DE2437245C3

DE2437245C3 - Vorrichtung zur kontrollierbaren Rauchgasverbrennung für einen geschlossenen Lichtbogen-Reduktionsofen zur Erzeugung von Metallen und Metall-Legierungen '

Info

Publication number: DE2437245C3
Application number: DE2437245A
Authority: DE
Inventors: Heribert 4100 Duisburg Koenig; Heinz 4300 Essen Stark
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1974-08-02
Filing date: 1974-08-02
Publication date: 1979-01-18
Also published as: DE2437245B2; NO141998B; US3997711A; CA1067550A; SE7508615L; NO752718L; SE410322B; DE2437245A1; ZA754917B; NO141998C

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontrol-⁵* lierbaren Rauchgasverbrennung für einen geschlossenen Lichtbogen-Reduktionsofen zur Erzeugung von Metallen und Metall-Legierungen unter Zuschlag von silizium- und/oder chrom- und/oder manganhaltigem Möller, wobei der Ofenraum mittels einer gasdichten Elektrodendurchführung, Gasabzugsrohre und Beschikkungsvorrichtungen aufweisenden, gekühlten Rauchgashaube geschlossen ist die eine oder mehrere

M Luftzutrittsöffnungen mit einer Regelvorrichtung aufweist, mittels der abhängig von der gemessenen Temperatur und/oder Analyse der abgesaugten Gase Verbrennungsluft in den Ofenraum eintritt Heiße Reduktionsprozesse wurden bisher zumeist mittels Elektrolichtbogenofen offener oder halbgeschlossener Bauweise durchgeführt Diese Reduktionsverfahren erfordern eine sehr große Abgas-Entstaubungsanlage, weil die bei solchen Ofen angesaugte Falschluftmenge ein unkontrollierbares Vielfaches des im Ofen erzeugten Gases ausmacht Eine ausreichend groß bemessene Abgas-Entstaubungsanlage verteuert nicht nur die Anlage ganz erheblich, sondern beansprucht auch sehr viel Raum. Außerdem läßt sich eine derart große Entstaubungsanlage nicht oder nur mit viel Aufwand und erheblichen Verzögerungen den jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen.

LJm den Anteil der Falschluft zu verringern und somit mit kleineren Abgasreinigungsanlagen auskommen zu können, ist vorgeschlagen worden, das Reduktionsver fahren in geschlossenen Elektro-Reduktionsofen durch zuführen. Hierbei gelangt die Verbrennungsluft durch einen sehr breiten Schlitz oder mehrere auf den Umfang der Rauchgashaube verteilte Ansaugöffnungen in den Verbrennungsraum. Es ist bekannt (DE-OS 16 08 228),

den Verbrennungsluftstrom durch differenziertes öffnen bzw. Schließen dieser Ansaugöffnungen zu regeln, wobei die zum Verändern der Öffnungsquerschnitte erforderlichen Schieber oder Klappen abhängig von der jeweiligen Temper?tur und/oder Analyse der im

so Ofenraum befindlichen Rauchgase gesteuert werden. Trotzdem bereitet es auch heute noch sehr große Schwierigkeiten, einen Elektro-Reduktionsofen mit heißem und unruhigem Ofengang wenigstens so weit zu schließen, daß wegen der großen Abgasmenge die nachgeschaltete Abgas-Entstaubungsanlage in einer wirtschaftlich gerade noch vertretbaren Größenordnung gehalten werden kann, weil durch die Ansaugöffnung sehr viel Falschluft eindringen kann. Die bekannten Reduktionsverfahren bedingen also sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb äußerst aufwendige Einrichtungen.

Bei heißen Reduktionsprozessen können z. B. durch die Bildung von Sinterbrücken an der Oberfläche des Möllers plötzlich diese Oberfläche durchbrechende, sehr heiße Gasausbrüche auftreten, deren Temperatur 2000°C überschreiten kann. Diese Gasausbrüche bedingen einen großen Abstand der Rauchgashaubendecke von der Mölleroberfläche, damit die metallischen

Konstruktionsteile der Pecke nicht unmittelbar von den sehr heißen Gasen beaufschlagt werden, sondern erst vermengt mit kühlerem Gas, Um die Höhe der Rauchgashaube in gerade noch vertretbaren Grenzen halten zu können, müssen für die Rauchgashaubenkonstruktion und für die Durchführungselemente der Elektroden und Beschickungsvorrichtungen teuere, hochtemperaturbeständige Werkstoffe verwendet werden. Auch müssen zusätzliche Wasserkühlungen vorgesehen werden, welche die Anlagekosten ebenfalls erhöhen.

Mit dem Problem der Kühlung des Deckels eines elektrischen Ofens befaßt sich die französische Patentschrift FR-PS 8 73 478. Bei dem beschriebenen Ofen handelt es sich nicht um eine vollkommen abgeschlossene Ofenbauart, denn der Ofenraum ist über öffnungen mit der Atmosphäre verbunden. Der Deckel wird mit Hilfe eines Kühlrohrsystems gekühlt. Eine Regelung der Verbrennungsluftmengen ist nicht vorgesehen.

Am Deckel sind noch weitere öffnungen vorgesehen, durch die Abstichschwaden geführt werden, die im Ofenraum mit Luft gemischt und dann in eine Abgasreinigungsanlage geleitet werden.

Weiterhin ist aus der DE-PS 8 94 700 ein Siemens-Martin-Ofen bekannt, der mit Vorrichtungen zur Verminderung des Gewölbeverschleißes versehen ist An einer der Stirnseiten des Ofens ist ein Brenner und an der andernen Stirnseite ein Rauchgasabzug, um den herum mehrere Lufteinlaßöffnungen angeordnet sind, vorgesehen. Durch die Einrichtung soll die Erosion am Gewölbe, die im wesentlichen durch den Anprall der Flammen und der staubhaltigen Gase an das Gewölbe verursacht wird, vermindert werden. Unterhalb der Decke wird nämlich ein entgegengerichteter Gasgegenstrom erzeugt, wobei das Gas vorgewärmt wird. Die Vorwärmung erfolgt üblicher Weise in Rekuperatoren. Zur Vermeidung der Erosion des Deckelgewölbes muß immer neues Gas zugeführt werden.

Es ist auch ein Verfahren zur Verminderung einer Verdünnung von schwefeldioxydenthaltenden Abgasen in elektrischen Kuperschmelzöfen, die mit Söderberg-Elektroden versehen sind, bekannt (US-PS 37 92 998). Zur Kühlung der Elektrode und deren unmittelbaren Umgebung sowie zur Abdichtung der Elektrode gegenüber dem Deckel durch einen Gasverschluß, wird « ein Teil des gekühlten Abgases vor oben her um die Elektrode in den Ofen eingeführt. Hierbei handelt es sich jedoch keineswegs um einen die Ofenhaube intensiv bestreichenden Kühlungsstrom. Bei den Kupferöfen ist nämlich ein offenes Schiackenbad vorhanden, das eine hohe Temperatur von Abgasen verursacht. Hierbei handelt es sich nicht um eine Kühlung der Abgase, sondern lediglich um eine geringe relative Senkung der Temperatur, wobei die etwas abgekühlten Abgase keine effektive Kühlung der Haube herbeiführen können. Im Gegenteil dürften die Söderberg-Elektroden auf keinen Fall auf Temperaturen gekühlt werden, die zur Kühlung in einem Reduktionsofen erforderlich sind, denn solche Temperaturen wurden den Selbstbackungsprozeß der Söderberg-Elektroden wesentlich beeinträchtigen oder sogar verhindern.

Schließlich ist aus der DE-AS 10 99 744 ein elektrischer Reduktionsofen mit zentral angeordneter Beschickungseinrichtung bekannt. An der Abgasleitung ist ein Gebläse angeordnet, das die Abgase in den unteren Teil der im Bunker befindlichen Beschickung beläßt. Mit den heißen Ofengasen soll das zu verhüttende Gut vorbehandelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontrollierbaren Rauchgasverbrennung für einen geschlossenen Lichtbogen-Reduktionsofen der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine kontrollierte Reduktionsgasverbrennung und Rauchgasentwicklung und somit eine benauere Dimensionierung der Rauchgas-Entstaubungsanlage ermöglicht. Gleichzeitig soll die Rauchgashaubendecke einschließlich ihrer Durchführungen vor der Verbrennungswärme der Rauchgase wirksamer geschützt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im unteren Teil des Rauchgashaubenmantels auf dessen Umfang verteilt Düsen für die kontrolliert zugeführte Verbrennungsluft angeordnet sind und daß unmittelbar unter dem Rauchgashaubendeckel zusätzliche Düsen vorgesehen sind, die an eine oder mehrere Rückleitungen für kühles, inertes oder sauerstoffarmes gereinigtes Abgas angeschlossen sind, in denen ein oder mehrere Gebläse geschaltet sind, wobei die Mündungen der Düsen parallel zum Haubendeckel abgewinkelt sind, derart, daß ein flacher Kühlstrom e· .Jiugt wird, der mit hoher Geschwindigkeit zu einem eier mehreren Gasabzügen fließt.

Somit wird auf einfache Weise möglich gemacht, den geschlossenen Lichtbogenofen mit nur geringem Verbrennungsluft-Überschuß zu fahren. Dieser Überschuß kann auch deshalb erheblich kleiner gewählt werden, weil die Verbrennungsluft nunmehr in regelbarer Menge bis ins Zentrum der unteren Gasraumzone geblasen werden kann, während bisher die angesaugte Verbrennungsluft zumeist nicht bis in den zentralen Bereich gelangte, so daß zwecks vollkommener Verbrennung mit großem Luftüberschuß gearbeitet werden mußte. Entsprechend kleiner als bisher kann nun auch die Abgas-Reinigungsanlage ausgelegt werden. Außerdem kann wegen der intensiven Kühlung der Rauchgashaubendecke deren Abstand von der Mölleroberfläche erheblich kleiner als bisher gehalten werden. Das führt zu einer niedrigeren und leichteren Rauchgashaube, deren flachere Bauform eine bedeutende Verkürzung der Elektrodenstränge und der Elektroden-Reststränge zur Folge hat. Ferner erbringt die intensive Kühlung der Rauchgashaube den Vorteil, daß die Elektrodenfassungen, deren Kontaktbacken und die Durchführungszylinder von der Haubendecke auf gewartet werden können. Infolge der niedrigeren Bauhöhe der Rauchgashaubendecke werden die Stromzuleitungen erheblich verkürzt, so daß bei der Wechselstromenergieübertragung weniger Wirk- und Induktivverluste auftreten. Schließlich bewirkt der heftige Kühlgasstrom, daß sich kein Staub an der Rauchgashaubendecke ansetzen kann. Damit entfällt die Reinigung der Rauchgashaube, die bisher vor allem beim Zuschlag von siliziumhaitigem Möller in relativ kurzen Zeitabständen erforderlich war. Zweckmäßig wird als Kühlgas gereinigtes Abgas verwendet, das infolge des geringen Verbrennungsüberschusses sehr sauerstoffarm ist. Das Abgas wird in die oberste Zone des von der Ruuchgashaube umschlossenen Raumes geblasen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind in der Verbrennungsluftzuleitung bzw. -leitungen ein oder mehrere Gebläse geschaltet, deren Leistung abhängig von der Temperatur und/oder Abgasanalyse sowie von der Ofenleistung repelbar ist.

Die zusätzlichen Düsen sind am Haubendeckel vorzugsweise auf zur Ofenachse konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei die Mündungen der Düsen in

gleichen Kreisbogenrichtungssinn weisen und der Kühlstrom fließt in ungefährer Breite des Deckelhalbmessers zu den Gasabzügen.

Die Düsenmündungen sind zweckmäßig als Breitstrahler ausgebildet.

Weiterhin wird vorgeschlagen, am Haubendeckel Geräte für die Messung der Temperatur und Menge des Ofengases sowie der Deckentemperatur anzuordnen, so d?.Q die dem jeweiligen Ofengang entsprechende in den Ofenraum zurückzuführende Abgasmenge mittels die ser Meßwerte automatisch gesteuert werden kann. Schließlich ist in die Abgas-Rückleitung ein Kontrollgerät für den Durchfluß der Gasmenge eingeschaltet, das mit einem Signalgeber versehen ist. Dieser spricht an. sobald der Durchfluß einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

In Weiterentwicklung der Erfindung ist bei freiem zeniraien Bereich der Rauchgashaube in diesem Seiden eine Kühlgasdüse mit radialer ringförmiger Düsenöffnung oder mit mehreren seitlichen Düsenöffnungen angeordnet. Damit ist sichergestellt, daß auch in diesem Bereich die Haubendecke intensiv gekühlt wird.

Ist in diesem zentralen Bereich des Haubendeckels bereits ein Möllerbeschickungsrohr vorgesehen, so wird dieses mit Abstand von einem an die Abgasrückleitung angeschlossenen Rohrstutzen umfaßt, der unterhalb des Haubendeckels eine radiale ringförmige Düsenöffnung oder mehrere seitliche Düsenöffnungen aufweist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, es zeigt

Fig. 1 ein Schema der Anlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt der Rauchgashaube und F i g. 3 eine Draufsicht auf die Rauchgashaube,

Fig.4 stellt einen Ausbruch aus dem Mittenbereich der Rauchgashaubendecke mit einer zentralen Kühlgasdüse dar und

F i g. 5 einen ähnlichen Ausbruch der Rauchgashaubendecke mit zentralem Möllerbeschickungsrohr.

der unmittelbar über der Mölleroberfläche 2 befindlichen Zone 14 mit sehr hohen Temperaturen. Um mit einer relativ niedrigen Bauform der Rauchgashaube 8 auszukommen, deren Deckel 15 sowie deren integrierte Konstruktionsteile von dem Einfluß dieser hohen Verbrennungstemperaturen mit Sicherheit zu schützen, wird in die unmittelbar unterhalb des Rauchgashaubendeckels 15 befindliche Zone 16 kaltes gereinigtes Abgas eingeblasen, das hinter einer Gasreinigungsanlage 17 mittels eines Gebläses 18 über Rückleitungen 19 und zwei Ringleitungen 20, 21 zurückgeführt und durch Breitstrahldüsen 22 hindurch unmittelbar unter den Haubendeckel 15 geblasen wird. Die Breitstrahldüsen 22 sind hierzu in die Horizontale umgebogen, und zwar derart, daß ein flacher ringförmiger Kühlgasstrom erzeugt wird, der den Haubendeckel 15 intensiv kühlt und durch zwei Leitungen 23 den von der Rauchgashau

Oc S üiTisCluOibciicii Raum veieiiii ruft dem verbrannten Ofengas verläßt. Zwischen jeder Breitstrahldüse 22 und ihrer Ringleitung 21 bzw. 20 ist zur Kontrolle des Durchflusses ein Strömungsüberwacher 25 eingeschaltet.

Die Breitstrahldüsen 22 sind auf zueinander konzentrischen Kreisbögen angeordnet, und zwar auf den inneren Kreisbögen um einen Zentriwinkel von 22 V₂" zueinander versetzi.

im Ze:.;rum des Haubendeckels 15 ist eine Kühlgasdüse 26 (vgl. auch Fig.4) vorgesehen, die zwei halbkreisförmige seitliche Düsenöffnungen 27 besitzt. Diese öffnungen 27, die nur durch einen Steg 28 voneinander getrennt sind, ergänzen sich zu einer radialen ringförmigen Düsenöffnung, durch die hindurch das Kühlgas radial nach allen Seiten hin den zentralen Bereich des Haubendeckels 15 beströmt. Diese zentrale Anordnung einer Kühlungsdüse 26 verhindert, daß die besonders empfindliche Mitte des Haubendeckels 15 infolge zu geringer Kühlgasströmung zu wenig gekühlt werden könnte.

Ist in diesem zentralen Bereich des Haubendeckels 15

Wie in dem Schema der F i g. 1 versinnbildlicht ist, 40 bereits ein Möllerbeschickungsrohr 29 vorgesehen (vgl. ' ' ' "' ' · - ··- ■ -'-■ - -■- ^L -■·- -------- F i g. 5), so wird statt der zentralen Kühlgasdüse 26 ein

direkt an die Abgasrückleitung 19 oder an eine der beiden Ringleitungen 20, 21 oder auch an eine gesonderte Abgasrückleitung 32 angeschlossener Rohrstutzen 30 angeordnet, der mit Abstand das Möllerbeschickungsrohr 29 umfaßt und der unterhalb des Haubendeckels 15 eine ringförmige Düsenöffnung 34 besitzt.
Das Gebläse 18 für das Kühlgas wird gemäß F i g. 1 in

Abhängigkeit von der Haubendecken-Temperatur, der Ofengasmenge und Ofengastemperatur sowie vom Kühlgasstrom automatisch gesteuert. Das Gerät 33 zur Kontrolle des Kühlgasdurchflusses ist mit einem Signalgeber ausgerüstet, der bei Unterschreitung eines

vorgegebenen Meßwertes anspricht.

wird einem Elektro-Reduktionsofen 1 oberhalb seiner Mölleroberfläche 2 Verbrennungsluft mittels eines Gebläses 3 über eine Luftzuleitung 4, eine Ringleitung 5 und Luftdüsen 6 zugeführt, die im Mantel 7 einer Rauchgashaube 8 — auf den Mantelumfang verteilt — angeordnet sind. Die Zufuhrmenge der Verbrennungsluft wird bestimmt von den Meßgeräten 9,10 und 11 für die Erfassung der zugeführten Elektroenergie und der Rohstoffe sowie für die Analyse im Gasabzugskamin 12. Diese Meßwerte swuern den regelbaren Motor des Gebläses 3. Zur Sicherung, daß stets allen Luftdüsen 6 die erforderliche Verbrennungsluftmenge zuströmt, ist zwischen Hie Rineleitung S und jede Luftdüse 6 je ein Siiomungsüberwacncf i3 eingeschaltet (vgl. Fi g. 2 und 3)-

Das entstehende Reduktionsgas verbrennt innerhalb

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontrollierbaren Rauch verbrennung für einen geschlossenen Lichtbogen-Reduktionsofen zur Erzeugung von Metallen und Metall-Legierungen unter Zuschlag von silizium- und/oder chrom- und/oder manganhaltigem Möller, wobei der Ofenraum mittels einer gasdichten Elektrodendurchführung, Gasabzugsrohre und Beschickungsvorrichtungen aufweisenden, gekühlten Rauchgashaube geschlossen ist, die eine oder mehrere Luftzutrittsöffnungen mit einer Regelvorrichtung aufweist, mittels der abhängig von der gemessenen Temperatur und/oder Analyse der abgesaugten Gase Verbrennungsluft in den Ofenraum eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Rauchgashaubenmantels (7) auf dessen Umfang verteilt Düsen (6) für die kontrolliert zugeführte Verbrennungsluft angeordnet sind und daß unmittelbar unter dem Rauchgashauöendeckel (15) zusätzliche Düsen (22) vorgesehen sind, die an eine oder mehrere Rückleitungen (19) für kühles, inertes oder sauerstoffarmes gereinigtes Abgas angeschlossen sind, in denen ein oder mehrere Gebläse (18) geschaltet sind, wobei die Mündungen der Düsen (22) parallel zum Haubendeckel (15) abgewinkelt sind, derart, daß ein flacher Kühlstrom erzeugt wird, der mit hoher Geschwindigkeit zu einem oder mehreren Gasabzügen (23) fließt

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß h der Verbrennungsluftzuleitung bzw. -leitungen (4) ein oder mehrere Gebläse (3) geschaltet sind, deren Leistung abhängig von der Temperatur und/oder Abgasanalyse sowie von der Ofenleistung regelbar ist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unter dem Haubendeckel (15) vorgesehenen zusätzlichen Düsen (22) auf zur Ofenachse konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wobei die Mündungen der Düsen (22) in gleichen Kreisbogenrichtungssinn (Pfeil P) weisen und daß der Kühlstrom in ungefährer Breite des Deckelhalbmessers zu den Gasabzügen (23) fließt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Düsen (22) als Breitstrahldüsen ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Haubendeckel (15) Geräte für die Messung der Temperatur und Menge des Ofengases sowie der Deckentemperatur angeordnet sind zur Steuerung der in den Ofenraum zurückführenden Abgasmenge.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein in die Rückleitung (19) für das gereinigte Abgas eingeschaltetes Kontrollgerät (33) mit einem Signalgeber, der anspricht, sobald der Rückstrom gereinigten Abgases einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe der Mitte des Haubendeckels (15) eine Kühlgasdüse (26) mit radialer ringförmiger Düsenöffnung oder mehreren seitlichen Düsenöffnungen (27) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe des Zentrums des Haubendeckels (15) ein Möllerbeschickungsrohr (29) angeordnet ist, das mit Abstand von einem an eine Abgasrüekleitung (32) angeschlossenen Rohrstutzen (30) umfaßt ist, der unterhalb des Haubendeckels (15) eine radiale ringförmige Düsenöffnung (31) oder mehrere seitliche Düsenöffnungen aufweist.