DEP0047568DA - Kupolofen für Gießereien und Stahlwerke - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kupolöfen von Giessereien und Stahlwerken. Wenn es bei den bisher üblichen Kupolöfen zwei übereinanderliegende Reihen von Windformen unterhalb der Schmelzzone gibt, haben die Windformen, die sich in der unteren Ebene befinden, den grösseren Querschnitt und lassen die grössere Menge an insgesamt eingeblasener Luft eintreten. Die in der darüber liegende Ebene haben einen kleineren Querschnitt und lassen eine geringere Luftmenge eintreten, um die durch die Hauptwindformen eingeblasene, ungenügende Luftmenge zu ergänzen oder das hochsteigende Kohlenoxyd zu verbrennen.

Bisher hat man die Anordnung von zwei Reihen von Windformen abgelehnt, da sie schädliche Einflüsse haben sollen. So sollen eine Vergrösserung der Schmelzzone in Höhe und Ausdehnung und damit in Verbindung stehende Vergrösserung der kalten und oxydierenden Zone zum Schaden der Qualität des Metalles sein, die sich im Verhältnis zu dem Temperaturabfall und der Vergrösserung der Oxydationsreaktionen seiner Komponenten verringert.

Der eine Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, nicht nur die durch die Windformen der unteren Ebene erzeugte Abkühlungs- und Oxydationszone zu verringern oder in Fortfall zu bringen, sondern darüber hinaus die Verwendung einer zweiten Ebene von Windformen oberhalb der ersteren zu ermöglichen, wobei sich die beiden Ebenen unterhalb der Schmelzzone befinden, ohne dass die oben erwähnten mangelhaften Ergebnisse erzielt werden, sondern im Gegenteil eine Verbesserung des Betriebes des Ofens durch Vergrösserung der thermischen Ausnutzung und Redukti- on des Oxydationsvorganges.

Im Gegensatz zu der bisher verfolgten Methode, die Windformen der oberen Ebene im Querschnitt kleiner zu wählen als diejenigen der unteren Ebene, macht man es gerade umgekehrt, d.h. die Windformen der unteren Ebene haben einen kleineren Querschnitt als die der oberen Ebene. Wenn der Kupolofen sich in Betrieb befindet, vollzieht sich die Arbeitsweise wie folgt:

Die Windformen der unteren Reihe, die einen kleinen Querschnitt haben, lassen die Luft in einer Menge austreten, die der Kleinheit dieses Querschnittes proportional ist, d.h. unzureichend, um die Bildung einer Zone starker Abkühlung und Oxydation, wie sie in den gewöhnlichen Kupolöfen nach dem vorhergesagten erzeugt wird, hervorzurufen. Die Folgen werden sein, intensive Bildung von Kohlenoxyd und sehr hohe Temperatur in der Höhe und oberhalb der Ebene dieser Windformen; infolge der unzureichenden Lufteinblasung wird der Raum, den die Luft im Innern des Ofens durchströmt, stärker reduziert, so dass jede Spur von freiem Sauerstoff verlorengeht; der ganze eingeblasene Sauerstoff wird desto rascher für die Verbrennungserscheinungen des Kohlenstoffs der Kohle ausgenutzt und das Maximum der Verbrennungstemperatur wird in dem Minimum an Zeit erreicht; die aufsteigenden Gase von sehr hoher Temperatur werden sehr reich an Kohlenoxyd und, wenn sie in die Ebene der Hauptwindformen gelangen, wirken sie durch ihre hohe Temperatur der durch diese Windformen hervorgerufenen Abkühlung entgegen; die Temperatur, die in der Höhe der Hauptwindformen herrschen wird, wird so bedeutend höher liegen, als bei allen bisher bekannten Kupolöfen. Dies hat zur Folge, dass das hochsteigende CO, das von den kleinen Windformen der unteren Ebene herkommt, in lebhafte Verbrennungsreaktion mit dem freien Sauerstoff eingetreten wird, der sich in der Höhe der Hauptwindformen befindet. Der freie Sauerstoff verschwindet plötzlich und infolgedessen gänzlich auch die oxydierende Zone. Ausserdem ruft die Verbrennung des aufsteigenden CO eine enorme Temperaturerhöhung in der Höhe und oberhalb der Hauptwindformen und infolgedessen das gänzliche Verschwinden der Zone starker Abkühlung in den bisher üblichen Öfen hervor. Die Schmelzzone wird auf die Maximaltemperatur für den höchsten Nutzen der Temperatur des flüssigen Eisens gebracht; dieses wird dazu, indem es keine Oxydationszone durchläuft, dem oxydierenden Vorgang bei allen bisher bekannten Arbeitsverfahren von Kupolöfen entzogen.

Es liegen sonach die günstigsten Bedingungen für die Herstellung von Gusseisen hoher Festigkeiten vor.

Die moderne Ofenbautechnik hat den Vorzug der Verwendung von in dem Mauerwerk zurückspringend angeordneten Windformen durch Verengung des Durchmessers des Profils über den Windformen verwirklicht. Diese Anordnung hat eine Verringerung der Fläche der oxydierenden Zone in der Höhe der Windformen und das Offenhalten der Mündungsöffnungen der Windformen in dem Ofen, die von der Schlacke nicht erreicht werden, zur Folge.

Diese Anordnung ist bisher nur bei Kupolöfen mit einer einzigen Reihe von Windformen unter der Schmelzzone angewandt worden. Durch die absatzweise Ausbildung des Profils der feuerfesten Auskleidung gemäss der Erfindung, kann man diese Anordnung auch bei Kupolöfen mit mehreren Reihen von Windformen unterhalb der Schmelzzone in Anwendung bringen.

Gemäss der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:

Einmal erzielt man eine Beseitigung der kalten und oxydierenden Zone durch die Anordnung von Windformen verringerten Querschnitts unterhalb der Schmelzzone, die in der unteren Reihe angeordnet sind und das Kohlenoxyd liefern, bevor es durch seine Verbrennung mit dem freien Sauerstoff der oberen Reihe der Hauptwindformen mit grossem Querschnitt unter der Schmelzzone zur Eliminierung dieses freien Sauerstoffs dient.

Diese Windformen werden gegeneinander in Zickzackform versetzt angeordnet oder liegen auf ein und derselben senkrechten Erzeugenden.

Diese Anordnung enthält genau das Gegenteil von dem, was bisher bei allen Kupolöfen mit zwei oder mehreren Reihen von Windformen unter der Schmelzzone gemacht worden ist und darin bestand, die Hauptwindformen mit grossem Querschnitt in der unteren Ebene anzuordnen, während die Windformen der darüber liegenden Ebene oder Ebenen stets einen kleineren Querschnitt besessen haben, als derjenige der Windformen der unteren Ebene.

Sodann erhält man eine Reduzierung der oxydierenden Zone und ein Freihalten der Mündungsöffnungen der Windformen in den Ofen durch Benutzung des kaskadenförmigen Profils der feuerfesten Auskleidung, die durch die Verkleinerung des Profildurchmessers der feuerfesten Auskleidung oberhalb jeder Windformreihe unterhalb der Schmelzzone, und zwar für jede von ihnen erzielt wird.

Diese Anordnung ergibt weiter noch folgende Vorteile:

Eine Verringerung der Entfernung zwischen der Schmelzzone und der Gegend der Windformen,

eine Reduzierung der Höhe der Schmelzzone, und infolgedessen eine starke Erhöhung der Temperatur in der Schmelzzone bei grösster Ausnutzung der Erhöhung der Temperatur des Gusseisens,

eine Erhöhung der ganzen Innentemperatur von der Ebene der unteren Windformen bis zur Reduktionszone über der Schmelzzone,

ein sichereres Offenhalten der Mündungsöffnungen aller Windformen und infolgedessen sehr viel gleichmässigerer Ablauf des ganzen Prozesses, geringere Arbeitsleistung des Ventilators, infolge des geringeren Widerstands gegen das Ausströmen der Luft, der durch die Windformen entgegengestellt wird,

eine Reduzierung des Verlustes durch Oxydation,

eine wirtschaftlichere Verbrennung infolge der erzielten Temperaturerhöhung,

eine höhere Temperatur des Gusseisens und der Schlacke und infolgedessen bessere Entschwefelung des Metalls, bessere Reinigung des Metalls durch leichtere Flüssigkeit der aufgelösten Oxyde und metallischen und sonstigen Einschlüssen,

eine Erhöhung der stündlichen spezifischen Schmelzgeschwindigkeit

und eine geringere Rekarborierung als Folge der Brennstoffausnutzung, die die Gewinnung von Gusseisen mit niedrigem Gesamtkohlenstoffgehalt, d.h. von Gusseisen hoher Festigkeit erleichtert.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer Anwendung auf einen Kupolofen dargestellt, wie er in Giessereien und Stahlwerken verwandt wird.

Die Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt entsprechend der Schnittstelle I-I der Fig. 2. Die Figuren 2 und 3 sind waagerechte Halbschnitte entsprechend den Schnittlinien II-II und III-III der Fig. 1.

Der Kupolofen setzt sich aus einem zylindrischen Körper aus genietetem Blech 1 mit feuerfester Auskleidung 3 und Isoliermaterial 2 zusammen, das zwischen 1 und 3 zwischengefügt ist. Ein Windmantel 4 mit Schauöffnungen 5 liefert die Luft zu allen Windformen 6, 7 und 8. Die Windformen 6 zur Bildung von Kohlenoxyd der unteren Ebene haben einen berechneten, rechteckigen kleinen Querschnitt. Seine Höhe ist die praktisch geringstmögliche, um das Einblasen in einer Fläche zu erreichen und dadurch die dünnstmögliche Schmelzzone in Ergänzung mit den grossen Windformen 7 zu erzielen, insbesondere aber, damit der Wind direkt in

Berührung mit dem grösstmöglichsten Brennstoffvolumen für eine schnelle Ausnutzung des eingeblasenen Sauerstoffs und Intensivierung der CO-Bildung in Wechselbeziehung mit der Kleinheit der eingeblasenen Luftmenge kommt. Das Fehlen eines Überschusses an Luft und freiem Sauerstoff beseitigt die kalte und oxydierende Zone. Das kaskadenförmige Profil der feuerfesten Auskleidung, das in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 11 kenntlich gemacht ist, gestattet die Verringerung der oxydierenden Zone entsprechend dem zurückspringenden Futter, das durch die Verengung des Durchmessers unmittelbar oberhalb der Ebene der Windformen erzeugt wird. Die Gusseisentröpfchen, die aus einer Gegend geringeren Durchmessers kommen, durchqueren bei ihrem Fall nicht den zurückgesetzten Kranzteil und treten in den abkühlenden und oxydierenden Einfluss der durch die kleinen Windformen 6 eingeblasenen Luft. Gleiches gilt für die Schlacke. Gusseisen und Schlacke können die Öffnung der Windformen 6 infolge der erwähnten Zurücksetzung nicht verstopfen, die vollständig frei bleiben werden. Der Wind dringt ohne Hindernis ein und der Ablauf der Verbrennung wird unverändert regelmässig sein. Die von dem Ventilator zu leistende Arbeit ist geringer und der Gewinn an motorischer Kraft ist proportional der weitgehenden Freihaltung der Windformenmündungen. Die Windformen 7 mit grossem Querschnitt sind die sogenannten Schmelz- oder Hauptwindformen oder Windformen zur Bildung von CO(exp)2. Sie haben die gleiche Form und die gleiche abwärts gerichtete Lage, wie die kleinen CO Windformen der unteren Reihe. Wie diese sind auch sie in der Auskleidung durch die Verengung des Profildurchmessers über ihrer Ebene zurückspringend angeordnet. Ihr Querschnitt ist bedeutend grösser als derjenige der Windformen der unteren Reihe. Was das Gusseisen und die Schlacke angehen, so finden sich in der Höhe dieser Windformen 7 die gleichen Erscheinungen, wie diejenigen, die zuvor für die Windformen 6 angegeben sind, wieder.

Die Entfernung zwischen den beiden Ebenen der Windformen 6 und 7 muss eine genügende sein, um das Ankommen von an Kohlenoxyd reichen aufsteigenden Gasen in der Ebene der Hauptwindformen 7 zu gewährleisten. Diese Gase haben, wie man weiss, die Tendenz, info0lge des geringeren Widerstandes längs der Wände des Ofens zu strömen. Bei ihrem Hochsteigen treffen sie demnach teilweise auf den vorspringenden Rand, den das feuerfeste Profil an der oberen Ebene der Hauptwindformen durch die Verengung des inneren Durchmessers darbietet. Die auf die aufsteigenden Gase durch den vorspringenden Rand der Auskleidung ausgeübte Rückschlagwirkung vereinigt mit der diametralen Richtung der aus den Windformen 7 heraustretenden radialen Luftstrahlen, im Zusammenwirken mit dem durch die Hitze hervorgerufenen Verschiebungseffekt und dem Torsionseffekt durch die

Umlenkung in den, wie ein Kamin wirkenden Ofenschacht, erzeugen eine intensive Wirbelung der Gase und der Luft, die sich innig vermischen und zu einer heftigen Verbrennung des hochsteigenden CO führen. Diese Reaktion zeigt, dass der freie Sauerstoff in der Ebene der Windformen 7 verschwindet. Die Temperatur wird auf das Maximum gebracht. Dies gilt für das Eisen und die Schlacke, die durch diese nichtoxydierende und aussergewöhnlich heisse Zone fliessen. Was nun die Regenerationswindform 8 angeht, die schraubenförmig oder sonstwie zwischen der Schmelzzone und dem Gicht des Ofens angeordnet sind, so haben sie die Aufgabe, das von der Reduktionszone herkommende CO zu CO(exp)2 zu verbrennen und so die latente Wärme der aufsteigenden Gase wiederzugewinnen, wodurch jeder kalorischer Verlust vermieden wird. Die wiedergewonnenen Kalorien dienen zur Vorerhitzung der herabfallenden Beschickung. Die Windformen sind mit einem Einlassventil 9 und einem Druckregelventil 10 ausgerüstet. Die Eigenheiten dieser Windformen, Abmessungen, Zahl, Anordnung, Menge und Druck des Windes sind offensichtlich Funktionen der stündlichen Schmelzgeschwindigkeit des Ofens und der physikalischen Notwendigkeit, keine zusätzliche Schmelzzone oder einen solchen Schmelzpunkt in der Beschickungssäule zu schaffen.

Claims (4)

1.) Kupolofen für Giessereien und Stahlwerke, dadurch gekennzeichnet, dass er unterhalb der Schmelzzone und der Ebene der Hauptwindformen (7) mit breitem Querschnitt ein oder mehrere Ebenen von Windformen (6) mit geringerem Querschnitt besitzt, die vorzugsweise rechteckig und von geringer Höhe sind.

2.) Kupolofen nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er oberhalb der Schmelzzone mit Regenerationswindformen (8) ausgerüstet ist.

3.) Kupolofen nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der feuerfesten Auskleidung in der Gegend der Windformen in und unterhalb der Schmelzzone kaskadenförmig ausgebildet ist, wodurch alle Windformen zurückgesetzt liegen.

4.) Kupolofen nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Ebene oder den Ebenen der unteren Windformen mit kleinem Querschnitt und der Ebene der Hauptwindformen mit grossem Querschnitt genügend gross ist, um das Eintreten von hochsteigenden Gasen, reich an Kohlenstoffoxyd in die Ebene der Hauptwindformen zu gewährleisten.