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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Vorwärmen
von Schrott durch Wiederaufheizung der Rauchgase gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
3 der vorliegenden Erfindung.
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Ein herkömmliches Verfahren sowie eine Vorrichtung,
die der vorliegenden Erfindung entsprechen, sind in der EP-C-0190313
beschrieben und werden von der US-amerikanischen Firma Triple/s Dynamics
Inc., mit Sitz in Dallas (Texas), USA, unter dem Begriff „Consteel-Verfahren" vertrieben, auf
das im folgenden Bezug genommen wird.
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Das Consteel-Verfahren, das durch
die vorliegende Erfindung verbessert wird, umfaßt im wesentlichen eine Reihe
von Funktionen, die in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der vorliegenden
Erfindung beschrieben sind und deren Zweck darin besteht, „kontaminierten" Schrott, d. h. Schrott,
der auch nichtmetallische Verbindungen (insbesondere flüchtige brennbare
Stoffe) enthält,
in einem Lichtbogenschmelzofen und in kontinuierlicher Art und Weise – d. h.
kontinuierliches Zuführen
des Materials in den Ofen und ebenso mehr oder weniger kontinuierliches
Entnehmen von geschmolzenem Metall aus dem Ofen – zu schmelzen. Das Verfahren
zielt auch darauf ab, die Menge der von der Anlage emittierten Schadstoffe
zu eliminieren oder zu reduzieren und das in den Ofenabgasen und
in den flüchtigen
Stoffen enthaltene Energiepotential zum Vorwärmen des zugeführten Schrotts
zu nutzen.
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Der Begriff „Abgas" (oder Rauchgas) bezieht sich auf die
gesamte Gasmischung, die sich während der
Verbrennung in dem Ofen, aber auch während des Vorwärmens in
dem Zuführkanal
durch Verdampfung beispielsweise der flüchtigen Stoffe bildet, die
von dem Schrott mitgeführt
werden und diesen kontaminieren.
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Wie in 1,
die den Stand der Technik zeigt, ausführlicher beschrieben, besteht
die Consteel-Anlage aus einem Lichtbogenofen, in den ein Kanal zum
Zuführen
von Schrott führt.
Der Kanal ist gewöhnlich
als Rüttelkanal
vorgesehen. Ein Abgasansaugkanal führt nahe des Kanaleingangs
in den Kanal. Die Schrottzufuhr erfolgt gewöhnlich „durch aufeinanderfolgende
Chargen" und somit
durch relativ ungleichmäßige Chargen.
Durch diesen Kanal werden die von dem Schmelzofen ankommenden Abgase
hoher Temperatur, nachdem sie durch den Schrott, der sich in der
entgegensetzten Richtung in dem Kanal bewegt, geströmt oder über diesen
hinweg gestrichen sind, aus dem Kanal entfernt und werden behandelt,
um jegliche Dioxine oder andere Schadstoffe, die möglicherweise
darin enthalten sind, zu eliminieren, bevor sie an die Außenumgebung
abgegeben werden.
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Der wichtigste Teil der Consteel-Anlage
ist der Schrottzuführkanal,
in dem das Eisenmaterial (Roheisen oder Schrott) vorgewärmt wird,
wodurch letztendlich Wärme
wiedergewonnen wird, da der Schrott dann bereits mit einer hohen
Temperatur (ungefähr
600° sind
wünschenswert)
in den Ofen eintritt.
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Ein sogenanntes dynamisches Dichtungssystem
ist zwischen der Auslaßstelle
des Abgasansaugkanals und dem Schrott-Beschickungsende (d. h. am
Anfang des Kanals) angeordnet. Seine Aufgabe besteht darin, den
Teil des Kanals, der zum Vorwärmen
des Schrotts bestimmt ist und somit als Wärmetauscher fungiert, aerodynamisch
von dem Teil des Kanals zu trennen, der zur Außenumgebung hin offen ist,
so daß das
Abgasansaugsystem nicht zuviel Umgebungsluft ansaugen kann. Diese
Einheit spielt daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine
Rolle und wird folglich nicht beachtet.
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Der Wärmeaustausch zwischen den Abgasen
und dem Schrott des Zuführkanals
zum Vorwärmen
erfolgt auf zwei unterschiedliche Arten, nämlich
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- – durch
Austauschen der Eigenwärme
der Abgase mit hoher Temperatur mit dem Schrott, der eine niedrigere
Temperatur hat. Die hohe Temperatur der von dem Ofen ankommenden
Abgase ist bedingt durch das Hinzufügen von Energie durch die Elektroden
des Ofens in Form von Elektrizität
und durch die Verbrennung einiger Verbindungen in dem flüssigen Metallbad
(C, Si, S, Mn ...).
- – durch
Austauschen der Wärme,
die durch die Verbrennung der in den Abgasen enthaltenen brennbaren
Fraktion erzeugt wird. Diese Fraktion besteht hauptsächlich aus
dem Kohlenmonoxid CO, das durch die teilweise Verbrennung des in dem
Ofen vorhandenen Kohlenstoffs (Kohlenstoff, der in Form von Kohle,
Kohlenstoff in den Schrott und in dem Roheisen, Kohlenstoff der Elektroden
injiziert wird) erzeugt wird.
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Einen weiteren Beitrag zum Erwärmen des Schrotts
liefert die flüchtige
Fraktion, die anfangs in dem Schrott enthalten ist. Während des
Erwärmens wird
die flüch tige
Fraktion gasförmig
und ist somit verfügbar,
um weitere Energie durch Verbrennung zu liefern.
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Um das von dem Ofen stammende Kohlenmonoxid
CO und die in dem Schrott enthaltenen flüchtigen Verbindungen zu verbrennen,
muß die
notwendige Menge an Verbrennungsmittel (normalerweise Luft) verfügbar sein.
Die Luft wird mittels einer Reihe von Injektoren oder Düsen zugeführt, die über die
gesamte Länge
des Kanals verteilt angeordnet sind und deren Achsen rechtwinklig
zur Strömung
der Abgase ausgerichtet sind.
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Bei der Consteel-Anlage (siehe wiederum 1, die den Stand der Technik
darstellt) wird die Verbrennungsluft für die Abgasverbrennung durch eine
Reihe von Luftinjektionsdüsen
in den Schrottzuführkanal
zugeführt,
die im oberen Teil des Kanals liegen und über die gesamte „nutzbare" Länge des
Kanals verteilt sind. Dabei bezeichnet der Begriff „nutzbare
Länge" den Teil des Kanals
(zwischen dem Schmelzofen und dem Abgasansaugkanal), in dem der
Wärmeaustausch
zwischen den Abgasen und dem Schrott erfolgen sollte. Dieses Konzept
läßt jedoch
die Geschwindigkeit der Flamme, d. h. die Geschwindigkeit, mit der
sich die Front der Flamme in einem Gasstrom ausbreitet, völlig außer Acht.
Diese Geschwindigkeit nimmt mit wachsender Verwirbelung des Gases
zu, unterliegt jedoch Einschränkungen.
Diffusionsgeschwindigkeiten sind besonders niedrig, wenn es sich
z. B., wie im vorliegenden Fall, um Diffusionsflammen handelt, d.
h. Flammen, in denen Gas und Luft nur zur Zeit der Verbrennung in Kontakt
sind. In diesem Fall beträgt
die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme in einem Kanal,
bei Laminarströmungsbedingungen
und unter Verwendung von CO als brennbarem Stoff, 0,5 m/s. Da die
Gasströmungsgeschwindigkeiten
in dem Vorwärmkanal
nach dem Stand der Technik wie die Erfahrung zeigt um 10 m/s liegen,
ist es offensichtlich, daß die
Flamme, wenn diese Strömung
laminarer Natur ist, zum Ende des Kanals hin mitgerissen wird, wo
sich die Öffnung
des Abgasansaugkanals befindet, so daß die Verbrennung dann in diesem
Endbereich des Kanals oder sogar in dem Abgasansaugkanal erfolgt,
wo sie nicht mehr zum Vorwärmen
des Schrotts beiträgt.
Dies ist genau das, was in der Praxis geschieht, da die entlang
dem Zuführkanal
verteilten Zuführdüsen für die Verbrennungsluft
nicht in der Lage sind, in der Abgasströmung, die sich entlang dem
Kanal bewegt und CO für
die Verbrennung enthält,
die Verwirbelungen zu erzeugen, die notwendig sind, um die Flammenbildung
entlang dem gesamten Kanal zu erreichen.
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Die EP-A-0 592 723 offenbart alle
Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 3.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, bei einer Anlage mit den grundlegenden Eigenschaften
der Anlage, die in der EP-C-0190313 beschrieben und in der Praxis
als Consteel-Anlage ausgeführt
ist, sicherzustellen, daß sich
eine Flamme entlang dem gesamten Schmelzofen und dem Abgasansaugkanal)
bildet, in dem der Wärmeaustausch
zwischen den Abgasen und dem Schrott erfolgen sollte. Dieses Konzept
läßt jedoch
die Geschwindigkeit der Flamme, d. h. die Geschwindigkeit, mit der sich
die Front der Flamme in einem Gasstrom ausbreitet, völlig außer Acht.
Diese Geschwindigkeit nimmt mit wachsender Verwirbelung des Gases
zu, unterliegt jedoch Einschränkungen.
Diffusionsgeschwindigkeiten sind besonders niedrig, wenn es sich
z. B., wie im vorliegenden Fall, um Diffusionsflammen handelt, d.
h. Flammen, in denen Gas und Luft nur zur Zeit der Verbrennung in
Kontakt sind. In diesem Fall beträgt die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Flamme in einem Kanal, bei Laminarströmungsbedingungen und unter
Verwendung von CO als brennbarem Stoff, 0,5 m/s. Da die Gasströmungsgeschwindigkeiten
in dem Vorwärmkanal nach
dem Stand der Technik wie die Erfahrung zeigt um 10 m/s liegen,
ist es offensichtlich, daß die
Flamme, wenn diese Strömung
laminarer Natur ist, zum Ende des Kanals hin mitgerissen wird, wo
sich die Öffnung
des Abgasansaugkanals befindet, so daß die Verbrennung dann in diesem
Endbereich des Kanals oder sogar in dem Abgasansaugkanal erfolgt, wo
sie nicht mehr zum Vorwärmen
des Schrotts beiträgt.
Dies ist genau das, was in der Praxis geschieht, da die entlang
dem Zuführkanal
verteilten Zuführdüsen für die Verbrennungsluft
nicht in der Lage sind, in der Abgasströmung, die sich entlang dem
Kanal bewegt und CO für
die Verbrennung enthält,
die Verwirbelungen zu erzeugen, die notwendig sind, um die Flammenbildung
entlang dem gesamten Kanal zu erreichen.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, bei einer Anlage mit den grundlegenden Eigenschaften
der Anlage, die in der EP-C-0190313 beschrieben und in der Praxis
als Consteel-Anlage ausgeführt
ist, sicherzustellen, daß sich
eine Flamme über
die gesamte Länge
des Schrottzuführkanals ausbreitet,
der zwischen dem Ofen und dem Abgasansaugkanal liegt, so daß ein besserer
Wärmeaustausch
zwischen den Abgasen und dem Schrott realisiert wird und eine höhere Eintrittstemperatur
des Schrotts in den Ofen erreicht wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
darin, die den Lösungen
nach dem Stand der Technik eigene Gefahr auszuräumen, daß die Verbrennung der Abgase
in dem Ansaugkanal erfolgt, was das starke und nutzlose Erwärmen dieses
Kanals bewirkt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, den Wirkungsgrad des
Schrottvorwärmsystems
zu erhöhen.
Das Ziel wird auch durch eine konstruktive Vereinfachung der Anlage
erreicht, die im Hinblick auf die Fertigungs- und Wartungskosten
der Anlage interessant ist.
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Dieses Ziel und diese Aufgaben erreichen eine
Vorrichtung, gekennzeichnet durch Anspruch 1 und ein Verfahren,
gekennzeichnet durch Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung.
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Das Verfahren sieht im wesentlichen
vor, daß man
zum Steuern der Verbrennung des Kohlenmonoxids CO und jeglicher
anderer flüchtiger
Verbindungen in den Abgasen entlang dem Zuführkanal auf die Ausbreitung
der Flamme entlang dem Schrottzuführkanal einwirkt. Die entsprechende
Vorrichtung zum Ausführen
des Verfahrens sieht folglich vor, daß Zuführdüsen für Verbrennungsluft vorhanden
sind, die in der Nähe
des Schmelzofens in dem Schrottzuführkanal angeordnet sind, wo
die Düsen
dann ihren kontrollierten Luftstrahl so abgeben, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Flamme entlang dem Schrottzuführkanal erhöht wird. Die wichtigste Lehre der
Erfindung ist daher, daß es
nicht ausreicht, zu glauben, wie es bei dem bekannten Konzept des Stands
der Technik offensichtlich der Fall ist, daß sich die CO-Verbrennungsflamme
immer dort bildet, wo Luft zugeführt
wird. Dieses Konzept hat nämlich
zu dem Gedanken geführt,
die Luftzufuhr über
den gesamten Schrottzuführkanal
zu verteilen; ein Gedanke, der sich als unrichtig erwiesen hat.
Da dieses Konzept jedoch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme
in einem Gasstrom völlig
außer
Acht läßt, erzeugt
diese Verteilung des Brennmittels entlang dem Kanal tatsächlich den
oben beschriebenen verzögerten
Verbrennungseffekt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es stattdessen notwendig, die Verbrennungsluft so
zuzuführen,
daß eine
hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme (oder genauer gesagt
der Flammenfront) sichergestellt wird. Dies ist nämlich der
einzige Weg, die Bildung einer Flamme entlang dem gesamten Kanal
sicherzustellen. Dies ist die Lehre der vorliegenden Erfindung,
die im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben
wird, nachdem zum Vergleich das herkömmliche System nach dem Stand
der Technik gezeigt wird.
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Zu diesem Zweck werden einige Figuren
verwendet, in denen zeigen:
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1 eine
vereinfachte allgemeine Ansicht einer Anlage zum Schmelzen von Schrott
mit Vorwärmen
des dem Schmelzofen kontinuierlich zugeführten Schrotts, die dem Stand
der Technik entspricht;
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2 eine
schematische Ansicht des Zuführens
der Verbrennungsluft entlang dem Kanal zum Befördern des Schrotts in die Anlage
nach dem Stand der Technik der 1;
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3 eine
allgemeine Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zum Schmelzen von
Schrott mit Vorwärmen
des dem Schmelzofen kontinuierlich zugeführten Schrotts;
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4 eine
schematische Ansicht des Zuführens
der Verbrennungsluft entlang dem Kanal zum Befördern des Schrotts in die in 3 gezeigte Anlage nach der
Erfindung.
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Die 1 zeigt
eine Consteel-Anlage, die den Stand der Technik der vorliegenden
Erfindung bildet.
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In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 den
Schmelzofen, der durch einen Lichtbogen mittels der Elektrode 2 elektrisch
geheizt wird. Ein Kanal 3 zum Befördern und Zuführen von
Schrott führt
seitlich in den Ofen und wird im folgenden immer einfach als Zuführkanal
bezeichnet. Der Zuführkanal 3 befördert den
Schrott 4, der in den 1 und 2 als Anhäufung von unterschiedlichem
Schrottmaterial dargestellt ist und der sich in dem Kanal in Richtung
des Pfeils F von einer Eingangs- oder Beschickungsstelle 5 zu
einem Ausgangsende 6 bewegt, das direkt in den Schmelzofen 1 führt. Gewöhnlich wird
der Schrott in dem Zuführkanal 3 mittels
eines Rüttelfördersystems
befördert,
das in der Lage ist, den hohen Temperaturen, auf die der zu schmelzende
Schrott erhitzt wird, besser standzuhalten als andere Systeme. Jedoch
spielt das Fördersystem,
vorausgesetzt es bietet kontinuierliche Förderung, keine wichtige Rolle
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung und wird daher
im folgenden nicht beschrieben.
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Am dem Ende, an dem der Förderkanal 3 an den
Ofen 1 anschließt,
ist die Unterseite des Kanals 3 auf einem Wagen 7 befestigt,
der dafür
sorgt, daß der
Schrott in die Mitte des Ofens 1 fällt, wo sich das verflüssigte Metall
befindet. Jedoch ist auch dieses Konstruktionsmerkmal der Anlage
für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung.
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Ein Abgasansaugkanal 8 mit
Ansaugmitteln und Filtermitteln (beides nicht dargestellt) endet
in dem Zuführkanal 3 in
der Nähe
des Eingangsendes 5 des Zuführkanals 3. Der Ansaugkanal 8 saugt
die von dem Schmelzofen 1 erzeugten Abgase sowie die Abgase
an, die sich aufgrund der Verdampfung der in dem Schrott enthaltenen
flüchtigen
Stoff bilden, und gibt sie nach entsprechender Aufbereitung an die
Atmosphäre
zurück.
Die Bewegungsrichtung der Abgase durch den Zuführkanal 3 ist die
mit dem Pfeil f angedeutete Richtung, d. h. entgegensetzt der Bewegungsrichtung
des Schrotts 4, die mit dem Pfeil F bezeichnet ist. Wenn
die Abgase auf den kälteren Schrott 4 treffen,
geben sie einen Teil ihrer Wärme
an den Schrott ab und wärmen
ihn vor. Was jedoch in dem Kanal 3 erreicht werden soll,
ist nicht nur der Austausch der Eigenwärme der Abgase mit hoher Temperatur
mit dem Schrott mit niedriger Temperatur, sondern auch der Austausch
der Wärme,
die durch die Verbrennung der brennbaren Fraktion, die in den Abgasen
enthalten ist und hauptsächlich
aus Kohlenmonoxid CO besteht. Dieses Kohlenmonoxid entsteht aus
der teilweisen Verbrennung des in dem Ofen 1 vorhandenen
Kohlenstoffs, der in Form von Kohle injiziert wird oder im Schrott
oder in den Elektroden des Ofens vorliegt. Einen weiteren Beitrag zum
Erwärmen
des Schrotts 4 liefert, wie erwähnt, die in dem Schrott enthaltene
flüchtige
Fraktion, die beim Erwärmen
gasförmig
wird und so eine weitere nutzbare Energiequelle zum Vorwärmen des Schrotts 4 bieten
kann.
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Um diese brennbaren Stoffe in dem
Zuführkanal 3 zu
verbrennen, muß die
notwendige Menge an Verbrennungsmittel (zum Beispiel Luft) vorhanden sein.
Bei der in 1 gezeigten
Lösung
nach dem Stand der Technik wird die Luft zur Zeit mittels einer Reihe
von Injektionsdüsen 9 zugeführt, die
entlang der gesamten Länge
des Kanals 3 angeordnet sind. Die Düsen 9 sind ferner
so angeordnet, daß ihre
Achse jeweils senkrecht zur Strömungsrichtung
f der Abgase liegt. Die Anzahl und Position der aktiven Injektionsdüsen 9 werden
ausgehend von der Analyse des Sauerstoffgehalts der Abgase am Ende
des Vorwärmvorgangs,
d. h. dort, wo die Abgase den Kanal 3 verlassen, um in
den Abgasansaugkanal 8 einzutreten, gesteuert.
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Diese Anordnung der Injektionsdüsen 9 für die Verbrennungsluft
entlang dem Zuführkanal 3,
die die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme nicht berücksichtigt,
hat sich nun als erwiesen, da, wie die Erfahrung zeigt, in dem ersten
Teil des Zuführkanals 3,
in der Strömungsrichtung
f der Abgase, d. h. in dem Teil, der dem Ofen 1 am nächsten liegt,
die Flamme nicht in der Lage ist, an Ort und Stelle zu bleiben,
da die Geschwindigkeit der Abgase größer ist als ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit
(auch als Verbrennungsreaktionsgeschwindigkeit bekannt). Infolgedessen
bildet sich die Flamme erst dann, wenn es zu spät ist, d. h. wenn die Abgase
sich bereits in der Nähe
des Gasansaugkanals 8 befinden. Folglich steht die Verbrennungsflamme
nicht mehr mit dem Schrott in Kontakt und kann den Schrott nicht
in zweckmäßiger Weise
erwärmen.
Tatsächlich
liegt die Temperatur, die der Schrott 4 in einer derartigen
Anlage erreicht, nachdem er den gesamten Zuführkanal 3 für den Schrott 4 durchlaufen
hat und bevor er in den Ofen 1 fällt, nur bei ungefähr 400°, während die Größe der Anlage
und die verfügbare
Energie Temperaturen von 600° und
darüber
zulassen sollten, wenn der Wärmeaustausch
korrekt ablaufen könnte.
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Zudem ist ein weiterer Nachteil des
bekannten Konzepts nach dem Stand der Technik mit der Steuerung
der Verbrennungsmittelinjektion verbunden, die erfolgt, indem der
Sauerstoffgehalt am Eingang 5 des Zuführkanals 3 erfaßt wird.
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Die 2 ist
eine schematische Darstellung der Regulierelemente, die bei der
Anlage nach dem Stand der Technik verwendet werden. Bezugszeichen 9 bezeichnet
die entlang dem Kanal 3 verteilten Injektionsdüsen, und
Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Sauerstoff-Meßsonde,
die in der Nähe
des Eingangsendes 5 des Zuführkanals 3 angeordnet
ist. R ist die Logikeinheit zum Regeln der Injektionsdüsen 9.
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Diese Art von Steuerung ist an sich
inkonsistent und langsam, da das Volumen der Abgase, anhand dessen
der Sauerstoffgehalt analysiert wird, und das Volumen der Abgase,
in das das Verbrennungsmittel injiziert wird, unterschiedlich sind.
Bedenkt man die periodisch variable Beschaffenheit der von dem Ofen 1 ankommenden
Gaszusammensetzung, so liegt entlang dem Vorwärm-Zuführkanal 3 eine Gasmischung
vor, in der der CO- und der O2-Gehalt stark variabel sind. Wenn
beispielsweise eine an O2 arme Gasmischung in dem Bereich um die
Sauerstoff-Meßsonde 10 herum
vorliegt, reagiert das System zum Steuern der Injektionsdüsen 9,
indem es die Strömungsgeschwindigkeit
der zugeführten
Luft erhöht.
Da die Meßsonde 10 und
die Injektionsdüsen 9 an
zwei unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, die sogar mehrere
Meter voneinander getrennt sind, kann zu dem Zeitpunkt, zu dem in
dem Analysebereich ein O2-Mangel herrscht, in dem Bereich der Injektionsdüsen 9 ein
O2-Überschluß vorliegen.
Die Aktion der Reguliereinrichtung R ist nicht nur nicht effektiv,
sie bewirkt auch das Gegenteil von dem, was sie erreichen sollte.
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Die Vorwärm-Reguliereinrichtung R hat
bereits eine implizite Verzögerung,
die numerisch durch X dividiert durch die Geschwindigkeit des Gasstroms ausgedrückt wird,
zu dem dann noch die Verzögerung
der Meßsonde 10 und
der Reguliereinrichtung R die der Injektionsdüsen 9 addiert werden
müssen.
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Durch das ihm eigene Konzept ist
ein derartiger Regelkreis daher nicht in der Lage, effektiv auf die
kontinuierlichen und plötzlichen
Variationen in der Zusammensetzung der Abgase zu reagieren, da er zwangsweise
lange Ansprechzeiten hat, d. h. Zeiten, die nicht mit den Anforderungen
des Prozesses übereinstimmen,
da zudem davon ausgegangen wird, daß der O2-Gehalt allein ausreicht,
um den beschriebenen Prozeß zu
steuern.
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Das Verfahren und die Vorrichtung
nach der Erfindung werden im folgenden anhand der 3 und 4 beschrieben.
Sie basieren auf einem anderen Weg, das Verbrennungsmittel in den
Zuführkanal 3 für den Schrott 4 zuzuführen. Dieser
Weg berücksichtigt
das Fachwissen in Verbindung mit der Ausbreitung der Diffusionsflamme
in einem Strom brennbarer Stoffe.
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Die Komponenten der in den 3 und 4 gezeigten Vorrichtungen, die mit denen
der in den 1 und 2 gezeigten Lösung identisch
sind oder diesen in ihrer Funktion entsprechen, sind mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet und werden im folgenden nicht ausführlich beschrieben.
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Der grundlegende Unterschied zwischen
der Consteel-Lösung
des Stands der Technik und der Lösung
nach der Erfindung besteht darin, daß die über die gesamte Länge des
Zuführkanals 3 verteilt
angeordneten Injektionsdüsen 9 entfallen.
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Bei den Lösungen nach der vorliegenden
Erfindung sind ebenfalls Injektionsdüsen 11 vorhanden (in 3 ist nur eine dargestellt,
doch sind es gewöhnlich
mehrere, wie im folgenden beschrieben wird). Diese sind jedoch so
angeordnet, daß sie
in der praktischen Anwendung in einem einzigen Abschnitt des Zuführkanals 3 nahe dem
Ende 6 des Kanals 3 gruppiert sind, das in den
Ofen 1 führt.
Die charakteristische Eigenschaft dieser Injektionsdüsen besteht
darin, daß sie
so ausgeführt
und angeordnet sind, daß sie
auf die Ausbreitung der Flamme entlang dem Zuführkanal 3 für den Schrott 4 einwirken.
Die Anzahl der Düsen 11,
ihre Anordnung in dem Kanal 3 und ihre Abgaberichtung sowie
die Kraft und Form ihres Strahls werden also erfindungsgemäß als Funktion
der Flammenausbreitung in dem Kanal 3 gewählt, und
zwar mit genau dem Ziel, die Bildung einer Flamme über die
gesamte nutzbare Länge
(weiter vorne definiert) des Zuführkanals 3 zu
erreichen.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird
die Ausbreitung der Flamme entlang dem Zuführkanal 3 für den Schrott 4 ferner
in zwei verschiedenen Schritten realisiert, nämlich:
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- a) Stabilisierung der turbulenten Flamme am
Anfang des Zuführkanals
und
- b) Ausbreitung der Flamme in Richtung auf den Abgasauslaß des Zuführkanals.
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Mit anderen Worten: Das Verfahren
sieht vor, das Problem der vorliegenden Erfindung zu lösen, d. h.
sicherzustellen, daß sich
eine Flamme entlang dem Kanal 3 ausbreitet, und zwar von
seinem Anfang nahe dem Ofen 1 bis zu dem Punkt, an dem
die Abgase den Kanal 3 verlassen, um in den Abgasansaugkanal 8 einzutreten,
indem zwei separate Vorkehrungen getroffen werden, nämlich eine,
die auf das Stabilisieren der Flamme am Anfang des Kanals 3 ausgerichtet
ist, um zu verhindern, daß diese
als Folge ihrer übermäßig langsamen
Ausbreitung in Richtung auf den Abgasansaugkanal 8 entkommt. Durch
diese Vorkehrung wird also versucht, die Bedingungen für die Ausbreitung
der Flamme zu verbessern, d. h. die Verwirbelung des Abgasstroms
zu erhöhen.
Mit der zweiten Vorkehrung wird zudem versucht, die Flamme entlang
dem Kanal auszubreiten, d. h. sie über die Länge des Kanals zu verteilen,
so daß sie
die gesamte nutzbare Länge
des Kanals abdeckt.
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Was die Vorrichtung betrifft, so
wird das Verfahren, bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1, die hinsichtlich
ihres Aufbaus der herkömmlichen
Vorrichtung der EP-C-0190313
und der in der Einleitung beschriebenen herkömmlichen Anlage entspricht, dadurch
realisiert, daß Zuführdüsen 11 (Injektionsdüsen) für Verbrennungsluft
vorgesehen sind, die in dem Kanal 3 in der Nähe des Schmelzofens 1 angeordnet
sind, wo diese Düsen
ihren geregelten Luftstrom zudem so abgeben, daß die Geschwindigkeit, mit
der sich die Flamme entlang dem Zuführkanal 3 für den Schrott 4 ausbreitet,
erhöht
wird.
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Allgemein gesagt lehren das Verfahren
und Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die Luftzuführdüsen 11 in
dem Kanal 3 anzuordnen, und genauer gesagt, sie in der
Nähe des
Schmelzofens 1 zu gruppieren. Diese Lehre ist gegenüber dem
aus dem Stand der Technik Bekannten, wonach die Düsen 9 entlang
dem gesamten nutzbaren Abschnitt des Kanals 3 zu verteilen
waren, höchst
innovativ. Selbstverständlich
müssen
die Position und alle anderen Eigenschaften der Düsen 11 durch
geeignete Tests und Versuche bestimmt werden.
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Was diese erste allgemeine Lehre
betrifft, so stellen das Verfahren des Anspruchs 3 und die Vorrichtung
gemäß Anspruch
1 eine explizite Definition eines der Mittel zum Erreichen des gewünschten
erfindungsgemäßen Ergebnisses
dar, nämlich
die Aufgabe der Zuführdüsen 11 in
zwei separate Unteraufgaben aufzuteilen, d. h. die Flamme an Ort
und Stelle zu halten und sie entlang dem Kanal auszubreiten. Die
entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 5 sieht für diesen
Zweck vor, daß zwei
Arten von Düsen 11 zum
Zuführen
der Verbrennungsluft vorhanden sind. Genauer gesagt ist eine Art 11' (siehe 4) vorgesehen, die den Strahl
Verbrennungsluft im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsrichtung
des Kanals 3 für
den Schrott 4 und damit zu der Strömung der Abgase in dem Kanal 3 ausrichtet.
Diese erste Art von Düse 11' erzeugt eine
starke Verwirbelung in dem Abgasstrom, und indem die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Diffusionsflamme in den Abgasen stark erhöht wird, hält sie die Flamme an der Stelle, an
der die Düsen 11' angeordnet
sind, d. h. sie „hält sie in
der Falle", um einen
eher unwissenschaftlichen Ausdruck zu verwenden, der das Konzept
des Effekts der Düsen 11' (die verschieden
und in einem Ring angeordnet sein können) jedoch deutlich vor Augen führt.
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Die zweite Art von Zuführdüsen 11'' dagegen ist parallel zur Längsrichtung
des Kanals 3 ausgerichtet und richtet ihren Luftstrahl
parallel zu der und in die gleiche Richtung wie die Richtung f des
Abgasstroms in dem Zuführkanal 3 für den Schrott 4.
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Auch von diesen Zuführdüsen 11'' können mehrere vorgesehen sein,
die im oberen Teil des Kanals 3 so angeordnet sind, daß sie ein
radiales Muster von Düsen 11'' bilden.
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Selbstverständlich kann die Wirkung der
Düsen 11' und 11'' durch einige spezielle Vorkehrungen beeinflußt werden
(beispielsweise, indem die Menge der abgegebenen Luft verändert wird
oder indem die Form des Düsenauslasses
modifiziert wird, etc.), die durch geeignete Tests gemäß den speziellen
Bedingungen, unter den das Verfahren und die Vorrichtung arbeiten
müssen,
auszuwählen
sind.
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Gemäß einem anderen bevorzugten
Vorwärmverfahren
ist die Zufuhr der Verbrennungsluft zudem auf eine einzige Stelle
des Zuführkanals 3 für den Schrott 4 konzentriert,
die in der Nähe
des Schmelzofens 1 liegt. Dabei wird die Temperatur der Abgase
an den Stellen P1, P2, P3, ... Pn bestimmt, die gleichmäßig über die
Länge des
Zuführkanals 3 verteilt
sind, der CO-, CO2- und O2-Gehalt der Abgase wird an den beiden
Enden 5 und 6 des Zuführkanals 3 analysiert
und die Verbrennungsluft, um die Ausbreitung der Flamme entlang
dem Kanal 3 sicherzustellen, wird unter Berücksichtigung
der Werte der an den über
den Kanal verteilten Stellen P1, ... , Pn gemessenen Temperatur
T und der Ergebnisse der an den beiden Enden 5 und 6 des
Kanals 3 durchgeführten
Analysen des CO-, CO2- und O2-Gehalts zugeführt.
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Durch das System zum Steuern der
Verbrennung der Abgase in dem Kanal 3 durch Messen der Temperatur
an Stellen, die gleichmäßig über den
Kanal verteilt sind, und durch Analysieren des CO-, CO2- und O2-Gehalts
der Abgase an zwei Endstellen des Kanals 3 kann eine perfekt
gesteuerte Regelung der Verbrennungsbedingungen erreicht werden
und die Zufuhr der Verbrennungsluft zu den Düsen 11' und 11'' optimal
gesteuert werden, wodurch der Kanal 3 über seine gesamte nutzbare
Länge einer
Flamme ausgesetzt ist und somit ein optimales Vorwärmen des
Schrotts 4 an dem Ausgang 6 des Kanals 3 ermöglicht.
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Die Vorrichtung zum Ausführen des
Verfahrens ordnet die Düsen 11', 11'' zum Zuführen der Verbrennungsluft im
wesentlichen entlang dem Umfangsbereich im oberen Teil des Kanals 3 an,
der nicht von dem Schrott 4 belegt und in der Nähe des in
den Schmelzofen 1 führenden
Ausgangs des Kanals 3 angeordnet ist. Temperaturfühler sind
in regelmäßigen Abständen und
an den Stellen P1 über
den Kanal 3 verteilt. Ferner wird an den beiden Enden 5 und 6 des
Zuführkanals 3 für den Schrott 4 an
den Stellen A1 und A2 jeweils eine Probe der Abgase genommen und
in einer Analyseeinrichtung analysiert, die ihren CO-, CO2- und
O2-Gehalt bestimmt.
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Schließlich hat die Vorrichtung noch
Reguliermittel (die nicht dargestellt, doch jedem Fachmann auf dem
Gebiet bekannt sind), welche die Zufuhr der Verbrennungsluft zu
den Düsen 11', 11'' steuern. Diese Mittel werden durch
die Werte der entlang dem Kanal 3 an den Stellen P1, ...
, Pn gemessenen Temperatur T sowie durch die Ergebnisse der durch
die CO-, CO2- und O2-Analyseeinrichtungen durchgeführten Analysen
gesteuert. Dadurch kann eine optimale Ausbreitung der Flamme in
Gegenstromrichtung entlang dem Zuführkanal 3 für den Schrott 4 sichergestellt
werden.
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Es ist ferner offensichtlich, daß die Wahl
der Zuführdüse 11' oder 11'', die jeweils zu aktivieren ist oder
deren Wirkung zu verstärken
ist, in Abhängigkeit der
durch die an den Stellen P1, ... , Pn angeordneten Thermoelemente
gelieferten Temperaturwerte sowie der Werte der CO-, CO2- und O2
Analysen getroffen wird. Wenn beispielsweise am Anfang des Zuführkanals 3 eine übermäßig hohe
Temperatur herrscht, werden die „parallelen" Injektoren 11'' bevorzugt, so daß die Flamme über einen
größeren Abschnitt
ausgebreitet wird, und umgekehrt. Es wird nochmals betont, daß die Reaktionsgeschwindigkeit
der oben beschriebenen Art der Regelung der Flammenausbreitung extrem
hoch ist und es ermöglicht,
schnell und effektiv auf die extremsten Situationen zu reagieren, die
in dem Zuführkanal 3 infolge
von schnellen Änderungen
(die immer möglich
sind) bei der Erzeugung der Abgase in dem Schmelzofen 1 auftreten.
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Wo in den Patentansprüchen auf
technische Merkmale Bezugszeichen folgen, dienen diese lediglich
der besseren Verständlichkeit
der Ansprüche
und haben folglich keine einschränkende
Wirkung auf die Auslegung eines Elementes, das beispielhaft durch solche
Bezugszeichen gekennzeichnet wird.