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Windführung für Kupolöfen Die Erfindung bezieht sich auf die Windführung
für Kupolöfen und ähnliche Ofen unter Verwendung einer injektorartig wirkenden,
in ein Hüllrohr hineinragenden Düse, deren Mündungsstelle in einer an den oberen
Ofenteil und an den Schornstein angeschlossenen Ummantelung liegt. Aufgabe der Erfindung
ist es, dem Ofen dauernd so viel Luft zuzuführen, daß die höchstmögliche Temperatur
erreicht wird.
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Zur Erzielung einer hohen Temperatur ist es nötig, in einer möglichst
kurzen Zeit eine große Menge Kalorien frei zu machen. Zu diesem Zweck muß man, um
einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, die Verbrennung vollständig machen. Man muß
also dem Ofen mindestens so viel Luft zuführen, wie für eine vollständige Verbrennung
erforderlich ist. Andrerseits darf man dem Ofen nicht zu viel Luft zuführen, weil
nur ein Teil hiervon der Unterhaltung der Verbrennung dienen würde, während der
Rest in dieser Richtung nicht wirksam werden und bei seinem Durchgang durch den
Ofen einen Verlust durch Aufnahme eines Teiles der freigelegten Kalorien verursachen
würde.
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Zur Führung eines Ofens, in welchem man eine hohe Temperatur zu erzielen
wünscht, muß man also dauernd der Luftzufuhr zum Ofen die größte Aufmerksamkeit
zuwenden. Die zugeführte Luftmenge muß sich zwischen zwei sehr engen Grenzen halten,
da, wenn man diese nach oben oder unten überschreitet, ein Absinken der Temperatur
stattfindet.
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Handelt es sich im übrigen um metallurgische Ofen, wie Raffinier-
oder Schmelzöfen, Kupolöfen oder Hochöfen, so würde ein Luftüberschuß noch andere
Nachteile mit sich bringen, da durch ihn die behandelten Metalle oxydiert werden
würden.
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Um diese Aufgabe zu lösen, hat man bereits vorgeschlagen, durch das
gleiche Gebläse zwei Luftrohrleitungen zu speisen, von denen die eine zur Speisung
einer Einrichtung zur Erzeugung von künstlichem Zug dient. Durch eine Ventilklappe
kann dabei das Verhältnis der beziehungsweise in jede Leitung eingeführten Teilluftmengen
geändert werden, während die Summe dieser Teilmengen die gleiche bleibt. Die Steuerung
des Ventils wird selbsttätig. durch einen Kolben bewirkt, der in einem Zylinder
unter dem Einfluß einer Feder sowie andererseits des Unterdrucks verschoben wird,
welcher durch eine Venturidüse erzeugt wird, die in der Speiseleitung des Ofens
angeordnet ist. Eine solche Anordnung ist aber nur für Ofen mit künstlichem Zug
anwendbar und bietet außerdem den schweren Nachteil, daß mechanische Vorrichtungen
benutzt werden müssen, die
unter der Einwirkung sehr schwacher Antriebskräfte
beweglich sind, so daß die Wirkungsweise dieser mechanischen Einrichtung sehr stark
von Zufällen abhängt.
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Für Ofen mit umgekehrtem Zug ist es an-. dererseits bereits bekannt,
eine i\Tebenleitung zwischen dem Luftzuführungskanal und einer Kammer anzuordnen,
die einerseits mit dem Ofen und andererseits mit dem Schornstein in Verbindung steht.
Durch diese Anordnung soll die Verbrennung des Kohlenoxyds gewährleistet werden,
das gegebenenfalls bei einer @ unvollständigen Verbrennung in dem Ofen entsteht,
wobei die durch dies;: zusätzliche Verbrennung erzeugte Wärme zum Erhitzen der Luft
benutzt wird. Bei dieser Einrichtung handelt es sich also um einen Wärmerekuperator,
aber nicht um eine Regelvorrichtung für die Luftzufuhr, welche unmittelbar im Ofeninnern
eine vollständige Verbrennung ohne Luftüberschuß gewährleistet.
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Ferner ist auch eine Windführung für Kupolöfen bekanntgeworden,. bei
der eine inj ektorartig wirkende, in ein Hüllrohr hineinragende Düse verwendet wird,
deren Mündungsstelle in einer an den oberen Ofenteil und an den Schornstein angeschlossenen
Ummantelung liegt. Mit dieser Anordnung wurde aber bezweckt, in den Ofen gleichzeitig
mit der Verbrennungsluft einen Teil der von der früheren Verbrennung stammenden
Gase einzuführen, die aus dem Schornstein entnommen werden. Es handelte sich also
auch bei dieser letztgenannten bekannten Anordnung nicht utri eine Vorrichtung zur
gegelung der Luftzufuhr, da im Gegenteil die in den Ofen eingeführte Luftmenge gleichbleibend
war.
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Die Erfindung bedient sich nun der vorstehenden bekannten Einrichtung
in einer neuartigen Weise, indem die Düse mit einer erheblich größeren Luftmenge
betrieben wird, als zur vollständigen Verbrennung notwendig ist, wobei der Luftüberschuß
in den Schornstein entweicht.
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Das Wesentliche in der Wirkungsweise dieser Anordnung besteht darin,
daß nur ein Teil der vom Injektor eingeblasenen Luft in den Ofen gelangt, während
der Rest durch den zwischen der Düse und dem Hüllrohr gebildeten Ringraum unmittelbar
in die Gasabzugsleitung gelangt. Das Verhältnis zwischen den beiden Luftmengen,
d. h. der zum Ofen geführten und der unmittelbar abziehenden, ist indessen erfindungsgemäß
nicht gleichbleibend. Läßt die Verbrennung nach, so geht eine größere Luftmenge
zum Ofen, und wenn die Verbrennung ihren höchsten Wirkungsgrad -ereicht hat, so
nimmt die dem Ofen zugeführte Luftmenge ab. Es geht also eine wirkliche Selbstregelung
vor sich, deren Wirkungsweise, wie folgt, erklärt werden k_ ann.
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- mmt die Stärke der Verbrennung ab, so @...,exingert sich auch die
Menge der Verbrennuülgsgase. Infolgedessen sinkt der statische -
"Druck im
Innern des Ofens entsprechend. Aus diesem Grund kann die eingeblasene Luft leichter
in den Ofen eintreten, und der Anteil der so eintretenden Luft aus der Gesamtluft
steigt. Steigert sich umgekehrt die Verbrennung, so wird die Menge der Verbrennungsgase
größer, der Druck im Ofen- steigt an, und das Einblasen der Luft in den Ofen wird
erschwert und nimmt ab, wobei der Anteil der durch den Schornstein abziehenden Luft
aus der Gesamtluft steigt.
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Das System gemäß der Erfindung ermöglicht also eine Regelung der Luftzufuhr
zum Ofen mit bewegungslosen Mitteln in Abhängigkeit von dem im Ofen herrschenden
Druck. Der Versuch hat eindeutig bestätigt, daß das vorstehend beschriebene Ergebnis
tatsächlich erzielt wird. Der Versuch wurde an einem Kupolofen, einem sog. Umschmelzofen,
ausgeführt, bei welchem ohne besondere Vorsichtsmaßregeln ein Betrieb unter den
besten Wirkungsgradbedingungen bei höchstmög licher Temperatur erreicht wurde.
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Auf der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Abb. i ist eine Seitenansicht.
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Die Abb.2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Abb. i.
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Abb. 3 ist eine Teilansicht nach Abb. 2 in größerem Maßstab.
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Der Kupolofen ist mit i bezeichnet. Er besitzt an seinem Oberteil
eine Verschlußeinrichtung 2 von beliebiger Art, die bei üb- , lichem Gang gestattet,
die Gicht des Ofens ganz oder teilweise abzuschließen und den Ofen, in üblicher
Weise zu beschicken.
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Während des Betriebes ziehen die Gase, welche bei den im Ofen vor
sich gehenden chemischen Umsetzungen entstehen, durch eine Leitung 3 ab, welche
in die Vorrichtung q. ausmündet. Diese letztere stellt den wesentlichen Teil der
Erfindung dar.
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Die Vorrichtung q. besteht aus einem Injektor. Dieser wird durch eine
Düse 5 gebildet, welche in ein Rohr 6 von beliebiger Form mündet, das in die Windkammer
7 des Ofens hineinführt. Die Injektordüse 5 und das zugehörige Rohr 6 werden von
der Kapsel umgeben, in die das Rohr 3 führt. Die Kapsel q. ist außerdem durch ein
anderes Rohr 8 mit dem Kamin 9 verbunden.
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Die durch ein Gebläse oder eine sonstige geeignete Vorrichtung eingeblasene
Luft tritt ; durch die Leitung io hinzu, welche mit der Düse 5 verbunden ist.
Die
in die Kammer 7 eintretende Luftmenge ist veränderlich. Die von der Düse 5 eingeblasene
Luft kann zwei verschiedene Wege nehmen, den einen nach der Kammer 7 in Richtung
des Pfeils i i, den andern nach der Kapsel ¢ in Richtung des Pfeils i2 (Abb. 3).
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Das Verhältnis zwischen den Luftmengen, die in Richtung der Pfeile
i i bzw. 12 gehen, hängt von dem statischen Druck im Innern des Ofens ab. Ist dieser
Druck schwach, so zieht die Luft ganz oder fast ganz auf dem Weg i i, vermöge ihrer
kinetischen Energie. Wird umgekehrt der Druck im Ofen stärker, so geht ein immer
größerer Anteil der Luft über den Weg 12.
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Nun steigt der Druck im Ofen um so stärker,, je lebhafter die Verbrennung
ist. Infolgedessen entspricht einer sehr lebhaften Verbrennung eine Herabsetzung
der Menge der eingeblasenen Luft, während einer verminderten Verbrennung eine Vermehrung
der eingeblasenen Luftmenge entspricht.
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Man ersieht also, daß sich eine Selbstrege-Jung vollzieht, die vollständig
oder teilweise sein kann, indem bei einer Verminderung der Verbrennung die eingeblasene
Luftmenge steigt, wodurch die Verbrennung wieder lebhafter wird, während bei einer
Verbrennung, die den Höchstwert erreicht, die eingeblasene Luftmenge abnimmt, so
daß kein Luftüberschuß eintritt.
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Es besteht also immer Gleichgewicht und Selbstregelung. Da der Luftumlauf
in den Metallschichten fortfällt; so sinkt die Temperatur nicht mehr ab. Der Gang
wird gleichmäßiger. Eine Oxydation des Metalls kann nicht stattfinden, und die feuerfesten
Steine sind nicht mehr der Wirkung der kalten Luft ausgesetzt. Man kann daher zahlreiche
Anwendungen bedeutsamer Art dieses Verfahrens in Betracht ziehen.
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Beispielsweise kann man die Vorrichtung mit ioo°%o Stahlschrott beschicken,
dem man natürlich-vorher Silicium und Mangan zugegeben hat. Man erhält -auf diese
Weise ein Enderzeugnis, welches nichts anderes darstellt als ein synthetisches Gußeisen
von sehr hohen mechanischen Eigenschaften. Benutzt man Holzkohle an Stelle von Koks,
so erhält man ein noch viel bemerkenswerteres Erzeugnis, in welchem man kaum eine
Spur von . Schwefel vorfindet.
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Dieses Verfahren kann für alle Schmelz-, Raffinier- oder sonstigen
Öfen Anwendung finden, in denen man einem Brennstoff ein Verbrennungsmittel im Überschuß
zumischen muß und wo dieses letztere wegen des in die Vorrichtung hineingeschickten
Luftüberschusses Störungen verursachen könnte.