DE2504945C3

DE2504945C3 - Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von Schrott, Eisenschwamm o.dgl.

Info

Publication number: DE2504945C3
Application number: DE2504945A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dr.-Ing. 2820 Platjenwerbe Langhammer
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kct Technologie 2000 Hamburg De GmbH
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1983-03-24
Also published as: DE2504945A1; DE2504945B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von Schrott, Eisenschwamm od. dgl. in einem Schachtofen im Gegenstrom mit einer Sauerstoff-Brennstoff-Flamme von unten, wobei eine Nachverbrennung der Einschmelzabgase mit Luft oberhalb des Einschmelzbereiches vorgenommen und im Einschmelzbereich Brennstoff und Sauerstoff unterstöchiometrisch eingeführt werden.

Aus der DE-PS 18 00 610 ist es bekannt, Schrott in einem Schachtofen von unten mit Brennstoff-Sauerstoff-Brennern kontinuierlich einzuschmelzen. Bei diesem Verfahren werden flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit Sauerstoff in der Weise verbrannt, daß sich eine zentrale tellerförmige Flamme bildet, die den Einsatz kontinuierlich von unten abschmilzt.

Die Verbrennung mit Sauerstoff dient dazu, um zwischen dem Schmelzpunkt des Ein^ratzes und der Temperatur der Einschmelzflamme ein möglichst großes Temperaturgefälle aufrechtzuerhalten. Die bei reiner Sauerstoffverbrennung erreichbare Flammentemperatur von über 3000⁰C hat allerdings den Nachteil, daß dann schon ein erheblicher Teil Flammengase dissoziiert und der dabei auftretende freie Sauerstoffanteil den metallischen Einsatz in der Einschmelzzone oxydiert. Diese unerwünschte Oxydation während des Einschmelzens kann durch die Wahl einer unterstöchiometrischen Verbrennung positiv beeinflußt werden, da dann der Anteil des freien Sauerstoffes zurückgeht Gleichzeitig sinkt dann aber die Flammentemperatur und damit die Einschmelzgeschwindigkeit, so daß letztlich durch die längere Verweilzeit des Einsatzes in der Einschmelzzone die ίο Oxydation während des Einschmelzens auch bei stark unterstöchiometrischer Verbrennung noch zu hoch sein kann.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 23 27 073 bekannt, bei dem im Schachtofen ein Ringspalt vorgesehen ist, durch den Luft in den Schachtofen zur Nachverbrennung der Einschmelzabgase eingeführt werden kann, das auf diese Weise zur Vorwärmung des einzuschmelzenden Materials dient. Jedoch ist bei diesem bekannten Verfahren keine besondere Verbrennungs- bzw. Nachverbrennungsweise vorgesehen. Vielmehr wird, wie es normalerweise üblich ist, Sauerstoff und Brennstoff in stöchiometrischem Verhältnis zum Einschmelzen der Einsatzmaterialsäule in den Einschmelzbereich eingeführt, um eine möglichst große Brennstoffausnutzung zu erzielen und um eine möglichst heiße Flamme zu erzeugen, damit das Einsatzmaterial den Einschmelzbereicii schnell durchläuft, u;n die Oxydation des Einsatzmaterials gering zu halten. Hierdurch werden jedoch die bereits vorstehend genannten Nachteile infolge der Dissoziation der Flammengase hevorgerufen. Der Sauerstoff wird zudem nicht optimal genutzt, weshalb auch eine einmalige Nachverbrennung zur Nutzung des Energieinhaltes der Einschmelzabgase bei dem bekannten Vefahren vorgesehen ist. Wie sich jedoch gezeigt hat, ist der CO-Anteil der Einschmelzabgase derart hoch, daß eine einmalige Nachverbrennung zwar eine besonders gute Energieausbeute an sich mit sich bringt, daß aber die dabei entstehende Flamme derart heiß ist, daß sie zu einem unerwünschten, mindestens teilweise Verflüssigen des Einsatzmaterials oberhalb der Einschmelzzone führt, wodurch sich eine zusätzliche starke Oxydation des Einsatzmaterials und ferner ein Verschweißen desselben oberhalb der Einschmelzzone ergibt. Letzteres kann außerdem das Nachrutschen des Einsatzmaterials beeinträchtigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine besonders gute Energieausnutzung mit einer besondes geringen Verschlackung und einem möglichst geringen Sauerstoffverbrauch ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einschmelzabgase von unten nach oben stufenförmig mit Luft derart nachverbrannt werden, daß das Oxydationsvermögen der Flammengase der Nachverbrennung in umgekehrter Weise im wesentlichen dem vertikalen Temperaturprofil des Schachtofens angepaßt wird.
Zwar ist dabei die Temperatur der Flamme im Einschmelzbereich niedriger als bei stöchiometrischem oder überstöchiometrischem Einschmelzen, jedoch erreicht das Einsatzmaterial den Einschmelzbereich bereits in vorgewärmtem Zustand, so daß auch die zum Einschmelzen aufzuwendende Energie geringer ist und damit das Einsatzmaterial den Einschmelzbereich genauso schnell durchläuft wie bei stöchiometrischem oder überstöchiometrischem Einschmelzen, jedoch dessen Oxydation erheblich herabgesetzt ist. Oxydie-

rende Gase werden hierbei nur dort verwendet, wo keine Verschlackung vorgenommen werden kann. Da das Vorwärmen des Einsatzmaterials durch Nachverbrennen der Einschmelzabgase nur derart geschieht, daß praktisch keine Oxydation des Eirrsatzmaterials stattfindet, ergibt sich nicht nur eine außerordentlich günstige Energieausnutzung, sondern auch eine sehr geringe Verschlackung.

Die stufenförmige Nachverbrennung in den einzelnen Stufen kann über die Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr geregelt und den jeweilig gegebenen Temperatur- und Oberflächenoxydationsverhältr.issen des Einsatzes angepaßt werden. So ist normalerweise bei relativ grobem Schrott bis 1000⁰C die Oxydationsanfälligkeit gegenüber oxydierenden Flammengasen gering, während Späne bzw. Eisenschwamm schon bei sehr viel niedrigeren Temperaturen in stärkerem Maße oxydiert werden.

Es kann aber grundsätzlich auch anders verfahren werden, indem über den Schacht von unten nach oben Teilmengen an Brennstoff und Sauerstoff bzw. Luft in der Weise verbrannt werden, daß in den Temperaturbereichen, in denen die Oxydation des Einsatzes noch gering ist, bereits bei etwa 1000⁰C ein Großteil der gesamten notwendigen Wärme zugeführt wird, so daß im unten befindlichen Einschmelzbereich mit der dort unvermeidlichen hohen Dissoziation bei stöchiometrischer Verbrennung nur noch ein geringer Anteil der gesamten Wärme bzw. des gesamten Sauerstoffes zugeführt wird. Auf diese Weise ergibt sich die aus der Flammendissoziation innerhalb der Verbrennungszone herrührende Oxydation nur aus der Teilmenge, die im Einschmelzbereich angeboten wird. Auch hier kann stufenförmig von unten nach oben jeweils so viel Brennstoff und so viel Sauerstoff bzw. Luft angeboten werden, daß die Oxydation des Einsatzes den jeweiligen Oxydationsbedingungen angepaßt wird.

Die Zufuhr von Sauerstoff ist im allgemeinen lediglich im Aufschmelzbereich notwendig, um die zum Aufschmelzen notwendige heiße Flamme zu erzeugen. Dagegen kann weiter oben im Bereich des Schachtofens Luft zugeführt werden, da dort das Einsatzmaterial lediglich vorgewärmt werden soll, weshalb die hierzu notwendige Flammentemperatur durch Verbrennen mit billigerer Luft erreicht werden kann.

Der Schachtofen für eine derartige Verbrennung der Flammengase weist zweckmäßigerweise in verschiedenen Ebenen über der Einschmelzzone ringförmig angeordnete Zuführungen für Brennstoff und/oder Sauerstoff bzw. Luft auf. Über diese Zuführungen kann Sauerstoff bzw. Luft in geregelten Mengen zugeführt werden, so daß jeweils die Teilmenge des nach oben abziehenden Verbrennungsgases verbrannt werden kann, die bei der jeweiligen Temperaturzone eine geringe Oxydation des Einsatzes gewährleistet.

Der Schachtofen besteht vorzugsweise aus mit Flanschen versehenen ringförmigen Abschnitten, zwischen denen sich ebenfalls mit Flanschen versehene Zwischenstücke befinden, die die Zuleitungen für den Brennstoff und/oder Sauerstoff bzw. Luft aufnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Schachtofen zum Einschmelzen von Schrott, Eisenschwamm od. dgl.,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm, bei dein die Temperatur des Einsatzes und die Brennstoffzufuhr, die stufenförmig vorgenommen wird, gegenüber der Schachthöhe aufgetragen is!.

F i g. 3 ein schematische;. Diagramm entsprechend F i g. 2, wobei der Verbrennungsgrad des Brennstoffs kontinuierlich geändert wird,

Fig.4 einen Ausschnitt einer besonderen Ausführungsform eines Schachtofens nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Schachtofen 1 weist einen im wesentlichen gleichbleibenden, sich nach unten etwas erweiternden Querschnitt auf, in den mittels einer nicht gezeigten Chargiereinrichtung Einsatzmaterial chargiert wird, das eine Einsatzmaterialsäule 4 im Innern des Schachtofens 1 bildet. Oberhalb des Bodens 5 des Schachtofens 1 ist durch die Seitenwandungen des Schachtofens eine Anzahl von Brennern 6 geführt, die mit Sauerstoff und Brennstoff über entsprechende Zuführungsleitungen 7 gespeist werden. Durch die von diesen Brennern 6 erzeugten Flammen 8 wird ein Aufschmelzraum 9 unterhalb der Einsatzmaterialsäule 4 gebildet, wobei die Flammen 8 die Einsatzmaterialsäule 4 von unten beaufschlagen und kontinuierlich im Gegenstrom abschmelzen. Das aufgeschmolzene Metall fließt durch einen Ablauf 10 kontinuierlich ab.

Der Schachtofen 1 weist stufenförmig über die Schachthöhe verteilt weitere ringförmig angeordnete Zuleitungen 7 auf, die mit entsprechenden Brennern 6 verbunden sind, über die bei stufenförmiger Brennstoffzufuhr und Sauerstoff bzw. Luft zum Vorwärmen der Einsatzmaterialsäule 4 zugeführt wird, während in dem Falle, in dem die gesamte Brennstoffzufuhr bereits im Einschmelzbereich erfolgt, der Brennstoff jedoch im Einschmelzbereich nicht vollständig verbrannt wird, hierdurch nur Sauerstoff bzw. Luft zugeführt wird. Im letzteren Fall ist jeweils nur eine ringförmige Zuleitung 7 pro Stufe für die Zufuhr von Sauerstoff bzw. Luft notwendig.

Zweckmäßigerweise besteht der Schachtofen aus ringförmigen Abschnitten 15, die mit Flanschen 17 versehen sind, wobei sich zwischen diesen ringförmigen Abschnitten 15 Zwischenstücke 16 befinden, die die Brenner 6 aufnehmen, die mit den Zuleitungen 7 verbunden sind. Die Brenner 6 können im Fall, daß Brennstoff und Sauerstoff bzw. Luft zugeführt wird, aus einem Doppelrohr bestehen, wobei beispielsweise das Innenrohr mit der Zuleitung 7 für Sauerstoff bzw. Luft verbunden ist, während das Außenrohr mit der Zuleitung 7 für den Brennstoff verbunden ist. In dem Fall, in dem lediglich Sauerstoff oder Luft zugeführt werden muß, um den Brennstoff nachzuverbrennen, genügt ein normales Rohr, das mit einer entsprechenden Zuleitung 7 verbunden ist.

so Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform des Schachtofens 1 ermöglicht eine stufenweise Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Schachthöhe. In Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm gezeigt, das sich auf die stufenweise Zufuhr des Brennstoffs bezieht. Die Brennstoffzufuhr erfolgt hierbei in Stufen 52, bis daß im Bereich der obersen Zuleitung 7 der gesamte Brennstoff eingeführt ist. Mit dem Brennstoff zusammen wird in der untersten Zuführstufe 13 die entsprechende Menge Sauerstoff zur Verbrennung des zugeführten Brenn-

bo Stoffs eingeführt, so daß die Temperatur des Einsatzmaterials, die durch die Kurve 11 dargestellt ist, etwa 1550°C erreicht, so daß das Einsatzmaierial aufgeschmolzen wird. Die Flammentemperatur im Einschmelzbereich liegt erheblich über der Temperatur des

b5 Einsatzes, und zwar theoretisch bei etwa 3000⁰C. Die Temperatur des Einsatzes nimmt mit Zunahme der Schachthöhe kontinuierlich ab. In den ein/einen Stufen wird zum Vorwärmen der Einsatzmaterialsaulc 4

Brennstoff eingeführt, der mit Sauerstoff oder Luft, die gleichzeitig in diesen Stufen eingeführt werden, verbrannt. Da die zum Vorwärmen benötigten Flammentemperaturen weitaus geringer als im Einschmelzbereich sind, ist es möglich, anstelle von Sauerstoff Luft zu verwenden. Eine Oxydation des Einsatzmaterials in diesen Bereichen wird aufgrund der niedrigen Flammentemperatur im wesentlichen vermieden.

Führt man dagegen den gesamten Brennstoff bereits im Einschmelzbereich 9 des Schachtofens 1 ein und verbrennt diesen Brennstoff durch stufenweises Einführen von Sauerstoff bzw. Luft, so ergibt sich das in F i g. 3 dargestellte schematische Diagramm, bei dem die Temperatur bzw. der Verbrennungsgrad des Brenn-

Stoffs in bezug auf die Schachthöhe mittels der Kurven 11 bzw. 14 aufgetragen sind. Die Temperatur des Einsatzes erreicht dabei wiederum im Aufschmelzbereich etwa 1550⁰C, während die Flammentemperatur erheblich höher liegt. Der nicht verbrannte Brennstoff wird durch stufenweises Zuführen von Luft (gegebenenfalls auch von Sauerstoff) mit zunehmender Schachthöhe zunehmend verbrannt, bis daß der Brennstoff im oberen Bereich der Einsatzmaterialsäule praktisch vollständig verbrannt ist.

Die Brennstoff- und Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr ist entsprechend den jeweiligen Temperaturzonen und den dort gegebenen Oxydationsverhältnissen des Einsat2:es zu regeln.

Hierzu 2 Blatt zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von Schrott, Eisenschwamm oder dergleichen in einem Schachtofen im Gegenstrom mit einer Sauerstoff-Brennstoff-Flamme von unten, wobei eine Nachverbrennung der Einschmelzabgase mit Luft oberhalb des Einschmelzbereichs vorgenommen und im Einschmelzbereich Brennstoff und Sauerstoff unterstöchiometrisch eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschmelzabgase von unten nach oben stufenförmig mit Luft derart nachverbrannt werden, daß das Oxydationsvermögen der Flammgase der Nachverbrennung in umgekehrter Weise im wesentlichen dem vertikalen Temperaturprofil des Schachtofens angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmige Nachverbrennung in den einzelnen Stufen über die Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr geregelt und den jeweilig gegebenen Temperatur- und Oberflächenoxydationsverhältnissen des Einsatzes angepaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz entsprechend seiner Zusammensetzung auf etwa 1000⁰C vorgewärmt wird.

4. Schachtofen mit einer über dem Boden hiervon angeordneten Brennereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß stufenförmig über die Schachthöhe verteilt ringförmig angeordnete Zuleitungen (6, 7) für die regelbare Einführung von Brennstoff und/oder Sauerstoff bzw. Luft in das Innere des Schachtofens (1) angeordnet sind.

5. Schachtofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen aus einer Reihe von mit Flanschen (17) versehenen ringförmigen Abschnitten besteht, zwischen denen sich mit Flanschen (17) versehene Zwischenstücke (16) befinden, die die Zuleitungen (6, 7) aufnehmen.