DE2504946C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen von Schrott, Eisenschwamm, Pellets oder dgl - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen von Schrott, Eisenschwamm, Pellets oder dgl

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DE2504946C2 DE2504946A DE2504946A DE2504946C2 DE 2504946 C2 DE2504946 C2 DE 2504946C2 DE 2504946 A DE2504946 A DE 2504946A DE 2504946 A DE2504946 A DE 2504946A DE 2504946 C2 DE2504946 C2 DE 2504946C2
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Description

und sich andererseits benachbart der Austrittsöffnung bzw. -öffnungen wallartige Anwachsungen aus eingeschmolzenem sich dort wieder verfestigendem Material ansetzen, die für die feuerfeste Zustellung des Schachtofens eine schützende Dauerschale bilden. Diese wallartigen Anwachsurigen schützen die feuerfeste Zustellung im Einschmelzbereich und stützen gleichzeitig die Schrottsäule an der Wand ab. Infolge der seitlichen Anordnung der Brennereinrichtung ist diese leicht zugänglich und wird durch die wallartigen Anwachsungen vor Beschädigungen geschützt.
Die Stärke der wailartigen Anwachsungen kann durch eine teilweise Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff bzw. durch Expansions- und Strömungsgeschwindigkeitsänderungen gesteuert werden.
Zweckmäßigerweise wird zur guten Vermischung von Brennstoff und Sauerstoff dem Brennstoff und/oder Sauerstoff vor dem Austreten aus den Brennern ein Drall verliehen.
Vorteilhafterweise kann eine etwa linsenförmige, zentrale, die Einsatzmaieriaisäuie von unten beaufschlagende Flamme über dem Boden des Einschmutzgefäßes unter der Einsatzmaterialsäule ausgebildet werden.
Zur Unterbrechung des Einschmelzvorganges, der normalerweise kontinuierlich vorgenommen wird, wobei das aufgeschmolzene Material ebenfalls kontinuierlich aus dem Einschmelzgefäß austritt, kann an Stelle von Brennstoff und Sauerstoff Stickstoff oder Preßluft eingeführt werden.
Zur Unterstützung der schützenden Ausbildung der wallartigen Anwachsungen kann die Ofenwandung im Bereich dieser Anwachsungen in bekannter Weise mit Luft oder Wasser gekühlt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Schachtofen mit einer im Bereich der Einschmelzzone angeordneten Brennereinrichtung zur Beaufschlagung der Einsatzmaterialsäule von unten, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Brennereinrichtung aus einem ringiormigen oder einer Anzahl ringförmig angeordneter einzelner Brenner mit einer Zuführungsöffnung für Sauerstoff und einer Zuführungsöffnung für Brennstoff besteht, die die Zuführungsöffnung für Sauerstoff umgibt.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Brenner im Bereich der Zuführungsöffnungen aus Kupfer bestehen.
Insbesondere werden bei Verwendung von Einzelbrennern Doppelrohre aus Kupfer als Brenner verwendet, in denen Mittel vorgesehen sein können, um den austretenden Gasen einen Drall zu verleihen. Hierzu weist das limenrohr der Brenner insbesondere eine am Außenumfang hiervon umlaufende Spirale etwa aus Kupferdraht auf, die gleichzeitig die Distanzhalter zur Zentrierung des Innenrohrs gegenüber dem Außenrohr dienen kann.
Auch kann das Innenrohr des Doppelrohrs in dem Außenrohr verschiebbar angeordnet sein, um entsprechend der Verschiebung in gewissem Umfang eine Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff vor dem Austritt dieser Gase aus den Brennern zu erzielen. Zum gleichen Zweck kann ferner gegebenenfalls auch zusätzlich, das Innenrohr einen perforierten Bereich aufweisen.
Vorzugsweise sitiH die Brenner unter einem kleinen Winkel in der Größenordnung von 10 bis 20° nach unten gerichtet, während die Wandungen des Schachtofens im Bereich der wallartigen Anwachsungen Kühleinrichtungen aufweisen können, um die Ausbildung der wallartigen Anwachsungen zu unterstützen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Schachtofen zum Einschmelzen von Schrott im Schnitt.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt von Fig. 1 im Bereich der Brennereinrichtung.
ίο F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform für eine Brennereinrichtung.
F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform tür eine Brennereinrichtung.
F i g. 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen für Einzelbrenner.
In F i g. 1 ist ein zylindrischer Schachtofen 1 mit Seitenwänden 2 und einem Boden 3 dargestellt, dessen Querschnitt sich geringfügig nach unten hin vergrößert Die Wandungen 2 und der Boden 3 des Ofens 1 sind innen mit feuerfestem Material nusgr kleidet Im Boden 3 befindet sich ein Ausfluß 4, während iich innerhalb des Schachtofens 1 eine Einsatzmaterialsäule 5 beispielsweise aus Schrott befindet, wobei das Einsatzmaterial über eine Chargiereinrichtung 5a im oberen Teii des Schachtofens 1 zugeführt wird. Mit Abstand zu dem Boden 3 des Schachtofens 1 ist in dessen Seitenwänden
2 eine Brennereinrichtung 6 bestehend aus einem Ringbrenner oder mehreren Einzelbrennern, die mit Abstand zueinander ringförmig oberhalb des Bodens 3 in der Seitenwand 2 des Schachtofens 1 angeordnet sind. Von der Brennereinrichtung 6 wird Brennstoff, beispielsweise Heizöl oder Erdgas, und Sauerstoff zugeführt, wodurch über dem Boden 3 unterhalb der Einsatzmaterialsäule 5 eine etwa linsenförmige Flamme 7 erzeugt wird, die die Einsatzmaterialsäule 5 von unten beaufschlagt und aufschmilzt. Die Abgase werden im oberen Teil des Schachtofens 1 über eine Abgasleitung 8 abgeführt. Oberhalb und unterhalb einer ringförnigen Brenneranordnung und bei Verwendung von Einzelbrennern um diese herum befinden sich wallartige Anwachsungen 9, auf denen sich die Einsatzmaterialsäule 5, die im unteren Bereich über der Flamme 7 zusammenschweißt und auf diese Weise das darüber befindliche Material hält, abstützt. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Einsatzmaterialsäule sich am Boden
3 des Schachtofens 1 abstützt und dabei in das am Boden 3 befindliche aufgeschmolzene Schmelzgut eintaucht, das kontinuierlich aus dem Ausfluß 4 ausläuft. Gleichzeitig dienen die Anwachsungen 9 als Schutz für die feuerfeste Zustellung der Wandungen 2 des Schachtofens 1.
Die Brennereinrichtung 6 besitzt ring- und schlitzförmige biw. kreisförmige Austrittsöffnungen 12 für Sauerstoff, die von entsprechenden ring- und schlitzförmigen bzw. kreisförmigen Austrittsöffnungfcn 13 für den Brennstoff umgeben sind. Der zugeführte Brennstoff entzieht beim Austritt aus der Austrittsöffnung 13 der Umgebung derart viel Wärme, daß einerseits auf eine Wasserkühlung d^r Brennereinrichtung 6 verzichtet werden kann und sich andererseits neben der Austrittsöffnung 13 die wallartigen Anwachsungen 9 aus eingeschmo'/enem Metall ansetzen, die für die feuerfeste Zustellung der Wandungen 2 eine schützende Dauerschale bilden. Die Größe dieser Anwachsungen 9 kann durch Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff bis zu einem gewissen Grad und durch Änderung von Expansions- und Strömungsgeschwindigkeiten der austretenden Gase gesteuert werden.
Die Brenneranordnung 6 kann aus einem ringförmigen Schlitzbrenner bestehen, bei dem die schlitzförmige Austrittsöffnung 12 innerhalb von zwei schlitzförmigen Austrittsöffnungen 13 für den Brennstoff angeordnet ist. wobei die Austrittsöffnung 12 mit einer ringförmigen Zuführungsleitung 17 für Sauerstoff verbunden ist. während die beiden schlitzförmigen Austrittsöffnungen 13 für den Brennstoff mit einer entsprechenden Zuführungsleitung 18 verbunden sind.
Gemäß F i g. 4 sind Einzelbrenner 11 vorgesehen, die aus Doppclrohren bestehen, wobei das Innenrohr 14. dessen Ende die Austrittsöffnung 12 für den Sauerstoff bildet, mit einer entsprechenden Zuführungsleitung 17 für Sauerstoff verbunden ist. während das Außenrohr 15, das mit dem Innenrohr 14 zusammen die ringförmige Austrittsöffnung 13 für den Brennstoff bildet, mit einer entsprechenden Zuführungsleitung 18 für Brennstoff verbunden ist. Die Querschnitte Her l.eitiinprn sind entsprechend dem gewünschten Verhältnis von Brennstoff und Sauerstoff aufeinander abgestimmt. Insbesondere sind gleiche Querschnitte für die Größe der öffnungen 12 und 13 vorgesehen.
Die Brenner sind mindestens im Bereich c'er Austrittsöffnungen 12, 13 aus Kupfer hergestellt. Die in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Einzelbrenner sind vorzugsweise vollständig aus Kupfer hergestellt, wobei das Innenrohr 14 gegenüber dem Außenrohr 15 verschiebbar angeordnet ist. Am Außenumfang des Innenrohrs 14 können als Distanzhalter dienende Drähte befestigt sein, die insbesondere in Form einer Spirale 22 angeordnet sind, um dem austretenden Brennstoff einen Drall zu verleihen. Das Innenrohr 14 ist mit einer Einrichtung 19 zum Anschließen an die Zuführungsleitung 17 für Sauerstoff gegebenenfalls über ein Rückschlagventil versehen. Das Außenrohr 15 besitzt einen Ansatzstutzen, der ebenfalls mit eine Einrichtung 20 zum Anschließen an die Zuführungslei tung 18 für Brennstoff, gegebenenfalls über eil Rückschlagventil verschen ist.
In Fig. 6 ist der Brenner 11 mit zurückgezogenen Innenrohr 14 dargestellt, wodurch eine gewiss« Vormischung von Brennstoff und Sauerstoff vor den Austreten aus dem Brenner erreicht wird. Hierzi können aber auch gegebenenfalls zusätzlich öffnunger 16 im Innenrohr 14 dienen, die in der Nähe de Austrittsöffnung 12angeordr et sind.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Brennet vorzugsweise unter einem kleinen Winkel nach unter gerichtet, während benachbart der wallartigen Anwach sungen 9 Kühleinrichtungen in den Wandungen 2 de? Schachtofens I vorgesehen sein können (nicht darge stellt) die zur Unterstützung der wallartigen Anwach sung 1 riionrn.
Mit derartigen Brennern wird eine ideale linsenförmi ge Einschmelzflamme 7 in einer schalengeschütztan feuerfesten Auskleidung des Schachtofens 1 erzeugt Gegenüber den bisher bekannten wassergekühlter Brennern ist diese Brennereinrichtung fast ohne jedet Verschleiß, sehr einfach und kostengünstig, leicht zi warten, über eine Gesamtregelung betreibbar und völlig betrieb*· und risikosicher. Bei Einschmelzunterbrechun gen wer-'en nach dem Abstellen der Brennstoff- unc Sauerstoffzufuhr die Austrittsöffnungen durch Einbla sen von Stickstoff bzw. Preßluft offengehalten unc gekühlt.
Bei einem Schachtofendurchmesser von 3 m wurden beispielsweise 24 Brenner aus Kupfer verwendet, derer Innenrohre 14 einen Außendurchmesse:r von 10 mm unc deren Außenrohre 15 einen Außenclurchmesser von 14 mm und jeweils eine Wandstärke von 1 mm besaßen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Einschmelzen einer Einsatzmaterialsäule aus Schrott, Eisenschwamm, Pellets od. dgl. in einem Schachtofen mit einer Brennereinrichtung, die unterhalb der Einsatzmaterialsäule eine zentrale Flamme erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß im Einschmelzbereich Brennstoff und Sauerstoff durch einen Ringbrenner oder eine Anzahl ringförmig angeordneter Einzelbrenner, die seitlich an der Innenwandung des Schachtofens mündend angeordnet sind, eingeführt werden, wobei die Sauerstoffzufuhr innerhalb der Brennstoffzufuhr vorgenommen wird und der oder die Brenner derart betrieben werden, daß sich im Bereich der Brennermündungen an der Schachtofenwand wallartige Anwachsungen ausbilden, auf denen sich die Einsatzmaterialsäule abstützt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff und/oder Sauerstoff vor dem Austreten aus den Brennern ein Drall verliehen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Unterbrechung des Einschmelzvorgarges an Stelle von Brennstoff und Sauerstoff Stickstoff oder Preßluft eingeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Schachtofens im Bereich der wallartigen Anwachsungen mit Wasser oder Luft gekühlt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 4 mit einem Schachtofen mit einer im Bereicrtder Einschmelzzone angeordneten Brennereinrichtung zur Beaufschlagung der Einsatzmaterialsäule von unten, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennereinrichtung aus einem ringförmigen oder einer Anzahl ringförmig angeordneter einzelner Brenner (11) mit einer Zuführungsöftnung (12) für Sauerstoff und einer Zuführungsöffnung (13) für Brennstoff besteht, die die Zuführungsöffnung (12) für Sauerstoff umgibt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brenner (11) Mittel (22) vorgesehen sind, um den austretenden Gasen einen Drall zu verleihen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (14) der Brenner (11) eine am Außenumfang hiervon umlaufende Spirale (22) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (14) des Doppelrohrs (11) in dem Außenrohr (15) verschiebbarangeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (14) einen perforierten Bereich (16) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (I I) unter einem kleinen Winkel nach unten gerichtet sind.
11. Vorrichtung nach einem clrr Ansprüche Ί bis 10, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung für die Wandungen (2) des Schachtofens (I) im Bereich der wallartigen Anwathsungen (9).
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einschmelzen einer Einsatzmaterialsäule aus Schrott, Eisenschwamm, Pellets od. dgl. nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5. Aus der DE-PS 18 00 610 ist es bekannt. Schrott in einem Schachtofen mit im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt kontinuierlich im Gegenstrom durch eine zentrale tellerförmige Brennstoff-Sauerstoffflamme von unten einzuschmelzen. Hierbei stützt sich die
ίο Einsatzmaterialsäule am Boden des Schachtofens in dessen Randbereich ab, so daß die Wärmebeaufschlagung der extrem heißen Flamme sich im Zentrum konzentriert und im Randbereich geringer ist, so daß die feuerfeste Auskleidung des Schachtofens geschützt
ij vird. Die feuerfeste Auskleidung des Bodens wird hierbei durch das auf dem Boden befindliche, kontinuierlich abfließende Schmelzgut geschützt. Auf diese Weise ist es möglich, einen sich laufend erneuernden Randbereich aus abschmelzendem Schrott vor der
ϊο Feuerfestzustellung des Schachtofens auszubilden, wodurch diese sowohl vor der Flamrneneinwirkung als auch vor der beim Einschmelzen ■ sich bildenden FeO-Schlacke geschützt wird. Die Ramme wird hierbei durch einen zentral in der Ofenachse von oben oder von unten eingeführten Brenner gebildet. Der Nachteil eines von oben eingeführten Zentralbrenners besteht in der Verringerung des ireien Chargierquerschnittes, der Führungsvorrichtungen in der Ofenachse, der mangelnden Kontrollmöglichkeit gegenüber Beschädigungen und damit der eventuellen Gefahr von Explosionen (Wasser. Sauerstoff, öl) und der schwierigen Auswechselmöglichkeit der Brenner. Ein von unten eingeführter Brenner ist noch schlechter als ein von oben eingeführter Brenner zugänglich.
Aus der deutschen Patentschrift 12 65 333 und der deutschen Offenlegungsschrift 22 59 453 sind Brenner für fluide Brennstoffe mit zentrischer Sauerstoffzufuhr für metallurgische Ofen bekannt. Während die erstere eine langsame stufenweise VermR'.'hung des Brennstoffes mit dem zentrischen Sauerstoffstrom durch Unterteilung des Brennstoffstromes anstrebt, hat sich die andere die Aufgabe gestellt, den Sauerstoffverbrauch zu verringern, ohne daß die Intensität der Verbrennung darunter leidet.
Ferner ist in der DE-AS 23 27 072 vorgeschlagen worden, bei großen Ofenquerschnitten eine ringförmige Flammenausbildung anzustreben, so daß sich die Schrottsäule nicht im Wandbereich sondern zentral in der Mitte abstützt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß der ungeschützte Wandbereich der Flammenstrahlung und dem Einfluß der abfließenden F?O-Schlacke ausgesetzt ist und damit die feuerfeste Auskleidung des Schachtofens einem starken Verschleiß unterliegt, wobei ferner wassergekühlte Brenner verwendet werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Ausbildung einer zentralen, nicht ringförmigen Flamme ermöglichen, ohne daß zentral eingeführte Brenner verwendet werden, wobei trotzdem die Feuerfestauskleidung des Schachtofens geschützt wird.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dieser Art der Brennstoffzuführung entzieht der aus den Brennern anstrfii-ikIl1 Brennstoff der Umgebung soviel Warme, daß einerseits auf eine Wasserkühlung der Hn-nnereinrichlung verzichtet werden kann
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