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Verfahren und Ofen zum Schmelzen von Roh- und Brucheisen mit oder
ohne Zusatz von Stahl- und Schmiedeeisen Die bisherigen Schacht- bzw. Kuppelöfen
«-erden entweder ausschließlich mit festem Brennstoff (Koks-) oder zusätzlich mit
flüssigem bzw. gasförmigem Brennstoff betrieben.
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Aber auch bei diesen zusätzlichen Feuerungsarten konnte man den Koks
als Satzkoks nicht entbehren. Mit der Verwendung von Koks sind indessen mancherlei
Nachteile verbunden, die man bei dem Zusatz von flüssigem oder staubförmigem Brennstoff
zwar vermindern, aber nicht beseitigen kann. Diese Nachteile bestehen, abgesehen
von der häufig stark schwankenden Koksbeschaffenheit, erstens in der Bildung unliebsamer
Schlackenmengen, die unter Umständen den Ofengang ungünstig beeinflussen, zweitens
in dem Übergang von Schwefel und anderen Stoffen aus dem Koks an die Schmelze, außerdem
kostet das Heranschaffen und Aufgeben des Kolzses Arbeitskraft und Zeit. Ferner
tritt, abgesehen von besonderen Schmelzverfahren, durch das Vorhandensein von Koks
eine höhere Aufkohlung der Schmelze ein, als erwünscht ist.
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Alle diese Nachteile können vermieden werden durch die Verwendung
von Gas als alleinigem Brennstoff, .wie es an und für sich bereits an anderer Stelle
vorgeschlagen ist.
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Jedoch ist mit dieser Maßnahme allein das Problem noch keineswegs
gelöst, wie.die bisher bekannt gewordenen Ausführungen mit Gasfeuerung beweisen.
Denn, wenn, wie es dort beispielsweise der Fall ist, die Verbrennung des Gases im
Innern des Ofens selbst vorgenommen wird, so besteht die Gefahr, daß einerseits
das Gas unerwünschte oder sogar schädliche Wirkungen auf das Schmelzgut ausübt,
bevor es vollständig verbrennt, also indifferent geworden ist, andererseits wird
die Verbrennung des Gases selbst durch zu frühzeitigen Wärmeentzug und sonstige
die Verbrennung störende Wirkungen behindert, der Wärmeverbrauch größer, die Wärme
und insbesondere die Temperaturentwicklung geringer.
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Durch Verlegung des Verbrennungsvorganges in einem besonderen Raum,
wie es auch schon vorgeschlagen ist, könnten die vorstehenden Nachteile zwar vermieden
werden, allein es ist dafür der Wärmetransport mit erheblichen Verlusten verbunden
und außerdem hat der besondere Verbrennungsraum noch seine Eigenverluste.
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Alle diese Schwierigkeiten werden durch vorliegende Erfindung überwunden,
indem die Verbrennung nicht auf normalem Wege, d. h. mit Flammenentwicklung, sondern
auf flammenlosem Wege vollzogen wird.
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Hierdurch wird erreicht, daß, obwohl die Brenner im Ofenkörper selbst,
also in nächster
Nähe des Gutes eingebaut sein können, die Verbrennung
so -rasch und gründlich vor sich geht, daß die Verbrennungsprodukte beim Eintritt-in-den
Ofen, also bei Inberührungtreten mit dem Gut, schon vollständig chemisch indifferent
gegenüber jenem geworden sind und alle schädlichen Einwirkungen vermieden werden.
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Außerdem wird durch die konzentrierte Wärmeentwicklung in den flammenlosen
Brennern die Erreichung höchster Verbrennungstemperaturen ermöglicht, so daß die
Wärmeübertragung zum erheblichen Teile durch Strahlung auf dem kürzesten Wege unter
Verringerung der wärmeabführenden Wandungsflächen auf ein Minimum vor sich gehen
kann.
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Die chemischen Vorgänge im Ofen lassen sich bei einer derartigen Beheizung
unvergleichlich besser beherrschen als vorher.
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Unabhängig von dem Schmelzvorgang kann mittels geringer Mengen: von
Koks oder anderen kohlenstoffabgehenden Stoffen der Kohlenstoffgehalt in der Schmelze
geregelt werden, wobei jedoch der Schmelzvorgang selbst, wie bemerkt, ausschließlich
mittels Gaswärme erfolgt.
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Es besteht nicht nur die Möglichkeit, in einem solchen gasbeheizten
Schacht- bzw. Kupolofen Roh- und Brucheisen mit oder ohne Zusatz von Stahl- oder
Schmiedeeisen zu schmelzen, sondern auch Abfälle, und Stahl-und Schmiedeeisen allein
sowie Metall. je nach dem gewünschten Grad der Aufkohlung ist in dem neuartigen
Ofen die Möglichkeit gegeben, nicht nur Grauguß und für Temperguß bestimmten Weißguß,
sondern auch Stahlguß zu erzeugen. Die erforderlichen Zuschläge an Silizium, Mangan
usw. in den gebräuchlichen Formen und Legierungen können entweder unmittelbar in
dem Ofen oder in dem als Sammel- bzw. Mischraum vorgesehenen Vorherd zugegeben werden.
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Die Bauart und Betriebsweise des neuartigen Ofens ist beispielsweise
folgende: Der Ofen besteht aus dem Schacht A und dem Herd B, in welchem sich das
geschmolzene Gut sammelt. Am unteren Ende des Schachtes sind Düsen D angebracht,
welche zur Zuführung von Gas und Luft dienen. Das Gas zur Beheizung dieser Düsen
wird unter Druck zugeführt und kann zur Ausnutzung der strahlenden Wärme des Schachtes
sowie der Ofenwandungen vorgewärmt werden.
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Zur Erzielung einer möglichst intensiven Verbrennung kann dem unter
Druck zugeführten Gas schon vorher ein Teil der Verbrennungsluft zugemischt werden,
nachdem dieselbe zweckmäßig ebenso wie das Gas unter- Ausnutzung der Abgaswärme
durch ein Regenerativ- oder Rekuperativsystem vorgewärmt worden ist. Es wird sich
empfehlen, die Gleichmäßigkeit der Temperaturentwicklung und damit den Schmelzeffekt
durch angebaute Vorkammern zu begünstigen. Das Gemisch von Gas und Luft wird hierbei
nach dem bekannten Prinzip so gehalten, daß es nicht explosiv ist. Diesem Gemisch
wird dann die restliche Verbrennungsluft unmittelbar vor oder in der Düse zugemischt,
und man erzielt durch entsprechende, an sich bekannte Ausbildung der Brenner bzw.
Düsen eine flammlose Verbrennung, die bereits beim Eintritt der Verbrennungsgase
in dem Schacht beendet ist, so daß die Bildung von Stichflammen vermieden und der
Ofen zum großen Teil durch Strahlung beheizt wird.
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Der Rekuperator für die Luft bzw. das Gas wird zweckmäßig unter dem
Ofenschacht angeordnet, wie dies auf der Abbildung dargestellt ist, doch kann natürlich
auch eine seitliche oder obere Anordnung desselben bzw. eines Teiles der Wärmeaustauschvorrichtung
gewählt werden.
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Der Sammelherd B für das geschmolzene Gut kann ebenfalls durch besondere
Düsen E beheizt werden, um die Temperatur in demselben nach Belieben einstellen
zu können. In diesem Falle können die Abgase des Herdes ganz oder teilweise dem
Schacht zugeführt werden. Der Schacht selbst wird, ähnlich wie beim Hochofen, nach
oben hin gasdicht abgeschlossen. Hierzu dient ein Gichtv erschluß bekannter Konstruktion.
Die Abgase werden unterhalb der Verschlußglocke in einem Ringkanal gesammelt und
durch einen oder mehrere Kanäle in den Ofenwandungen dem Wärmeaustauscher zugeführt.
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Die Vorteile des flammlos. beheizten Küpolofens sind zusammengefaßt
folgende: Die Verbrennung des Gases ist vollständig, die Wärmeausnutzung die denkbar
beste, Gasverbrauch und Wirtschaftlichkeit also unerreicht günstig. Die Temperaturen
in dem flammenlos beheizten Ofen können auf iSoo° bis aooo° gesteigert und dadurch
die Leistung des Ofens gegenüber dem bisher üblichen Kupolofen ganz erheblich gesteigert
werden.
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Durch die flammlose Verbrennung wird erreicht, daß die Verbrennung
vor Eintritt des Gases in dem Ofen restlos vollzogen ist und infolgedessen die Verbrennungsgase
indifferent sind und keinerlei schädliche Wirkungen auf das Schmelzgut ausüben können.
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Die Schwefelaufnahme des Eisens wird bei flammloser Verbrennung noch
geringer als bei Gasbeheizung, weil die Verbrennung noch vollkommener ist.
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Die Abgabe von Kohlenstoff aus dem Koks wird verhindert, dagegen kann
der gewünschte
Kohlenstoffgehalt durch eine besondere Zugabe eines
kohlenstoffabgebenden Zusatzstoffes geregelt werden.
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Auch kann die Kohlenstoffabgabe durch eine auf der Ofensohle ruhende
kohlenstoffabgebende Unterlage nach Wunsch geregelt werden.
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Durch das Fehlen des Kokses mit seinen Verunreinigungen und seiner
ungleichmäßigen Beschaffenheit bietet der flammlos beheizte Ofen den Vorteil, je
nach Wunsch alle Vorgänge der Reduktion oder Oxydation im Schacht oder Vorherd mit
erheblicher größerer Genauigkeit durchführen zu können. Durch die Möglichkeit der
Anwendung geringsten Luftüberschusses wird auch der Abbrand im Ofen auf das geringste
Maß beschränkt, desgleichen die Wärmeverluste in den Abgasen.
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Die Anwendungsmöglichkeit erstreckt sich auf die im gewöhnlichen Kupolofen
verwendeten Gattierungen, also z. B. Roheisen, Brucheisen, Stahl- und Schmiedeeisenabfällen
mit den marktübliclienZuschlägen, wie Ferro-Silizium, Ferro-Mangan usw., jedoch
können in dem Ofen auch Schmiedeeisen und Stahlabfälle aufgefrischt werden. Ebenso
können Stahl- und Schmiedeeisenabfälle zur Erzeugung von Stahlguß durch bestimmte
Zugaben in dem Schacht oder Vorherd geschmolzen werden.
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Für die Herstellung von Temperguß bietet der neue Ofen die Möglichkeit,
eine bisher unerreicht niedrig gekohlte Schmelze herzustellen, wodurch die Temperzeit
entsprechend dem niedrigen Kohlenstoffgehalt wesentlich verkürzt wird.