DE60114653T2

DE60114653T2 - VERFAHREN ZUM ERWÄRMEN METAlLURGISCHER PRODUKTE

Info

Publication number: DE60114653T2
Application number: DE60114653T
Authority: DE
Inventors: Olivier Delabroy; Remi Tsiava; Gerard Le Gouefflec; Fouad Ammouri
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: US20020050670A1; US6652681B2; CN1460170A; WO2002021061A1; FR2813893A1; FR2813893B1; ATE308731T1; EP1322900A1; AU2001287819A1; DE60114653D1; EP1322900B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiedererhitzen metallurgischer Produkte, bei dem man das Wiedererhitzen solider Produkte, insbesondere aus Stahl vornimmt, um sie durch Durchlaufen in einem Ofen von einer Temperatur unter 400 °C auf eine Temperatur von mindestens etwa 1000 °C zu bringen, wobei der Ofen eine stromaufwärtige Zone hat, in welcher die Produkte vorgewärmt werden, und eine stromabwärtige Zone, in welcher die Produkte auf ihre Endtemperatur des Austretens aus dem Ofen gebracht werden, wobei die stromabwärtige Zone des Ofens mit Brennern ausgestattet ist, von welchen bestimmte mindestens mit einem Verbrennungsmittel funktionieren, welches Luft ist, wobei die von diesen Brennern hervorgerufenen Rauchgase im Gegenstrom zu den Produkten zirkulieren und diese in der stromaufwärtigen Vorwärmzone vorwärmen.
Die Wiedererhitzungsöfen in der Stahl- und Eisenindustrie werden verwendet, um Produkte aus Stahl wieder zu erhitzen, die insbesondere aus dem Strangguss stammen, und sie auf die Walztemperatur zu bringen, die in der Größenordnung von 1000 bis 1300 °C liegt.
Die Öfen dieses Typs bestehen gewöhnlich aus mehreren aufeinander folgenden Zonen. Beim Einbringen in den Ofen beginnend (in die Richtung des Ablaufens der Produkte in dem Ofen) sind diese aufeinander folgenden Zonen die stromaufwärtige Zone, Erschöpfungszone der Rauchgase (oder Rückgewinnung) genannt, in welcher man die Wärmeenergie der Rauchgase, die stromabwärts des Ofens erzeugt werden, zurückgewinnt, und die im Gegenstrom der zu erhitzenden Produkte zirkulieren, um mit dem Vorwärmen dieser Produkte zu beginnen. Gemäß EP-A-1 001 237 wird in die Rauchgase ein brennbarer gasförmiger Körper eingeführt, und man führt Sauerstoff ein, um diesen brennbaren Körper zu verbrennen, um die Temperatur in der Rückgewinnungszone zu erhöhen.
Auf diese Vorwärmzone folgen eine oder mehrere Heizzonen, und der Ofen endet in einer so genannten Ausgleichszone, die dazu dient, die Temperaturhomogenität des Produkts am Ofenausgang sicherzustellen. Brenner können vorzugsweise zu beiden Seiten des Produkts installiert werden, das von der Vorwärmzone bis zu dem Ende der einen oder mehreren Heizzonen zirkuliert. Derartige Brenner können auch in dem Gewölbe des Ofens (Fall der strahlenden Gewölbe) oder auch in Nischen entlang der Breite des Ofens angeordnet werden.
Beim Durchgang der Produkte in den verschiedenen aufeinander folgenden Zonen des Wiedererhitzungsofens steigt Temperatur des Produkts an der Oberfläche und im Inneren dieses allmählich. Aufgrund der Merkmale der Wärmeleitung insbesondere des Stahls, existiert ein Temperaturunterschied zwischen der oberen Seite des Produkts und der unteren Seite oder auch zwischen der oberen Seite des Produkts und dem Herzen des Produkts. Die Beherrschung dieser Wärmehomogenitätsabweichungen ist ein wichtiger Aspekt der Erfindung.
Dieses Homogenitätsproblem der Temperatur des Produkts ist umso größer als die Wärmeleistung eingeschränkt ist, die man in einen Wiedererhitzungsofen einleiten kann. Diese Einschränkung kann vielfacher Herkunft sein: beschränktes Volumen der Rauchgase, Temperatur einer oder mehrerer Zonen des Ofens am Maximum, Temperatur am Eingang des Energierückgewinners am Maximum usw. In allen Fällen führt das Einschränken der eingeführten Wärmeleistung zu einer Einschränkung der an das Produkt übertragenen Energie und daher zu einem Erscheinen oder einem Verstärken der Wärmehomogenitätsabweichungen in der Masse des Produkts. Um das Problem, das sich dem Fachmann stellt, besser zu erläutern, wurde in 1 die Kurve der Entwicklung des Temperaturunterschieds ΔT (unten definiert) beim Wiedererhit zen des Produkts dargestellt.
Bei einem Ofen, bei dem die Produkte auf der Sohle ruhen, ist der Temperaturunterschied ΔT der Unterschied zwischen der Temperatur der oberen Oberfläche des Produkts, das dem Strahlen des Ofens ausgesetzt ist, und der Temperatur der unteren Oberfläche des Produkts in Berührung mit der Sohle.
Bei einem Ofen mit Balken über der Sohle, das heißt beim einem Ofen, in dem die heißen Gase des Ofens um das Produkt zirkulieren, ist der Temperaturunterschied ΔT der Unterschied zwischen der Oberflächentemperatur und der Temperatur im Herzen des Produkts.
In 1 wurde in den Abszissen die Position des Produkts in dem Ofen und in den Ordinaten der Wert von ΔT dargestellt. Der anfängliche Temperaturunterschied (ΔT_init) kann gleich Null sein, wenn das Produkt bei Raumtemperatur in den Ofen eingebracht wird, oder nicht gleich Null in dem Fall von Produkten, deren Temperatur noch nicht wieder homogen geworden ist, zum Beispiel in dem Fall der Behandlung der metallurgischen Produkte kurze Zeit nach ihrem Erstellen. In 1 stellt X die Position des Produkts in dem Ofen dar, wobei die Abszisse 0 der Punkt des Einbringens in den Ofen der Produkte ist, während X_B die Abszisse des Ausziehens oder des Austretens aus dem Ofen ist.
Die Kurve der Variation (C) von ΔT abhängig von X in 1 umfasst einen Punkt A, in dem der Parameter ΔT ein Maximum (ΔT_max) erreicht, einen Punkt D, in dem der Parameter ΔT einen Wert ΔT_init hat, der der Wert von ΔT beim Einbringen in den Ofen des Produkts ist, und einen Punkt B, in dem der Parameter ΔT einen wert ΔT_final am Ausgang des Produkts aus dem Ofen (Ausziehen) hat.
Irgendwo in der Mitte des Ofens erreicht der Temperaturunterschied ΔT im Abszissenpunkt X_A sein Maximum (ΔT_max). Dieser Wert ΔT_max muss möglichst gering sein, denn ein großer Temperaturunterschied entspricht Verformungen des Produkts (Knicken), die eine Beschädigung des Produkts oder eine Betriebsunmöglichkeit des Ofens oder eine Walzunmöglichkeit des Produkts am Ausgang des Ofens verursachen können. Bei bestimmten Öfen müssen daher die Bediener die Leistung des Ofens und/oder die Produktion des Ofens einschränken, um das Auftreten zu großer Temperaturunterschiede ΔT zu vermeiden, was für einen Industriellen ein großer Nachteil ist.
Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten zu großer Temperaturunterschiede in dem Produkt während der gesamten Dauer seines Durchlaufens in dem Ofen zu vermeiden.
2 stellt die Beziehung zwischen dem Temperaturunterschied ΔT und dem Pfeil dar, das heißt die senkrechte Verformung des Produkts bei seinem Durchlaufen in dem Ofen.
In dieser 2 wurden die Kurve (C) wie in 1, und eine Kurve (F), die die senkrechte Verformung des Produkts in Abhängigkeit von X darstellt, dargestellt. Es wurde festgestellt, dass das Maximum der Verformung im Wesentlichen dem Maximum von ΔT entspricht (ΔT_max für eine Abszisse X = X_A).
Ferner wurde ein weiterer wichtiger Parameter aufgezeigt, der aus dem Temperaturunterschied ΔT_final am Ofenausgang besteht. Ideal müsste ΔT_final am Ofenausgang (Ausziehen) gleich Null sein. In der Praxis toleriert man eine bestimmte Temperaturabweichung ΔT_final, die etwa 100 °C nicht überschreiten darf, für die Knüppel und 200 °C für die Brammen und Vorblöcke. Ein großer Temperaturunterschied bewirkt nämlich Walzschwierigkeiten, die bei bestimmten Walzständern bis zu mechanischen Störfällen gehen können. Ferner bewirkt jede Temperaturunausgewogenheit ein Sinken der Qualität des Endprodukts.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ΔT_final eines aus dem Wiedererhitzungsofen ausgehenden Produkts zu verringern, ohne den Energieverbrauch in dem Ofen zu steigern.
Der Artikel mit dem Titel „Efficient Operation of Continuous Reheat Furnaces Through Oxygen Optimization of Combustion System" von G. GITMAN, T. WELCHER und B. LEVINSON, veröffentlicht in der Revue Industrial Heating, beschreibt verschiedene Wiedererhitzungssysteme für metallurgische Produkte und schlägt vor, Brenner mit sauerstoffhaltigem Brennstoff an Stelle der gewohnten Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff zu verwenden, um den Energietransfer an die Produkte zu steigern und den ΔT_max dieser Produkte aufrechtzuerhalten oder sogar zu erhöhen, wie in 7 dieses Artikels dargestellt.
Im Gegensatz zu dem in dem oben genannten Artikel beschriebenen Verfahren besteht das erfindungsgemäße Verfahren in dem Installieren von Brennern, deren Prozentsatz an Sauerstoff des Verbrennungsmittels größer ist als 21 Vol.-% und kleiner oder gleich 100 Vol.-% (nachstehend „Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff" genannt), wobei diese Brenner in dem Ofen so installiert werden, dass sie die ersten Brenner sind, die die zu behandelnden Produkte bei ihrem Fortschreiten in dem Ofen nach ihrem Einführen in den Ofen „sehen". Die aus diesen Brennern für sauerstoffhaltigen Brennstoff gebildete Vorwärmzone ist daher die erste Vorwärmzone des Ofens. In dem Fall neuer Öfen besteht die Erfindung daher darin, Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff in die Zone des Ofens zu geben, in der die ersten Brenner angeordnet werden müssen („erste" in Bezug auf die Ablaufrichtung des metallurgischen Produkts in dem Ofen).
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff in der stromaufwärtigen Vorwärmzone des Ofens anordnet, wobei dieser Brenner von einem Verbrennungsmittel und einem Brennstoff gespeist wird, wobei das Verbrennungsmittel 88 Vol.-% oder mehr und vorzugsweise 95 oder mehr Vol.-% Sauerstoff enthält. Die Leistung dieser Brenner, die Luft als Verbrennungsmittel verwenden, ist um eine Leistung verringert, die zwischen ein Mal und zwei Mal der Leistung des Brenners mit sauerstoffhaltigem Brennstoff liegt. Die Speisung des Brenners mit Verbrennungsmittel und Brennstoff kann entweder durch getrenntes Einspritzen (wobei die Düsen in den Ofen münden) oder durch koaxiales Einspritzen (koaxiale Multirohrbrenner) oder durch Vormischen von Verbrennungsmittel und Brennstoff vor dem Einspritzen in den Brenner und dann in den Ofen erfolgen. Diese verschiedenen Einspritztechniken sind dem Fachmann als solche bekannt.
In dem Fall einer Modifizierung eines existierenden Ofens kann die Erfindung zwei Ausführungsvarianten aufweisen.
Die erste Variante besteht im Schaffen einer neuen Ofenzone, die Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff aufweist.
Dazu installiert man die Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff in einer Zone des Ofens, die zuvor keine Brenner enthielt. Beispielhaft kann das in dem Installieren von Brennern für sauerstoffhaltigen Brennstoff am Ende der Zone des Ofen, die Rückgewinnungszone genannt wird, gleich vor der ersten Heizzone (die normalerweise Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff aufweist) bestehen.
Die zweite Variante besteht in der Umwandlung einer existierenden Zone, das heißt, dass man alle oder einen Teil der Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff einer existierenden Vorwärmzone entfernt, um sie durch Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff zu ersetzen, die in der gleichen Zone installiert werden.
Die beiden Varianten der oben genannten Lösung in existierenden Öfen können getrennt oder kombiniert umgesetzt werden.
Gemäß einer dritten Variante ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Sauerstoff in dem in den Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff eingespritzten Verbrennungsmittel von der Vorwärmtemperatur der existierenden Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff abhängt, wobei der Anteil an Sauerstoff so ausgewählt wird, dass die Wärmeleistung des Brenners für sauerstoffhaltigen Brennstoff größer ist als die Wärmeleistung der existierenden Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff.
Gemäß einer vierten Variante ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das an den mindestens einen Brenner gelieferte Verbrennungsmittel ein Gemisch aus industriell reinem Sauerstoff und Luft ist.
Gemäß einer fünften Variante ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das an den mindestens einen Brenner gelieferte Verbrennungsmittel ein Gemisch aus Sauerstoff, der aus einer VSA-Anlage stammt (System „Vacuum Switching Adsorption", das dem Fachmann gut bekannt ist) und Luft ist.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das in den mindestens einen Brenner eingespritzte Verbrennungsmittel 1 bis 5 Vol.-% Argon enthält. Da die molare Masse und die Raumdichte von Argon höher sind als jeweils die von Sauerstoff, erlaubt es die Gegenwart von Argon in dem Verbrennungsmittel, das Sauerstoff enthält, die Menge an Bewegung der Flamme zu steigern. Diese Steigerung der Bewegungsmenge ergibt eine stabilere Flamme, die für Querströmungen weniger empfindlich, näher dem zu erhitzenden metallurgischen Produkt ist und die daher ein effizienteres und homogeneres Erhitzen des zu erhitzenden Produkts zur Folge hat.
Die Erfindung wird besser mit Hilfe der vorliegenden Ausführungsformen gemeinsam mit Figuren verstanden, die Folgendes darstellen:
3 ein Umsetzungsbeispiel der Erfindung an einem Knüppelwiedererhitzungsofen.
4 ein Umsetzungsbeispiel der Erfindung an einem Brammenwiedererhitzungsofen.
5 eine Ausführungsform der Erfindung unter Beibehalten einer konstanten stündlichen Produktion, die eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs.
6 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der man die Produktion des Ofens steigert und gleichzeitig die gleichen Temperaturunterschiede ΔT beibehält wie bei dem Betrieb vor dem Umsetzen der Erfindung.
7 und 8 einen Vergleich des Gebrauchs von Luft und von Sauerstoff.
9 die Umsetzung der Erfindung gemäß 3 dar.
Die Erfindung kann an verschiedene Ofentypen angewandt werden, ob es sich nun um neue Öfen handelt, auf welchen man direkt das erfindungsgemäße Verfahren installieren kann, oder um existierende Öfen, die modifiziert werden.
Auf jeden Fall ist einer der wichtigen Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verwenden als Verbrennungsmittel in mindestens bestimmten Brennern der Vorwärmzone des Ofens, von mit Sauerstoff angereicherter Luft, deren Prozentsatz an Sauerstoff je nach dem angestrebten Ziel variieren kann. Der Prozentsatz an Sauerstoff in dem Verbrennungsmittel kann daher bis zu 100 Vol.-% variieren.
Wenn man den Sauerstoffprozentsatz in dem Verbrennungsmittel steigert, entspricht das dem Steigern der Wärmeleistung des Brenners, der dieses Verbrennungsmittel verwendet. Das Steigern der Wärmeleistung einer oder mehrerer Brenner an einem Wiedererhitzungsofen hat Folgen für den Ofen und seine Umgebung, insbesondere hinsichtlich der Energieeinsparung. 7 stellt den Verlauf der Leistung und des Volumens der Rauchgase in Abhängigkeit von Parametern, wie zum Beispiel der Vorwärmtemperatur der Luft einerseits und dem Sauerstoffprozentsatz andererseits dar. Auf dieser Kurve sieht man, dass es ungeachtet der Vorwärmtemperatur der Luft (wenn man Luft als Verbrennungsmittel verwendet) möglich ist, einen Sauerstoffprozentsatz in dem Verbrennungsmittel zu finden, der eine bessere Leistung ergibt als mit der Verbrennung mit Luft. Wenn die Vorwärmtemperatur der Luft zum Beispiel 300 °C beträgt, ergibt jedes Verbrennungsmittel, dessen O₂-Prozentsatz größer ist als 30 Vol.-% (gemäß 7) eine bessere Wärmeleistung, die das Synonym von Energieeinsparung ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist mit dem Rauch gasvolumen in dem Ofen verbunden. 8 stellt den Verlauf des Volumens der Rauchgase (in Nm3/h pro kW Brennstoff) in Abhängigkeit von dem Sauerstoffprozentsatz in dem Verbrennungsmittel dar.
Wenn man Luft verwendet („Referenz aero" in 8) gilt das Rauchgasvolumen ungeachtet der Vorwärmtemperatur der Luft. Beispielhaft erlaubt es der Gebrauch von reinem Sauerstoff als Verbrennungsmittel, das Rauchgasvolumen von 10,6 auf 3 Nm3/h zu verringern, was einer Verringerung um einen Faktor von 3,5 entspricht.
Diese Verringerung des Volumens der Rauchgase erlaubt ein besseres Funktionieren des Rückgewinners, der daher das Steigern des „Ziehens" des Ofens wie unten erklärt erlaubt.
Das Rauchgasvolumen in dem Ofen hängt direkt mit dem Druck in dem Ofen zusammen (der minimal bleiben muss):
Das Steigern der in dem Ofen gelieferten Wärmeleistung unter Beibehalten von Luft als Verbrennungsmittel würde effektiv eine Steigerung des Volumens der Rauchgase in dem Ofen und daher eine Steigerung des Drucks in dem Ofen bewirken, was zu Beschädigungsgefahren des Ofen führen würde, die bis zu seiner Zerstörung gehen können.
Die Umsetzung der Erfindung kann je nach zu verwirklichendem Ziel auf verschiedene Arten erfolgen, die unten dargelegt werden:
Konstante stündliche Produktion:
Der Einsatz der Erfindung mit dem gleichen Ziehen (konstante Stundenproduktion des wiedererhitzten Metalls) wird dank der Installation von Brennern für sauerstoffhaltigen Brennstoff in der betreffenden Zone durchgeführt, indem man diese Brenner für sauerstoff haltigen Brennstoff mit einer gegebenen Leistung (P_oxy) funktionieren lässt, während man die Leistung der Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff der anderen Erhitzungszonen von einer Leistung mindestens gleich der Leistung der Brenner mit sauerstoffhaltigem Brennstoff P_oxy reduziert, jedoch zwei Mal geringer als die Leistung P_oxy verringert. (P_oxy < Leistungsverringerung < 2 P_oxy).
Die Leistung der Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff in dem modifizierten Ofen ist daher gleich der ursprünglichen Leistung für Luft enthaltenden Brennstoff (vor dem Modifizieren des Ofens, das heißt P_aero ^ref) minus αP_oxy, wobei 1 < α < 2.
In 5, die die theoretischen Variationen von ΔT zwischen einer Verbrennung nur mit Luft und einer Verbrennung in dem gleichen Ofen, bei dem bestimmte Brenner durch Brenner mit reinem Sauerstoff ersetzt wurden, zeigt, bemerkt man, dass die zwei mit dem Temperaturunterschied ΔT verbundenen Probleme gelöst sind.
ΔT_max wird gesenkt, während ΔT_final ebenfalls gesenkt wird.
Steigern der stündlichen Produktion
5 zeigt eine weitere Folge der Erfindung: Man kann die stündliche Produktion steigern, indem man die Werte von ΔT_max und ΔT_final so wie sie in dem Ofen sind beibehält, indem man eine Verbrennung nur mit Luft verwendet. Diese Steigerung der stündlichen Produktion kann auf zwei Arten stattfinden: Steigern des Takts des Ausziehens unter Beibehalten der Größe des wiedererhitzten Produkts oder Beibehalten des Takts des Ausziehens und Steigern der Größe des wiedererhitzten Produkts.
Beibehalten der Größe des Produkts
Für ein gleiches Produkt würde die Steigerung des Zugs zu einer Steigerung des Ausziehtakts führen. Die Verweilzeit in dem Ofen ist daher verringert, und die Temperaturen des Produkts haben keine Zeit mehr, um sich zu homogenisieren: ΔT_max und ΔT_final steigen, was ein Erhöhen des Ziehens unmöglich macht.
Das Umsetzen der Erfindung erlaubt es, ΔT_max und ΔT_final zu verringern und erlaubt daher erneut das Steigern des Ziehens. Die Werte ΔT_max und ΔT_final kehren daher zu ihrem ursprünglichen Wert zurück, die stündliche Produktion wurde jedoch gesteigert, und dies ohne zusätzlichen Verbrauch an Energie.
6 stellt verschiedene mögliche theoretische Fälle mit verschiedenen Kurven dar. ΔT = f (Position des Produkts in dem Ofen).
Die Kurve G stellt den Fall einer Verbrennung mit 100 % Luft dar (existierender Ofen), die Kurve H stellt den gleichen Ofen ausgestattet mit Brennern für sauerstoffhaltigen Brennstoff dar, die das Steigern der Produktion erlauben, und die Kurve I stellt den gleichen Ofen ausgestattet mit Brennern für sauerstoffhaltigen Brennstoff dar, die es erlauben, eine konstante Produktion beizubehalten, aber ΔT_max und ΔT_final zu senken.
Steigern der Größe der Produkte
Ein weiteres Mittel zum Steigern der stündlichen Produktion besteht darin, die Größe der Produkte bei konstantem Ausziehtakt zu steigern. Die Folgen sind gleich wie die oben beschriebenen. Wenn die Größe der Produkte steigt, wird die charakteristische Zeit der Leitung modifiziert, und die Temperaturunterschiede werden prägnanter; ΔT_max und ΔT_final steigen, wenn die Verbrennung nur mit Luft erfolgt. Die Umsetzung der Erfindung erlaubt es erneut, zuerst diese Werte zu senken und daher Produkte mit größerer Größe zu behandeln (wieder zu erhitzen).
1. Beispiel:
In 3 wurde die Umsetzung der Erfindung an einem Ofen für Knüppel mit Balken auf der Sohle dargestellt, wobei der Ofen eine Leistung von etwa 30 MW, ein Ziehen von 92 t/h hat. Der Ofen besteht aus einer stromaufwärtigen Zone 5, die die erste Hälfte des Ofens bildet, und einer stromabwärtigen Zone 6, die die zweite Hälfte des Ofens belegt.
Die Produkte 8 treten in den Ofen 1 durch den Eingang 2 ein und bewegen sich von rechts nach links in der Figur zum Ausgang 3. Die Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff der stromabwärtigen Zone 6 wurden beibehalten, während mehrere Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff 11 auf etwa der Hälfte der stromaufwärtigen Zone 5 installiert wurde, (der Hälfte, die der stromabwärtigen Zone 6 näher liegt). Die Rauchgase zirkulieren von dem Ausgang zu dem Eingang im Gegenstrom zu den Produkten 8, die daher bei ihrer Berührung vorgewärmt werden. Die Rauchgase werden von dem Kamin 4 abgleitet.
Die folgenden Ergebnisse wurden an diesem Ofen erzielt
Bei gleicher verbrauchter Leistung gewinnt man mit vier Brennern für sauerstoffhaltigen Brennstoff, die regelmäßig über die stromabwärtige Hälfte der stromaufwärtigen Zone, nämlich über die Hälfte, die der ersten existierenden Heizzone für Luft enthaltenden Brennstoff (oder stromabwärtige Zone des Ofens) am nächsten liegt, verteilt sind, etwa 10 % an Zug und senkt man den Koeffizienten ΔT um 50 %, während eine Steigerung von 20 % des Zugs trotz allem ein Senken des Werts des Koeffizienten ΔT der Produkte um etwa 20 % erlaubt.
Bei Gesamtproduktionskosten von 100 in dem Referenzfall (Luft) für einen Zug von 92 Tonnen/Stunde) inklusive der Wiedererhitzungskosten und des Walzens des Produkts) erzielt man ferner für den Fall eines Zugs mit Sauerstoff von 110 t/h Kosten von 88, das heißt 12 Gewinn am Gesamtpreis pro Tonne fertigem Produkt (zum Beispiel Handelswalzprodukte). Ferner sind die NOx, die von dem Ofen in den Rauchgasen abgegeben werden, je nach Fall um 10 bis 20 % geringer.
In 9 ist eine Experimentalkurve von ΔT = f (Position in dem Ofen) für den erfindungsgemäßen oben beschriebenen Ofen dargestellt. Diese 9 entspricht ganz und gar 5.
2. Beispiel:
4 stellt ein weiteres Umsetzungsbeispiel der Erfindung mit einem Brammenwiedererhitzungsofen dar. In 4 tragen die gleichen Elemente wie die der 3 die gleichen Bezugszeichen. Bei diesem Typ von existierenden Öfen (4a) umfasst die stromaufwärtige Zone 5 des Ofens bereits eine Aufwärmzone 6, die von Brennern für Luft enthaltenden Brennstoff gemäß den Anordnungen der 4a gespeist werden.
Indem man die Brenner 10 (4a) durch die Brenner 11 (4b) ersetzt, stellt man auch hier eine Verringerung des ΔT der Produkte in der Größenordnung von 30 % für eine Steigerung des Zugs, die bis zu 50 % gehen kann, wenn die gesamte verbrauchte Leistung beibehalten wird, fest. Die Anordnung der Brenner 11 folgt den oben für die Installation von Brennern für sauerstoffhaltigen Brennstoff dargelegten Regeln.

Claims

Verfahren zum Erhitzen metallurgischer Produkte, bei dem man das Wiedererhitzen solider Produkte insbesondere aus Stahl vornimmt, um sie von einer Temperatur im Wesentlichen unter 400 °C auf eine Temperatur von mindestens etwa 1000 °C durch Durchlaufen in einem Ofen zu bringen, der eine stromaufwärtige Zone hat, in welcher die Produkte vorgewärmt werden, und eine stromabwärtige Zone, in welcher die Produkte auf ihre Endtemperatur des Austretens aus dem Ofen gebracht werden, wobei die stromabwärtige Zone des Ofens mit Brennern ausgestattet ist, von welchen bestimmte mindestens mit einem Verbrennungsmittel funktionieren, welches Luft ist, wobei die von diesen Brennern hervorgerufenen Rauchgase im Gegenstrom zu den Produkten zirkulieren und diese in der stromaufwärtigen Vorwärmzone vorwärmen, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff in der stromaufwärtigen Vorwärmzone des Ofens anordnet, wobei dieser Brenner mit Verbrennungsmittel und Brennstoff versorgt wird, wobei der Anteil an Sauerstoff in dem in den Brennstoff für sauerstoffhaltigen Brennstoff eingespritzten Verbrennungsmittel größer oder gleich 88 vol.-% ist, vorzugsweise größer oder gleich 95 vol.-%, wobei die Leistung der Brenner, die Luft als Verbrennungsmittel verwenden, um eine Leistung verringert ist, die zwischen ein Mal und zwei Mal der Leistung des Brenners mit sauerstoffhaltigem Brennstoff liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man einen existierenden Ofen modifiziert, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff, der sich in der stromaufwärtigen Zone des Ofens befindet, an einer Stelle installiert wird, die ursprünglich keinen Brenner enthielt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man einen existierenden Ofen modifiziert, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff einen oder mehrere existierende Brenner für Luft enthaltenden Brennstoff ersetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffanteil in dem Verbrennungsmittel, das in den Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff eingespritzt wird, in Abhängigkeit von der Vorwärmtemperatur der Verbrennungsluft der existierenden Verbrenner für Luft enthaltenden Brennstoff ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das an den Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff gelieferte Verbrennungsmittel ein Gemisch aus industriell reinem Sauerstoff und Luft ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das an den Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff gelieferte Verbrennungsmittel ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff, der aus einer VSA-Anlage stammt, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Brenner für sauerstoffhaltigen Brennstoff eingespritzte Verbrennungsmittel etwa 1 bis 5 Vol.-% Argon enthält.