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Verfahren und Vorrichtung zum Frischen von Roheisen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem das flüssige Roheisen am Ende eines
zwec ' kniäßig langgestreckten Behälters eingeführt, am entgegengesetzten
Ende das geffischte Eisen entnommen wird und durch von oben durch die Behälterwandung
geführte, in oder dicht oberhalb der vorbeifließenden Schmelze endende Rohre oxydierende
Gase der Schmelze zugeführt werden.
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Versuche haben nun ergeben, daß durch eine besondere Anordnung der
Rohre eine außerordentliche günstige Erfassung der Schmelze durch die oxydierenden
Gase erreicht wird.
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Gemäß der Erfindung sind durch die eine Längsseitenwandung des Behälters
hindurchgeführte Rohre oder Bohrungen derart angeordnet, daß diese gegenüber der
allgemeinen Flußrichtung der Schmelze einen stumpfen Winkel bilden, während durch
die entgegengesetzte Längsseitenwandung hindurchgeführten Rohre oder Bohrungen gegenüber
der allgemeinen Flußrichtung der Schmelze einen spitzen Winkel bilden.
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Es hat sich gezeigt, daß durch die Anordnung der Rohre oder Bohrungen
gemäß der Erfindung einzelne rotierende Tümpel oder Strudel in der Schmelze entstehen,
die nacheinander von dem ausströmenden Gas des jeweils nächstfolgenden Rohres bzw.
der nächstfolgenden Bohrung erfaßt werden und auf diese Weise den Behälter in Längsrichtung
vom Einflußende bis zum Ausflußende durchlaufen. Hierdurch wird eine außergewöhnliche
günstige Durchmischung der Schmelze und Erfassung der Begleitelemente durch die
zugeführten oxydierenden
Gase erreicht sowie demzufolge der Wirkungsgrad
des Frischprozesses gegenüber allen bekannten Verfahren beträchtlich vergrößert.
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Statt der Anordnung von Rohren oder Bohrungen können in an
sich bekannter Weise auch poröse Steine in das Futter eingesetzt werden, und die
oxydierenden Gase durch diese geblasen werden.
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Da bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung die Verluste an
zugeführten oxydierenden Gasen verschwindend gering sind, kann in wirtschaftlich
gerechtfertigter Weise zur Oxydation der Begleitelemente reiner Sauerstoff verwendet
werden.
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Die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens wird noch dadurch verbessert,
daß erfindungsgemäß die Zufuhr der oxydierenden Gase sowohl hinsichtlich der Gasmenge
als auch hinsichtlich des Druckes für jede einzelne Rohr- bzw. für einzelne Rohrgruppen
gesondert geregelt wird. Auf diese Weise gelingt es, in Längsrichtung des Behälters
unterschiedliche Reaktionszonen und damit Wärmezonen entstehen zu lassen.
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Diese Regelung der Gaszufuhr und/oder des Druckes kann z. B. vorteilhaft
derart getroffen werden, daß der Phosphor, zumindest ein bedeutender Anteil davon,
in an sich bekannter Weise vor dem Kohlenstoff aus der Schmelze ausgeschieden wird.
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Auch hat man es durch diese Regelung in der Hand, deA Zeitablauf des
Frischprozesses zu steuern.
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Es gelingt somit erfindungsgemäß, einen Frischprozeß unter Verwendung
einer und derselben Anlage allen vorkommenden Zusammensetzungen des Roheisens anzupassen.
Es ist selbstverständlich, daß hinsichtlich der Zusammensetzung des verwendeten
Futters des Behälters der Anlage auf die '7 Lusammensetzung des zu frischenden Roheisens
Rücksicht zu nehmen ist.
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Bisher war die Ansicht vertreten, daß es zur Durch ührung von Frischprozessen
günstig sei, die oxydierenden Gase unter hohem Druck und hoher überschallgeschwindigkeit
einzuführen, um gleichzeitig eine Durchmischung der Schmelze und ein Zusammenführen
der Reaktionsteilnehmer zu erreichen.
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Eingehende Versuche des Anmelders haben aber ergeben, daß eine derartige
Zuführung der oxydierenden Gase sogar schädlich ist, da sie schnittbrennerartig
wirkt, den Weitertransport der Schmelze hemmt und - wie es durch die Erfindung
ermöglicht wird - die Ausbildung und Ausnutzung unterschiedlicherReaktionszonen
unmöglich macht.
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Wenn aber die Anordnung der die oxydierenden Gase zuzuführenden Rohre
oder Bohrungen erfindungsgemäß derart getroffen wird, daß in jedem Fall eine Durchmischung
der Schmelze und eine innige Zusammenführung der Reaktionsteilnehmer eintritt, kann
auf die Anwendung hoher Drucke von io bis 2o at und mit Gasgeschwindigkeiten über
300 m/Sek. verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die oxydierenden Gase unter
geringem Druck, vorzuggweise unter Drucken von 0,5 bis 5 at und mit
Gasgeschwindigkeiten vor) 15 bis ioo m/Sek., zuzuführen.
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Es hat sich ergeben, daß in Abhängigkeit von der zugeführten Sauerstoffmenge
eine mehr oder weniger unvollständige Verbrennung des Kohlenstoffs erfolgt, so daß
gewöhnlich gewisse Mengen von Kohlenoxyd in den Raum oberhalb des Schmelzspiegels
gelangen.
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Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung werden nun zusätzlich
in den oberen Teil des Behälters durch Düsen oder Bohrungen oxydierende Gase eingeführt,
zweckmäßig entgegen dem aus den Behälter abziehenden, heißen Gasstrom, welche
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wirken, daß das vorhandene Kohlenoxyd vollständig zu Kohlendioxyd verbrannt
wird. Dadurch wird erreicht, daß die beträchtliche, im Kohlenstoff enthaltene Wärmeenergie
zurVerfügung steht und für bekannte Zwecke, z. B. Vorerhitzung von Zuschlägen, verwertet
werden kann.
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In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
Es zeigt Fig. i eine Vorrichtung nach der Erfindung in Draufsicht im Schnitt,
Fig. 2 die gleiche Vorrichtung von der Schmalseite aus gesehen, im Schnitt A-A der
Fig. i, Fig. 3 eine Ausführung eines einielnen Rohres zur Zufuhr der oxydierenden
Gase im Schnitt in einem größeren Maßstab als gemäß Fig. i und 2.
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Der langgestreckte Behälter i hat eine öffnung i" für die Zufuhr der
Roheisenschmelze und eine Öffnung ib zum Abfluß des gefrischten Eisens. Zur Abfuhr
der Schlacke dient die öffnung i, In Fig. 2 ist die Schmelze A sowie die
Schlacke B angedeutet.
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Durch die Seitenwände des Behälters sind die Rohre oder Bohrungen
zur Zufuhr der oxydierenden Gase hindurchgeführt, und zwar bilden gemäß Erfindung
die Rohre 2 gegenüber der (strichliert gezeichneten) allgemeinen Flußrichtung der
Schmelze einen stumpfen Winkel von vorzugsweise i2d'! und die durch die entgegengesetzte
Längsseitenwandung hindurchgeführten Bohrungen 3
einen spitzen Winkel von
vorzugsweise 30'. Zum Anschluß der Gasleitungen an die Bohrungen
3
dienen die größeren Bohrungen 3".
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Durch diese Anordnung werden bei Gaszufuhr durch die Rohre bzw. Bohrungen
die in Fig. i punktiert angedeutete, zykloidenartige Bewegung der Schmelze und damit
die bereits oben geschilderten Vorteile erreicht.
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Eine besonders lange Lebensdauer der Rohre wird erfindungsgemäß dadurch
erzielt, daß die in den Behälter hineinragenden Teile der Rohre so tief liegen,
daß sie im Betrieb unterhalb des Schmelzspiegi->ls liegen, also stets vollständig
von der Schmelze umgeben sind.
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In Fig. 3 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines der Rohre
dargestellt. Das zur Zufuhr der oxydierenden Gase bestimmte Innenrohr 2" ist von
zwei Mänteln 2b und 2, umgeben. Das in den
Mantel 2, hineinragende
Ende des Mantels :2b 'St offen, der Mantel 2, ist allseitig geschlossen.
Wird durch den Stutzen 2d ein Kühlmittel eingeführt, so durchs trömt' dieses den
Zwischenraum zwischen dein Innenrohr 2" und dem Mantel 2b, gelangt dann in
den Zwischenraum zwischen dem Mantel 2b und dem Mantel 2" strömt dort zurück
und wird durch den Stutzen:2, abgeführt.
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Mit 4 (Fig. 2) ist die Bohrung oder Düse bezeichnet, durch welche
oxydierende Gase in den Raum oberhalb des Schmelzspiegels zum Zwecke der vollständigen
Verbrennung des Kohlenoxydes geführt werden.
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Versuche haben ergeben, daß eine derartige Kühlung, durch welche der
Kühlmittelstrom das Rohr bis zu seinem Ende umspielt, völlig ausreicht, um die Rohre
lange Zeit betriebsfähig zu erhalten. Auch hat sich überraschenderweise gezeigt,
daß-als Material für die Rohre vorteilhaft Metalle, insbesondere Kupfer, geeignet
sind. Um die nur ganz wenig aus dem Futter in die Schmelze hineinragenden Enden
der Rohre bildet sich, wie Versuche ergeben haben, eine Schutzschicht, durch welche
diese Enden vor dem Angriff der Schmelze, der Schlacke und des Eisenoxyduls bewahrt
werden. Trotzdem können gegebenenfalls die Rohre leicht ausgewechselt werden, da
die Schutzschicht nicht fest an den Rohrenden, sondern an dem Futter des Behälters
haftet. In Fig. 3 ist diese Schutzschicht C angedeutet.
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Die Bildung dieser Schutzschicht wird durch die besonders intensive
Kühlung gemäß der Erfindung bewirkt bzw. gefördert.
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Bei dieser Ausführung der Rohre ist der zylindrische Teil vollständig
im Futter des Behälters gelagert und damit gegen alle chemischen und thermischen
Angriffe durch die Schmelze oder durch die heißen Gase, die sich oberhalb der Schmelze
befinden, geschützt. Lediglich die in den Behälter hineinragenden Köpfe der Rohre
kommen mit der Schmelze in Berührung. Wie Versuche ergeben haben, verhält sich ein
abgeflachter Kopf gegenüber z. B. halbkugelförtnigen Rohrköpfen wesentlich günstiger,
da die Angriffsfläche erheblich kleiner und auch die Einwirkung des Kühlmittels
besser ist.
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Um ein Eintreten des Kühlmittels in die Schmelze bei Leckwerden des
Kühlmantels zu vermeiden, wird dieses in bekannter Weise nicht durch Druck, sondern
durch Ansaugen gefördert. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, Kühlmittel zu verwenden,
die beim unerwünschten Zusammentreffen mit der Roheisen- oder Stahlschmelze trotzdem
ungefährlich sind, z. B. flüssige oder gasförmige Kohlensäure.
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Selbstverständlich ist es erforderlich, den Umlauf des Kühlmittels
zu überwachen.