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Kupolofen Die Erfindung bezieht sich auf Kupolöfen, wie sie zur Herstellung
verschiedener Sorten des Gußeisens gebraucht werden, und bezweckt eine besondere
Ausgestaltung dieser Ofen, welche es ermöglicht, die notwendigen Ausscheidungs-
und gewisse Verfeinerungsprozesse verfahrensmäßig tief unter der Oberfläche des
Ofenbades selbst durchzuführen.
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So bildete beispielsweise die Entschwefelung des Gußeisens einen schwierigen
Punkt im Herstellungsprozeß, da man die Soda entweder nur in die Gießpfanne einbringen
oder bestenfalls auf die Badoberfläche des Ofens oder eines etwa vorhandenen Vorherdes
aufbringen konnte. Das Aufbringen von Soda auf das flüssige Eisen hat jedoch in
der Hauptsache nur Oberflächenwirkung, bei der ein großer Teil der Soda ungenutzt
verdampft und selbst durch Rühren nicht tief genug eingebracht werden kann.
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Bei der Pfanne könnte man zwar, wie schon vorgeschlagen, die gesamte
Sodamenge am Boden oder in Nischen des Behälters unterbringen, bevor dieser mit
flüssigem Eisen gefüllt wird, doch tritt dabei die Entschwefelung unter derart heftigen
Reaktionen ein, daß Bedienung und Behälter gefährdet wären. Man war also beim Kupolofenbetrieb
schon bisher allein auf die Oberflächenaufstreuung angewiesen, die jedoch auch bei
öfterem Abziehen der Schlacke nur eine Entschwefelung bei größerem Zeitaufwand und
einem empfindlichen Temperaturverlust ergab.
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Die Rauchbelästigung und der Arbeitsaufwand
bei dieser
Oberflächenentschwefelung 'sind zwar bei Zusatz von Blocksoda im Schacht und bei
den bekannten Entschwefelungsvorherden an Kupolöfen vermieden, doch ist hier diese
Oberflächenwirkung auch nicht größer und der Temperaturverlust nicht wesentlich
geringer, weil die Wärmetönung bei der Sodareaktion auf der Badoberfläche nicht
dem flüssigen Eisen zugute kommt und ein nicht unbeträchtlicher Teil der Soda schon
durch bloße Verdampfung nutzlos verlorengeht.
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Nach der Erfindung wird die Zuführung der Soda und der anderen Wirkstoffe
tief unter die Badoberfläche in flüssigem Zustand gefahrlos bei restloser Ausnutzung
und unter Vermeidung von nennenswerten Temperaturverlusten, Zeitaufwand und Rauchbelästigung
in einfacher Weise ermöglicht, und zwar durch einen von unten eintretenden Gasdurchsatz
im Eisenbad, welcher die Wirkstoffe zur Entschwefelung, Aufkohlung und sonstigen
Verfeinerung mitführt. Der Durchsatz der Wirkstoffe erfolgt unter einem den ferrostatischen
Druck etwas übersteigenden Überdruck und geht am besten von einer mit dem Hauptbad
kommunizierenden Vorkammer aus. Der Durchsatz erfolgt gleichmäßig fortlaufend oder
stufenweise mit den notwendigen längeren Unterbrechungen bei Abstichen des Ofens
und gewährleistet durch die zeitlich unterteilte Zuführung einen gefahrlosen Reaktionsvorgang.
Die aus der Soda ausgeschiedene Kohlensäure, das Druckgas und die flüssige Sodaentschwefelungsschlacke
müssen bei ihrem Aufsteigen durch das Eisenbad eine durch die verlagerten Zwischenräume
im Füllkoks immer wieder abgelenkte Richtung nehmen, wodurch die Zeit des Aufsteigens
verlängert und die innige Mischung und Berührung der Soda mit dem Eisen gefördert
werden, wodurch ihre restlose Ausnutzung und ein hoher Entschwefelungsgrad gesichert
werden.
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Der Gas- und Wirkstoffdurchsatz im Eisenbad führt ferner zu einer
stetigen Bewegung und Aufwallung des flüssigen Eisens im Ofenherd, welche wie beim
planmäßigen Rütteln und Schleudern zu einer Steigerung der Festigkeitseigenschaften,
der Dichte und der Graphitverfeinerung führen sowie auch metallurgische Möglichkeiten
eröffnen, die bisher beim Kupolofen unbekannt waren.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für
die erfindungsgemäße Behandlung des Eisenbades im Kupolofen dargestellt, und zwar
in einem Längsschnitt durch einen auf diese Weise ausgebauten Ofen.
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Der Ofen ist von der vorherdlosen Type und besteht aus dem mit Winddüsen
i und dem Schlackenabstich 2 versehenen Schacht 3, aus dem Boden 4 mit seiner Entleerungsklappe
5, aus dem Ausflußkanal 6 und aus dem Abstich 7 samt seiner Rinne B. Zwischen dem
Abstich 7 und der Schachtwandung ist nun eine Vorkammer '9 eingeschaltet, in der
das flüssige Eisen aufsteigen kann, und zwar höhengleich mit dem Flüssigkeitsspiegel
im Hauptschacht 3. Geeignete Abschrägungen io verbessern die Form der Kanaloberkante
i i., unter welcher Gas und Flüssigkeit aufsteigen müssen. Nach letzterer wird auch
der ferrostatische Druck der Schmelzmasse bestimmt, der sich aus der jeweiligen
Höhe der über diese Kante i i bis zum Schlackenabstich z stehenden Eisenmasse ergibt.
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Der Abschrägung io entsprechend verengt sich die Vorkammer 9 nach
oben und schließt in geeigneter Höhe über dem Flüssigkeitsspiegel mit einem Gußkörper
12 ab, in dessen Hohlraum 13 das Gas unter einem bestimmten Druck über die Leitung
14 eingeführt wird, der sich nach dem jeweils in dem Eisenbad an der Kante i i vorhandenen
ferrostatischen und Winddruck richtet. Zu große überschreitungen des notwendigen
Gasdruckes werden durch das Abblaseventil 15 und gegebenenfalls weitere Ventile
dieser Art verhindert.
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Mit dem Hohlraum 13 steht ferner ein Behälter 16 in Verbindung, welcher
den Wirkstoff enthält und diesen durch eine Förderschnecke 17 dem darunter befindlichen
Eisenbad gleichmäßig zuteilt. Im Behälter 16 ist zunächst die zur Entschwefelung
notwendige Soda enthalten, es können aber auch andere Wirkstoffe beigemischt sein
oder für diese besondere Behälter 16 angeschlossen werden. Die Zuführungsvorrichtung
17 und der Behälter 16 sind selbstverständlich druckdicht gegen außen abgeschlossen
und stehen unter demselben Druck wie der gesamte Raum 13 und 9.
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Läßt man aus der Gasleitung 14 in mäßiger Menge Gas, welches den jeweiligen
ferrostatischen und Winddruck im Eigenbad mit einem geringen Überdruck überwindet,
stetig zuströmen, so drückt es die Oberfläche des Bades in der Vorkammer bis an
die Oberkante i i des Kanals 6 hinunter, um dann unter dieser Kante i i hinweg seiner
Zuströmungsmenge entsprechend in den Ofenherd dauernd abzufließen. Die in zeitlichen
Abständen von außen gedrehte Förderschnecke 17 fördert die beabsichtigte
Sodamenge auf die Badoberfläche in der Vorkammer 9. Die Soda schmilzt sofort und
fließt dann ebenfalls in den Ofenherd ab.
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Der im Kupolofen höchstmögliche Stand des flüssigen Eisens ist durch
das Schlackenabstichloch 2 gegeben. Für diese Druckhöhe zuzüglich Windpressung im
Ofen und einer geringen Zugabe wird das Abblaseventil 15 eingestellt, so daß ein
höherer Druck durch übermäßige Gasmenge in der Vorkammer 9 nicht auftreten kann.
Ein solcher würde zeitweise z. B. bei Beginn der Entschwefelung, solange das Eisen
besonders in der Vorkammer noch den höheren Anfangsschwefelgehalt besitzt, entstehen
und auch bei zu großer plötzlicher Sodazuführung eintreten können. Die durch das
Eisenbad aufsteigende Sodaentschwefelungsschlacke vermischt sich mit der Kupolofenschlacke
und trägt nicht unwesentlich zur Erhöhung der Basizität dieser Schlacke bei.
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Vor jedesmaliger Entleerung des Ofenherdes wird die Gas- und Sodazuführung
unterbrochen, bis das wieder ansteigende geschmolzene Eisen die Oberkante i i des
Kanals 6 erreicht hat, das ist ein Viertel bis ein Drittel des ganzen Fassungsvermögens
im
Ofenherd. Da bei Kupolöfen alle 15 bis 20 Minuten abgestochen wird, steht für die
Entschwefelung und den Gaszufluß ungefähr eine Viertelstunde zur Verfügung, und
der Schmelzgang erleidet dadurch keine Unterbrechung. In dieser Zeit kann die Sodazugabe
zeitlich und mengenmäßig beliebig oft unterteilt und die Kleinmenge, welche die
Förderschnecke 17 bei jeder Drehung fördern soll, leicht ermittelt werden. Auch
staubförmige Desoxydations- und Legierungsstoffe, der Soda beigemischt, werden von
der geschmolzenen Soda als Tragflüssigkeit und durch die Abströmung des Gases in
das flüssige Eisen des Ofenherdes getragen und hier besser zur Wirkung und Legierung
gebracht, als dies auf der Oberfläche des Eisens möglich ist.
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Durch die fortwährende Aufwallung und dadurch bewirkte Wegspülung
der verschlackten Asche an den glühenden Koksstücken wird schnellstens und immer
wieder neuer Kokskohlenstoff freigelegt; die unmittelbare Berührung des flüssigen
Eisens mit den nunmehr stärker kohlenden Koksstücken bewirkt dann auch aus dem Koks
eine bessere Aufkohlung. Auch in Staubform der Soda beigemischter aktiver Kohlenstoff,
z. B. Torfkoks mit seinem nur 3% betragenden Aschegehalt, wird innerhalb des Eisenbades
besser aufgenommen als auf der Oberfläche, auch besser als der Kohlenstoff des Sch;nelz-
oder Füllkokses, welcher 8 bis 12% und mehr Asche enthält. Diese Zuführungsmenge
beider Kohlenstoffarten in das Gußeisen, welche bei gewöhnlicher Betriebsweise des
Kupolofens nicht erreichbar ist, ermöglicht es, das Silicium im Gußeisen bei gleichbleibendem
Sättigungsgrad beträchtlich zu vermindern, womit Verfeinerung des Graphits und Festigkeitssteigerung
verbunden sind.
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Bei einem Eisen, das mit hohen Stahlzusätzen erschmolzen und dann
entschwefelt und aufgekohlt wird, sind die Eigenschaften Festigkeit, Lunkerfreiheit
und Reinheit höher als bei einem Eisen von gleicher Analyse, das nur aus grauem
Eisen erschmolzen wird, wobei der erst durch die verbesserte Aufkohlung im Kupolofen
ermöglichte höhere Stahlschrottzusatz eine weitgehende Überhitzung sichert, die
ihrerseits wiederum zur Verbesserung dieser Güteeigenschaften wesentlich beiträgt.
Man kann also aus einem Einsatz von nur Stahlschrott und Gußbruch weiche und hochwertige
Gußeisensorten erzeugen, deren verstärkte Graphitisierung durch erhöhten Kohlenstoffgehalt
man bisher, von einigen besonders teuren Kupolofengattungen abgesehen, nur im Elektroofen
oder anderen Herdöfen mit einem Aufwand von Temperatur, Zeit und Kosten hat erzielen
können.