EP0946848B1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines schachtofens - Google Patents

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EP0946848B1
EP0946848B1 EP97948806A EP97948806A EP0946848B1 EP 0946848 B1 EP0946848 B1 EP 0946848B1 EP 97948806 A EP97948806 A EP 97948806A EP 97948806 A EP97948806 A EP 97948806A EP 0946848 B1 EP0946848 B1 EP 0946848B1
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EP
European Patent Office
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oxygen
lance
jet
combination
fed
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97948806A
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English (en)
French (fr)
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EP0946848A2 (de
Inventor
Ralf Hamberger
Jürgen Schmidt
Gerhard Von Hoesslin
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Air Liquide Deutschland GmbH
Original Assignee
Messer Griesheim GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Messer Griesheim GmbH filed Critical Messer Griesheim GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP0946848B1 publication Critical patent/EP0946848B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/20—Arrangements of devices for charging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/02—Making special pig-iron, e.g. by applying additives, e.g. oxides of other metals
    • C21B5/023—Injection of the additives into the melting part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/16—Arrangements of tuyeres

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a shaft furnace, in particular a cupola furnace, in the upper part of the shaft metallic feedstocks, Alloying elements and energy carriers, such as coke, and in the lower part of the An oxidation medium, such as air, are added, the Melting zone additives, namely alloying elements, metal chips or dusts be fed.
  • dusts in the nozzle level for the cupola furnace furnace wind have been blown in the foundry and in the cupola furnace operation (EP 0 504 700 A1.
  • Such dust are, for example, filter dust from cupola furnace dedusting, foundry sands no longer to be processed, dust from the blow room and grinding shop, etc.
  • These dusts contain, among other things, SiO 2 , which can be used as a slag generator for the cupola furnace melting process, but also flammable organic components, the calorific value of which can be used for the melting process.
  • the calorific value of the combustible constituents of the dusts is used as melting energy and the SiO 2 as slag generator.
  • Problematic constituents of the dusts, such as heavy metals, are integrated into the slag in an environmentally-friendly manner, for example glazed.
  • WO-A-9 420 642 describes a wind form of a blast furnace with a hot air nozzle into which separate ones Mouth lances for the supply of dust (dust coal) and oxygen in the area of the nozzle opening.
  • the wind form is to be regarded as a combination lance.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus with which the different requirements described when using the additives mentioned are satisfied, an undesired lowering of the melting temperature is avoided and the formation of pollutants, in particular NO x , can be prevented to an unacceptable extent.
  • the introduction conditions of the additives, the fuel and the additionally introduced oxygen can be designed, in particular the speeds can be set so high that no flame forms. This prevents the formation of environmentally harmful NO x compounds and the burning of valuable components such as alloy elements.
  • the method according to the invention is suitable for all common types of cupolas, e.g. With Hot wind, warm wind, cold wind, secondary wind operated stoves, fed and Unlined furnace types, long-term ovens, interchangeable ovens, shuttle ovens, etc. equally suitable.
  • the feedstock of such ovens can include as a metallic insert Steel scrap, recycling material (cast waste), cast breakage, pig iron, ferromanganese, FeSi as a non-metallic insert Carbon (e.g. coke), silicon carbide, ferromanganese, lime, gravel, basalt.
  • a metallic insert Steel scrap recycling material (cast waste), cast breakage, pig iron, ferromanganese, FeSi as a non-metallic insert Carbon (e.g. coke), silicon carbide, ferromanganese, lime, gravel, basalt.
  • the furnace is known to be air ("wind"), which either is preheated (hot wind, warm wind) or has ambient temperature (cold wind), fed through one or more rows of nozzles.
  • wind air
  • This air can be oxygenated be enriched.
  • the method according to the invention is suitable for all furnace sizes.
  • a cupola can three different fabrics at the same time or in succession in the desired order be fed.
  • the first substance can be an alloying element, such as a Carburizing agent (FeSi, SiC or the like) or dust (e.g. cupola furnace dust, Used sand, cleaning dust, etc.) or iron shavings or a mixture of the above Be fabrics.
  • a Carburizing agent FeSi, SiC or the like
  • dust e.g. cupola furnace dust, Used sand, cleaning dust, etc.
  • iron shavings a mixture of the above Be fabrics.
  • the second substance serves the oxidative or reductive conditions, which are for the the respective use of the first substance are necessary. As a result, it can predominantly both gaseous, liquid, solid materials containing calorific value act carbon-containing or hydrocarbon-containing substances.
  • the third substance compensates for the drop in melting temperature caused by the use of the first two substances arises from. So it's oxygen predominantly exits the facility at supersonic speed.
  • the three material flows can be regulated separately from each other in the range of 0% - 100%.
  • the optimal setting depends on the type, quantity and composition of the Substance 1 and the respective requirements of the melting shop.
  • the introduction conditions over the or each combination lance are designed in such a way in particular the insertion speeds are chosen so that among all possible Operating parameters the creation of a flame immediately in front of the lance is prevented.
  • the cupola furnace can mainly use oxygen via separate oxygen lances Supersonic speed can be supplied.
  • the combination lances according to the invention and the oxygen injection lances for additional oxygenation are preferably in the existing ones Wind nozzles (water-cooled copper nozzles or uncooled stamped nozzles) built-in. But it is also possible to use these facilities and additional ones Oxygen injection lances in separate feeds in the melt plane of the Install the cupola.
  • Fig. 1 shows a cupola furnace known in principle with a shaft in the upper part 1 metallic feedstocks, alloying elements and Energy carriers, such as coke, and in the lower part 2 Oxidation medium such as air - the so-called furnace wind - via a wind ring 3 and from there it is introduced into the melting zone 5 via introduction channels 4.
  • Oxidation medium such as air - the so-called furnace wind - via a wind ring 3 and from there it is introduced into the melting zone 5 via introduction channels 4.
  • introduction channels 4 In at least two diagonally opposite insertion channels 4 are in total combination lances designated by reference number 6 are used according to the invention.
  • the Combination lance 6 is with lines 9 for oxygen and 10 for fuel, such as flammable gases, and with a central feed line 11 for additives, such as Dusts, used foundry sands, alloying elements, metal chips, carbon and the like.
  • the reference numerals 9 'and 10' denote individually operated shut-off valves for lines 9 and 10.
  • the structure of the combination lance 6 is shown in detail in FIGS. 3 to 5 see.
  • a protective tube 12 surrounds two lances arranged in parallel, namely a cloth lance 13 and an oxygen lance 16.
  • the cloth lance 13 comprises a Outer tube 14 for supplying fuel, such as fuel gases (methane, natural gas or the like), via line 9 and one of them via an annular gap 14 'to Transport of the fuel separate inner tube 15 for feeding Additives, such as dusts via line 11, run parallel to fabric lance 13 the oxygen lance 16, preferably at a distance X from the Outer tube 14 and a distance Y from inner tube 15, as shown in FIG. 5 is shown.
  • the distance X is preferably in a range equal to that Inner diameter of the oxygen lance 16 and ten times this Inner diameter, while the distance Y is preferably in a range between twice and twenty times the inside diameter of the Oxygen lance 16 lies.
  • the oxygen lance 16 is from the fabric lance 13 covered.
  • the feed line 10 leads into this oxygen lance 16
  • Oxygen lance 16 a Laval nozzle 18, as indicated in Fig. 5 and in Fig. 6 for a separate oxygen injection lance 20 is shown in axial section.
  • the oxygen on the oxygen lance 16 is shown in axial section.
  • the oxygen on the oxygen lance 16 is in addition in the fabric lance 13 on the Annular gap 14 'supplied oxygen or the fuel gas also supplied here alone blown in at the maximum speed of sound.
  • Oxygen can also do that through that Dust or other additives added to the inner tube 15 may be added. Also here the speed of sound is not exceeded when blowing in.
  • FIG. 6 shows, in the same representation as FIG. 2, a feed channel 4 in another Oxygen injection lance 20 used for furnace wind with in the mouth inserted Laval nozzle 18.
  • a feed channel 4 in another Oxygen injection lance 20 used for furnace wind with in the mouth inserted Laval nozzle 18.
  • Only oxygen can be used Supersonic speed are blown.
  • 6 are 21 with a Oxygen line, with 22 a shut-off valve, with 23 a quick release coupling and 24 denotes a lance holder for the oxygen injection lance 20.
  • the Devices 23 and 24 can of course also on the combination lance 6 may be provided.
  • the operator can briefly, for example daily depending on the one to be used Batch, the operating conditions, the results of analyzes of the furnace content and the fuels and additives to be blown in decide whether and to what extent and where it additionally blows in oxygen and additives.
  • the introduction conditions in particular the blowing speeds, are so high that there is no flame in the immediate vicinity of the mouth 25 in the Furnace interior 26 forms. This avoids the burning of valuable components such as alloying elements and the like and also prevents the formation of environmentally harmful NO x compounds to an unacceptable extent.
  • Wind insertion channels 4 must be left empty.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, dem im oberen Teil des Schachtes metallische Einsatzstoffe, Legierungselemente und Energieträgerstoffe, wie Koks, und im unteren Teil des Schachtes ein Oxidationsmedium, wie Luft, zugegeben werden, wobei der Schmelzzone Zusatzstoffe, nämlich Legierungselemente, Metallspäne oder Stäube zugeführt werden.
Die Einbringung solcher Zusatzstoffe separat voneinander in die Schmelzzone gehört zum Stand der Technik.
So ist es bekannt, Legierungselemente, wie Aufkohlungsmittel, Siliziumcarbid oder Ferrosilizium, in die Schmelzzone von Kupolöfen mit dem Ziel der Korrektur der Eisenanalyse einzublasen (EP 0 336 121 B1).
In jüngerer Zeit bläst man in der Gießerei und beim Kupolofenbetrieb anfallende Stäube in der Düsenebene für den Ofenwind des Kupolofens ein (EP 0 504 700 A1. Solche Stäube sind z.B. Filterstäube der Kupolofenentstaubung, nicht mehr aufzuarbeitende Gießereialtsande, Stäube aus der Putzerei und Schleiferei usw. Diese Stäube enthalten u.a. SiO2, welches als Schlackenbildner für den Kupolofenschmelzprozess genutzt werden kann, aber auch brennbare organische Bestandteile, deren Heizwert für den Schmelzprozess nutzbar ist. Verschiedene dieser Stäube gelten als Sonderabfall, dessen Entsorgung teuer ist.
Beim Einblasen in die Schmelzzone des Kupolofens wird der Heizwert der brennbaren Bestandteile der Stäube als Schmelzenergie und das SiO2 als Schlackenbildner genutzt. Problematische Bestandteile der Stäube, wie Schwermetalle, werden umweltsicher in die Schlacke eingebunden, z.B. verglast.
Alle diese in die Schmelzzone des Kupolofens eingebrachten Zusatzstoffe müssen unter unterschiedlichen und zum Teil gegensätzlichen Bedingungen eingeblasen werden. Während bei den Legierungselementen eine reduzierende Atmosphäre an der Einblasstelle erforderlich ist, muß bei heizwertreichen Stäuben oxidierend gefahren werden. Bei heizwertarmen Stäuben ist es sinnvoll, einen Energieträger mit einzubringen, damit die Verschlackung des SiO2-Anteils dieser Stäube nicht auf Kosten des Kokssatzes geht.
Generell senkt das Einsetzen insbesondere von Stäuben die Schmelztemperatur ab.
Um dieser Unzuträglichkeit zu begegnen ist in EP 0 618 419 A1 vorgeschlagen worden, einen Brenner mit durch Konzentrische Rohre erfolgender Zufuhr von Brennstoff und Sauerstoff vorzusehen, in dessen Flamme die Stäube eingetragen werden. Dabei können sich für die Umwelt schädliche NOx bilden. Außerdem können wertvolle Bestandteile der Zusatzstoffe oxidieren, d.h. verbrennen.
WO-A-9 420 642 beschreibt eine Windform eines Hochofens mit einer Heißluftdüse, in welche separate Lanzen für die Zufuhr von Staub (Staubkohle) und Sauerstoff im Bereich der Düsenöffnung munden. Die Windform ist als Kombinationslanze anzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die beim Einsatz der genannten Zusatzstoffe geschilderten unterschiedlichen Anforderungen befriedigt, eine unerwünschte Absenkung der Schmelztemperatur vermieden und das Entstehen von Schadstoffen, insbesondere NOx, in unzuträglichem Ausmaß unterbunden werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 5. Schachtöfen mit einer Solchen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 10, 11 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Beim Einsatz eines Verfahrens und einer Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich die Einbringbedingungen der Zusatzstoffe, des Brennstoffes und des zusätzlich eingebrachten Sauerstoffes so gestalten, insbesondere die Geschwindigkeiten so hoch einstellen, daß sich keine Flamme bildet. Damit lassen sich das Entstehen umweltschädlicher NOx-Verbindungen und das Verbrennen wertvoller Bestandteile, wie Legierungselemente, vermeiden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist für alle gängigen Kupolofentypen, z.B. mit Heißwind, Warmwind, Kaltwind, Sekundärwind betriebene Öfen, gefütterte und ungefütterte Ofenbauarten, Langzeitöfen, Wechselöfen, Shuttleöfen usw. gleichermaßen geeignet.
Das Einsatzmaterial solcher Öfen kann umfassen
als metallischen Einsatz Stahlschrott, Kreislaufmaterial (Gußabfall), Gußbruch, Roheisen, Ferromangan, FeSi
als nichtmetallischen Einsatz Kohlenstoff (z. B. Koks), Siliziumkarbid, Ferromangan, Kalk, Kies, Basalt.
Als Oxidationsmedium wird dem Ofen, wie bekannt Luft ("Wind"), die entweder vorgewärmt ist (Heißwind, Warmwind) oder Umgebungstemperatur hat (Kaltwind), über eine oder mehrere Düsenreihen zugeführt. Diese Luft kann mit Sauerstoff angereichert sein.
Das Verfahren nach der Erfindung ist für alle Ofengrößen geeignet.
Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung sind in der Schmelzebene des Kupolofens eine oder mehrere der beanspruchten und nachfolgend beschriebenen Kombinationslanzen zum Einbringen der Zusatzstoffe installiert.
Mit einer Vorrichtung nach der Erfindung können einem Kupolofen drei unterschiedliche Stoffe gleichzeitig oder nacheinander in gewünschter Reihenfolge zugeführt werden. Der erste Stoff kann ein Legierungselement, wie ein Aufkohlungsmittel (FeSi, SiC oder dergleichen) oder Staub (z.B. Kupolofenstaub, Altsand, Putzereistaub usw.) oder Eisenspäne oder eine Mischung der vorgenannten Stoffe sein.
Der zweite Stoff dient dazu, die oxidativen bzw. reduktiven Bedingungen, die für den jeweiligen Einsatz des ersten Stoffes nötig sind, einzustellen. Es kann sich folglich um sowohl gasförmige, flüssige, feste heizwerthaltige Stoffe, vorwiegend kohlenstoffhaltige bzw. kohlenwasserstoffhaltige Stoffe handeln.
Der dritte Stoff gleicht die Absenkung der Schmelztemperatur, die durch den Einsatz der ersten beiden Stoffe entsteht, aus. Es handelt sich also um Sauerstoff, der vorwiegend mit Überschallgeschwindigkeit aus der Einrichtung austritt.
Die drei Stoffströme sind getrennt voneinander im Bereich von 0%- 100% regelbar. Die optimale Einstellung richtet sich nach der Art, Menge und Zusammensetzung des Stoffes 1 sowie den jeweiligen Anforderungen des Schmelzbetriebes.
Die Einbringbedingungen über die oder jede Kombinationslanze sind derart gestaltet, insbesondere die Einbring-Geschwindigkeiten so gewählt, daß unter allen möglichen Betriebsparametern das Entstehen einer Flamme unmittelbar vor der Lanze verhindert wird. Vorteilhaft ist ein Einbringen durch die Kombinationslanze des Sauerstoffs im zweiten Strahl mit Überschallgeschwindigkeit, vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,5 Mach, und der Zusatzstoffe und Brennstoffe im ersten Strahl mit maximal Schallgeschwindigkeit. Dadurch werden eine optimale Effektivität des Verfahrens garantiert und ein Ansteigen der NOx-Werte verhindert. Zusätzlich zu dem Sauerstoff, der dem Kupolofen über die Kombinationslanzen zugeführt wird, kann dem Kupolofen Sauerstoff über separate Sauerstofflanzen vorwiegend mit Überschallgeschwindigkeit zugeführt werden.
Die erfindungsgemäßen Kombinationslanzen und die Sauerstoff-Injektionslanzen zum zusätzlichen Sauerstoffeintrag werden vorzugsweise in die vorhandenen Winddüsen (wassergekühlte Kupferdüsen oder ungekühlte gestampfte Düsen) eingebaut. Es ist aber auch möglich, diese Einrichtungen und die zusätzlichen Sauerstoff-Injektionslanzen in separate Zuführungen in der Schmelzebene des Kupolofens zu installieren.
Insbesondere werden mit einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Erfindung die folgenden vorteilhaften Wirkungen erzielt:
  • a) Die Zugabe von Aufkohlungsmitteln in reduzierender Atmosphäre und Zusatzsauerstoff ermöglicht ein Absenken des Kokssatzes, damit verbunden eine höhere Schmelzleistung, weniger Umweltbelastungen und die Möglichkeit einer kurzfristigen Analysenkorrektur.
  • b) Die Zugabe von FeSi bzw. SiC in reduktiver Atmosphäre und Zusatzsauerstoff ermöglicht ein Absenken des Einsatzes von SiC-Formlingen über die Gattierung und eine kurzfristige Analysenkorrektur (Kostenersparnis infolge geringeren Si-Abbrand).
  • c) Die Zugabe von Spänen in Verbindung mit Sauerstoff ermöglicht optimale Rückführung der Späne in den Ofen, geringen bzw. keinen Austrag und optimales Ausbringen. Ferner kann die Eisenanalyse durch den Einsatz von Guß- bzw. Stahlspänen gesteuert und die Eisentemperatur falls erforderlich gesenkt werden.
  • d) Die Zugabe von Stäuben in Verbindung eventuell mit Zusatzbrennstoff und Sauerstoff ermöglicht es, die Schlakkenführung momentan steuern zu können und Problemstoffe in unbedenkliche Stoffe (in verglaster Form) überzuführen, ohne mehr Koks setzen zu müssen, sowie auf Kies als Schlackebildner verzichten zu können.
  • e) Die Zugabe von Sauerstoff, bevorzugt mit Überschallgeschwindigkeit, bietet die Möglichkeit der Schmelzleistungsanpassung in einem weiten Bereich, Verringern der Schmelzkosten (Koks-Ersparnis, SiC-Ersparnis, weniger Staubanfall, Reduktion der Stromkosten usw.) sowie die Erhöhung der Eisentemperatur. Ferner werden die Winddüsen weniger thermisch belastet.
    • Alle diese Wirkungen ergeben sich bei kombinierter Anwendung der angegebenen Verfahrensschritte wie beansprucht.
    Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
    Fig. 1
    einen Vertikalschnitt durch einen Kupolofen, der mit Vorrichtungen gemäß der Erfindung ausgerüstet ist;
    Fig. 2
    einen vergrößerten Teilschnitt durch die Ofenwandung auf der Höhe der Schmelzzone durch einen Einbringkanal für den Wind, in den eine Vorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt ist;
    Fig. 3
    einen Längsschnitt nach der Linie III-III in Fig. 4 durch eine Vorrichtung gemäß Fig. 2;
    Fig. 4
    einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3;
    Fig. 5
    einen vergrößerten Schnitt wie Fig. 4 in abgewandelter Konfiguration;
    Fig. 6
    einen Teilschnitt ähnlich Fig. 2 in der Höhe der Schmelzzone durch einen Einbringkanal für den Wind, in den eine Sauerstoff-Injektionslanze eingesetzt ist;
    Fig. 7, 8 und 9
    Querschnitte durch die Schmelzzone des Kupolofens mit einer Anordnung von Kombinationslanzen gemäß den Fig. 2 bis 5 und Sauerstoff-Injektionslanzen gemäß Fig. 6 in drei Varianten.
    Fig. 1 zeigt einen im Prinzip bekannten Kupolofen mit einem Schacht, in dessen oberen Teil 1 metallische Einsatzstoffe, Legierungselemente und Energieträgerstoffe, wie Koks eingebracht werden und in dessen unteren Teil 2 ein Oxidationsmedium, wie Luft, - der sogenannte Ofenwind -, über einen Windring 3 und von dort über Einbringkanäle 4 in die Schmelzzone 5 eingeführt wird. In mindestens zwei diagonal gegenüberliegende Einbringkanäle 4 sind insgesamt mit der Bezugszahl 6 bezeichnete Kombinationslanzen gemäß der Erfindung eingesetzt.
    Eine Stelle der aus dem Futter 7 und dem Ofenmantel 8 bestehenden Ofenwand, die von einem Einbringkanal 4 für den Ofenwind mit eingesetzter Kombinationslanze 6 durchsetzt ist, zeigt der Teilschnitt nach Fig. 2 mit größerer Deutlichkeit. Die Kombinationslanze 6 ist mit Leitungen 9 für Sauerstoff und 10 für Brennstoff, wie brennbare Gase, sowie mit einer zentralen Zuführleitung 11 für Zusatzstoffe, wie Stäube, verbrauchte Gießereisände, Legierungselemente, Metallspäne, Kohlenstoff und dergleichen versehen. Die Bezugszahlen 9' und 10' bezeichnen individuell betätigbare Absperrventile für die Leitungen 9 und 10.
    Der Aufbau der Kombinationslanze 6 ist im einzelnen aus den Fig. 3 bis 5 zu ersehen.
    Gemäß den Fig. 3 bis 5 umgibt ein Schutzrohr 12 zwei parallel angeordnete Lanzen, nämlich eine Stofflanze 13 und eine Sauerstofflanze 16. Die Stofflanze 13 umfaßt ein Außenrohr 14 zum Zuführen von Brennstoff, wie Brenngasen (Methan, Erdgas oder dergleichen), über die Leitung 9 und ein davon über einen Ringspalt 14' zum Transport des Brennstoffes getrenntes Innenrohr 15 zum Zuführen von Zusatzstoffen, wie Stäuben über die Leitung 11. Parallel zu der Stofflanze 13 verläuft die Sauerstofflanze 16, und zwar vorzugsweise in einem Abstand X von dem Außenrohr 14 und einem Abstand Y von dem Innenrohr 15, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Der Abstand X liegt vorzugsweise in einem Bereich gleich dem Innendurchmesser der Sauerstofflanze 16 und dem zehnfachen dieses Innendurchmessers, während der Abstand Y vorzugsweise in einem Bereich zwischen dem zweifachen und dem zwanzigfachen des Innendurchmessers der Sauerstofflanze 16 liegt.
    In der Darstellung nach Fig. 3 ist die Sauerstofflanze 16 von der Stofflanze 13 verdeckt. In diese Sauerstofflanze 16 führt die Zuleitung 10. In ihrer Mündung hat die Sauerstofflanze 16 eine Lavaldüse 18, wie in Fig. 5 angedeutet und in Fig. 6 für eine gesonderte Sauerstoff-Injektionslanze 20 im Axialschnitt gezeigt ist. Aufgrund dieser Lavaldüse wird der Sauerstoff über die Sauerstofflanze 16, wie auch über die Sauerstoff-Injektionslanze 20 nach Fig. 6 mit Überschallgeschwindigkeit in die Schmelzzone 5 eingeblasen. Dagegen wird zusätzlich in der Stofflanze 13 über den Ringspalt 14' zugeführter Sauerstoff bzw. das hier auch zugeführte Brenngas allein maximal mit Schallgeschwindigkeit eingeblasen. Sauerstoff kann auch dem über das Innenrohr 15 zugeführten Staub oder anderen Zusatzstoffen beigemischt sein. Auch hier wird beim Einblasen die Schallgeschwindigkeit nicht überschritten.
    Fig. 6 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 2 eine in einen anderen Einbringkanal 4 für Ofenwind eingesetzte Sauerstoff-Injektionslanze 20 mit in die Mündung eingesetzter Lavaldüse 18. Hier kann also wahlweise ausschließlich Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeit eingeblasen werden. In Fig. 6 sind mit 21 eine Sauerstoffleitung, mit 22 ein Absperrventil, mit 23 eine Schnellschließkupplung und mit 24 eine Lanzenhalterung für die Sauerstoff-Injektionslanze 20 bezeichnet. Die Einrichtungen 23 und 24 können selbstverständlich auch an der Kombinationslanze 6 vorgesehen sein.
    So kann der Betreiber kurzzeitig, zum Beispiel täglich je nach der einzusetzenden Charge, den Betriebsbedingungen, den Ergebnissen von Analysen des Ofeninhalts und den gerade einzublasenden Brennstoffen und Zusatzstoffen entscheiden, ob und in welchem Umfang und wo er Sauerstoff und Zusatzstoffe zusätzlich einbläst.
    In allen Fällen des Einblasens, sei es nun über die Kombinationslanzen (im Normalfall mindestens zwei) oder zusätzlich über gesonderte Sauerstoff-Injektionslanzen 20, sind die Einbringbedingungen, insbesondere die Einblasgeschwindigkeiten so hoch, daß sich keine Flamme in unmittelbarer Nähe vor der Mündung 25 in das Ofeninnere 26 bildet. Dadurch wird eine Verbrennung wertvoller Bestandteile, wie Legierungselemente und dergleichen vermieden und außerdem ein Bilden von umweltschädlichen NOx-Verbindungen in unzuträglichem Ausmaß verhindert.
    Die Fig. 7 bis 9 zeigen Querschnitte durch einen Kupolofen auf dem Niveau der Einbringkanäle für den Wind schematisch mit drei (von vielen möglichen weiteren) Varianten der Einbringung von Sauerstoff und den erwähnten Zusatzstoffen sowie von Brennstoffen gemäß der Erfindung.
    Bei der Ausgestaltung nach Fig. 7 sind diagonal gegenüberliegend an den Stellen 70, 73 Kombinationslanzen 6 gemäß den Fig. 2 bis 5 in die Einbringkanäle 4 eingesetzt, während an den Stellen 71, 72; 74, 75 Sauerstoff-Injektionslanzen 20 gemäß Fig. 6 eingesetzt sind.
    Bei der Ausführung nach Fig. 8 sind jeweils um 120° versetzt insgesamt drei Kombinationslanzen 6 gemäß den Fig. 2 bis 5 eingesetzt, während jeweils 60° zu diesen Kombinationslanzen versetzt an den drei Stellen 81, 83 und 85 Sauerstoff-Injektionslanzen 20 gemäß Fig. 6 angeordnet sind.
    Schließlich sind bei der Variante gemäß Fig. 9 wiederum diagonal gegenüberliegend an den Stellen 90, 93 Kombinationslanzen 6 eingesetzt. Sauerstoff-Injektionslanzen sind an den Stellen 91, 94 diagonal gegenüberliegend angeordnet, während die Einbringkanäle für den Ofenwind an den ebenfalls diagonal gegenüberliegenden Stellen 92, 95 leer belassen sind.
    Es ist ersichtlich, daß zahlreiche weitere Varianten denkbar sind. So könnten z.B. außer zwei diagonal gegenüberliegenden Kombinationslanzen sämtliche weiteren Wind-Einbringkanäle 4 leer belassen sein.
    Der Variantenreichtum wird selbstverständlich dann noch größer, wenn mehr als sechs Wind-Einbringkanäle 4 um die Schmelzzone herum in der Ofenwandung vorgesehen sind.
    Es ist ersichtlich, daß mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung der Betreiber sehr große Freiheiten beim Fahren des Kupolofens erhält, die ihm eine schnelle Anpassung an wechselnde Analysenergebnisse, Betriebsbedingungen, Chargen, Einbringung von unterschiedlichen Zusatzstoffen und Brennstoffen ermöglichen, so daß sich stets eine Qualität nahe dem erreichbaren Optimum der Schmelze unter einem gleichzeitigen Minimum an Umweltbelastung erreichen läßt. Das Einbringen von Stäuben und verbrauchten Sänden ermöglicht eine eluatsichere Abfallbeseitigung.

    Claims (13)

    1. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, dem im oberen Teil des Schachtes metallische Einsatzstoffe, Legierungselemente und Energieträgerstoffe, wie Koks, und im unteren Teil des Schachtes ein Oxidationsmedium, wie Luft, zugegeben werden, wobei in die Schmelzzone in mindestens einem ersten Strahl (13) aufzuschmelzende Zusatzstoffe, nämlich Legierungselemente, Metallspäne, Sände, Stäube einzeln oder kombiniert, gegebenenfalls gemeinsam mit Kohlenstoff, eingeführt werden und mit dem ersten Strahl (13) zusätzlich Brennstoffe und Sauerstoff eingetragen werden,
      dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem separaten zweiten Strahl (16), welcher neben dem ersten Strahl (13) und mit diesem nicht Konzentrisch angeordnet ist, Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit in die Schmelzzone eingeführt wird und daß die Einbringbedingungen der erwähnten Stoffe im ersten Strahl und des Sauerstoffs im zweiten Strahl so kontrolliert werden, daß sich keine Flamme bilden kann.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff im zweiten Strahl mit Überschallgeschwindigkeit, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 2,5 Mach, zugeführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß Brenngas und/oder Sauerstoff im ersten Strahl maximal mit Schallgeschwindigkeit zugeführt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungselemente in reduzierender Atmosphäre, heizwertreiche Stäube unter Zufuhr von Sauerstoff und heizwertarme Stäube unter Zufuhr von Brennstoffen und Sauerstoff eingetragen werden.
    5. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden-Ansprüche, wobei mindestens eine Kombinationslanze (6) eine Stofflanze (13) zum Bilden des ersten Strahls und eine neben der Stofflanze (13) und mit dieser nicht Konzentrisch angeordnete Sauerstofflanze (16) zum Bilden des zweiten Strahls in einer konstruktiven Einheit zusammenfaßt,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Stofflanze (13) ein Innenrohr (15) zur Förderung der Zusatzstoffe und ein das Innenrohr mit Ringspalt (14') umgebendes Außenrohr (14) zur Förderung der Brennstoffe durch den Ringspalt aufweist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstofflanze (16) mit einer Lavaldüse (18) ausgestattet ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Stofflanze (13) und die Sauerstofflanze (16) nebeneinander in einem Schutzrohr (12) angeordnet sind.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationslanze (6) mehrere Stofflanzen (13) aufweist, wobei für Verschiedene Zusatzstoffeje eine eigene Lanze (13) vorgesehen ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß zusatzlich zur Kombinationslanze (6) und von dieser getrennt angeordnete Sauerstoff-Injektionslanzen (20) zum Einbringen von Zusatz-Sauerstoff vorgesehen sind.
    10. Schachtofen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationslanzen (6) in die vorhandenen Einbringkanäle (4) des Schacht-oder Kupolofens für den Ofenwind eingebaut sind.
    11. Schachtofen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationslanzen (6) in gesonderten Einbringkanälen in der Ofenwandung des Schacht-oder Kupolofens untergebracht sind, welche in die Schmelzzone münden.
    12. Schachtofen nach Anspruch 10 oder 11,
      dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zusatzliche Sauerstoff-Injektionslanze (20) in einen nicht durch eine Kombinationslanze (6) belegten Einbringkanal (4) für Ofenwind eingesetzt ist.
    13. Schachtofen nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zusatzliche Sauerstoff-Injektionslanze (20) in eine nicht durch eine Kombinationslanze (6) belegte, separate Öffnung eingesetzt ist.
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