C liegt, kann daraus geschlossen werden, daß bei Abwesenheit der Aufkohlung die Temperatur des Metalls in dem Gestell zwischen 1450°C und 1520^oC liegen muß. Die Temperatur weiter oben in dem Ofen kann 1600⁰C unterhalb des Wärmetauscherbettes und nicht mehr als 155O°C betragen.

Die oben angegebenen Ergebnisse wurden mit der Gas/Luft-Mischung erzielt, die 20 % Gasüberschuß aufwies und mit Kaltluft hergestellt war. Falls der Überschuß auf ?0 % oder 35 %» weiterhin mit nicht vorgeheizter Luft, erhöht wird, liegen die Temperaturen in dem Ofen niedriger. Die Verbrennungskammern müssen dann erheb lieh vergrößert werden, um zu gewährleisten, daß der gesamte freie Sauerstoff in den Verbrennungsgasen verbraucht wird, ehe die Gase den senkrechten Schacht des Ofens selbst erreichen. Mit derartig reichen Mischungen ist es empfehlenswert, die eintretende Luft vorzuheizen, um die Verbrennungstemperatur hoch zu halten und um dadurch die Temperatur in dem Ofen bei einem Niveau zu halten, welches das Schmelzen und Überhitzen der Charge gewährleistet. Dan Vorheizen kann dadurch durchgeführt werden, daß die eintretende Luft an den Abgasen von dem Ofenabzug vorbeigeleitet werden. Alternativ, wenn die Gasmischung ausreichend brennstoffreich ist, können die Abgase selbst brennbar sein und verbrannt werden, um die Wärme zum Vorheizen der eintn i r-ndon Luft zu .liefern. Bei derartigen Verhältnissen kann der Brenn.'Htoffreichtum der Luft bis zu 100 % vergrößert werden, d.h. din Brenner können mit doppelt no vieJ Gas im Verhältnis zu Luft beschickt wurden, wie dies zur vollständigen Verbrennung theoretisch riohtif wäre;.

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Wie der Kohlenstoff können andere Bestandteile, beispielsweise Magnesium oder Nickel, entweder in J?orm der wirtschaftlich reinen Metalle oder in der iPorm von Legierungen oder Verbindungen dem geschmolzenen Metall in dem Gestell zugegeben werden. Diese Zugabe zum Legieren führt zu einem wesentlich wirksameren Legieren des Zuschlagsstoffes mit dem Eisen und vermeidet die nicht immer vorteilhaften Nebenreaktionen, welche die Atmosphäre verunreinigen köpfen-. Die Abwesenheit von Koks und von nicht kontrollierter öclils.cl;.-3 Ia. ϊβα erfindungsgemäßen Verfahren gewährleistet, daß diese Zusätze voraussagbar und konsistent stattfinden.

Durch das Gesamtverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird nicht nur ein verbessertes Produkt erreicht, sondern, wie bereits zuvor erwähnt, liegt ein besonders wertvoller zusätzlicher Vorteil in der schwefelfreien und rauchfreien Emission des Abzuges. Diese Art der Emission vermeidet eine Luftverun-' reinigung und ist im wesentlichen unsichtbar.

Sämtliche in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims (16)

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Schmelzen von Metall, insbesondere Eisen,
in einem senkrechten Schachtofen ohne die Verwendung von Koks
und unter Verwendung einer Medien-Brennstoff/Luft-Mischung, die außerhalb des Ofens, beispielsweise in einem Hing von Brennern verbrannt wird, die um den Unterteil des Ofens angeordnet sind, wobei Eisenschrott und Gußeisen in das Oberende des Ofens eingesetzt und geschmolzenes Metall am Boden des Ofens abgestochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngase von den
Brennern nach oben durch ein poröses Värmetauscherbett aus
feuerfestem Material geleitet,wenden, während das geschmolzene Metall durch das Bett nach unten rieselt und dadurch überhitzt wird, und daß die Brenner bei einer Brennstoff/Luft-Mischung
betrieben werden, die mindestens 10 % Brennstoffüberschuß
enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner mit einer Brennstoff/Luft-Mischung mit mindestens
20 % Brennstoffüberschuß betrieben werden»

3· Verfahren nach Anspruch 1 zum Schmelzen von Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Gase an der oben liegenden Oberfläche
gehalten wird.

den Oberfläche des Wärmetauscherbettes bei höchstens 1600 C

4. Verfahren nach Anspruch 3_} dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Gase an der unteren Oberfläche des Wärmetauscherbettes bei nicht mehr als 1600⁰C gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein veränderndes Element oder Material in
das Metall mittels Druckluft durch eine öffnung in der Wandung, des Ofens eingeblasen wird, um in das in dem Boden des Ofens
befindliche Metall einzudringen.

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6. Mit Brennstoff betriebener Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 mit einem senkrecht stehenden Schachtofen, welcher mit Einrichtungen zum Einsetzen von Chargenmaterial in sein Oberende und Einrichtungen zum Abstechen geschmolzenen Metalls an seinem Fußende ausgestattet ist und mindestens einen Brenner in einer Zwischenzone aufweist, der derart angeordnet ist, daß ein Medien-Brennstoff/Luft-Gemisch in Verbrennungskammern außerhalb des Ofens verbrannt wird, gekennzeichnet durch ein poröses Wärmetauscherbett (5) aus feuerfestem Material oberhalb der Ebene der Verbrennungskammern (6J.

7· Ofen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens vier Brenner (7)> die alle in Richtung des Mittelpunktes des Schachtes (1) zeigen.

8. Ofen nach Anspruch 6 oder 7i dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder der Brenner (7) leicht nach unten geneigt ist.

9- Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherbett aus einer selbsttragenden durchbrochenen Struktur aus feuerfesten Steinen besteht, die in die Wandungen des Schachtes eingebaut sind und diesen überspannen.

10. Ofen nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauacherbett aus einem Bett (5) aus losen einzelnen Körpern aus feuerfestem Material besteht, die auf einem Gitter (4.) ruhen, das sich über den Schacht (1) erstreckt.

11. Ofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (4) aus mindestens zwei parallelen wassergekühlten Stangen besteht.

12. Ofen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, (jaß die feuerfesten Körper (5) im wesentlichen kugelförmig: sind und

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je einen Durchmesser zwischen 7₅5 % und 15 % der mittleren horizontalen Abmessung des Schachtes (1) aufweisen.

13· Ofen nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Körper (5) aus kalkgebundenem Glanzerz-Graphit bestehen.

14. Ofen nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherbett (5) zwischen 30 und 90 cm dick ist.

15. Ofen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherbett (5) im wesentlichen 60 cm dick ist.

16. Ofen nach einem der vorstehenden Anspruch 6 bis 15» dadurch gek nnzeichnet, daß der oder jeder der Brenner(7) derart angeordnet ist, daß seine Verbrennungsgase in den Schacht (1) in einer Ebene eingeleitet werden, die im wesentlichen 60 cm unterhalb der Unterseite des Bettes (5) liegt.

17· Ofen nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 16, gekennzeichnet durch eine in einer Wandung des Schachtes(i; in oder unterhalb der Ebene der Verbrennungskammern (6) angeordnete Düse zum Einleiten eines Elementes oder Materials durch Gasdruck, welches in das geschmolzene Metall eindringt und die⁵ Zusammensetzung des Metalls ändert.

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