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Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Ab'brand'es von Eisen
und seiner Begleiter in Kupolöfen Beim Betriebe von Kupolöfen entstehen Verluste,
einmal durch Abbrand des Eisens und seiner Begleiter, und sodann als mechanische
Verluste, die sich aus dem Verlust an Spritzkugeln sowie an jenem Eisen zusammensetzen,
das mit der Schlacke fortgerissen wird. Zwar läßt sich von diesen Verlusten ein
beträchtlicher Teil durch Magnetabseheider zurückgewinnen, doch beträgt der gesamte
Schmelzverlust an Eisen noch etwa 5 bis 6% des Einsatzes, aber auch mehr, wenn Schmiedeeisen,
Stahlabfälle, Poteriebruch o. dgl. zum Einschmelzen. verwendet werden. An dieser
Zahl ist -der reine Abbrand erheblich beteiligt.
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Es ist bei dieser Zahl für den Gesamtverlust bereits vorausgesetzt,
daß man das zur Niederhaltung des Abbrandes an sich zurVerfügung stehende Hilfsmittel
einer Feinregelung oder gar selbsttätigen Feinregelung der Windzufuhr bis an die
durch die Koksbeschaffenheit gegebene Grenze bereits in Anwendung gebracht hat.
Eine weitere Senkung des Abbrandverlustes besonders .bei sperrigem und stark oxydiertem
Einsatz ist die Aufgabe der Erfindung; sie beruht, in Abkehr von der bisherigen
Auffassüng, die Bildung reduzierend wirkender Gase 'sei für den Betrieb von Kupolöfen
nachteilig, gerade auf dem Gedanken, daß die Entwick@ Jung solcher Gase die Verminderung
des Abbrandes herbeiführt und demzufolge bis auf das höchst zulässige Maß zu fördern
sei.
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Es sind zwar Kupolöfen bekannt; bei denen neben den unmittelbar unter
dem Schmelzbereich des Eisens vorhandenen, .über einen. Querschnitt verteilten Windeintrittsdüsen
auch -eine. Reihe- von Austrittsöffnungen für die Abgase »vorgesehen ist; die ebenfalls
über einen waagerechten Ofenquerschnitt verteilt sind: Da die Austrittsöffnungen
aber -nur in einem solchen Abstand--unterhalb der Ebenen der Auslaßdüseli liegen,
.daß `der Düzcirgangswiderstand zwischen den oberen und unteren Wandöffnungen kleiner
ist als der
Durchgangswiderstand in dem über den Düsen befindlichen
Schachtteil, so bleibt eine Reduktion der in den Abgasen enthaltenen Kohlensäure
praktisch ausgeschlossen. Es treten aber auch fast keinerlei Abgase durch die Beschickung
im Ofenschacht nach oben, denn der Durchgangsquerschnitt der Austrittsöffnungen,
ist größer als der Durchgangsquerschnitt der Eintrittsdüsen. Er ist so bemessen,
daß die Abgase von größerem Volumen als der Wind einen störungsfreien Durchgang
finden.
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Weiterhin ist es bekannt, die in zwei im Abstand voneinander stehenden
Ofenquerschnitten angeordneten Düsen in einander gegenüberliegenden Gruppen zusammen7ufassen
und dann eine wechselweise Windführung vorzusehen, indem der kalte oder vorerhitzte
Wind durch eine untere Düsengruppe zugeführt und die Abgase jeweils durch eine gegenüber
und höher liegende zweite Gruppe wieder abgeführt werden. Dadurch wird der Wind
gezwungen, den Schmelzraum nach oben in einer bestimmten Höhe durch die Schicht
hindurch zu durchstreichen, und man kann auf diese Weise die Höhe dieser Schicht
festlegen. Wenn bei dieser Ausführung nicht sämtliche Gase durch die höher liegenden
Auslässe abziehen sollten, so'bleibt bestenfalls ein durch die Beschickungssäule
nach oben entweichender Rest übrig, der so klein ist, daß eine praktisch wirksame
Einflußnahine auf die Vorgänge im Ofen nicht stattfindet. Es tritt daher weder eine
Bildung reduzierend wirkender Gase noch eine Reduktion der Eisenoxyde ein.
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An Kupolöfen, bei denen, wie in den erwähnten Fällen, die Gase nach
Durchgang durch die Schmelzzone wieder abgeleitet werden, wird daher zur Erreichung
des genannten Zieles erfindungsgemäß ein Teil der Gase, die ausschließlich reduzierende
Wirkung haben, durch die Beschickungssäule hindurchgeführt. Dabei erfolgt die Luftzufuhr
zweckmäßig unter Druck, weil dann die Verteilung der Luft und somit der Auftrieb
der Gase sich vergleichmäßigt und der Einfluß der reduzie-@ rend wirkenden Gase,
soweit innerhalb der von ihnen durchzogenen Beschickungssäule eine ausreichende
Erhitzung vorhanden ist, sich vergrößert. Ein Kupolofen wird erfindungsgemäß also
nur in der Schmelzzone im eigentlichen Sinne als Kupolofen betrieben, während der
darüber liegende Teil auf die Beschickungssäule nach Art eines Hochofens einwirkt,
und zwar lediglich durch Ableitung von so viel Abgasen, daß die Entwicklung der
reduzierend wirkenden Gase über der Schmelzzone im ausreichenden Umfange eintritt.
Je nach Art der Beschickung ist diese Luftmenge natürlich verschieden.
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An Kupalöfen, bei denen durch einen Düsen-Satz Luft in die Schmelzzone
eintritt und das Gas dann über einen weiteren Düsensatz nahe oberhalb der Schmelzzone
wieder abströmen kann, hat man auch schon die Abgase dein Ofen an einer höher gelegenen
Stelle wieder zugeführt. Hierbei dient die Ableitung von Gas aus dein Ofen jedoch
lediglich zu dein Zweck, eine zu starke, etwa zur Sinterung führende Erhitzung der
Beschickungssäule zu verhindern. Es wird daher jeweils nur so viel Gas abgeleitet,
wie zur Erfüllung dieses Zweckes notwendig ist; denn es soll andererseits erklärtermaßen
die Folge einer zu starken Verminderung der im Schacht liocliste:-genden Gase, nämlich
eine unvollständige Verbrennung, also die Bildung reduzierend wirkender Gase, vermieden
werden.
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Vorteilhaft macht man noch von der :an sich bekannten Maßnahme Gebrauch,
daß die aus der Schmelzzone abgeleiteten Gase dent oberen Teil der Beschickungssäule
wieder zugeführt werden, wobei dann aber die Zufuhr der Gase vorteilhaft in der
Höhe des jeweiligen Eiseneinsatzes erfolgt. Die Zurückführung des Gases in den Ofenschacht
hat inso-,veit für das Verfahren gemäß der Erfindung eine besondere Bedeutung, als
dadurch die Beschickungssäule oberhalb der Schmelzzone in verhältnismäßig großer
Höhe und auch gleichmäßiger angewärmt wird, was den Reduktionsvorgängen förderlich
ist.
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Versuche mit dem Verfahren gemd.ß der Erfindung haben gezeigt, daß
der Abbrand bis ztt etwa 2 010 gesenkt werden konnte. Diese Zahl änderte sich auch
nicht, wenn der Ofen statt üblicherweise mit do 0/0 Roheisen, 30 010 eigenem Bruch
und 30 % Maschinenbruch mit leicht oxydierenden Einsätzen wie 30 0/0 Roheisen, 2o
% Schmiedeeisen, 30 0/0 eigenem Bruch, 50% Ferrosilizitim und 15 0/0 Maschinenbruch
beschickt wurde.
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Überdies traten gegenüber dein für den ;# verwendeten üblichen Vergleichsofen
außerordentliche Koksersparnisse ein; obwohl der verwendete Koks von geringer Güte
war, konnte die Satzkoksinenge beint Verfahren .gemäß der Erfindung bis auf etwas
unter 8 0% gesenkt werden. Es ist der niedrige Eisenabbrand also nicht etwa auf
höheren Koksverbrauch oder auf die Verwendung besseren Kokses zurückzuführen. Ferner
zeigte sich auch die Möglichkeit einer Verminderung des Füllkokses, eine wesentliche
Schonung des Ofenfutters, eine der Koksersparnis entsprechende Verringerung des
Windbedarfes, eine wesentliche Senkung des Winddruckes und daher auch ein geringerer
Strombedarf. Es erwies sich eine laufende Überwachung der Windzufiilirung als überflüssig,
ebenso eine Reinigung der Düsen in mehr als vierstündigem Betrieb sowie ein;
nennenswerte
Verringerung des Schwefelzubrandes.
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Ein Teil dieser Vorteile, z. B. die Ersparnis an Satzkoks und die
Schonung des Ofenfutters, ist darauf zurückzuführen, daß die Wiedereinführung der
aus dem Ofen abgeleiteten Gase nahe unterhalb der Gicht in die Beschickungssäule,
wie dargelegt, in einer Höhe erfolgte, die eine Nachfüllung der an dieser Stelle
sich bildenden Vorwärmzone jeweils durch den Eiseneinsatz gestattet. Demzufolge
ist der Satzkoks immer erst dann zuzusetzen, wenn die Beschickungssäule im Schacht
so tief gesunken ist, daß nicht der Satzkoks, sondern erst der darauf beschickte
Eiseneinsatz in die Vorwärmzone zu liegen kommt.
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Die Vorzüge des Verfahrens gemäß der Erfindung sind wie folgt zu erklären.
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Bei den bekannten Kupolöfen, bei denen die Gebläseluft mehr oder weniger
vollständig durch die Gesamthöhe des Schachtes zieht, entsteht eine Glutzone, die
höher ist, als das für die sachgemäße Arbeit erforderlich ist. Dadurch tritt, insbesondere
bei zu starleer Windführung, ein sehr schnelles und zu vollständiges Verbrennen
des Kokses ein sowie eine zu umfangreiche Oxydation des Eisens und seiner Begleiter,
die durch etwaige Reduktionsvorgänge nicht mehr ausgeglichen werden kann. Zwar entwickeln
sich auch in den bekannten Kupolöfen reduzierend wirkende Gase; das geschieht bestenfalls
aber erst in :den höheren Schichten, wo sie dann nicht mehr ausreichend zur Wirkung
gelangen.
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Im Gegensatz dazu erhält im Falle der Erfindung die Schmelzzone nur
die Höhe, die zur vollständige@n Umsetzung unibeciimgt notwendig ist. Über diese
Zone hinaus reicht die verfügbare Frischluftmenge nur aus, um reduzierend wirkende
Gase zu bilden, also Kohlenoxyd, was also in sehr viel tiefer liegenden Zonen geschieht,
so daß ausreichend Gelegenheit besteht, noch reduzierend auf die Eisenoxyde einzuwirken.
Das heißt aber, es beginnt der Teil des Ofens, der oberhalb der Schmelzzone liegt,
tatsächlich nach Art eines Hochofens zu arbeiten. Das scheinen jedenfalls die Versuchsergebnisse
zu bestätigen, denn es wurden Ausgangsstoffe verwendet, bei denen ein Abbrand erwartet
werden mußte, der d,i-e eingangs erwähnten, Zahlen -um ein. Mehrfaches überschreitet.
Trotzdem blieb der Verlust aber nahe an dem für. die übliche Beschickung, errechneten
Wert, so daß weiterhin vermutet werden muß, -daß der Abbrand in der Schmelzzone
selbst am geringsten ist und daß er in dieser nicht vom besseren oder schlechteren
Ofenbetrieb abhängt. Im anderen Falle hätte sich beiden Versuchen nach Maßgabe der
Erfindung die Notwendigkeit einer laufenden Beobachtung der Windzufuhr bemerkbar
Beinacht, was aber nicht der Fall ist.
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Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auch auf einen zur Durchführung
des Verfahrens dienenden Kupolofen. Dabei wird von Öfen ausgegangen, bei denen über
Wanddurchlässe die Gebläseluft nahe oberhalb der Schmelzzone aus dem Ofen abgeleitet
und unterhalb der Gicht der Beschickung wieder zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß sind an solchen Öfen die Auslaßöffnungen und die Einlaßöffnungen
durch Umleitungsrohre miteinander verbunden, die in einem Windzuleitungssystein
liegen, das die Schmelzzone speist und zweckmäßig im Gegenstrom auf die Umleitungsrohre
kühlend wirkt.
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Handelt es sich um Kupolöfen mit mehrere, z. B. zwei Sätze von Winidauslaßöffnungen
oberhalb der Schmelzzone umfasseli:den Austrittsvorrichtungen für die Gase, so sind
zweckmäßig die Öffnungen des höher liegenden Satzes größer ausgebildet als die Öffnungen
des unteren Satzes.
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Bei der Erfindung ist zunächst davon ausgegangen worden, daß die Windeinlal3öffirungen
und -aats)laßöffnungen jeweils übereinander liegen und sich infolgedessen auch bezüglich
ihrer Anzahl entsprechen. Ist diese :-nordnung nicht erwünscht oder nicht möglich,
so ist eine Abwandlung ohne weiteres möglich. Beispielsweise können Einlaßöffnungen
in größerer Zahl vorhanden sein, als das für die Auslässe oberhalb der Schmelzzone
notwendig ist. In dein Falle ist entsprechend bekannten Ausführungen ein unterer
Windverteilerkasten vorgesehen, der dann mittelbar über am Umfang des Ofenmantels
sich verteilende Luftzuführungsrohre und dem oberen Windverteilerkasten an die Gebläsewindzuleitung
angeschlossen ist. Eine solche Ausführung ist besonders dann zweckmäßig, wenn es
sich um den Umbau schon vorhandener Kupolöfen handelt. Die Anzahl der Einlaßdüsen
braucht natürlich nicht ohne weiteres der Anzahl der Auslässe zu entsprechen.
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Öfen dieser Art zeichnen sih durch besonders einfache Bauweise -aus,'
die besonders für kleine Betriebe geeignet sind. Die Überlagerung - des Umleitungssystems
mit dem System für die Zuleitung des Gebläsewindes hat weiterhin den Vorzug, daß
der Gebläsewind vor Eintritt in die Schmelzzone bereits weitgehend vorgewärmt ist
und daß der in dem Zuleitungssystem abwärts strömende Gebläsewind gleichzeitig eine
gewisse Abkühlung der in dem Umleitungssystem strömenden Gase vornimmt, so daß eine
Entzündung des Satzkokses und damit eine Oxydation des
Eisens in
der Gicht vermieden wird, wohl aber eine höchst zweckmäßige VorwärmAg eintritt.
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Ein einzelnes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an
Hand zweier Abbildungen beschrieben. Es zeigt Abb. i den Längsschnitt durch einen
Kupolofen, Abb. a eine gegenüber Abb. i gemäß -der Erfindung abgeänderte Einzelheit.
-Es bezeichnet i den Ofenschacht, der durch die Wand z gebildet wird. Den unteren
Abschluß des Schachtes bildet ein Boden 3, über dem sich ein Auslaß .4 befindet.
Der untere Teil 5 des Schachtes i nimmt die Füllkoksschicht auf, die bis etwas über
die Stelle der Gebläsewindzufuhr reicht. Über dieser Füllkoksschicht liegt dann
Eisen lind Koks schichtweise bis zur Gicht 6. Die Gebläse%i-indzufaliiin den Ofen
erfolgt durch einen Satz beispielsweise ringförmig angeordneter Einlässe 7, von
denen ebenso wie bei den anderen Auslässen und Einlässen jeweils nur die ini Schnitt
ersichtlichen eingezeichnet sind. Etwa zwischen den Düsen 7 bildet sich die Schmelzzone
B. Oberhalb der Schmelzzone 8 sind Auslässe 9 in der Ofenwand vorgesehen, an die
ein Umleitungssystem io anschließt, das wiederum über Einlässe i i nahe unterhalb
der Gicht in den Schacht i einmündet. Die Windzuleitung erfolgt vom oberen Ende
des Ofens her über einen Windläanal 12, der den Ofen in an sich bekannter Weise
ringförmig umfaßt. Von diesem aus erstrecken sich Windzuleitungsrohre 13 abwärts,
die in einen dem Kasten 1a entsprechenden Ringkasten 14 einmünden, so daß der Gebläsewind
dann über die Düsen 7 in den Schacht i eintritt: Da nun bei gefülltem Ofen die Beschickungssäule
dem Abzug der Gase nach oben Widerstand entgegensetzt, so tritt ein Teil des Windes
durch die Auslässe 9 wieder aus dem Schacht i aus; dieser gelangt dann über die
Rohre io zu den Windeinlässen ii, tritt also wieder in den oberen Teil des Schachtes
unterhalb der Gicht 6 ein. Dann tritt die Gesamtmenge des Gases durch die Gicht
aus. Der Verlauf des Windes ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet. -',Zur
ein verhältnismäßig kleiner Teil des zugeführten Windes, der die reduzierend wirkenden
Gase ergibt, wird durch den Schacht i selbst hindurchgeführt. Den Weg, den dieser
Teil einschlägt, deutet der punktierte Pfeil 15 an.
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An Stelle des Ringkastens 14 können die Windzuleitungsrohre 13 gemäß
Abb. z auch unmittelbar an die Windzuführungsdiisen 7 anschließen. deren Zahl dann
nattirlich von der Anzahl der Auslässe 9 und Einlässe i i unter der Voraussetzung
abhängt, daß, wie dargestellt,- die Rohre io innerhalb der Rohre 13 zwecks Herstellung
des wechselseitigen Wärmeaustausches verlaufen.
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Die Windzufuhr in den Kanal bzw. Kasten 12 kann bei der Ausführung
gemäß Erfinching durch ein einfaches Schleudergebläse 16 eriolgen. das an den Stutzen
17 des Kastens 1 2 anschließt.
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Hat man es mit verhältnismäßig großen Ofendurchmessern zu tun, also
z. B. mit r Zoo mm, so kann es sich als vorteilhaft erweisen, zur Anordnung mehrerer
Sätze von Auslaßöffnungen zu schreiten. Hat man z. B. zwei Sätze solcher Auslaßöffnungen,
so wählt man für den unteren Satz füglich kleinere Ou@erschnitte als für dein oberen.
Die größeren und höher liegenden Auslässe veranlassen dann den dein Schacht zugeführten
Gebläsewind, im Bereich der Schmelzzone einen gröl)eren Bogen in dein Beschickungsgut
zu durchlaufen, als das die tiefer liegenden kleineren Auslässe tun. Bei der Ausführungsform
geinäß Erfindung ist der innere Ofendruck sowieso wesentlich geringer als bei den
bekannten Ofenarten, so daß ohne weiteres eine günstige Verteilung des Gebläsewindes
über den Gesamtquerschnitt erfolgen kann.