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Verfahren und Vorrichtung zur direkten Erzeugung von Stahl im Hochofen
mittels flüssigen Brennstoffs. Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zur direkten
Herstellung von Stahl im Hochofen mittels flüssigen, Brennstoffs wie Petröleum oder
Petroleumrückstände. Es ist bereits vorgeschlagen worden, mittels gasförmigen Brennstoffs
und gegebenenfalls auch unter hilfsweiser Heranziehung flüssigen Brennstoffs unmittelbar
im Hochofen Eisen oder Stahl beliebigen Kohlungsgrades herzustellen. Alle diese
Verfahren sind aber gescheitert. Der Hauptgrund hierfür dürfte darin liegen, daß
die sämtlichen älteren Patentschriften, auch wenn sie nebenbei flüssige Brennstoffe
erwähnen, doch in der Hauptsache immer vom Generatorgas bzw. Kohlenoxydgas ausgehen,
dessen Heizwert viel zu gering ist, besonders wenn, man berücksichtigt, daß es praktisch
nicht möglich ist, ebenso große Gewichtsmengen Kohlenoxydgas wie Petroleum oder
Masut in dem verfügbaren beschränkten Raume in der gleichen, Zeit zu verbrennen.
Infolgedessen erfordern die älteren Verfahren meist besondere verwickelte und empfindliche
Ofenbauarten und verlaufen in der Regel zweistufig, indem erst durch Reduktion ein
Eisenschwamm hergestellt und dieser dann - meist in einem besonderen Ofen - niedergeschmolzen
werden soll.
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Demgegenüber geht der Erfinder von den genannten flüssigen Brennstoffen
aus und hat gefunden, daß diese vollkommen imstande sind, die Erze in einem einzigen
einheitlichen Arbeitsgange und in einem Hochofen gewöhnlicher Form, also ohne praktisch
unmögliche Gitterwerkseinbauten, Zugrohreinbauten u. dgl. zu Eisen oder Stahl beliebigen
Kohlungsgrades zu schmelzen.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Anordnung großer wassergekühlter
Ofentüren, welche eine bei dem raschen Ofengange des neuen Verfahrens erfordprlicbe
gute Betriebskontrolle ermöglichen und auf die Verwendung leicht ortsveränderlicher
und in ihrer Wirkungsrichtung einstellbarer Brenner, welche eine sichere und rasche
Beeinflussung des rasch verlaufenden Verfahrens entsprechend der Betriebskontrolle
gestatten.
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Auf denZeichnungensindschematisch mehrere Ausführungsformen für den
neuen Hochofen dargestellt.
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Abb. = ist ein senkrechter Schnitt durch die erste Ausführungsform,
Abb. a ein unter go ° zu dem Schnitt nach Abb. = geführter senkrechter Schnitt durch
denselben, Ofen.
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Abb. 3 ist ein, der Abb. i entsprechender senkrechter Schnitt durch
eine zweite Ausführungsform.
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Abb. .4, 5 und 6 zeigen die Anordnung des unteren Teiles eines Hochofens
nach der Erfindung; Abb. 4 ist ein senkrechter Schnitt
nach I-I
der Abb. 5 ; Abb. 5 ist ein wagerechter Schnitt nach II-III-IV-V der Abb. 4. Abb.
6 ist ein senkrechter Schnitt nach VI-VI derselben Abbildung.
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Abb. 7 und 8 zeigen in größerem Maßstabe m Querschnitt und in Vorderansicht
eine erste Ausführungsform einer gekühlten Tür für eine der zur Überwachung der
Arbeit und dic Entnahme von Proben vorgesehenen Öffnungen des Ofens.
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Abb. g ist eine Rückansicht des für flüssigen Brennstoff geeigneten
Brenners für den Hochofen nach Abb. 4 bis 6 oder einen Martinofen oder sonstigen
Ofen.
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Abb. =o ist ein Schnitt nach VII-VII der Abb. g.
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Abb. =i endlich zeigt in noch größerem Maßstabe eine Ausführungsform
der Gelenkanordnung für den Brenner.
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Der Hochofen i (Abb. i und 2) besteht irri wesentlichen aus einem
Schachtkörper i, an dem sich nach unten eine Art von Herd 2 anschließt, der sich
nach unten verengt. In der Wänden des Schachtes und des Herdes sind in geeigneter
Höhe Öffnungen 3 für die Durchführung der Einspritzdüsen 4 und 5 vorgesehen. Die
Zahl und die Anordnung dieser Düsen schwankt je nach den Abmessungen des Hochofens.
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Die Sohle 6 besitzt vorzugsweise die aus Abb. 2 ersichtliche Form,
welche das Abfließen des Metalles bei einem Ofen erleichtert, der in wagerechtem.
Querschnitt die durch die Zeichnung veranschaulichte längliche bzw. rechteckige
Form besitzt. Auf beiden Seiten des Herdes sind Abstichlöcher 7 vorgesehen.
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Der Hochofen besitzt, wie dies Abb. 2 zeigt, eine geschlossene Gicht.
Die Beschickung vollzieht sich durch beliebige geeignete Mittel, vorzugsweise aber
durch die in Abb. i und 2 dargestellte Anordnung. - Bei dieser wird das vorher zerkleinerte
und mit dem Flußmittel gemischte Erz am oberen Ende einer schiefen Ebene 8 zugeführt,
auf der es sich bis zur Gicht des Ofens hinabbewegt. Diese Bewegung wird durch Schaufeln,
g gefördert, die an den Enden von Armen =o auf Wellen, =i befestigt sind, welche
von außen her mittels Scheiben 12 oder Kettenrädern gedreht werden.
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Die aus dem Ofen entweichenden heißen Gase gehen im Sinne der Pfeile
f durch das Erz hindurch, das sie vor seinem. Eintritt in den Hochofen vorheizen.
Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 wird der Niedergang der Beschickung durch Vorsprünge
14 verlangsamt, die innen an den Wänden des Hochofens vorgesehen, sind. Diese Vorsprünge
bewirken gleichzeitig eine Zirkulation der Gase im Sinne des Pfeiles f' durch die
Beschickung hindurch, wodurch die Berührung zwischen den Gasen und der Beschickung
verlängert wird. Bei dem Hochofen nach Abb. 4 bis 6.ist der Ofenschacht r durch
einen Vorherd 2 von besonderer Bauart verlängert, der die Ansammlung einer größeren
Menge gleichmäßig geschmolzenen Metalles gestattet.
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Im Hochofen i sind Öffnungen 3 in geeigneter Zahl vorgesehen, deren
Lage beispielsweise nach Abb. 7 gewählt sein kann. Diese Öffnungen 3 dienen der
Entnahme von Proben, um das Fortschreiten der Reduktionsarbeit zu überwachen. Öffnungen
4., die zweck mäßig über die Höhe des Herdes hin gestaffelt verteilt sind, dienen
dazu, die weiter unter: beschriebenen Brenner aufzunehmen. In dem Vorherd 2 sind
ebenfalls Öffnungen 5 vorgesehen, die vorzugsweise in der aus Abb. 6 ersichtlichen,
Art schräg geneigt sind. Did°se Öffnungen dienen dazu, ähnlich wie die Öffnungen
4, Brenner oder aber Elektroden für die elektrische Heizung des Vorherdes aufzunehmen.
Diese elektrische Heizung gestattet u. a. eine Verfeinerung des im Vorberd gesammelten
Metallcs durchzuführen. Statt der Elektrodenheizung könnte natürlich hierzu auch
eine andere elektrische Heizvorrichtung Verwendung finden.
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Eine Öffnung 6 ist im unteren Teil des Herdes für den Abfluß der Schlacken
vorgesehen, während der Vorherd bei 7 (Abb. 4 und 5) für den Abfluß des Metalles
offen ist.
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Während der Arbeit sind diejenigen Öffnungen 4, die zur Zeit nicht
benutzt werden, d. h. also, in denen keine Brenner angebracht sind, in 'der bekannten
Art durch feuerfeste Stopfen (Abb. 5) verschlossen.
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Ein derartiger Hochofen eignet sich besonders für die direkte Herstellung
von Stahl nach dem vorerwähnten Verfahren. Er bietet beträchtliche Vorteile gegenüber
dem Hochofen nach Abb. i bis 3, bei welchem die Brennerdüsen fest um den Ofen herum
eingebaut sind. Bei dem neuen Ofen können daher die Brenner an geeigneten Punkten
angebracht werden, wodurch die beste Ausnutzung der Vorrichtung gewährleistet wird.
Andererseits sind bei dem Hochofen nach Abb. i bis 3 die Brenner stets wagerecht
angeordnet, während sie nach Abb. 4 bis =i je nachBedarf mehr oderwenigergegendie
Wagerechte geneigt werden können. Der obere Teil des Hochofens kann, so, wie an
Hand von Abb. i bis 3 beschrieben, ausgeführt werden.
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Bei dem neuen Hochofen sind die Öffnungen für das Probenziehen und
die Kontrolle der Arbeit vorzugsweise durch Türen besonderer Bauart verschlossen.
Diese Türen sind viel bequemer zu bedienen, als die sonst für diese Zwecke verwendeten
Stopfen.
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Nach Abb. 7 und 8 besteht die Tür 8 aus einer Gußeisenplatte, die
sich um ein wagerechtes Scharnier g dreht. In dieserGußeisenplatte ist eine schlangenförmig
gewundene
Leitung io untergebracht, durch welche zwecks Kühlung
Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit hindurchgeführt werden kann. Diese Kühlflüssigkeit
wird durch die Leitung ix (Abb. 8) zugeführt, läuft durch die Leitung io hindurch
und wird durch die Leitung 12 abgeführt. Zu diesem Zweck greift die Achse g, welche
das Scharnier der Tür bildet und sich in den Lagern 13 dreht, in die Rohrstützen
iz und 12, in denen sie sich bei der Handhabung der Tür drehen kann.
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Die Bewegung der Tür geschieht beispielsweise durch ein Zahnrad 14,
das mit einem Zahnsektor 15 kämmt, der an der Tür 8 befestigt ist. Dieser Sektor
dient gleichzeitig zur Führung der Tür. _Umgekehrt könnte auch die Tür das Zahnrad
und der Ofen den Sektor tragen.
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Oberhalb der Öffnung 3 für die Tür 8 ist zweckmäßig eine Esse 16 angebracht,
die an einen Kamin angeschlossen- ist und bei der Öffnung der Tür die herausschlagenden
Flammen aufnimmt, so daß die vor der Tür befindlichen, Arbeiter keinen Verbrennungen
ausgesetzt sind.
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In der Tür 8 sind Schauöffnungen 17 vorgesehen, die vorzugsweise
mit Porzellanrohren 18 ausgerüstet sind. Diese Schauöffnungen gestatten während
der Arbeit eine Prüfung der Farbe der Flammen sowie irgendwelche für zweckmäßig
erachteten photometrischen Arbeiten.
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Wie schon oben betont, erfolgt nach dem neuen Verfahren die Heizung
mittels eines flüssigen Brennstoffes. Dieser wird im Gemisch mit Luft in der Ofen
eingespritzt. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, den Brennstoff
mit Wasser zu emulgieren. Gemäß vorliegender Ausführung wird diese Einspritzung
durch besonders konstruierte Brenner bewirkt, die in den Abb. g und io in, einem
Ausführungsbeispiel dargestellt sind.
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Diese Brenner sind leicht ortsveränderlich angebracht, ferner so,
daß sie höher oder tiefer eingestellt und mehr oder weniger gegen die Wagerechte
geneigt werden können" um sie in den am Ofen in verschiedenen Höhen angebrachten
Offnungen in der richtigen Art anbringen zu können.
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Zu diesem Zweck ist jeder Brenner auf einem Fuß ig angeordnet, der
mit Rollen oder Rädern, 2o auf Schienen zi einer Plattform z2 ruht. Der Brenner
kann daher auf dem Geleise 21 verfahren und bequem an seinen Arbeitsort angebracht
oder auch beispielsweise zwecks Reinigung zurückbewegt werden,.
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Jeder Brenner besteht im wesentlichen aus zwei konzentrischen Rohrleitungen,
derer eine der Luftzufuhr und deren andere der Brennstoffzufuhr dient. . Jeder der
Brenner besteht aus einer gewissen Zahl von Elementen, die teleskopartig ineinander
verschiebbar sind, um das Ganze je nach Bedarf verlängern, oder verkürzen, zu können.
Andererseits besteht derBrenner als Ganzes aus einem senkrechten'Teil und einem
Arm, der damit einen veränderlichen Winkel für die Zwecke der vorerwähnten Einstellung
bilden kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der senkrechte Brennerteil,
was die Luftzufuhr anbetrifft, aus zwei konzentrischer< Röhren 23 und 24. Die
Röhre 23 ist an dem Fuß ig befestigt, und die Röhre 24 kann in der Röhre 23 gleiten.
Die Zeichnung zeigt die Röhre 24 in der tiefsten Stellung. Bezüglich der Brennstoffzufuhr
besteht der senkrechte Brennerteil aus zwei Leitungen 25 und 26, die gleicherweise
konzentrisch sind, und von denen das Rohr 26 sich im Innern des Rohresö25 führen
kann, um den Bewegungen des Rohres 24 zu folgen. Die Luftzuführungsleitung 23, 24
steht, wenn die Vorrichtung im Betriebe ist, mit der Druckluftleitung 27 in Verbindung,
während die Brennstoffleitung 25, 26 an die Brennstoffzuführungsleitung 28 angeschlossen
ist. Zweckmäßig ist an dem. Verbindungsstück, das die Leitung mit dem Rohr 25 verbindet,
eine Schauöffnung 29 vorgesehen, die mit einer Glasplatt( verschlossen ist und eire
Überwachung der Brennstoffzufuhr gestattet. An der Luftleitung 23 ist ein Manometer
3o angebracht.
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Der zweite Arm der Röhre ist entsprechend eingerichtet. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. io besteht die Luftleitung aus drei konzentrischen Röhren 31, 32,
33. Letzteres Rohr endigt in der eigentlichen Spritzdüse. Die Brennstoffleitung
besteht vorzugsweise aus einem einzigen Rohr 34. Wenn man die Länge der Luftleitung
31, 32, 33 verändert, so ersetzt man das Rohr 34 durch ein anderes von entsprechender
Länge.
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Die beiden Arme des Brenners sind durch ein Gelenk A (Abb. io) miteinander
verbunden, das in Abb. ii in größerem Maßstab dargestellt ist. Dieses Gelenk erlaubt
in der vorerwähnter Art den freien Arm. des Brenners mehr oder minder gegen die
Wagerechte zu neigen.
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Um jeden der Arme des Brenners mehr oder minder verlängern zu können,
kann man, beispielsweise an den äußeren Rohren Zahnstangen 35 und 36 anbringen,
die mit Zahnrädern g7 und 38 kämmen. Durch Drehung der Zahnräder verstellt man die
konzentrischen Rohre gegeneinander.
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Bei der beschriebenen Vorrichtung kann die Brennstoffzufuhr mittels
eines geeigneten Hahnes unterbrochen werden. Man kann alsdann die Vorrichtung als
gewöhnliche Winddüse für die Einführung von Luft benutzen, wenn man den Ofen mit
Koks für die Herstellung von Roheisen betreibt.
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Die beschriebenen. Brenner sind zwar besonders
für
Hochöfen zur direkten Herstellung von Stahl nach dem Verfahren des Erfinders eingerichtet;
können aber auch ohne weiteres für Martinöfen benutzt werden.
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Die beschriebenen Vorrichtungen gestatter. in ihrer Kombination die
Schaffung eines Hochofens, der besonders gut für die direkte Erzeugung von Stahl
geeignet ist. Die Anordnung des Vorherdes mit der wahlweisen elektrischer Heizung
bietet die vorteilhafte Möglichkeit, sehr hohe Temperaturen zu erzielen, wie sie
für die Feinung des Metalles erwünscht sind. Gleichzeitig gestattet der Vorherd
auch die Ansammlung einer größeren Menge- geschmolzenen Metalles und damit die Vermeidung
allzuhäufigerAbstiche. DieEntfernung der Schlakken geschieht sooft wie nötig durch
die hierfür vorgesehene Öffnung.
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In einem derartigen Hochofen kann man Spezialstähle oder Spezialmetalle
wie Ferromangan herstellen, sei es, daß man die entsprechenden Zuschläge im Vorherd
vor dem Abstich gibt, sei es, daß man besondere Erze verarbeitet. Diese Möglichkeit
wird durch die sehr hole Temperatur gegeben, welche man, in dem Hochofen dank der
Heizung mit flüssiger-Brennstoffen erzielen kann.
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Bemerkt sei jedoch, daß an sich Hochöfen mit elektrisch beheiztem
Vorlherd bereits bekannt sind.