DEP0047568DA

DEP0047568DA - Cupola furnace for foundries and steel works

Info

Publication number: DEP0047568DA
Authority: DE
Inventors: Adolphe Poumay
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1950-11-30

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.The present invention relates to the cupolas used in foundries and steel mills. If there are two superimposed rows of tuyeres below the melting zone in the cupola furnaces customary up to now, the turrets located in the lower level have the larger cross-section and allow the greater amount of air blown in overall to enter. The levels above have a smaller cross-section and allow a smaller amount of air to enter in order to supplement the insufficient amount of air blown in by the main wind forms or to burn the rising carbon dioxide.

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.So far, the arrangement of two rows of wind forms has been rejected because they are said to have harmful effects. An increase in height and extent of the melting zone and the associated increase in the cold and oxidizing zone are said to damage the quality of the metal, which decreases in relation to the temperature drop and the increase in the oxidation reactions of its components.

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.One purpose of the present invention is not only to reduce or eliminate the zone of cooling and oxidation created by the lower level tuyeres, but also to enable the use of a second tier of tuyeres above the former, the both levels are located below the melting zone, without the above-mentioned poor results being achieved, but on the contrary, an improvement in the operation of the furnace by increasing the thermal utilization and reduction on the oxidation process.

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:In contrast to the previously pursued method of choosing a smaller cross-section for the wind forms of the upper level than those of the lower level, it is done the other way around, i.e. the wind forms of the lower level have a smaller cross-section than those of the upper level. When the cupola is in operation, it works as follows:

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.The tuyeres of the lower row, which have a small cross-section, let the air escape in an amount proportional to the smallness of this cross-section, that is, insufficient to cause the formation of a zone of strong cooling and oxidation, as in the ordinary cupolas according to the foregoing is generated. The consequences will be intensive formation of carbon monoxide and very high temperatures at and above the level of these wind forms; as a result of the insufficient air injection, the space through which the air flows inside the furnace is reduced more so that every trace of free oxygen is lost; All the oxygen blown in is used the more rapidly for the combustion phenomena of the carbon of the coal, and the maximum of the combustion temperature is reached in the minimum of time; the rising gases of very high temperature become very rich in carbon monoxide and, when they reach the level of the main wind forms, their high temperature counteracts the cooling caused by these wind forms; the temperature that will prevail at the height of the main wind forms will thus be significantly higher than in all previously known cupolas. As a result, the rising CO, which comes from the small wind forms of the lower level, enters into a vigorous combustion reaction with the free oxygen which is in the height of the main wind forms. The free oxygen suddenly disappears and, as a result, the oxidizing zone completely. In addition, the combustion of the rising CO causes an enormous increase in temperature in the altitude and above the main wind forms and, as a result, the complete disappearance of the zone of strong cooling in the ovens customary up to now. The melting zone is brought to the maximum temperature for the most benefit of the molten iron temperature; In addition, by not passing through an oxidation zone, this is withdrawn from the oxidizing process in all previously known working processes of cupola furnaces.

Es liegen sonach die günstigsten Bedingungen für die Herstellung von Gusseisen hoher Festigkeiten vor.There are therefore the most favorable conditions for the production of cast iron with high strengths.

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.Modern furnace construction technology has the advantage of using In the masonry recessed arranged wind forms realized by narrowing the diameter of the profile over the wind forms. This arrangement results in a reduction in the area of the oxidizing zone at the level of the tuyeres and keeping open the mouths of the tuyeres in the furnace which are not reached by the slag.

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.This arrangement has heretofore only been used in cupolas with a single row of tuyeres below the melting zone. Due to the stepwise formation of the profile of the refractory lining according to the invention, this arrangement can also be used in cupolas with several rows of tuyeres below the melting zone.

Gemäss der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:According to the invention, the following advantages result:

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.On the one hand, the cold and oxidizing zone is eliminated by arranging tuyeres of reduced cross-section below the melting zone, which are arranged in the lower row and supply the carbon oxide before it is burned with the free oxygen of the upper row of the main turrets with a large cross-section serves to eliminate this free oxygen below the melting zone.

Diese Windformen werden gegeneinander in Zickzackform versetzt angeordnet oder liegen auf ein und derselben senkrechten Erzeugenden.These wind forms are arranged offset from one another in a zigzag shape or lie on one and the same vertical generatrix.

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.This arrangement contains exactly the opposite of what has so far been done in all cupolas with two or more rows of tuyeres below the melting zone and consisted in arranging the main turrets with a large cross-section in the lower level, while the turrets of the level above or Levels always had a smaller cross-section than that of the wind forms of the lower level.

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.Then one obtains a reduction in the oxidizing zone and keeping the mouths of the tuyeres clear in the furnace by using the cascading profile of the refractory lining, which is achieved by reducing the profile diameter of the refractory lining above each tuyere row below the melting zone, for each of them will.

Diese Anordnung ergibt weiter noch folgende Vorteile:This arrangement also results in the following advantages:

Eine Verringerung der Entfernung zwischen der Schmelzzone und der Gegend der Windformen,A decrease in the distance between the melting zone and the area of the turrets,

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,a reduction in the height of the melt zone, and consequently a strong increase in the temperature in the melting zone with maximum utilization of the increase in the temperature of the cast iron,

eine Erhöhung der ganzen Innentemperatur von der Ebene der unteren Windformen bis zur Reduktionszone über der Schmelzzone,an increase in the entire internal temperature from the level of the lower tuyeres to the reduction zone above the melting zone,

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,a more reliable keeping open of the mouth openings of all tuyeres and as a result a much more even flow of the whole process, lower work performance of the fan, due to the lower resistance to the outflow of air, which is opposed by the turrets,

eine Reduzierung des Verlustes durch Oxydation,a reduction in loss through oxidation,

eine wirtschaftlichere Verbrennung infolge der erzielten Temperaturerhöhung,more economical combustion as a result of the temperature increase achieved,

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,a higher temperature of the cast iron and the slag and, as a result, better desulphurisation of the metal, better cleaning of the metal through easier liquidity of the dissolved oxides and metallic and other inclusions,

eine Erhöhung der stündlichen spezifischen Schmelzgeschwindigkeitan increase in the hourly specific melting rate

und eine geringere Rekarborierung als Folge der Brennstoffausnutzung, die die Gewinnung von Gusseisen mit niedrigem Gesamtkohlenstoffgehalt, d.h. von Gusseisen hoher Festigkeit erleichtert.and less recarboration as a result of fuel economy, which facilitates the recovery of low total carbon cast irons, i.e., high strength cast irons.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer Anwendung auf einen Kupolofen dargestellt, wie er in Giessereien und Stahlwerken verwandt wird.In the drawing, an embodiment of the invention is shown in its application to a cupola furnace as it is used in foundries and steelworks.

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. 1.1 is a vertical section corresponding to the intersection I-I of FIG. 2. FIGS. 2 and 3 are horizontal half-sections corresponding to the section lines II-II and III-III of FIG.

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 inThe cupola consists of a cylindrical body made of riveted sheet metal 1 with a refractory lining 3 and insulating material 2, which is sandwiched between 1 and 3. A wind jacket 4 with viewing openings 5 supplies the air to all wind forms 6, 7 and 8. The wind forms 6 for the formation of carbon oxide of the lower level have a calculated, rectangular small cross-section. Its height is practically the lowest possible to achieve blowing in an area and thus to achieve the thinnest possible melting zone in addition to the large tuyeres 7, but especially so that the wind is directly 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.Contact with the largest possible volume of fuel for a quick use of the injected oxygen and intensification of the CO formation comes in correlation with the smallness of the amount of air injected. The lack of excess air and free oxygen eliminates the cold and oxidizing zone. The cascading profile of the refractory lining, indicated in Fig. 1 by the reference numeral 11, allows the oxidizing zone to be reduced corresponding to the recessed lining produced by the narrowing of the diameter just above the level of the tuyeres. The cast iron droplets, which come from an area with a smaller diameter, do not pass through the set-back part of the rim when they fall and enter the cooling and oxidizing influence of the air blown in through the small tuyeres 6. The same applies to the slag. Cast iron and slag cannot clog the opening of the tuyeres 6 as a result of the mentioned recession, which will remain completely free. The wind penetrates without hindrance and the combustion process will continue to be regular. The work to be done by the fan is less and the gain in motor power is proportional to the fact that the tuyere mouths are largely kept free. The wind forms 7 with a large cross section are the so-called melting or main wind forms or wind forms for the formation of CO (exp) 2. They have the same shape and the same downward orientation as the small CO wind forms in the lower row. Like these, they are also arranged in the lining so as to be set back above their plane due to the narrowing of the profile diameter. Their cross-section is significantly larger than that of the wind forms in the lower row. As far as the cast iron and the slag are concerned, the same phenomena as those previously indicated for the tuyeres 6 are found at the level of these tuyeres 7.

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 dieThe distance between the two planes of the tuyeres 6 and 7 must be sufficient to ensure the arrival of rising gases rich in carbon dioxide in the plane of the main turrets 7. These gases, as is well known, have a tendency to flow along the walls of the furnace for information of the lower resistance. As they climb up, they partially hit the projecting edge that the refractory profile presents on the upper level of the main wind forms due to the narrowing of the inner diameter. The kickback effect exerted on the rising gases by the projecting edge of the lining combined with the diametrical direction of the radial air jets emerging from the tuyeres 7, in cooperation with the displacement effect caused by the heat and the torsion effect caused by the

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.Deflection in the furnace shaft, which looks like a chimney, creates an intense vortex of the gases and air, which mix intimately and lead to violent combustion of the rising CO. This reaction shows that the free oxygen disappears in the plane of the wind forms 7. The temperature is brought to the maximum. This applies to the iron and slag that flow through this non-oxidizing and extraordinarily hot zone. As for the regeneration wind form 8, which are arranged helically or in some other way between the melting zone and the furnace top, their task is to burn the CO coming from the reduction zone to CO (exp) 2 and thus the latent heat of the rising gases regain, thereby avoiding any caloric loss. The recovered calories are used to preheat the falling load. The tuyeres are equipped with an inlet valve 9 and a pressure control valve 10. The peculiarities of these tuyeres, dimensions, number, arrangement, amount and pressure of the tuyere are obviously functions of the hourly rate of melting of the furnace and the physical need not to create an additional melting zone or point in the feed column.

Claims

1.) Cupola furnace for foundries and steelworks, characterized in that it has one or more levels of wind forms (6) with a smaller cross section, which are preferably rectangular and low in height, below the melting zone and the level of the main tuyeres (7) with a wide cross-section .

2.) Cupola according to claim 1, characterized in that it is equipped with regeneration tuyeres (8) above the melting zone.

3.) cupola according to claim 1 or 2, characterized in that the profile of the refractory lining in the area of the tuyeres in and below the melting zone is cascade-shaped, whereby all turrets are set back.

4.) cupola according to claim 1, characterized in that the distance between the plane or the planes of the lower wind forms with a small cross-section and the plane of the main wind forms with a large cross-section is sufficiently large to prevent the entry of rising gases rich in carbon oxide to ensure the level of the main wind forms.