DE3120908A1 - Methode zum untermischen anderen gases unter das heisse ofengas vor dessen abgang aus dem ofen und diesem zweck dienende haube - Google Patents

Description

Anwaltsakte: P 690 OUTOKUMPU OY

SF-835ΟΟ OUTOKUMPU/FINNIAND

Methode zum Untermischen anderen Gases unter das heisse Ofengas vor dessen Abgang aus dem Ofen und diesem Zweck dienende Haube

Diese Erfindung betrifft eine Methode zum Untermischen anderen Gases unter das heisse Ofengas vor dessen Abgang aus dem Ofen durch Ableiten der aeissen Ofengase über eine mit dem Ofen einen einheitlichen Gasra.um bildende Haube. Die Erfindung betrifft ferner eine in Verbindung mit dieser Methode einzusetzende, an dem einen, offenen Ende des Ofen-Gasraums anzuordnende zylindrische Haube mit einem Abzugsrohr für die in der Haube unter kontrollierten Bedingungen behandelten hei ssen Gase.

Ganz besonders betrifft diese Erfindung eine Methode zum Schmelzen und Reduzieren von Rohmaterial in einem Ofen, etwa zum Schmelzen und Reduzieren von Ferrosilizium oder Silizium im Lichtbogenofen, durch Eintragen von Reduktionsmittel und zu reduzierendem Rohmaterial in den Ofen und Abfuhren des reduzierten Materials in Schmelzeform am Ofenboden sowie Abführen der hei ssen Gase aus dem oberhalb der Schmelze befindlichen reduktiven Gasraum unter Einsatz einer auf dem Lichtbogenofen angeordneten, nach unten offenen Haube, deren Deckel mit Öffnungen für die Elektroden, mit einem

Gasabzugsrohr und mit Beschickungsöffnungen fur das zu schmelzende und reduzierende Gut und für das Reduktionsmittel versehen ist.

Oftmals wäre es wünschenswert, die hei ssen Ofengase unmittelbar vor ihrem Abgang aus dem Ofengasraum zu. oxydieren, zu reduzieren oder zu kühlen. Das unmittelbare Oxydieren, Reduzieren oder Kühlen heisser Ofengase durch Untermischen eines anderen Gases hat sich jedoch, bedingt durch die bekanntlich äusserst hohe Viskosität der hei ssen Ofengase, als ausserordentlich schwierig erwiesen. Ausserdem wäre es oft wünschenswert, den hei ssen Ofengasen vor ihrem Abgang aus dem Ofen-Gasraum wenigstens einen Teil der in ihnen enthaltenen Stäube zu entziehen um sie in den Ofen zurückzuleiten. Was die brennbare Bestandteile enthaltenden heissen Ofengase anbelangt, wäre es besonders wünschenswert, diese brennbaren Bestandteile vor dem Abzug der heissen Ofengase aus dem Ofen-Gasraum zu verbrennen um die Verbrennungswärme schon im Ofen möglichst hochgradig nutzen zu können. Es wäre deshalb sehr wichtig, solche heissen, reduktive Bestandteile enthaltenden Gase schon in Verbindung mit dem Ofenraum selbst mit Verbrennungsluft zu vermischen,um diese Gase unter gleichzeitiger indirekter V/ärraegewinnung so kontrolliert verbrennen zu können, dass eine überhitzung ausgeschlossen ist.

Man kennt bereits verschiedenartige mit Haube ausgerüstete Öfen, bei denen die Gase direkt ins Freie abgelassen werden oder nach erfolgter Gasbehandlung ins Freie abgelassen werden. Dabei ergibt sich der Nachteil, dass die Verbrennungsluft auf unkontrollierte V/eise mit dem Ofengaa und dem eingetragenen Gut in Berührung kommt.

Man kennt bereits verschiedenartige sog. halbgeschlossene Öfen, d. h. mit Haube ausgerüstete Öfen. Die Haubenwandung weist mit Luken versehene Öffnungen auf. Ihr Nachteil besteht darin, dass für das Arbeiten der Stochervorrichtung des Ferroailizium- oder Siliziumofens die Luke einer der Öffnungen geöffnet ist, so dass Luft auf unkontrollierte Weise mit dem Ofengas und dem eingetragenen Gut in Berührung kommt. Daraus ergeben sich wiederum folgende Nachteile; Es müssen Investitionsmittel für dem Ofen nachgeschaltete Übergrosse Gasbeha.ndlungsvorrichtungen eingesetzt werdenJ es kommt zu nutzlosem Verbrauch im eingetragenen Gut enthaltener Reduktionsmittel! das

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unkontrollierte Verbrennen von Ofengasen führt zu Überhitzung und zur Zerstörung der Haube uno. der Elektroden oder anderer Einrichtungen.

Zur Beseitigung der oben genannten Mangel wurden nun eine Methode und eine Vorrichtung geschaffen, die ein kontrolliertes Behandeln der Ofengaae erlauben. Die Hauptmerkmale der Erfindung gehen aus Patentanspruch 1 hervor.

Die erfindungsgemässe Haube lässt sich gut in Verbindung mit verschiedenartigen Öfen einsetzen, insbesondere aber mit Ferrosilizium- oder Siliziumö'fen. Dabei hat dann ds-s untere zum Ofen hin gemauerte schräge Wandteil der Haubeneinschnürung die Aufgabe, die dort angeordnete Stochervorrichtung zu fuhren. Die Stochervorrichtung kann zum Beispiel von der in der finnischen Patentanmeldung Kr. 8OI982 näher beschriebenen Art sein.

Die erfindungsgemässe Haube kann am Schwebeschmelzofen-Steigschacht oder am Hochofen angeordnet werden, wobei sie sich als Verlängerung an die Schächte der besagten Öfen anfügt, vorzugsweise jedoch am Lichtbogenofen oder am Trommelofen.

Die erfindungsgemässe Haube besteht aus Rohren, die durch Flossen aneinandergefügt sind und innenseitig mit Ziegeln oder einer anderen wärmebeständigen Masse ausgekleidet sind. Innenseitig hat die Haube Stifte zur Befestigung der Ausmauerung bzw. Auskleidungsmasse. In die Rohre wird Wasser oder Wasserdampf zur Kühlung der Stahlkonstruktion und zur Aufnahme der in den Ofengasen enthaltenen V/arme geleitet. Die Haube hat vorzugsweise eine über ihren ganzen Umfang reichende Einschnürung zur Unterteilung des G-asraumes in eine obere reduktive, oxydative oder Kühlungs- und eine untere oxydative oder reduktive Zone, wobei sich die Eintragsöffnungen für das Reduktionsmittel oder die Verbrennungsluft und/oder den Verbremaungssauerstoff wie auch das tangentiale Gasa.bzugsrohr oberhalb dieser Einschnürung befinden.

Luft und/oder Sauerstoff oder Reduktionsgas werden in die Oxydations- beziehungsweise Reduktionszone so eingespeist, dass sie sich mit dem aus dem oxydativen beziehungsweise reduktiven Gasraun aufsteigenden Gasen zu einem toroidforangen V/irbel vermischen, aus welchem die Gase tangential abgeleitet werden. Auf diese vreise llisst sich unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft auch ein Teil des Staubes abscheiden.

Das Schutz-, Oxydations-, Reduktions- oder Kühlgas wird in der Mitte des Haubendeckels eingetragen. Das Schutzgas schützt daa Dek-

fl

kel-Mittelteil vor Überhitzung. Daa Schutzgas kann auch so gelenkt werden, dass es die Herbeiführung einer Rotationsbewegung im Inneren der Haube unterstützt.

Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben werden. Es zeigen: Fig. 1 einen mit erfindungagemäsaer Haube ausgerüsteten Lichtbogenofen in aufgeschnittener Form seitlich betrachtet; Fig. 2 einen Schnitt längs der in Pig. 1 angedeuteten Geraden A-A; Fig. 3 eine alternative Haube in aufgeschnittener Form seitlich betrachtet; Fig. 4 die in Pig· 3 gezeigte Haube im Draufblick.

In Fig. 1 und 2 ist der Ofen durch die Bezugszahl 1 und die über einen Sand- oder Flüssigkeitsverschluss dicht darauf aufgesetzte Haube durch die Zahl 2 bezeichnet. Durch das Mittelteil des Deckels 17 der'Haube 2 sind symmetrisch drei Elektroden geführt, welche die Bezugszahl 3 tragen. Am Oberteil der Haube 2 ist ein tangential an die Seitenwand angefügter Rauchgas-Abzugska.na.1 4 vorhanden, und der Deckel 17 der Haube 2 wird von mehreren symmetrisch zu den Elektroden und in gleichmässigen gegenseitigen Abständen angeordneten, im wesentlichen vertikalen Beschickungskanälen 5für das einzutragende Rohmaterial durchbrochen. Das Eintragen des Rohmaterials in den Lichtbogenofen erfolgt vorzugsweise mit dem zu diesem Zweck entwikkelten, im finnischen Patent 50028 beschriebenen (hier nicht dargestellten) Beschickungsring abwechselnd in sechs Beschickungskanä-5e5um die Elektroden 3 herum.

Auf dem Deckel 17 der Haube 2 ist weiter ein peripher verlaufender ringförmiger Verbrennungsluft-Verteilungskanal 11 vorhanden, in welchen über das Rohr 12 Verbrennungsluft geleitet und aus welchem Verbrennungsluft Über peripher am Deckel befindliche Öffnungen 6 in tangential-schräg-abwärtiger Richtung ins Oberteil der Haube 2 geblasen wird um dabei gleichzeitig die Wandung der Haube 2 zu kühlen.

Weiter ist auf dem Deckel 17 der Haube 2 ein Schutzgas-Verteilungskana.1 13 angeordnet, der die Elektrodengruppe und ausserdem jede einzelne Elektrode 3 ringförmig umgibt, und aus dem Über das Rohr

2-.ugefuh.rtea Schutzgas Über die jede einzelne Elektrode 3 umgebenden Öffnungen 7 in tangential-schräg-abwar tiger Richtung um - die Elektroden 3 in der Haube 2 geblasen wird um die Elektroden vor den in der Haube 2 strömenden heissen Gasen zu schützen.

Am Unterteil der Haube 2 befindet sich eine über den ganzen Haubenumfang reichende Einschnürung mit einem oberen, vom Ofen 1 weg gerichteten schrägen Wandteil 8 und einem unteren, zum Ofen 1 hin gerichteten schrägen Wandteil 9» wobei der Knick dieser beiden V;andteile den Gasraum der Haube 2 in eine obere Verbrennungszone 16 und eine untere Reduktionszone 15 unterteilt. Das vom Ofen 1 weg gerichtete schräge Wandteil 8 hat die Aufgabe, den aus den peripher am Deckel 17 der Haube 2 befindlichen Öffnungen tangential-schräg-abwärtig strömenden Verbrennungsluftstrom so zu leiten, dass er nicht auf die auf der Schmelze des Lichtbogenofens 1 befindliche Koksschicht trifft, sondern sich mit den aus der Reduktionszone 15 aufsteigenden Gasen vermischt und dabei einen toroidförmigen, die Elektrodengruppe umgebenden Wirbel bildet, aus welchem die Rauchgase tangential über den Abzugskanal 4 abgehen.

Das zum Ofen 1 hin gerichtete, untere schräge Wandteil 9 der Einschnürung der Haube 2 dient dem Zweck, die daran angeordnete Stochervorrichtung 10 zu führen und sie näher ans Arbeitsobjekt, d.h. an die auf der Schmelzeoberfläche befindliche Charge heran zu bringen. Die Stochervorrichtung 10 kann z.B. in bezug auf den Eintrag synchronisiert sein, wobei sie das in den Ofen gelangende Rohmaterial verteilt, oder in bezug auf die Ofenleistung, wobei die Stochervorrichtung bei niedrigerer zugeftthrter Leistung häufiger in Aktion tritt, da es in diesem Falle leichter zur Bildung einer harten Kruste auf der Schmelze kommt. Die Stochervorrichtung 10 arbeitet einige Mal pro Stunde jeweils für einige Minuten; in der Zwischenzeit ist die Spindel der Stochervorrichtung aus dsm Ofen heraus in ein am Wandteil 9 gelenkig befestigtes, in verschiedene Richtungen schwenkbares, gekühltes Gehäuse gezogen, wie in der finnischen Patentanmeldung Nr. 80 1982 im einzelnen beschrieben ist.

Das untere Wandteil 9 bildet vorzugsweise einen zwischen Ofen 1 und der darauf befindlichen Haube 2 über einen Flüssigkeits- oder Sandverschluss dicht angeordneten Ring, der zur Veränderung der Stellung der Stochervorrichtung 10 am Haubenumfang um die Ofen-LTittelachso" gedroht werden kann, so dass mit ein und derselben

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Stochervorrichtung 10 an jeder beliebigen Stelle die auf der Schmelze gebildete Kruste zerstört beziehungsweise das eingefüllte Rohmaterial an jeder beliebigen Stelle verteilt oder an jede beliebige Stelle auf der Schmelze verschoben werden kann.

Die Haube wird durch v>a.nd- und deckelsei tig 17 angeordnete, in der Zeichnung nicht näher dargestellte Kühlrohre gekühlt. Die Haube 2 kann aus Rohren, die über Flossen aneinander befestigt sind, hergestellt werden, wobei die Haube 2 innensei tig Stifte aufweist, an denen die als Futter eingebauten Ziegel beziehungsweise eine Masse aus feuerfestem Material befestigt werden können. Die Haube kann ausserden aussenseitig mit Mineralwolle isoliert werden, und durch die Kühlrohre wird Wasser oder Do.mpf geleitet um auf diese Weise die Wärmeenergie der in der Haube strömenden heissen Gase indirekt aufzufangen.

Die Beschickungskanäle 5 reichen vorzugsweise ungefähr bis in die Reduktion?!zone 15 um zu verhindern, dass das im eingetragenen Gut enthaltene Reduktionsmittel mit der oxydativen Atmosphäre dar Oxydati on sz one Iß in Berührung kommt. Desgleichen sind die Elektroden 3 vorzugsweise durch sie umgebende hülsenförmige Mantel 18, die sich bis in die Reduktionszone 15 erstrecken, vor der oxydativen Atmosphäre der Oxydationszone 16 geschützt.

Fig. 3 und 4 zeigen eine Haube, die sich für einen anderen Ofen als den LicMbogenofen eignet. In diesem Falle trägt der Ofen allgenein die Bezugszahl 1, die darauf angeordnete Haube die Zahl 2. Die nach unten offene Haube 2 hat die über den ganzen Umfang reichende Einschnürung 8, 9j die den Gasraum in eine obere und eine untere Zone unterteilt. In der oberhalb der Einschnürung befindlichen Zone bildet sich ein toroidfö'rmiger Wirbel, herbeigeführt durch Einspeisen eines anderen Gases, etwa. Verbrennungsluft, über die peripher am Deckel 17 der Haube 2 befindlichen Öffnungen 6 in schräg-abwar tiger Richtung längs der Haubenwandungen in die Haube, wobei das obere Wandteil 8 der Einschnürung 8, 9 den Verbrennungsluftstrom zur K-s.uben-I.Iittelachse hin lenkt, und das untere V/andteil 9 der Einschnürung 8, 9 die aus dem Ofen 1 aufsteigenden heissen Gase ebenfalls zur I.Iittelachse der Haube 2 hin lenkt bevor sich diese heissen Gase mit der Verbrennungsluft zu einem toroidförmigen Y:irbcl vermischen. Auf diese ^v-^reise bewirkt man ein intensives Vermischen

von Verbrennungsluft und heiäsen Ofengasen und eine kontrollierte

Verbrennung ohne überhitzung. Die Rauchgase werden aus den toroidförmigen Wirbel tangential über das tangential ans Oberteil der Haube 2 angeschlossene Abzugsrohr 4- abgeleitet. Die Verbrennungsluft-Einblasöffnungen 6 sind so schräg nach unten gerichtet, dass sie die Rotation des toroidförmigen Wirbels um die vertikale Mittelachse in einer Richtung unterstützen, welche den Abgang der Rauchgase über das tangentiale Abzugsrohr 4 fördert. Soll von der Haube Staub zurückgehalten und -geschickt werden, so ist das tangential abgehende Abgasrohr so in den Haubenra.um zu versenken, dass die Stäube längs der Wandung vorbei strömen und zurlick in die vorangehende Stufe rieseln.

Rs ist klar, dass die erfindungsgernässe Haube statt a.uf dem Ofen ebenso gut seitlich am Ofen angeordnet v/erden kann, jedoch ist es, enthalten die heisr-en Gase Peststoffe, von Vorteil, die Haube auf den Ofen aufzusetzen, wobei dann die Stäube, die in dem toroidförrnigen Wirbel infolge der Zentrifugalkraft von den Gasen geschieden werden, von allein zurück in den Ofen fallen.

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Claims (16)

Patentansprüche "* '

1. Methode zum Untermischen anderen Gases unter heisres Ofengas vor dessen Abgang aus dem Ofen (1) durch Ableiten der hei ssen Ofengase über eine mit d^m Ofen einen einheitlichen Gasraum bildende Haube (2), dadurch gekennzeichnet, dass das andere Gas längs der Seitenwände der Haube (2) im wesentliehen gegonströmig zu den aus dem Ofen (1) kommenden heissen Gasen eingespeist (6) wird, um die Gase miteinander zu einem toroidförmigen Y/irbel zu vermischen, und dass die Gase aus diesem V/irbel tangential abgeführt (4) werden.

2. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisen (6) des anderen Gases schräg gegen den aus dem Ofen (L) kommenden heissen Gasstrom erfolgt, um den toroidf örmigen Wirbel um die Mittelachse der Haube (?) in einer Richtung'in Drehbev^egung zu versetzen, welche den tangentialen Abgang (4) des Gases aus diesem toroidf örmigen Wirbel fördert.

3» Methode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Ofen (1) kommende heisse Gasstrom und der längs der Seitenwände der Haube (2) im wesentlichen aus entgegengesetzter Richtung kommende andere Gasstrom ungefähr zur Mittelachse der Haube hin geleitet (8, 9) werden bevor sie aufeinanderprallen, um die Gase um die ringförmige Mittelachse des toroidförmigen Wirbels so in Bewegung zu setzen, dass die Strömung ir: Inneren der ringförmigen Mittelachse des toroidförmigen Wirbels im wesentlichen parallel zum aus dem Ofen (l) kommenden Gasstrom und ausserhalb der ringförmigen Mittelachse des toroidförmigen Wirbels zum längs der Wände der Haube (2) kommenden anderen Gasstrom ist.

4· Methode nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über das Mittelteil des Deckels (17) der Ha.ube (2) anderes Gas oder ein drittes Gas eingeblasen wird um den Deckel (17) vor überhitzung zu schützen»

5. Methode nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das heisse Gas von reduktivem Schmelzen stammendeSf etwa aus dem Lichtbogenofen aufsteigendes reduktives Gas, und das andere Gas Sauerstoff und/oder Luft ist, mit welchen/welcher da? reduktive Gas zwecks Entwicklung von Wärmeenergie und deren sowohl direkten als auch indirekten Gewinnung in der oberhalb des Ofens (1) angeordneten Haube (2) verbrannt wird, und dass die Rauchgase tangential abgeleitet (4) werden.

6. Methode nach Anspruch 5,""d'a-'d u r-c-h gekennzeichnet, dass ein Teil der Rauchgase (4) ins obere Teil (16) der Haube (2) zurückgeführt und um die Elektroden (3) geleitet wird um diese vor den heissen Gasen zu schützen.

7. Methode nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff und/oder Luft (6) sowie die vom reduktiven Gasr3.um (15) des Ofens (l) in die Haube (2) steigenden Gase zu einem die Elektrodengruppe (3) toroidförraig umgebenden Wirbel gelenkt und miteinander vermischt werden.

8. Zum Einsatz in Verbindung mit der Methode nach Anspruch 1 dienende, an ihrem einen, an den Ofen-Gasraum anzuschliessenden Ende offene, zylinderförmige Haube (2) mit einem Abzugsrohr (4) für die in der Haube behandelten heissen Gase, gekennzeichnet

vier Haube(2) durch peripher an dem am entgegengesetzten Ende vbefindlieilen Dekkel (17) 3-ngeordnete Öffnungen (6) zum Einblasen anderen Gases in die Haube (2) längs deren Wandungen und im wesentlichen gegenströmig zu den vom entgegengesetzten, offenen Ende der Haube (2) kommenden hei ssen Gasen, und dadurch, dass das Abzugsrohr (4) tangential an die Seitenwand der Haube (2) gefügt ist.

9. Haube nach Anspruch 8, ge kenn ze ichnet durch eine um sie herum führende Einschnürung (8, 9) zur Unterteilung des Hauben-Inn en räume a in zwei Zonen (15, 16), wobei das ta.ngentiale Abzugsrohr (4) an die vom Haubendeckel (17) und der Einschnürung (8, 9) begrenzte Zone angeschlossen ist.

10. Haube nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasöffnungen (6) für das andere Gas schräg zu der durch das Abzugsrohr (4) definierten Umlaufrichtung ausgerichtet sind.

11. Haube nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Mittelteil des Deckels (17) eine oder mehrere Sinblasöffnungen für anderes oder ein drittes Gas vorhanden sind.

12. Nach unten offene Lichtbogenofen-(l)_Haube (2) nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 11, deren Deckel Öffnungen für die Elektroden (3) sowie ein Gasabzugsrohr (4) und Eintragsöffnung en (5) für das zu schmelzende und zu reduzierende Rohmaterial sowie für das Reduktionsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

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die Haube oberhalb der Einschnürung (H, 's") Öffnungen (6) zum Einblasen von Luft und/oder Sa.uerst.off in die obere, oxydative Zone (16) aufweist,, an welche auch das Rauchgas-Abzugsrohr (4) angeschlossen ist, und dass an den Seitenwänden und/oder am Deckel der Haube (2) Kühlrohre zur indirekten Wärmegewinnung angeordnet sind.

13· Haube nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch wenigstens ein, an dem zum offenen Haubenende hin gerichteten Binschntirungs-Wandteil (9) gelenkig in verschiedene Richtungen schwenkbares Organ (10) zum Verschieben des auf die Schmelze aufgetragenen Rohmaterials und/oder zum Zerstören der auf der Schmelze lagernden Kruste durch Schwenken des Organa (10) um seine Gelenkstelle.

14. Haube nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (3, 9) oder zumindest deren mit dem schwenkbaren Organ (10) versehene Wandteil (9) einen separaten, die Haube (2) dicht umgebenden Ring bildet, der zwecks Verschiebens des Organs (10) 3Ji verschiedene Stellen des Haubenumfangs um die Vertikalachse der Haube (2) gedreht werden kann.

15. Haube nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in ihren Deckel (17) um die Elektrodenöffnungen herum mehrere Öffnungen (7) zum Einblasen von Schutzgas in die Haube (2) um die Elektroden (3) herum vorhanden sind.

16. Haube nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung ein oberes,vom offenen Ende der Haube (2) weg gerichtetes Wandteil (8) a.ufweist, das dazu dient, die Gase in der oberen, oxydativen Zone (16) zu einem toroidförmigen, die Elektrodengruppe (3) umgebenden Wirbel zu lenken.