DE4422694C2

DE4422694C2 - Düsensystem für eine Einrichtung zum Schmelzen von eisenmetallischen Werkstoffen in einem koksbeheizten Kupolofen

Info

Publication number: DE4422694C2
Application number: DE19944422694
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Feustel; Joachim Mallon; Michael Schaaf; Martin Stief; Christa Pfeiffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2014-06-30
Also published as: DE4422694A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausführungsform des Düsensystems für eine Einrichtung zum Schmelzen von eisenmetallischen Werkstoffen in einem koksbeheizten Kupolofen zur Herstellung von Gußeisen nach Hauptpatent P 4301322.8. Kennzeichnend ist, daß gleichmäßig über den Ofenumfang verteilt, durch den Ofenmantel und das Feuerfestmaterial waagerecht oder zum Herd geneigt und zentrisch oder tangential zur Ofenachse, mehrere Treibdüsenbrenner mit einem Düsenüberstand von mindestens 10 mm angeordnet sind, die aus einem wassergekühlten Mündungsstück, aus einem wassergekühlten Ejektor-Mittelstück sowie aus einem Kopfstück mit einer zentrisch geführten Treibdüse bestehen und oberhalb dazu im Abstand jeweils wassergekühlte Sauerstofflanzen geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schmelzen von eisenmetallischen Werkstoffen in einem koksbeheizten Ku polofen zur Herstellung von Gusseisen nach Hauptpatent 4301322.

Die Einrichtung, welche das Ofengas und den Sauerstoff durch das oberhalb des Herdes liegende Düsensystem zu führt, gewährleistet die Einstellung der gewünschten Ofenatmosphäre und der metallurgischen Wirkungen.

Hierzu ist der Ofenmantel im Bereich der Düsenwirkungs richtung als kalottenartige Erweiterung gestaltet und die in den Düsen zentrisch geführten Sauerstofflanzen haben einen regelbaren Abstand zum Ofenmantel.

Charakteristisch für die im Hauptpatent beschriebene Aus führungsform ist auch, dass die Absaugeinrichtung ein Ejek tor ist. Dadurch wird erreicht, dass sich bereits an der Düsenmündung das Ofengas mit dem Sauerstoff vermischt und eine Umsetzung von CO + O₂ in CO₂ einsetzt.

Dieses Düsensystem mit seiner kalottenartigen Erweiterung, das technisch nur mit einem größeren Zustellungsaufwand realisiert werden kann, vergrößert zwar den Schachtquer schnitt des Kupolofens und führt zu einer höheren Schmelz leistung, verhindert jedoch nicht Ablagerungen der Schütt säule in der Kalotte, die einen diskontinuierlichen Schmelzprozeß zur Folge haben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Ausführungsform des Düsensystems für eine Einrichtung zum Schmelzen von eisenmetallischen Werkstoffen in einem koks beheizten Kupolofen zur Herstellung von Gusseisen gemäß dem Hauptpatent 4301322 zu schaffen, welche mit einem gerin geren Zustellungsaufwand einen kontinuierlichen Schmelz prozeß garantiert. Erreicht wird dies dadurch, daß gleich mäßig über den Ofenumfang verteilt, durch den Ofenmantel und das Feuerfestmaterial waagerecht oder zum Herd geneigt und zentrisch oder tangential zur Ofenachse mehrere Treibdüsenbrenner mit einem Düsenüberstand von mindestens 10 mm angeordnet sind, die aus einem wassergekühlten Mün dungsstück, aus einem wassergekühlten Ejektor-Mittelstück sowie aus einem Kopfstück mit einer zentrisch geführten Treibdüse bestehen und oberhalb dazu im Abstand des 0,5 bis 2-fachen des lichten Ofenquerschnittes jeweils was sergekühlte Sauerstofflanzen geführt sind.

Durch die Dreiteilung der Treibdüsenbrenner ist ein ein faches Austauschen des Mündungsstückes während des Schmelzprozesses möglich bzw. kann bei einer schmelztech nisch bedingten Verschlackung der Mündungsstücke, bei spielsweise bei zu hohem Schlackespiegel im Ofen, eben falls während des Schmelzprozesses durch die Revisions öffnungen eine Säuberung vorgenommen werden. Die Treibdü senbrenner sind technisch so dimensioniert, daß die Strö mungsgeschwindigkeit an der Düsenmündung größer als die Zündgeschwindigkeit des Kreislaufgas-Sauerstoffgemisches ist. Die Strömungsgeschwindigkeit an der Düsenmündung be trägt 120 bis 150 m/s, kann aber durch konstruktive Verän derungen des Mündungs- und Treibdüsenquerschnittes auf 300 m/s erhöht werden. Die Zündgeschwindigkeit des Kreis laufgases beträgt < 40 m/s. Durch die Förderung des Kreislaufgases, welches Anteile an CaO enthält, lagert sich in der Kreislaufgasleitung und in den drei Baugrup pen der Treibdüsenbrenner eine schmierend wirkende Schutz schicht aus CaO ab. Bei längerem Betrieb entsteht zwischen dem Abrieb des abrasiv wirkenden Koksgruses und der sich aufbauenden CaO-Schutzschicht ein Gleichgewicht, das eine bestimmte Schichtdicke des CaO in den Treibdüsen garan tiert. Dies führt zur Minimierung des abrasiven Ver schleißes an den drei Baugruppen, und damit sind die Treibdüsenbrenner vorteilhafterweise auch im Langzeitbe trieb zur Förderung von mit abrasiven Bestandteilen ver setztem Ofengas (Kreislaufgas) und in Hochtemperaturberei chen einsetzbar.

Zur Gewährleistung der Funktionssicherheit des Düsensystems sind Unterschreitungen des Kondensationspunktes des Kreislaufgases während des Kreislaufgastransportes von der Absaugebene zu den Treibdüsenbrennern zu vermeiden. Des halb hat jede Kreislaufgaszuführungsleitung eine Behei zungseinrichtung. Die Beheizung kann elektrisch und/oder mittels heißer Gase (Radiationsprizip) erfolgen. Eine metallurgische und wärmetechnische Optimierung des Schmelzprozesses wird durch den Düsenüberstand von minde stens 10 mm in die Schmelzzone erreicht, weil dadurch die heiße Düsenmündungsöffnung in das Schüttungsinnere des Schachtofens verlegt wird. Auf Grund der CO-Nachverbren nung des Kreislaufgases mittels Sauerstoff werden an der Düsenmündungszone Temperaturen von < 2000°Celsius er reicht. Ebenfalls verringert sich die thermische Belastung des Feuerfestmaterials im Schmelzzonenbereich. Die Schmelzzone, die beim Kreislaufgassystem eingeengt ist, wird durch die oberhalb der Treibdüsenbrenner angeordneten Sauerstofflanzen wieder erweitert. Diese Sauerstofflanzen sind je nach Bedarf zustellbar. Daraus folgt, daß der Ofen je nach Erfordernis insgesamt genauer geregelt werden kann. Mit einer integrierten zentrisch, wahlweise mit oder ohne Wandkontakt zum wassergekühlten Mündungsstück der Treib düsenbrenner geführten Sauerstofflanze entsteht ein Sauerstoffkernstrahl im eigentlichen Sauerstoff-Kreis laufgemisch, der sich auf Grund der höheren Geschwindig keiten < der Mündungsgeschwindigkeit des Sauerstoff- Kreislaufgasgemisches im Schüttungsinneren mit dem Koh lenstoff des Füllkokses zu CO₂ und CO gemäß der Boudouard- Reaktion unter Energiefreisetzung umsetzt. Dadurch kommt es zu einer Temperaturerhöhung in der Füllkokssäule und zu verbesserten thermo-chemischen und metallurgischen Reak tionen. Für das erfindungsgemäße Düsensystem ist weiterhin kennzeichnend, daß das Mündungsstück und das Ejektor-Mit telstück der Treibdüsenbrenner eine separate Wasserkühlung haben. Die Wasserkühlung des Mündungsstückes hat die Auf gabe, einen kombinierten chemo-thermischen Verschleiß des Mündungsstückes im Hochtemperaturbereich des Ofens durch Schlacke und Eisen zu verhindern, indem sich um das durch den Düsenüberstand ungeschützt in die Schüttung ragende Teil eine schützende Schlackenschicht bildet, weil durch die Wasserkühlung die Wärme abgeführt wird. Die Wasserküh lung des Ejektor-Mittelstückes ist unumgänglich, um ein Aufheizen der Treibdüsenbrenner in diesem Bereich auf Zündtemperatur des Kreislaufgas-Sauerstoffgemisches zu verhindern. Bei Unterschreitung der Kühlwassermenge eines Treibdüsenbrenners wird die Sauerstoffzufuhr aller Treib düsen unterbrochen, und die Kreislaufgasmenge für jeden Treibdüsenbrenner ist über eine Differenzdruckmessung (Messung des CO-, CO₂-Gehaltes und der Kreislaufgastempe ratur) in jeder Kreislaufgaszuführungsleitung durch Ver änderung der Stellung der zugehörigen Klappe regelbar. Derzeitig sind keine technischen Lösungen beim Schmelzen bekannt, die die Steuerung von Klappen über eine durch die Kreislaufgasanalyse und Kreislaufgastemperatur korri gierte Differenzdruckmessung in einer üblichen Meßein richtung, wie beispielsweise einer Venturidüse, vorsehen und somit die Treibdüsenbrenner bei Unterschreitung einer festgelegten Kühlwassermenge durch Unterbrechen des Sauer stoffstromes abgestellt werden. Eine derartige Steuerung des Schmelzprozesses bewirkt, daß dieser schlagartig un terbrochen wird. Da keine Spülluft wie beim klassischen Kupolofenschmelzen als Sicherheitsvariante eingesetzt wer den muß, erfolgt beim Kreislaufgasofen auch kein Nach schmelzen nach Unterbrechung der Sauerstoffversorgung. Die Abstellzeit ist nur von den Wärmeverlusten/Zeiteinheit, welche das Warmhalten der Schüttung im Ofen bis zum Ein frieren begrenzen, abhängig. Nach einer Abstellphase ist kein zusätzlicher Koks notwendig.

Das erfindungsgemäße Düsensystem soll an zwei Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert werden.

Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen in

Fig. 1 Seitenansicht des Düsensystems

Fig. 2 Seitenansicht des Düsensystems mit einem ver tikal angeordneten rohrförmigen Ejektor-Mit telstück und integrierter Sauerstofflanze im Mündungsstück

Fig. 3 Draufsicht des Düsensystems mit einem horizon tal angeordneten rohrförmigen Ejektor-Mittel stück und integrierter Sauerstofflanze im Mün dungsstück

Fig. 1 zeigt die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Dü sensystems. Es ist dargestellt, daß der Treibdüsenbrenner, der aus einem Mündungsstück 22, aus einem Ejektor-Mittel stück 23 und aus einem Kopfstück 24 mit einer zentrisch geführten Treibdüse 25 besteht, waagerecht mit einem Dü senüberstand von 90 mm durch den Ofenmantel 17 und das Feuerfestmaterial 20 angeordnet ist und oberhalb dazu im Abstand des 1,5-fachen des lichten Ofenquerschnittes eine wassergekühlte Sauerstofflanze 29 liegt. Das Kopfstück 24 hat eine Revisionsöffnung 26 und ist mit der Kreislaufgas zuführungsleitung 14, die eine nicht dargestellte regel bare Klappe hat, verbunden. Zum funktionssicheren Betrei ben des Treibdüsenbrenners haben das Mündungsstück 22 und das Ejektor-Mittelstück 23 eine separate Wasserkühlung 27; 28.

In Fig. 2 ist die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Dü sensystems mit einem rohrförmigen Ejektor-Mittelstück 23 und der Wasserkühlung 28 sowie einer mit Wandkontakt im Mündungsstück 22 integrierten Sauerstofflanze 12, die in den Ofenschacht 15 bis zur Innenseite des Feuerfestmate rials 20 reicht, dargestellt. Das Mündungsstück 22 hat die Wasserkühlung 27. Parallel zum Mündungsstück 22 im Abstand des 1,5-fachen des lichten Ofenquerschnittes ist eine Sauerstofflanze 29 angeordnet. Charakteristisch für diese Variante des Düsensystems ist, daß die Revisionsöffnung 26 am Ende der Kreislaufgaszuführungsleitung 14 angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht des Düsensystems mit einem horizontal angeordneten rohrförmigen Ejektor-Mittelstück und integrierter Sauerstofflanze im Mündungsstück. Erkennbar ist, daß der Treibdüsenbrenner zentrisch zur Ofenachse 21 geführt ist.

Claims

1. Düsensystem für eine Einrichtung zum Schmelzen von eisenmetallischen Werkstoffen in einem koksbeheizten Kupolofen zur Herstellung von Gußeisen nach dem Patent P 4301322, welches das Ofengas und den Sauer stoff oberhalb des Herdes zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß gleichmäßig über den Ofenumfang verteilt, durch den Ofenmantel (17) und das Feuerfestmaterial (20) waagerecht oder zum Herd geneigt und zentrisch oder tangential zur Ofenachse (21) mehrere Treibdüsenbrenner mit einem Düsen überstand von mindestens 10 mm angeordnet sind, die aus einem wassergekühlten Mündungsstück (22), aus einem was sergekühlten Ejektor-Mittelstück (23) sowie aus einem Kopfstück (24) mit einer zentrisch geführten Treibdüse (25) bestehen, und oberhalb dazu im Abstand des 0,5 bis 2- fachen des lichten Ofenquerschnittes jeweils wassergekühl te Sauerstofflanzen (29) geführt sind.

2. Düsensystem für eine Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mündungsstück (22) und das Ejektor-Mittelstück (23) eine separate Wasserkühlung (27; 28) haben.

3. Düsensystem für eine Einrichtung nach Anspruch 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (24) jedes Treibdüsenbrenners mit einer Kreislaufgaszufüh rungsleitung (14), die eine über eine Steuerung regel bare Klappe hat, verbunden ist und im Kopfstück (24) eine Revisionsöffnung (26) angeordnet ist.

4. Düsensystem für eine Einrichtung nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß die Revisionsöffnung (26) am Ende der Kreislaufgaszuführungsleitung (14) angeordnet ist.

5. Düsensystem für eine Einrichtung nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß an jeder Kreislaufgaszuführungs leitung (14) eine Beheizungseinrichtung installiert ist.

6. Düsensystem für eine Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mündungsstück (22) eine mit Wandkontakt zum Mündungsstück (22) oder ohne Wandkon takt zentrisch geführte Sauerstofflanze (12) hat.

7. Düsensystem für eine Einrichtung nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß die Sauerstofflanze (12) in den Ofenschacht (15) bis zur Innenseite des Feuerfestmaterials (20) reicht.