DE2704101A1

DE2704101A1 - Ofen mit geschlossener ofenkammer und externer abgasrueckfuehrung

Info

Publication number: DE2704101A1
Application number: DE19772704101
Authority: DE
Inventors: Wilbur E Stephens
Original assignee: Alumax Inc
Current assignee: Alumax Inc
Priority date: 1976-02-09
Filing date: 1977-02-01
Publication date: 1977-08-11
Also published as: US4055334A; JPS5297307A

Description

DR. CLAUS REINLANDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstroße 12 ■ D-8000 München 60 · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

28. Januar 1977 A 18 P 1 D

Alumax Inc., San Mateo, CaI., USA

Ofen πιt. geschlossener Ofenkammer und externer Abgasrückführung.

Priorität: 9. Feb. 1976 - USA - Serial No. 656,265

Reverberierofen mit einer externen RückfUhrleitung zur Rückführung heißer Abgase von der Ofenkammer zurück zur Hauptflanunenöffnung, mit Vorrichtungen zur Einführung von zusätzlicher Luft oder zusätzlichem Sauerstoff in die RUckführleitung und mit einem Hauptbrenner, der Brennstoff und wenigstens 50 % der für eine vollständige Verbrennung nötigen Luft- bzw. Sauerstoffmenge in die Ofenkammer zuführt; die in der Rückführleitung zugesetzte Luft bzw. der dort zugesetzte Sauerstoff werden durch die Abgase vorgeheizt und vermischen sich mit dem brennstoffreichen vom Brenner zugeführten Gemisch; so wird eine völlige Verbrennung der Ab-

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gase erreicht; dabei werden gleichzeitig die Kosten für den Brennstoffbedarf durch Ausnutzen der von den Abgasen bewirkten Aufheizung der zusätzlich zugeführten Luft bzw. des zusätzlich zugeführten Sauerstoffs vermindert.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zum Schmelzen von Metall, insbesondere auf einen Reverberierofen zum Schmelzen von Aluminium.

Der übliche Reverberierofen besitzt eine geschlossene Ofenkammer, in der ein Metallschmelzbad eingeschlossen ist, und einen Brenner, der direkt über der Oberfläche des Metallschmelzbades brennt. Die Ofengase, d.h. die Abgase und unverbrannte Abfallprodukte, verbleiben in der Ofenkammer, bis sie durch den Abgaskamin austreten. Diese Abgase werden normalerweise bei einer Temperatur zwischen 1200 F und 2200 F (ca. 650⁰C und 1222°C) abgeführt.

Besonders wichtig für eine gute Ofenkonstruktion sind genügend große Wärme aufnehmende Bereiche für eine wirksame Wärmeübertragung. Die Brenner müssen genau an Flammenverteilung und Gasströmung angepaßt und entsprechend angeordnet sein.

Um jedoch genügend große Wärme aufnehmende Bereiche zu erhalten, muß der Ofen so dimensioniert sein, daß der Flammenweg in einem hinreichend großen Bereich über die Oberfläche der Schmelze streicht. Dies kann erfordern, daß der Ofen im Verhältnis zur Menge der aufzunehmenden Metallschmelze unnötig groß ist.

Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, daß die Abgase von Verunreinigungen der Charge teilweise unvollständig verbrannt sind und deshalb entweder durch speziolle Filter geleitet oder nachverbrannt werden müssen, wobei im Abgassystem zusätzlicher Brennstoff zugeführt werden muß. Dies ist unwirtschaftlich und bedeutet eine Verschwendung natürlicher Brennstoffreserven.

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Die oben genannten und weitere Nachteile herkömmlicher Öfen werden mit der vorliegenden Erfindung überwunden. Bei der Erfindung handelt es sich um einen verbesserten Ofen der Bauart mit einer geschlossenen Ofenkammer zur Aufnahme eines Me^aIlschmelzbades, wobei die Ofenkammer eine Hauptflammenöffnung hat, und mit Brennervorrichtungen zur Zuführung von Brennstoff und Luft bzw. Sauerstoff durch die Hauptflammenöffnung hindurch in das Innere der Ofenkammer.

Die erfindungsgemäße Verbesserung umfaßt eine außerhalb der Ofenkammer angeordnete Rückführleitung, mit der Abgase aus der Ofenkammer zurück zur Flammenöffnung geleitet werden. Mischvorrichtungen sind dazu vorgesehen, zusätzliche Luft bzw. Sauerstoff in die Rückführleitung einzuleiten. Die Brenner/orrichtung ist so ausgebildet, daß sie Brennstoff zusammen mit einer Teilmenge der Sauerstoffmenge, die zur vollständige Verbrennung des Brennstoffes notwendig wäre, in die Ofenkammer einleitet. Auf diese Weise wird der von den Mischvorrichtungen in die Rückführleitung zusätzlich eingebrachte Sauerstoff mit den Abgasen der Ofenkammer durchmischt und damit vorgeheizt, dann vermischt sich dieser zusätzlich eingebrachte Sauerstoff mit dem durch die Brennervorrichtungen eingebrachten Sauerstoff, so daß in der Ofenkammer gegebenenfalls eine vollständige Verbrennung erfolgt. Die Rückführleitung läßt die Gase zwei- bis dreimal über die Charge bzw. ^n Wärme aufnehmenden Bereich hinweg umlaufen, bevor die Gase über einen üblichen Abzug fern von der Rückführleitung schließlich an die Luft abgegeben werden. Der in die Rückführleitung zusätzlich eingeführte Sauerstoff wird durch die Abgase auf etwa 150O⁰F (833⁰C) auf-

geheizt. Dies entspricht, bei wesentlich geringeren Investitionskosten, einem Winderhitzer, der die gesamte Luft auf etwa 800⁰F

C) aufheizt.

Außerordentliche Wirksamkeit hat dieses System auch als Einäscherungsofen bewiesen, da es die Verunreinigungen von der Ofenkammer nachhaltig durchmischt und zusammen mit dem Brennstoff im System verbrennt. Bei Verwendung des Systems zur direkten Emissionskontrolle zeigt sich eine sehr viel größere Ersparnis gegenüber einem Ofen mit einem separaten Nachbrenner,

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da die gesamte Hitze direkt der Ofenkamraer zugeführt v/ird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Rückführleitung ein Venturirohrstück, welches zwischen der Hauptflaramenöffnung und den Mischvorrichtungen angeordnet ist, um eine Verwirbelung des zusätzlich von den Mischvorrichtungen eingeleiteten Sauerstoffs und der Abgase von der Of'enkammer zu bewirken. Die Ofenkammer besitzt eine Sekundär-Flammenöffnung, und ein Ende der Rückführleitung lieg¹ zwischen der Hauptflammenöffnung und der Sekundär-Flammenöffnung in Verbindung mit diesen beiden Öffnungen. Auf diese Weise wird der Brennstoff und der Sauerstoff von den BrennervorrLchtungen mit den rückgeführten Abgasen und dem zusätzlich durch die Mischvorrichtungen zugegebenen Sauerstoff vermischt und dann durch die Sekundär-Flammenöffnung in die Ofenknmmer eingeführt, so daß der gesamte Brennstoff schließlich verbraucht wird.

Deshalb ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Reverberierofen aufzuzeigen, der keinen Winderhitzer für den in die Ofenkammer eingeführten Brennstoff benötigt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Ofen aufzuzeigen, in dem die Abgase vor Verlassen des Ofens vollständig verbrannt sind.

Darüberhinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Reverberierofen aufzuzeigen, der aufgrund einer möglichst weitgehenden Vergrößerung des Bereiches, der der im Ofen eingeschlossenen Metallschmelze für die Wärmeaufnahme aus der Brennerflamme zur Verfugung steht, eine verbesserte Wärmeübertragung hat.

Die bereits oben genannten und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Er-

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findung noch deutlicher, dazu dient auch die Zeichnung.

zeigt

Die Figur ein vertikales Schnittbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In der Figur ist ein Reverberierofen 10 dargestellt. Der Ofen 10 ist aus einem feuerfesten, feuerbeständigen Material hergestellt und wird von einem Stahlrahmen 11 getragen. Der Ofen umschließt eine Ofenkammer 12, die ein Metallschmelzbad 14 einschließt.

Der Ofen 10 besitzt eine äußere Abschlußwand 16, die eine hohle Rückführleitung 13 umfaßt. Die Leitung 18 besitzt, wie der Figur entnehmbar ist, eine Auslaßöffnung 20, die oberhalb des Niveaus des Metallbades 14 mit der Ofenkammer 12 verbunden ist. Wie aus der Figur hervorgeht, ist die Leitung 18 dann aufwärts gerichtet und über der Ofenkammer, wie ebenfalls der Figur entnehmbar ist, nach links um einen Winkel von 90° abgeknickt. An der Stelle, wo die RückfUhrleitung 18 über der Ofenkammer 12 um 90° abgeknickt ist, verjüngt sich der Durchmesser der Leitung in Form eines Venturirohrstückes 22. An derselben Stelle ist eine Mischdüse 24 durch die Wand 16 hindurchgeführt und in Richtung der Längsachse des Venturirohrstückes 22 ausgerichtet. Die Mischdüse 24 ist an ein Verbrennungsgebläse 26 angeschlossen. Das Verbrennungsgebläse 26 treibt Luft durch die Mischdüse 24, diese Luft wird in einer durch das Venturirohrstück 22 der RückfUhrleitung 18 verlaufenden Strömungsrichtung ausgestoßen. Die Luftmenge, die von dem Verbrennungsgebläse 26 durch die Mischdüse 24 zugeführt wird, ist etwa halb so groß wie die Luftmenge, die nötig wäre, den in die geschlossene Ofenkammer 12 eingeführten Brennstoff zu verbrennen.

Die RUckführleitung 18 ist über die obere Abdeckung der Ofenkammer geführt, danach ist die RUckfUhrleitung durch die der Auslaßöffnung 20 gegenüberliegende Wand hindurch herabgeführt. Die Leitung endet dann in einem Endteil 28. Dieses Endteil ist

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mit dem Innenraum der Ofenkammer 12 über eine Sekundär-Flammenöffnung 30 verbunden, diese ist konusfönnig ausgebildet, wobei sich der Konus von der Ofenkammer 12 aus nach außen hin verjüngt. Das Endteil 20 ist außerdem mit einer Hauptflammenöffnung 32 in der Außenwand des Ofens 10 verbunden. Die Hauptflammenöffnung 32 ist über ein Rohrstück 34 an ein Brennergebläse 36 angeschlossen. Das Brennergebläse 36 bläst Brennstoff und etwa die Hälfte der für eine vollständige Verbrennung dieses Brennstoffes benötigten Luftmenge durch das Rohrstück und die Hauptflammenöffnung 32.

Dieses Brennstoff- und Luftgemisch vermischt sich beim Durchtritt durch das Endstück 28 mit den heißen Abgasen und der durch die Mischdüse 24 zugeführten Luft und wird danach durch die Sekundär-Flammenöffnung 30 in die Ofenkammer geblasen.

Die durch die Mischdüse 24 zugeführte Luft ist mit den heißen Abgasen vermischt und damit auf etwa 1500⁰F (833°C) vorgeheizt worden. Sie überträgt einen Teil dieser Wärme auf das aus der Hauptbrenneröffnung 32 ausströmende Luft- und Brennstoffgemisch, so daß dieses Gemisch aufgeheizt wird; und zusammen-

genommen hat die vereinigte Mischung beim Austritt aus der Sekundär-Flammenöffnung eine Temperatur zwischen etwa 700°F und 800⁰F (389⁰C und AAA⁰C). Damit erübrigt sich ein Winderhitzer.

Noch ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Verunreinigungen der Charge mitgerissen und aus der Ofenkammer durch die Rückführleitung 18 und die Sekundär-Flammenöffnung 30 getragen und als Ofenbrennstoff verbrauchtwerden und damit keine Nachbrennkammer erfordern, die zusätzlichen Brennstoff für die Einäscherung benötigen würde.

überall in dieser Anmeldung soll, wenn von Sauerstoff gesprochen wird, damit auch Luft einbezogen sein, die Sauerstoff enthält. Jedoch kann in einigen Fällen, z.B. bei stark verunreinigten Chargen, reiner Sauerstoff o.der eine sauerstoff reiche Luftmischung zugeführt werden, um das Einäscherungsvermögen zu erhöhen.

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Der Effekt des Rückführsystems liegt auch darin, den Flammenweg zu verlängern, um die Wärme wirksamer in den Ofen zu verteilen. Es wurde berechnet, daß die Mischer- und Rückführsysteme die heißen Gase zwei- bis dreimal über die Charge bzw. den Wärme aufnehmenden Bereich hinweg umwälzen, bevor die Gase abgeführt werden. Für die Wärmeübertragung ist dies gleichbedeutend mit einer Verlängerung des Flammenweges.

A Patentansprüche
1 Figur

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Claims

Patentansprüche

1. Ofen mit einer geschlossenen Ofenkammer zur Aufnahme eines Metallschmelzbades, wobei die Ofenkammer eine Hauptflammenöffnung hat, und wobei Brennervorrichtungen vorgesehen sind, die Brennstoff und Sauerstoff durch die Hauptflammenöffnung in den Innenraum der Ofenkammer einbringen, dadurch ge kennzeichnet , daß außerhalb der Ofenkammer eine Rückführleitung zur Rückführung von Abgasen aus der Ofenkammer zur Hauptflammenöffnung vorgesehen ist, daß Mischvorrichtungen zur Einführung zusätzlichen Sauerstoffs in die Rückführleitung vorgesehen sind, daß die Brennervorrichtungen Brennstoff nur mit einem Teil der für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes nötigen Sauerstoffmenge einbringen, und daß der in die RUckführleitung eingeführte Sauerstoff durch Mischung mit den Abgasen der Ofenkammer vorgeheizt wird.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennervorrichtungen Brennstoff zusammen mit nur 50 % oder mehr der für eine vollständige Verbrennung nötigen Sauerstoffmenge durch die Hauptflammenöffnung hindurch in die Ofenkammer einbringen, und daß die Mischvorrichtungen den Rest der benötigten Sauerstoffmenge in die RUckführleitung einbringen.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückführleitung ein Venturirohrstück besitzt, welches zwischen der Hauptflammenöffnung und den Mischvorrichtungen angeordnet ist, so daß der zusätzlich von den Mischvorrichtungen eingebrachte Sauerstoff und die Abgase von der Ofenkammer miteinander verwirbelt werden.

h. Ofen, dadurch gekennzeichnet , daß die Ofenkammer eine Sekundär-Flammenöffnung aufweist, daß ein Ende der Rückführleitung zwischen der Hauptflammenöffnung und der Sekundär-Flammenöffnung angeordnet und mit beiden verbunden ist, so daß Brennstoff und Sauerstoff von den Brennervorrichtungen

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ORWHNAL INSPECTED

mit den zurückgeleiteten Abgasenund dem zusätzlich von den Mischvorrichtungen eingebrachten Sauerstoff vermischt und dann durch die Sekundär-Flammenöffnung in die Ofenkammer eingebracht werden.

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