DE3437911C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Metall in einem Schachtofen unter Verwendung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes mit einem im unteren Abschnitt des Schachtofens befindlichen Trenn- und Überhitzungsbett für das Metall, das durch die von unterhalb des Bettes nach oben durch den Schachtofen hindurch­ geführten Verbrennungsprodukte aufgeheizt wird, wodurch das Metall geschmolzen und in diesem Zustand unterhalb des Bettes gesammelt wird.

Bei herkömmlichen Verfahren zum Schmelzen von Metallen, insbesondere Eisen oder Kupfer, werden Kalt- und Heißwind-Kupolöfen unter Verwendung von Koks als Brennstoff eingesetzt. Hierbei sind auch Verfahren bekannt, bei denen zum Koks Zusatzbrennstoffe, wie Brenngase, Mineralöl oder Kohleabfallprodukte verwendet werden. Diesen Verfahren haftet jedoch der wesentliche Nachteil an, daß durch den Koks als Brennstoff die Metallschmelze verunreinigt wird, vorwiegend durch Schwefel und Phosphor.

Es sind daher Verfahren zum Schmelzen von Metallen in Schachtöfen bekanntgeworden, bei denen auf Koks als Brennstoff verzichtet und das Metall mit Hilfe von Brenngasen wie Erdgas, Stadtgas, Propan und Butan oder Mineralölen geschmolzen wird. Diese Verfahren zeichnen sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß kaum Verunreinigungen durch den Brennstoff in die Schmelze übertragen werden, da die Kontaktzeit zwischen den gasförmigen Verbrennungsprodukten und dem metallischen Einsatzmaterial relativ kurz ist.

Ein derartiges, dem anfangs genannten entsprechendes Verfahren ist aus der DE-AS 22 04 042 bekannt. Diese Druckschrift betrifft konkret ein Ver­ fahren zum Schmelzen von Eisen in einem verti­ kalen Schachtofen ohne die Verwendung von Koks und unter Verwendung einer fluiden Brennstoff/Luft- Mischung, die außerhalb des Ofens in Brennern verbrannt wird, die nahe dem Unterteil des Ofens angeordnet sind. Eisenschrott und Gußeisen werden in das Oberende des Ofens eingesetzt und ge­ schmolzenes, überhitztes Metall läuft durch ein innerhalb des Schachtes angeordnetes Bett aus losen feuerfesten Körpern. Diese werden durch nach oben streichende Verbrennungsprodukte der Brenner aufgeheizt, bevor sie außerdem das ent­ gegenkommende Metall schmelzen.

Das geschmolzene Metall wird am Boden des Ofens abgestochen. Die das Bett bildenden feuerfesten Körper bestehen vorzugsweise aus kalkgebundenem Glanzerz-Graphit. Sie werden im Betrieb des Schachtofens mit einer Menge von 2% oder weniger des Gewichts des geschmolzenen Eisens verbraucht, so daß der Ofen über relativ lange Zeitspannen betrieben werden kann, ehe das Bett vollständig erneuert werden muß. Das Bett kann zudem in seiner Arbeitstiefe gehalten werden, indem das Bett­ material den eingeführten Chargenmaterialien in einer Menge von ungefähr 1 bis 2% des Gewichts der Metallcharge zugegeben wird.

In dem Aufsatz "Der kokslose Gießereischachtofen" von W. Sachs, Gießerei 66 (1979), Nr. 12, 11. Juni, S. 415-417, wird ebenfalls ein Verfahren der anfangs genannten Art bzw. ein hierfür verwendeter Schachtofen beschrieben. Als Über­ hitzungsbett dienen hier Kugeln aus keramischem Material auf einem wassergekühlten Rost. Auch hier müssen jeder Charge keramische Kugeln beigegeben werden, um die Höhe des Überhitzungs­ bettes zu halten.

In dem Aufsatz "Das Umschmelzen von Kupferschrott im Flaven-Ofen" von Dr. H. P. Goossens in der Zeitschrift "ERZMETALL", Band 24, Heft 3, März 1971, S. 105-107, ist ebenfalls ein ohne Koks als Brennmaterial arbeitender Schachtofen dargestellt. Das Ofenbett wird von einem Rost aus wasserge­ kühlten Stahlrohren gehalten, der einerseits ein Durchfallen des festen Einsatzes aus dem Schacht­ ofen in den darunterliegenden Herd verhindert und andererseits im Gegenstrom den Durchfluß der heißen Verbrennungsgase gewährleistet.

Auf dem Rost liegt eine ca. 20 cm hohe Schicht aus hochfeuerfesten Stoffen, z. B. Korundbrocken oder Koks mit Kalksteinen.

Die drei vorstehend genannten bekannten Schacht­ öfen, die als Brennmaterial keinen Koks ver­ wenden, haben somit das gemeinsame Merkmal, daß im Betrieb das Bettmaterial während des Schmelz­ prozesses einem Verschleiß unterworfen ist. Keramische Stoffe verschlacken und Koks wird durch die Gaskomponenten CO₂ und H₂O über die Boudourad- bzw. Wassergas-Reaktionen aufgezehrt. Aus diesem Grund muß, wie erwähnt, den Metallchargen, die den Öfen zugeführt werden, ständig eine den Verschleiß kompensierende Menge an neuem Bett­ material beigefügt werden. Diese Bettmaterial- Ausgleichsmenge dient auch im Ofenschacht in der Charge als Trennmaterial, um ein Verschweißen des Metalleinsatzes zu unterbinden und die Gasdurchlässigkeit im Ofen zu gewährleisten.

Bei Verwendung von Keramik oder Koks als Bett­ material treten relativ große Schlackenmengen auf, die die Wirtschaftlichkeit des Ofens herab­ setzen, da ein erheblicher Teil an Energie für die Erhitzung, Bildung und Überhitzung der Schlacke benötigt wird. Durch das relativ hohe Gewicht der Bettmaterialien werden hierfür beträchtliche Mengen benötigt, die kostenmäßig eine starke Belastung darstellen. Bei Verwendung von keramischem Bettmaterial treten vorzeitige Erweichungen von diesem auf, da es gegen Schlackenangriffe nicht resistent ist. Weiterhin besteht nicht die Möglich­ keit, über das Keramikmaterial reduzierend auf das geschmolzene Metall einzuwirken.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, ein Verfahren der anfangs genannten Art anzugeben, das überaus wirtschaftlich arbeitet und das auch zu verbesserten Eigen­ schaften des erschmolzenen Metalls führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Material für das Trenn- und Überhitzungsbett zumindest teilweise Holz verwendet wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens wird als Material für das Trenn- und Überhitzungs­ bett ein Gemisch aus Holz und Keramikmaterial und/oder Koks verwendet. Die Verbrennung des Brennstoffs erfolgt vorzugsweise mit einem Sauerstoffüberschuß zur Erzielung einer Kohlung des im Trenn- und Überhitzungsbett befindlichen Holzes.

Ein Vorteil des beanspruchten Verfahrens besteht darin, daß wegen des geringen Gewichtes von Holz eine geringere Menge an Bettmaterial not­ wenig ist als bei Verwendung der bekannten Bettmaterialien. Auch wird vorzugsweise Holz eingesetzt, das nicht als Nutzholz Anwendung finden kann, das heißt Holzabfälle, und das somit preisgünstigst zur Verfügung steht. Die erzeugte Schlackenmenge ist bei Verwendung von Holz als Bettmaterial um mehr als 50% geringer als bei Verwendung von Keramik oder Koks, was u. a. eine entsprechende Energieeinsparung bedeutet. Holz ist weiterhin resistent gegen Schlacken­ angriffe, so daß keine vorzeitigen Erweichungen des Trennmaterials auftreten können. Schließlich unterliegt das Holz während der Erhitzung unter Luftabschluß im Ofenschacht einer Kohlungswirkung, so daß es später im Durchtropfbett einen metallurgisch reduzierenden Einfluß auf die geschmolzenen Metalltropfen hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Diese zeigt eine vereinfachte Darstellung eines vertikalen Schnittes durch einen an sich bekannten Kupolofen (Flavenofen), in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Der gezeigte Kupolofen besitzt einen vertikalen Ofenschacht 1, unter dem sich ein sich in horizontaler Richtung erstreckender Ofenherd 2 befindet. In den Ofenherd 2 mündet ein Brenner 3, der an eine Brennstoffzuführungsleitung 4 sowie an eine Verbrennungsluftzuführungsleitung 5 angeschlossen ist. Die zugeführte Verbrennungs­ luft wird zuvor in einem Rekuperator 6 vorge­ wärmt. Der obere Abschnitt des Kupolofens wird durch einen Kamin 7 gebildet. Zwischen Ofen­ schacht 1 und Ofenherd 2 befindet sich ein wassergekühlter Tragrost 8. Dieser trägt ein Füllbett 9 zum Überhitzen und Trennen des ge­ schmolzenen Metalls. Über dem Füllbett 9 ist die in den Ofenschacht 1 eingebrachte Charge 10 angeordnet.

Die Verbrennung des über die Leitung 4 zugeführten Brennstoffes erfolgt stöchiometrisch bis zu einem Luftfaktor 1,05, wodurch das luftgetrocknete chargierte Holz schon im oberen Teil der Charge 10 bei einer Temperatur von etwa 700 bis 1000°C einer Kohlung unterliegt und ein Zwischenprodukt aus Holz und Holzkohle bei weiterem Absinken der Charge das Füllbett 9 ergänzt.

Der Luftüberschuß dient dazu, einen Teil des Materials des Füllbetts 9 durch eine gezielte Oxidation aufzuheben, wenn dies nicht in genügendem Maße durch die Metallschmelze erfolgt, um ein Gleichgewicht mit dem Trennmaterial in der Charge zu steuern.

Die im unteren Teil der Charge 10 aufschmelzenden Metalltropfen gelangen in das Füllbett 9, wo sie wegen der dichten Packung eine gewisse Zeit verweilen und im intensiven Kontakt mit dem im Gegenstrom aufsteigenden Verbrennungsgas überhitzt werden. Das Verbrennungsgas überstreicht zuvor das im Ofenherd gesammelte Metallbad, so daß dieses bis zum Abstich im geschmolzenen Zustand gehalten wird.

Wegen der Reinheit des Bett- und Trennmaterials Holz ist kein zusätzlicher Schlackenbildner beim dargestellten Schmelzprozeß erforderlich. Somit sind nur die Schlacken aus den natürlichen und unvermeidbaren Verunreinigungen wie Rostanhang, Sandanhang sowie Silizium- und Mangan-Abbrände durch Kalkstein abzubinden, weshalb mit niedrigsten Schlackenmengen gearbeitet wird.

Durch die Kohlung des Holzes in der Charge hat dieses nach dem Absinken in das Füllbett eine metallurgisch reduzierende Wirkung auf die geschmolzenen Metalltropfen in diesem Bett. Dies führt somit zu einer Qualitätsverbesserung des geschmolzenen Metalls.

Claims (3)

1. Verfahren zum Schmelzen von Metall in einem Schachtofen unter Verwendung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes mit einem im unteren Abschnitt des Schachtofens be­ findlichen Trenn- und Überhitzungsbett für das Metall, das durch die von unterhalb des Bettes nach oben durch den Schachtofen hindurchgeführten Verbrennungsprodukte auf­ geheizt wird, wodurch das Metall geschmolzen und in diesem Zustand unterhalb des Bettes gesammelt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Material für das Trenn- und Überhitzungs­ bett (9) zumindest teilweise Holz verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Material für das Trenn- und Überhitzungsbett (9) ein Gemisch aus Holz und Keramikmaterial und/oder Koks verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Brennstoffs mit einem Sauerstoffüberschuß erfolgt zur Erzielung einer Kohlung des im Trenn- und Überhitzungsbett (9) befindlichen Holzes.