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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf das Hüttenwesen, die Baustoffindustrie
und betrifft insbesondere Kupolöfen.
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Mit bestem Srfolgwläßt sich die vorliegende Erfindung in Schmelzaggregaten
anwenden, die zum Erschmelzen von Gußeisen in Gießerei- und Hüttenbetrieben sowie
zum Schmelzen von mineralischen Stoffen bei der Herstellung von Schlacken-und Mineralwolle
dienen.
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In den letzten Jahren finden eine immer breitere Anwendung Schmelzaggregatet
die mit einem gasförmigen Brennstoff, insbesondere mit Erdgas betrieben werden.
Beim Erschmelzen von Gußeisen unter Verwendung eines gasförmigen nicht Brennstoffes
wird das MetallZmit dem schädlichen Begleitstoff Schwefel gesättigt; es erhöht sich
seine Festigkeit in Guß stücken, weil dabei solche Beimengungen wie Asche nicht
gebildet werden und nicht in das Metall übergehen, wie ist es beim Koksschmelzender
Falllund die Qualität des gewonnenen Endproduirtes beeinträchtigt.
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Von nicht geringer Bedeutung ist auch der einfache Transport des
irdgases an die Verbrauchsstelle und sein hoher Heizwert. Bei der Verbrennung von
Erdgas wird die Umgebung durch schädliche Begleitstoffe weniger verunreinigt.
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Aufgrund der erwähnten Vorteile sowie im Zusammenhang mit einem stets
zunehmenden Koksmangel und einer Erhöhung der Selbstkosten von Koks findet das Erschmelzen
von Gußeisen und silikatischen Stoffen unter Verwendung von Erdgas immer mehr Anwendung.
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bekannt ist ein gasgefeuerter Kupolofen, enthaltend einen Schacht
mit eingebauten Gasürennern und wasssrgekühlte Träger, durch welche der Schacht
in zwei Kammern aufgeteilt wird, u.zw. eine obere Kammer, die Schmelzkammer, und
eine untere Kammer, die tberhitzungßkammer. Die wassergekühlten Träger sind mit
einem feuerfesten Einsatz versehen, welcher aus schwer schmelzbaren und temperaturwechselbeständigen
Stoffen besteht (s. SU-Urheberschein Nr. 503107).
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In dem bekannten KupoLofen findet jedoch ein Anhaften der schmelzflüssigen
Stoffe an den wassergekuhlten Trägern statt, was zur Folge hat, daß die Temperatur
des Schmelzgudie tes sinktjDurchgänge für Heißgase und Schmelzgut zwischen und den
wassergekühlten Trägern kleiner werden Wärmeverluste infolge der Erwärmung des Wassers
in den Trägern zunehmen.
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Die vorhandene untere Uberhitzungskammer, die mit dem feuerfesten
Einsatz nicht gefüllt ist und in welcher große Wärmeverluste durch die Wände zu
verzeichnen sind, trägt außerdem dazu bei, daß der Wirkungsgrad des kupolofens herabgesetzt
und die erforderliche Schmelztemperatur der Stoffe nicht sichergestellt wird.
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Ss muB auch bemerkt werden, daß bei einer derartigen konstruktiven
Ausführung des Kupolofens die Entfernung des feuerfesten Einsatzes und der nicht
geschmolzenen Stoffe aus dem Schacht nach dem Schmelzvorgang erschwert und die Butterausbesserung
sowie die Vorbereitung des Kupolofens zur Schmelzführung komplizierter sind.
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Bekannt ist ferner ein Kupolofen, der einen Schacht enthält, in dessen
unterem Teil Brenner mit waagerecht gelegenen Bananen vorgesehen sind. Der Kupolofen
ist zum Erschmelzen von Gußeisen mit einem feuerfesten einsatz bestimmt, der in
den Schacht eingebracht wird (s. Buch von Girshovich N.G.
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t'Chugunnoe lite" /Eisenguß/, Verlag "Metallurgizdat, herausgegeben
1949, S. 633-635, 642-644, 654-656).
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verschlachen Beim Betrieb eines solchen Kupolofens / die Brennerkanäle
und werden durch geschmolzene Feuerfeststoffe überdeckt, wodurch der Schmelzvorgang
gestört wird. Der feuerfeste einsatz wird darin ungleichmäßig erhitzt, die gasförmigen
Verbrennungsprodukte dringen in den feuerfesten Einsatz nicht tief genug ein, weshalb
die Temperatur des Schmelzgutes erniedrigt wird, was eine Qualitätsminderung der
Guß stück herbeiführt.
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Bekannt ist weiterhin ein gasgefeuerter Kupolofen, der voran Urheber
als Erototyp gewählt worden ist, enthaltend einen Schacht mit in dessen Unterteil
gleichmäßig am Umfang radial angeordneten Brennern (s. das Buch von Rafalovich I.ivl.
"Prirodny gaz kak toplivo metallurgicheskikh pechei" /Erdgas als Brennstoff für
hüttenmännische Ofen/, herausgegeben im "Staatlichen wi ssenschsftlich-techni schen
Verlag für Fachschrifttn auf dem Gebiet von Eisen- und Nichteisenhüttenwesen", Moskau,
1961, S. 150-151).
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Der Kupolofen wird mit Erdgas und vorgewärmtem Wind betrieben. Zur
Unterstützung der Schmelzsäule dient eine leere Gicht aus natürlichem Korund, in
der die Gasverbrennung
stattfindet. Die Korundfestigkeit erwies
sich als nicht hinreichend genug, sodaß bei einem Dauerbetrieb der drennvorgang
gestört wurde und eine ungleichmäßige Verteilung von Gas über die feuerfeste Gicht
festzustellen war, wodurch der Schmelzvorgang gestört wurde und öfters abbrach.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kupolofen
mit tunnelartigen Düsen zu schaffen, in dem eine Stabilisierung des Verbrennungsvorganges
gewährleistet und eine gleichmäßige Verteilung der Gase über die feuerfeste Gicht
erzielt wird.
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Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in einem Kupolofen, enthaltend
einen Schacht mit in dessen Unterteil am Umfang angeordneten Brennern, welche tunnelartige
Düsen aufweisen, sowie einen Herd und eine feuerfeste Gicht, erfindungsgemäß die
Gesamtfläche ( f) der Austrittsquerschnitte der tunnelartigen Düsen 0,02 bis 0,18
der QuerschnittsSläche (y) des Schachtes in der Anordnungsebene der tunnelartigen
Düsen beträgt.
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bei einer solchen tonstruttiven Ausführung des Kupolofens wird eine
gleichmBsige Verteilung der Gase über die Gasbrenner, die tunnelartigen Brennerdüsen,
in der leeren feuerfesten Gicht sichergestellt sowie der Verbrennungsvorgang im
ganzen stabilisiert.
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Bei einer Gesamtfläche der Austrittsquerschnitte der tunnelartigen
Düsen über 0,18 der querschnittsfläche des Schachtes in der Anordnungsebene der
tunnel artigen Düsen
ist eine ungleichmäßige Verteilung der Gase
über die Gasbrenner, die tunnelartigen Brennerdüsen, in der leeren feuerfesten Gicht
Beststellbar, wobei infolgedessen eine stabile Verbrennung der Gase in der Stückgutschicht
gestört wird; der Prozeß wird von einem intensiven Dröhnen und Pfeifen begleitet,
wobei diese unzulässig Geräuschwirkung sowohl bei großen als auch bei geringen Verbrauchsmengea
an Gas--Zuft-Gemisch kennzeichnend ist. Darüber hinaus wird die ist Temperatur in
der Stückgutschicht nicht hoch genug undiungleichmaßig, wodurch der Schmelzvorgang
gestört und abgebrochen wird.
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Bei einer Gesamtfläche der Austrittsquerschnitte der tunnelartigen
Düsen unter 0,02 der Querschnittsfläche des Schachtes in der Anordnungsebene der
tunnel artigen Düsen findet ein Abreißen der Flamme von den tunnelartigen Brennerdüsen
statt, die Gase brennen nicht in der Stückgutschicht, sondern über dieser Schichte
was zu einer Störung des Schmelzvorganges und zur Außerbetriebsetzung des Kupolofens
führt.
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Bei dem erfindungsgemäßen KupoloSen wird die Fläche (f) jedes Austrittsquerschnittes
der tunnelartigen Düsen so gewählt, daß der Abstand (h1), zwischen der unteren der
Abstand h2 Kante der Düse und dem Herd sowiejzwischen der oberen Kante der Düse
und dem oberen Höhenstand der feuerfesten Gicht entsprechend (0,8 bis 7,0) d und
(2 bis 16) d gleich sind, worin d - der Durchmesser eines Kreises bedeutet, dessen
Fläche der genannten 1'fläche (f) des Austrittsquerschnittes der tunnelartigen Düse
gleich ist.
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Die Bestimmtungsgröße "d" hängt von der Form des Austrittsquerschnittes
der tunnelartigen Brennerdüse ab, weil diese Querschnittsfläche für den Durchmesser
des Gasstromes außerhalb des Tunnels bestimmend ist. Wenn der sustrittsquerschnitt
der tunnelartigen Düse eine runde i'orm aufweist, so ist "dl' der Durchmesser dieses
Austrittsquerschnittes.
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Bei der Ausführung der Konstruktionselemente des Kupolofens in den
genannten optimalen .verhältnisgrenzen wird eine hohe Temperatur auf dem oberen
Höhenstand der reuertesten Gicht und unten am Herd erreicht, wobei die Bestigkeit
der feuerfesten Gicht gesichert und ein Einfrieren der Schmelze auf dem Herd vermieden
wird.
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Die obengenannten Werte sind in Grenzen 0,8d#h1#7d 2d#H2# 16d und
unter einhaltung von anderen optimal Sestgelegten Bedingungen zweckmäßig> da
sich das Gas-Luft-Gemisch bei h0,dd an der Herdoberfläche nicht entzündet und der
iferd nicht aufgeheizt wird, während bei h> 7d das Gas-Luft-Gemisch die Herdoberfläche
nicht erreicht und diese ebenfalls nicht aufgeheizt wird; in beiden Fällen führtd)eS
zum Einfrieren der Schmelze am Herd und im Stichloch, zu einer Erhöhung des Schmelzstandes,
zum Füllen der tunnel artigen Brennerdüsen mit Schmelzgut und zur Unterbrechung
des Schmelzvorganges. Bei h2 < 2d und h> 16d sinkt die Temperatur auf dem
oberen Höhenstand der feuerfesten Gicht, was auch zu einer Senkung der Schmelzguttemperatur,
zum einfrieren der Schmelze in der feuertesten Gicht und zum Abbrechen des Schmelzvorganges
führt.
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Es ist vorteilhaft, daß die Anordnungsebene der tunnelartigen Lösen
und der Schachtquerschnitt einen Kreis darstellen, bei dem das Verhältnis des Perimeters
(L) zum Abstand (1) zwischen den Mittelpunkten der Austrittsquerschnitte der benachbarten
tunnelartigen Düsen 2,327[(R - 4,22B)2 + (1,35B)2l0'5 bis B 3,4520(R - 2,85B)² +
(0>913)2] 0,5 berägt, beträgt, B worin: R - den Halbmesser des Schachtes in der
Anordnungsebene der tunnelartigen Düsen, B - das Größtmaß der tunnelartigen Düse
im Austrittsquerschnitt (Höhe/ ßreite/ Durchmesser) bedeuten.
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Durch eine solche konstruktive Ausrührung des Kupolofens werden eine
Stabilisierung des Vorganges der Gasverbrennung im Schacht an den Austrittsquerschnitten
der tunneuartigen Düsen, ein stetiges Aufflammen des Gas-Luft-Gemisches von Flammenstrahl
zu Flammenstrahl, ein intensives Aufheizen des Schacht es an den tunnelartigen Düsen
und der teuerfesten Gicht erzielt.
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bei einem Verhältnis des Perimeters (L) des Kreises zu dem Abstand
(l) zwischen den Mittelpunkten der Austrittsquerschnitte der benachbarten tunnel
artigen Düsen, das größer als 3,452 [(R - 2,65B)2 + (0,91l5)2l 0,5 ist, B
ist
eine Störung des Verbrennungsvorganges im ganzen zu verzeichnen, aa sich das Gas
von den Brennertunneln weit entfernt entzündet und brennt.
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Bei einem Verhältnis des Perimeters (L) zu dem Abstand (1) zwischen
den Mittelpunkten der Austrittsquerschnitte der benachbarten tunnelartigen Düsen,
das kleiner als 2,327 [ (R - 4,223)2 + (1,35B)2 0,5 ist, ist, B R -) sich das Gas
an den tunnelartigen Düsen<entzündet>, es findet jedoch kein Aufflammen des
Gas-Luft-Gemisches von Flammenstrahl zu Flammenstrahl unter Bildung von brennenden
FlPmmenstrillen an sämtlichen tunnelartigen Düsen statt, wodurch der Schacht zwischen
den tunnel artigen Brennerdüsen unzureichend durchgeheizt, der Verbrennungsvorgang
gestört wird und der Schmelzvorgang allmahlich zum Stillstand kommt.
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Nachstehend wird die irSindung durch ein konkretes Aus-Bührungsbeispiel
unter Bezug auf Zeichnungen erläutert; es zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung
die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen kupolofens im Längsschnitt; Fig. 2 einen
Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1.
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Der Kupolofen enthält einen Schacht 1, in dessen Unterteil oberhalb
eines Herdes 2 Gasbrenner 3 mit tunnel artigen Düsen 4 angeordnet sind, eine aus
einem Feuerfeststoff 5 bestehende Gicht, welche in den Schacht 1 nach dem Anzünden
und der Brenner 3 aufgegeben wird I ein Stichloch 6 zum Schmelzgutabstich.
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Die Gesamtfläche der Austrittsquerschnitte der tunnelgleich artigen
Düsen ist10,02 - 0,18 der Querschnittsfläche des Schachtes in der Anordnungsebene
der tunnelartigen Düsen.
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Durch eine solche konstruktive Ausführung des Supoleine ofens wird1
gleichmäßige Verteilung der Gase und Stabilisierung des Vorgangs ihrer Verbrennung
in der Stückgut schicht erzielt.
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Dabei können die Austrittsquerschnitte der tunnelartigen Düsen eine
Rund-, Ellipsen-, Oval-, Recnteck-, Quadratform auSweisen, welche in Abhängigkeit
von der Ausführungsform des kupolofens selbst und von der Bauart der in ihm verwendeten
Brenner steht. Die Ausführungsforin des Kupolofens ist ihrerseits von der Zweckbestimmung
des Kupolofens und von der angemessenen Anordnung seiner Baueinheiten abhängig 2
So beispielsweise wiid zum Schmelzen von silikatischen Stoffen ein EupoloSen benutzt,
bei dem der Schachtquerschnitt eine Rundform hat; dabei werden optimale Bedingungen
für ein tiefes iiindringen der Gase in die feuerfeste Gicht geschaffen, wodurch
die Temperatur der Schmelze erhöht und ein eventuelles Einfrieren der Schmelze auf
dem Herd ausgeschlossen wird. Beim Srschmelzen von Gußeisen wird der Schacht querschnitt
zweckmäßigerweise rechteckförmig ausgeführt> weil dadurch die Auskleidung des
Kupolofens vereinfacht wird.
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Die Fläche (f) des Austrittsquerschnittes jeder tunnelartigen Düse
wird so gewählt, daß die Abstände (h1, h2) zwischen der unteren Kante der Düse und
dem Herd sowie zwischen der oberen Kante der Düse und dem oberen Höhenstand
der
feuerfesten Gicht entsprechend (0,8 bis 7,0)d und (2 bis 16)d betragen, worin d
- der Durchmesser eines Kreises bedeutet, bei dem die Fläche der genannten Fläche
(f) des Austrittsquerschnittes der tunnelartigen Düse gleich ist.
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Durch eine derartige konstruktive Ausführung des Kupolofens wird
eine hohe Temperatur auf dem oberen Höhenstand der feuerfesten Gicht und unten am
Herd erreicht, wobei eine Dauerhaftigkeit der feuerfesten Gicht gesichert und ein
eventuelles Einfrieren der Schmelze auf dem Herd ausgeschlossen wird.
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8 ist erforderlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Kupolaren die Anordnungsebene
der tunnel artigen Düsen und der Querschnitt des Schachtes einen Kreis darstellen,
bei dem das Verhältnis des Perimeters (L) zum Abstand (1) zwischen den Mittelpunkten
der Austrittsquerschnitte der benachbarten tunnelartigen Düsen
beträgt.
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Durch solch eine konstruktive Ausführung des Kupolofens wird eine
Stabilisierung des Verbrennungsvorgangea des Gases im Schacht an den Austrittsquerschnitten
der tunnelartigen Brennerdüsen erzielt; festzustellen ist ein stetiges Aufflammen
des Gas-Luft-Gemisches von Flammenstrahl zu Flammenstrahl, es bilden sich brennende
Flammenstrahlen an sämtlichen tunnelartigen Düsen, es kommt ein intensives
Durchheizen
des Schachtes an den tunnelartigen Brennerdüsen und der feuerfesten Gicht zustande.
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Zu Beginn werden die Brenner mittels Brennholz oder eines Zünders
angezündet. Dazu werden durch die Brenner 3 und die tunnelartigen Düsen 4 (nacheinander
oder durch alle gleichzeitig) Luft in geringen Verbrauchsmengen und danach der zu
verbrennende Brennstoff (z.B. Erdgas) geleitet.
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Im Schacht 1 des Kupolofens über dem Herd 2 beginnt das Gas in Flammenstrahlen
zu brennen, d.h. an jeder tunnelartigen Düse 4 bildet sich in Richtung vom Austrittsquerschnitt
weg ein brennender Flammenstrahl. Die Auskleidung im Unterteil des Schachtes 1 des
Kupolofens wird mit den brennenden Flammenstrahlen auf 1500 bis 165000 aufgeheizt,
wonach der Schacht 1 mit Feuerfeststoffen beschickt wird, und es wird die feuerfeste
Gicht 5 gebildet, welche üblicherweise aus stückigem Gut sowie aus Fabrikaten in
Form von Ziegelsteinen, Rohren, Kugeln (hergestellt aus Schamotten-, hochtonerdehaltigem,
kohlenstoffhaltigem Feuerfeststoff mit einem höheren Schmelzpunkt als der Schmelzpunkt
der aufzuschmelzenden und zu überhitzenden Stoffe) besteht.
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Nach erhitzen der feuerfesten Gicht 5 auf eine Temperatur von 1500
bis 1650°C wird das Einsatzgut aufgegeben, welches aus verschiedenen silikatischen
Stoffen, Schlacken, Bauziegelbruch, Kalk besteht. Das Einsatzgut schmilzt auf der
feuerfesten Gicht 5, das Schmelzgut fließt an den Stücken der feuerfesten Gicht
5 herab, wird überhitzt, erreicht den Herd 2, fließt darüber zun Stichloch 6 hin
und
wird durch dieses Stichloch abgezogen. Außerhalb des Schachtes wird die schmelzflüssige
Schlacke zerstäubt und in Schlackenwolle verwandelt. Um einen konstanten Höhenstand
der feuerfesten Gicht 5 aufrechtzuerhalten, wird dem Einsatzgut eine geringe ivienge
an Feuerfeststoffeii zugesetzt, welche in ihrer Zusammensetzung der leeren feuerfesten
Gicht entsprechen.
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Der Kupolofen kann zum Brennen von Kalk, Srschmelzen von Gußeisen
sowie anderen Metallen und Legierungen, zum Schmelzen von Nichtmetallen, z.B. zur
Herstellung von Schmelzen beim Steinguß Anwendung finden.