DE2517957B1 - Verfahren zur unabhaengigen gemisch- und leistungseinstellung bei vielbrenner-schachtoefen zum schmelzen von metallen - Google Patents

Description

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß allein oder zusätzlich durch angepaßtes automatisches Verstellen des Druckverhältnisses in Abhängigkeit vom Mengenstrom in einer Brennergruppe die nicht exakt quadratische Abhängigkeit zwischen Durchflußmenge und Druckverlust kompensiert wird.

Die Drücke von Wind und Brennstoff in der jeweiligen Sammelleitung können in an sich bekannter Weise radizierend gemessen werden, um eine leistungsproportionale Einstellung der näherungsweise durch das Quadrat des Windüberdruckes bestimmten Schmelzleistung zu erhalten. Fehler der Meßeinrichtung für die Drücke werden dann zusätzlich leistungsabhängig gewichtet.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, auf die verbreitete Vorwärmung des Brennstoffes zu verzichten, da Temperaturschwankungen des Windes durch zentrale Korrektur des Brennstoff/Luft-Verhältnisses kompensierbar sind. Der nicht vorgewärmte Brennstoff wird erfindungsgemäß in eine vor jedem Brenner angebrachte, an sich bekannte Mischkammer technologisch angepaßter Bauart eingeführt.

Die Kontrolle des erzielten Brennstoff/Luft-Gemisches vor jedem Brenner kann durch Wirkdruckgeber in Wind- und Brennstoffzuleitung in Verbindung mit an und für sich bekannten Meßwertwandlern und Verhältnisrechnern erfolgen.

Zweckmäßigerweise wird einem Wirkdruckmesserpaar mit angeschlossenem Verhältnisrechner mehr als ein Blendenpaar mit Schaltarmaturen zugeordnet.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren derart betrieben werden, daß die Stellglieder in den Windsammelleitungen öffnen und die Stellglieder in den Brennstoffsammelleitungen schließen, wenn der Ofen abgeschaltet wird oder ausfällt oder wenn die 35· Hilfsenergie für die Regelungen ausbleibt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Schachtofen arbeiten besonders gleichförmig, störungsarm und deshalb wirtschaftlich.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher und beispielsweise erläutert und gegenüber der bekannten Betriebsweise abgegrenzt.

F i g. 1 veranschaulicht stark schematisiert die bekannte Betriebsweise.

F i g. 2 stellt ein stark schematisiertes Gesamtschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines Schachtofens mit zwei Brennerreihen dar.

Fig.3 ist ein detailliert herausgezeichneter Ausschnitt aus F i g. 2 und zeigt die Eingriffsmöglichkeit in den Verhältnisregler in Abhängigkeit von Temperatur, 02-Gehalt und dergleichen.

F i g. 4 stellt zwei Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Kontrolle des am Brenner ankommenden Brennstoff/Luft-Verhältnisses dar.

In der bekannten Schaltung gemäß F i g. 1 stellen 1 den Brenner, 2 den lokalisiert dargestellten Strömungswiderstand der Windleitung, 3 einen technisch bekannten Gleichdruckregler und 4 einen veränderbaren Strömungswiderstand dar. Nach den Regeln der Strömungslehre ist bei einwandfreier Arbeitsweise des Gleichdruckreglers bei jeweils konstanter Dichten von Wind und Brennstoff das Verhältnis der Massenströme von Wind und Brennstoff allein von der Einstellung des Ventils 4 abhängig. Bei gewollter Verstellung dieses Verhältnisses, z. B. zwecks Erzielung eines bestimmten Sauerstoffgehaltes der Schmelze, ist es beispielsweise notwendig, die entsprechenden Ventile 4 an jedem Brenner einzustellen oder wie bei einem Vorschlag in »Metallurgical Transactions«, Vol.3, Oktober 1972, Seiten 2597-2604, insbesondere Seite 2602, die Dichten zentral zu beeinflussen.

Bei Fig.2 ist 10 ein durch eine nicht gezeichnete Antriebsmaschine getriebener Luftverdichter, der in bekannter Art Luft auf eine im wesentlichen konstante Pressung verdichtet Diese Luft wird durch einen Wärmetauscher 9 mit direkter, fremder oder rekuperativer Beheizung auf eine im wesentlichen konstante Temperatur erhitzt, deren zweckmäßige Höhe in bekannter Weise durch die Eigenschaften des eingesetzten Brennstoffes bestimmt wird.

Durch Druckregler 8 mit zugeordneten Stellgliedern 7 wird der Druck in den sich zu den Einzelbrennern verzweigenden Sammelleitungen auf einen wählbar konstanten Wert geregelt. Von den Brennern ist der Übersicht halber nur der eine Brenner 1 gezeichnet. Der Strömungswiderstand für den Wind ist durch die ideelle oder reale Blende 2 bildlich dargestellt.

Der gas- oder dampfförmige Brennstoff wird vorzugsweise mit festem Druck zu den Stellgliedern 5 geführt, die mit den Reglern 6 zusammen arbeiten und die als an und für sich bekannte Verhältnisregler gebaut sind. Sie haben die Aufgabe, das Verhältnis der Wind- und Gasdrücke (beispielsweise auf den Wert 1) konstant zu halten. Der ideelle oder reale Strömungswiderstand für den Brennstoff ist durch 4 bildlich dargestellt. Bei beispielsweise gleichen Drücken hinter den Stellgliedern 5 bzw. 7 ist ähnlich wie bei den in F i g. 1 gezeigten bekannten Ausführungsformen mit jedem einzelnen Brenner zugeordneten Gleichdruckreglern das Verhältnis der zum Brenner fließenden Massenströme von Wind und Brennstoff allein vom Verhältnis der Widerstände 2 und 4 abhängig, wenn der theoretisch vorhandene Dichteeinfluß der Stoffströme in den jweiligen Widerstand hineingerechnet wird. Bei der Ausbildung der Regler 6 als Verhältnisregler besteht die theoretische und praktische Möglichkeit, durch zentrale Verstellung des Druckverhältnisses, am Regler 6 das Verhältnis der Massenströme von Wind und Gas bei fest bleibendem Verhältnis der Widerstände 2 und 4 gewollt zu beeinflussen. Diese Beeinflussung hat denselben Wert für alle an einer Brennerreihe angeschlossenen Brenner, wenn die leicht verwirklichbare zusätzliche Voraussetzung erfindungsgemäß erfüllt ist, daß nur geringfügige Druckunterschiede längs der Sammelleitung bestehen.

In F i g. 3 ist 6 der Verhältnisregler von F i g. 2, bei dem das Druckverhältnis durch einen angepaßten, im wesentlichen bekannten Korrekturrechner 11 in kompensierender Weise, beispielsweise in Abhängigkeit von der durch eine an und für sich bekannte Meßeinrichtung 12 erfaßte Temperatur des Windes oder in gewollt korrigierender Weise von einer anderen Verfahrensgröße 13, beispielsweise dem kontinuierlich in der Schmelze gemessenen Sauerstoffgehalt, verstellt wird.

In F i g. 4 sind zwei Kontrollmöglichkeiten der tatsächlich entstandenen Wind-Brennstoff-Mischung dargestellt. Eine verbreitete Möglichkeit liegt in der Verwendung eines Gasanalysators 14 mit nicht näher dargestellten angepaßten Hilfseinrichtungen. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Massenströme von Wind und Brennstoff mit realen Blenden 2 und 4 und Meßwertwandlern 15 und 16 mit passenden Meßbereichen zu messen und das Verhältnis der Wändlerausgänge mit an und für sich bekannten Mitteln 17 zu bilden und dieses anzuzeigen und/oder zu

registrieren (18). Aufgrund der Schnelligkeit der Anzeige dieser Mengenverhältnismessungen im Vergleich zu Analysegeräten 14 ist es möglich, Wandler, Rechner und Anzeigeeinrichtung einer viel größeren Zahl von Brennern zuzuordnen und die Wirkdruckleitungen zu den Blenden zyklisch umzuschalten, als es vergleichsweise bei Anwendung der Analysegeräte (14) praktikabel ist. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigte sich, daß bei beiden Kontrollverfahren die Zahl der einer Anzeigeeinheit zuzuordnenden Brenner wegen der guten Konstanz der Regeldrücke größer als beim in F i g. 1 beschriebenen Stand der Technik mit Gleichdruckreglern vor jedem Brenner ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur unabhängigen Gemisch- und Leistungseinstellung bei Vielbrenner-Schachtöfen zum Schmelzen von stückig eingebrachten Metallen, insbesondere Kupfer und seine Legierungen, deren Brenner mit Wind und gasförmigem Brennstoff betrieben wird und die Leistungseinstellung durch Druckregelung einer Verbrennungskomponente (Wind oder Gas) in ihrer Sammelleitung für eine Brennergruppe geschieht, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der anderen Komponente in ihrer Sammelleitung für dieselbe Brennergruppe von nur einem Regler geregelt ist, der als Druckverhältnis-Regler ausgebildet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungseinstellung durch Druckregelung des Verbrennungswindes erfolgt und der Druck des gasförmigen Brennstoffes in seiner Sammelleitung für dieselbe Brennergruppe über einen Druckverhältnis-Regler geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverhältnis fernverstellbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverhältnis als Funktion der Windtemperatur und/oder einer Prozeßgröße automatisch verstellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß allein oder zusätzlich durch angepaßtes automatisches Verstellen des Druckverhältnisses in Abhängigkeit vom Mengenstrom in einer Brennergruppe die nicht exakt quadratische Abhängigkeit zwischen Durchflußmenge und Druckverlust kompensiert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke von Wind und Brennstoff in der jeweiligen Sammelleitung in an sich bekannter Weise radizierend gemessen werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nicht vorgewärmter Brennstoff in eine vor jedem Brenner angebrachte, an sich bekannte Mischkammer technologisch angepaßter Bauart eingeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolle des erzielten Brennstoff-Luftgemisches vor jedem Brenner durch Wirkdruckgeber in Wind- und Brennstoffzuleitung in Verbindung mit an und für sich bekannten Meßwertwandlern und Verhältnisrechnern erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einem Wirkdruckmesserpaar mit angeschlossenem Verhältnisrechner mehr als ein Blendenpaar mit Schaltarmaturen zugeordnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder in den Windsammelleitungen öffnen und die Stellglieder in den Brennstoffsammelleitungen schließen, wenn der Ofen abgeschaltet wird oder ausfällt oder wenn die Hilfsenergie für die Regelungen ausbleibt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur unabhängigen Gemisch- und Leistungseinstellung bei Vielbrenner-Schachtöfen zum Schmelzen von stückig eingebrachten Metallen, insbesondere Kupfer und seinen Legierungen, deren Brenner mit Wind und gasförmigem Brennstoff betrieben werden, und die Leistungseinstellung durch Druckregelung einer Verbrennungskomponente (Wind oder Gas) in ihrer Sammelleitung für eine Brennergruppe geschieht.

Es ist Stand der Technik, die Brenner in Reihen zusammenzufassen und die Leistung durch Druckregelung der Verbrennungsluft in jeder Reihe zu verstellen. Die zu jedem Brenner fließende Windmenge wird durch die im wesentlichen festen Strömungswiderstände der Zuleitungen und der in ihnen eingebauten Drosselorgane bestimmt. Zusätzlich wird jedem Brenner ein eigener, sogenannter Gleichdruckregler, zugeordnet, der die Aufgabe hat, dem gas- oder dampfförmigen Brennstoff den gleichen Druck zu geben wie dem Wind und außerdem jedem Gleichdruckregler ein einstellbarer Strömungswiderstand nachgeschaltet, mit dem das Brennstoff-Luftverhältnis gewollt einstellbar ist.

Diese Schachtofen und das Verfahren zur Leistungseinstellung haben weite Verbreitung gefunden und sind an verschiedenen Nebenbedingungen, wie Brennstoffzusammensetzung, Chargierungsfragen und metallurgische Arbeitsstufen angepaßt worden (DT-PS 13 01 583 und DT-AS 20 62 144).
Wenn solche Öfen betrieben werden, müssen vielfältige technische Bedingungen koordiniert und geeignet angepaßt werden, um befriedigende Ergebnisse für die wirtschaftlichen und metallurgischen Ziele zu erreichen.
Bei den bekannten technischen Ausführungen dieser Öfen hat es sich als besonders schwierig herausgestellt, die vorgenannten Merkmale gleichzeitig ohne nachteilige gegenseitige Beeinflussung zu erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mängel der bekannten Verfahren zu beseitigen und bei einfacher Durchführung das Brennstoff-Luftverhältnis für Brennergruppen oder für alle Brenner zentral verstellbar zu machen und jeweils besonders gut konstant zu halten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Druck der anderen Verbrennungskomponente in ihrer Sammelleitung für dieselbe Brennergruppe von nur einem Regler geregelt ist, der als Druckverhältnis-Regler (im Gegensatz zum Gleichdruckregler) ausgebildet ist.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführte Schachtofen ist übersichtlicher und wirtschaftlicher zu bauen, da die Vielzahl der Gleichdruckregler entfällt.
Die Einstellventile haben nur noch die Aufgabe, Unterschiede in den Leitungswiderständen einmalig auszugleichen; sie sind durch angepaßte Festwiderstände ersetzbar.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, den leistungsbestimmenden Winddruck als Führungsgröße für den Druckverhältnisregler zu wählen, das Druckverhältnis fernverstellbar zu machen und das Druckverhältnis als Funktion der Windtemperatur und/oder einer Prozeßgröße automatisch zu verstellen.

Die automatische Verstellung des Druckverhältnisses kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im geschmolzenen Metall geschehen, wenn dieser auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden soll.