EP2210053A1 - Düsenimplantat für kupol- oder schachtöfen - Google Patents

Düsenimplantat für kupol- oder schachtöfen

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Publication number
EP2210053A1
EP2210053A1 EP08801844A EP08801844A EP2210053A1 EP 2210053 A1 EP2210053 A1 EP 2210053A1 EP 08801844 A EP08801844 A EP 08801844A EP 08801844 A EP08801844 A EP 08801844A EP 2210053 A1 EP2210053 A1 EP 2210053A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cupola
nozzle
furnace body
combustion air
shaft furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08801844A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guido Nykiel
Miguel Gonzales Caparros
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rockwool AS
Original Assignee
Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG filed Critical Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
Publication of EP2210053A1 publication Critical patent/EP2210053A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/12—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
    • C21B11/02—Making pig-iron other than in blast furnaces in low shaft furnaces or shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/16—Tuyéres
    • 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 specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/16—Arrangements of tuyeres

Definitions

  • the present patent application relates to a nozzle implant for a cupola or shaft furnace, in particular for the production of mineral melts in mineral fiber production.
  • the coarse-grained starting products such as rocks and aggregates are filled together with a coarse-grained fuel in the formed as a shaft or cupola melting unit.
  • a coarse-grained fuel in the formed as a shaft or cupola melting unit.
  • the furnace temperature reaches a level at which the introduced coarse-grained rocks and aggregates melt.
  • the temperature in the furnace decreases in an upward direction, since the heat energy is released to the raw materials and the fuel serving as the energy carrier.
  • the oxygen concentration drops to almost zero.
  • the liquid phase formed in the melting zone sinks to the bottom of the melting aggregate.
  • segregation phenomena subsequently occur in which the iron reduced from the rock accumulates at the lowest point of the smelting aggregate and the melt required for mineral fiber extraction, due to its lower specific weight, discharges above the bottom via an outlet arranged there leaves.
  • the resulting molten iron is discharged via a arranged at the bottom of the melter opening as needed.
  • the resulting in the combustion process in the molten zone near the air inlet exhaust gases consist mainly of carbon dioxide, nitrogen dioxide and carbon monoxide.
  • these gases, but especially the carbon dioxide react with the carbon of the raw material / fuel column above the melting zone. It comes on the hot surfaces of the carbonaceous fuel to a strong endothermic reduction reaction in which the carbon dioxide reacts with the carbon in a Boudouard reaction to carbon monoxide. Energy is consumed by this undesirable reduction reaction, which adversely affects the heat balance of the melter. The energy losses resulting from such reactions are usually up to 20% of the total energy input.
  • the melting zone Due to the penetration-induced penetration depth of the air inlet called primary wind flow, the melting zone is not uniformly distributed over the entire base area. In many cases, only a small penetration depth of the primary wind is observed. This is the case in particular with shaft or cupola furnaces with large shaft diameters.
  • the melting capacity of the melting unit is directly dependent on the amount of air introduced as the amount of wind. Frequently, a superstoichiometric amount of wind is supplied at the required maximum melting rate, so that the melting unit is over-blown. Although the output power is increased by the increased amount of wind, this is often associated with a lowering of the melting temperature, which must be adjusted again by a higher fuel addition. This, in turn, is at the expense of melting performance.
  • the dead man formed in the middle of the shaft of the smelting unit is usually not reached despite the maximum amount of wind, so that the supply of oxygen in the zone of heavy fuel burns is unnecessarily high. The melting unit is overblown.
  • Melting units have an optimum operating point, in which the optimum amount of wind, depending on the area at the nozzle level, ie in the area of the wind supply, ensures maximum throughput with the lowest possible use of fuel and maximum melting temperature.
  • the optimum operating point of a smelting unit could be extended to a much wider window if the dead man's zone were to be reached with atmospheric oxygen necessary for combustion.
  • German Offenlegungsschrift 1 526 099 discloses that even in furnaces for burning sludge with larger cross sections than the penetration depth of the air, the combustion in the furnace center ceases. To overcome this problem, DE 1 526 099 describes a height-adjustable tube introduced from above in the center of the furnace or laterally introduced nozzle rods at the level of the primary wind nozzle plane.
  • WO 03/006389 also describes the problem of "dead man formation.” To solve this problem, WO 03/006389 proposes to allow radially arranged, movable nozzles to protrude deeper into the melting unit center Melting units with relatively small diameters feasible.
  • a Kupol- or shaft furnace for producing a melt, in particular for mineral fiber extraction, comprising a furnace body, a primary wind ring with at least one attached blow mold for blowing combustion air into the cupola or shaft furnace, and a means for introduction of combustion air in the formed in the region of the shaft center of the furnace low-reaction zone, which is characterized in that the means for introducing combustion air into the In the region of the shaft center of the furnace formed low-reaction zone is introduced from below into the furnace nozzle lance or arranged in the furnace nozzle beam, which are connected to a wind line.
  • the means for introducing combustion air in the formed in the region of the shaft center of the furnace low-reaction zone is connected to the primary wind ring.
  • such a device for introducing combustion air consists of a refractory concrete, which has a sufficient thermal, chemical and mechanical stability against the conditions prevailing in the cupola or shaft furnace at the time of melt production process conditions.
  • At the nozzle lance at least one outlet nozzle is provided in the region of the upper end of the lance.
  • a nozzle is aligned at an angle between 0 ° and 90 ° to the furnace center axis. In this way, a wind guide is made possible, which is able to avoid the greatest possible avoidance of the dead areas in the center of the shaft of the smelting unit.
  • the cupola or shaft furnace at least two substantially oppositely arranged blow molds for blowing combustion air into the cupola or shaft furnace, wherein the means for introducing combustion air into the formed in the region of the shaft center of the furnace low-reaction zone a nozzle bar is, which rests on the blow molds.
  • the nozzle bar can be connected via the serving as a support blow molds to the primary wind ring and acted upon by wind.
  • An inventive nozzle bar has a plurality of nozzles distributed over the nozzle bars.
  • the nozzles provided in the nozzle lance or the nozzle beam according to the invention are advantageously formed from a high-temperature-resistant ceramic, preferably based on zinc oxide.
  • a water cooling has been shown as a suitable cooling device.
  • the nozzle lance or the nozzle beam can be provided in this corresponding coolant lines through which cooling water can be performed.
  • the applied wind is advantageously already preheated in the nozzle bar or the nozzle lances and flows as a hot blast in the low-reaction zone of the melting unit.
  • the air additionally acted upon by the nozzle lance or the nozzle bar is preheated to a temperature of up to 650 0 C. It has been found that up to 50% of the air fed in via the primary wind nozzles can be acted upon by the nozzle lance or the nozzle beam provided according to the invention.
  • Fig. 1 shows an inventively introduced from below into a melting unit nozzle lance or central nozzle.
  • FIG. 2 shows a nozzle bar provided according to the invention in a melting unit.
  • Fig. 3 shows the situation according to the prior art.
  • Fig. 1 shows a cupola 1 with a cupola lid 9 arranged at the bottom, in which a central nozzle 6 is arranged through a pipe opening.
  • the cupola 1 has in the region of its wall and its bottom above the Kupolofendeckels 9 a refractory lining 5 or insulating stones.
  • the Kupolofendeckel 9 is sealed with respect to the central nozzle 6 with a refractory material, so that neither melt nor liquid iron can escape from the tube breakthrough.
  • the central nozzle 6 is made of a special refractory concrete which withstands the thermal, chemical and mechanical stresses during the smelting campaign.
  • the central nozzle 6 is equipped with one or more outlet nozzles, which are arranged horizontally, preferably diagonally upwards.
  • the plane of the outlet nozzles is located at the level of primary wind nozzles or blow molds 3 or is arranged slightly above this level.
  • the primary wind nozzles or blow molds 3 are connected to a primary wind ring 2.
  • a vertically upward arrangement of the outlet nozzles is advantageous, but there is a risk that flowing down melt and / or iron flowing down the outlet nozzles added.
  • the outlet nozzles are made of high temperature resistant material, eg. Zirconium oxide.
  • the central nozzle 6 inserted from below into the cupola lid 9 can be subjected to additional wind separately from the primary wind.
  • the additional wind can be enriched with oxygen.
  • the outlet nozzles are designed in number and in diameter so that 5 to 50%, preferably 10%, of the primary wind can be added via the central nozzle 6 as an additional wind.
  • an expanded zone 7 of strong coke combustion is formed.
  • the central nozzle 6 inserted from below falls out together with the remaining furnace filling.
  • the central nozzle 6 inserted from below may possibly be used over several melting campaigns.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment of a cupola 1 with a nozzle bar 8, which consists of a refractory concrete mass and is supported on two opposite blow molds 3, through which the nozzle bar 8 refers additional air.
  • the outlet nozzle having nozzle bar 8 is connected to the existing primary wind ring 2 and thus involved.
  • the flow rate can be determined via the selected cross-section and the number of outlet nozzles, which depends on the primary wind volume flow and the resulting pressure resistance of the system.
  • the outlet nozzles of the nozzle beam 8 are made of a high temperature resistant ceramic, z. Zirconium oxide.
  • the nozzle bar 8 is designed so that the filling of the empty furnace, the component is not destroyed. As with the central nozzle 6 used from below or above, the use of hot blast is advantageous. Further improvement can be achieved by additional oxygenation. Above the nozzle bar 8, a zone 7 strong coke combustion is formed.
  • Fig. 3 shows a cupola 1 according to the prior art and therefore without the inventively provided means for introducing combustion air in the formed in the region of the shaft center of the furnace low-reaction zone.
  • 3 combustion air is introduced into the cupola 1 only via the ring connected to the primary wind 2 blow molds. This creates zones of heavy fuel conversion 4. Signed nl iste

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kupol- oder Schachtofen (1 ) zur Herstellung einer Schmelze, insbesondere für die Herstellung von Mineralfaserprodukten. Zur Vermeidung von reaktionsarmen Zonen in der Mitte des Ofenkörpers ist es erfindungsgemäß vorgesehen, mittels einer von unten in den Ofenkörper eingebrachten Düse (6) oder eines im Ofenkörper angeordneten Düsenbalkens (8) Verbrennungsluft in die Mitte des Ofenkörpers einzubringen.

Description

Düsenimplantat für Kupol- oder Schachtöfen
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Düsenimplantat für einen Kupol- oder Schachtofen, insbesondere für die Herstellung mineralischer Schmelzen in der Mineralfaserproduktion.
Bei der Produktion von Mineralfasern und der daraus gewonnenen Mineralwolle erfolgt die Erzeugung von definierten Gesteinsschmelzen, welche als Ausgangsstoff für die Mineralfaserproduktionen dienen, üblicherweise in Kupol- oder Schachtöfen.
Die grobkörnigen Ausgangsprodukte wie Gesteine und Zuschlagsstoffe werden zusammen mit einem grobkörnigen Brennstoff in das als Schacht- oder Kupolofen ausgebildete Schmelzaggregat eingefüllt. Durch die Beaufschlagung der im Schmelzaggregat entstandenen Rohstoff-/Brennstoffsäule mit der für die Verbrennung benötigten Luft im Gegenstromprinzip, das heißt also von unten, wird der Brennstoff oberhalb des Ofenbodens abgebrannt.
Im Bereich der Lufteinleitung, die gemäß dem Stand der Technik durch den Ofenmantel über radial eingebrachte Winddüsen erfolgt, erreicht die Ofentemperatur eine Höhe, bei der die eingebrachten grobkörnigen Gesteine und Zuschlagsstoffe aufschmelzen. Mit zunehmender Entfernung von dem Bereich der Lufteinleitung sinkt die Temperatur im Ofen nach oben hin ab, da die Wärmeenergie an die Rohstoffe und den als Energieträger dienenden Brennstoff abgegeben wird. Gleichzeitig sinkt die Sauerstoffkonzentration bis auf einen Wert von nahezu Null ab. Die in der Schmelzzone gebildete flüssige Phase sinkt auf den Boden des Schmelzaggregates ab. In der Schmelze kommt es anschließend zu Seigerungs- erscheinungen, bei welchen das aus dem Gestein heraus reduzierte Eisen sich an der tiefsten Stelle des Schmelzaggregates ansammelt und die für die Mineralfasergewinnung benötigte Schmelze aufgrund ihres geringeren spezifischen Gewichtes sich oberhalb des Bodens über einen dort angeordneten Auslass austragen lässt. Das entstandene schmelzflüssige Eisen wird über eine am Boden des Schmelzaggregates angeordnete Öffnung nach Bedarf abgeleitet.
Die bei dem Verbrennungsprozess in der Schmelzzone nahe der Lufteinleitung entstandenen Abgase bestehen überwiegend aus Kohlendioxid, Stickstoffdioxid sowie Kohlenmonoxid. Während der Gegenstromführung reagieren diese Gase, insbesondere jedoch das Kohlendioxid, mit dem Kohlenstoff der oberhalb der Schmelzzone stehenden Rohstoff-/Brennstoffsäule. Dabei kommt es an den heißen Oberflächen des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes zu einer stark endothermen Reduktionsreaktion, bei welcher das Kohlendioxid mit dem Kohlenstoff im Rahmen einer Boudouard-Reaktion zu Kohlenmonoxid reagiert. Durch diese unerwünschte Reduktionsreaktion wird Energie verbraucht, wodurch der Wärmehaushalt des Schmelzaggregates negativ beeinflusst wird. Die durch solche Reaktionen entstehenden Energieverluste betragen üblicherweise bis zu 20% des Gesamtenergieinputs.
Auf Grund der schüttungsbedingten Eindringtiefe der als Primärwindströmung bezeichneten Lufteinleitung ist die Schmelzzone nicht auf die gesamte Grundfläche gleichmäßig verteilt. Vielfach wird nur eine geringe Eindringtiefe des Primärwindes beobachtet. Dies ist insbesondere bei Schacht- oder Kupolöfen mit großen Schachtdurchmessern der Fall.
Hierdurch bedingt findet häufig die heterogene Reaktion der Schmelzenbildung ringförmig statt, da sich das Luftangebot zur Kupolofenmitte hin erschöpft. Der hierdurch gebildete, so genannte „tote Mann" verstärkt die Boudouard-Reaktion und erhöht gleichzeitig die Reduktionsrate des Eisens. Bedingt durch diese Reaktion verringert sich die flächenspezifische Schmelzleistung des Schmelzaggregates signifikant. Gleichzeitig wird die Elastizität der Schmelzanlage, also die Fähigkeit zur Erhöhung der Leistung nach gedrosseltem Betrieb, vermindert. Leistungsschwankungen, bedingt durch wechselnde Schmelzenabnahme, führen häufig dazu, dass das Schmelzaggregat nicht im optimalen Bereich betrieben werden kann. Außerhalb des Optimums liegt man im so genannten Unter- oder Überblasebereich des Schmelzaggregates.
Die Schmelzleistung des Schmelzaggregates ist direkt abhängig von der als Windmenge bezeichneten eingebrachten Luftmenge. Häufig wird bei geforderter maximaler Schmelzleistung eine überstöchiometrische Windmenge zugeführt, so dass das Schmelzaggregat überblasen wird. Durch die erhöhte Windmenge wird zwar die Ausgangsleistung erhöht, oftmals ist dies aber mit einer Absenkung der Schmelztemperatur verbunden, die durch einen höheren Brennstoffzusatz wieder angepasst werden muss. Dies wiederum geht zu Lasten der Schmelzleistung. Der in der Schachtmitte des Schmelzaggregates gebildete tote Mann wird trotz maximaler Windmenge in der Regel nicht erreicht, so dass das Sauerstoffangebot in der Zone starker Brennstoffverbrennungen unnötig hoch ist. Das Schmelzaggregat wird überblasen.
Umgekehrt findet bei Leistungsdrosselung durch Reduzierung der Windmenge ein Unterblasen des Schmelzaggregats statt. Die Folge hierbei ist, dass ein so genannter randgängiger Ofenbetrieb auftritt, wodurch sich der tote Mann im Bereich der Schachtmitte ausweitet.
Schmelzaggregate verfügen über einen optimalen Betriebspunkt, in welchem die optimale Windmenge in Abhängigkeit der Fläche auf der Düsenebene, also im Bereich der Windzufuhr, für einen maximalen Durchsatz bei geringst möglichem Brennstoffeinsatz und höchster Schmelztemperatur sorgt. Der optimale Betriebspunkt eines Schmelzaggregates könnte auf ein deutlich breiteres Fenster ausgedehnt werden, wenn die Zone des toten Mannes mit für die Verbrennung notwendigen Luftsauerstoff erreicht werden würde.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 87/07591 ist es bekannt, ein von oben eingeführtes Rohr vorzusehen, das als Brenner ausgeführt in die Schachtmitte Strahlungswärme einbringt. Dies erfolgt mit dem Ziel, die Schmelz- temperatur schneller anzuheben oder anzupassen. Darüber hinaus werden über das von oben eingeführte Rohr Zusatzstoffe in das Schmelzaggregat injiziert.
Die internationale Patentanmeldung WO 90/12761 beschreibt ebenfalls ein von oben in den Ofen eingeführtes Rohr zur Sekundärverbrennung von Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff.
Die oben genannten Verfahren führen nicht zu einer Verkleinerung oder Vermeidung des reaktionsarmen Raums in der Schachtmitte des Schmelzaggregates.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 526 099 ist es bekannt, dass auch bei Öfen zum Verbrennen von Schlamm mit größeren Querschnitten als die Eindringtiefe der Luft die Verbrennung in der Ofenmitte stockt. Zur Überwindung dieses Problems beschreibt die DE 1 526 099 ein von oben eingeführtes, höhenverstellbares Rohr in der Ofenmitte oder seitlich eingeführte Düsenstangen auf der Höhe der Primärwinddüsenebene.
Auch die internationale Patentanmeldung WO 03/006389 beschreibt die Problematik der „toten Mann-Bildung". Zur Lösung dieses Problems sieht die WO 03/006389 vor, radial angeordnete, verfahrbare Düsen tiefer in die Schmelzaggregatmitte hineinragen zu lassen. Dieses Verfahren ist jedoch nur für Schmelzaggregate mit relativ geringen Durchmessern realisierbar.
Es ist daher die A u f g a b e der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit welcher sich die bei der Herstellung von Schmelzen in entsprechenden Schmelzaggregaten auftretende Totzonenbildung vermeiden lässt, und zwar unabhängig vom Ofendurchmesser des Schmelzaggregates.
G e l ö s t wird diese Aufgabe durch einen Kupol- oder Schachtofen zur Herstellung einer Schmelze, insbesondere zur Mineralfasergewinnung, aufweisend einen Ofenkörper, einen Primärwindring mit wenigstens einer daran angeschlossenen Blasform zur Einblasung von Verbrennungsluft in den Kupol- oder Schachtofen, sowie eine Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Schachtmitte des Ofens ausgebildete reaktionsarme Zone, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Schachtmitte des Ofens ausgebildete reaktionsarme Zone eine von unten in den Ofen eingebrachte Düsenlanze oder ein im Ofen angeordneter Düsenbalken ist, welche mit einer Windleitung verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kupol- oder Schachtofens ist die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Schachtmitte des Ofens ausgebildete reaktionsarme Zone mit dem Primärwindring verbunden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine solche Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft aus einem feuerfesten Beton besteht, welcher eine hinreichende thermische, chemische und mechanische Stabilität gegenüber den im Kupol- oder Schachtofen zum Zeitpunkt der Schmelzenerstellung herrschenden Verfahrensbedingungen aufweist.
Ist als Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft eine von unten in den Ofen eingebrachte Düsenlanze vorgesehen, ist diese mittels feuerfester Masse gegenüber dem Ofenkörper so abgedichtet, dass keine Schmelze oder das im Rahmen der Seigerung am Schachtboden abgesetzte schmelzflüssige Eisen im Bereich der Lanzendurchführung austritt.
An der Düsenlanze ist wenigstens eine Austrittsdüse im Bereich des oberen Endes der Lanze vorgesehen. Eine solche Düse ist in einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Ofenmittelachse ausgerichtet. Hierdurch wird eine Windführung ermöglicht, welche eine weitestgehende Vermeidung der toten Bereiche in der Schachtmitte des Schmelzaggregates zu vermeiden vermag.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Kupol- oder Schachtofen wenigstens zwei im Wesentlichen einander gegenüber angeordnete Blasformen zur Einblasung von Verbrennungsluft in den Kupol- oder Schachtofen auf, wobei die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Schachtmitte des Ofens ausgebildete reaktionsarme Zone ein Düsenbalken ist, welcher auf den Blasformen aufliegt. Hierbei kann der Düsenbalken über die als Auflager dienenden Blasformen an den Primärwind ring angeschlossen und mit Wind beaufschlagt werden.
Ein erfindungsgemäßer Düsenbalken weist eine Vielzahl von über den Düsenbalken verteilten Düsen auf. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die Düsen über den Düsenbalken im Wesentlichen symmetrisch verteilt sind, wobei sich die Düsendichte in der Mitte der Längserstreckung des Balkens erhöht.
Die in der erfindungsgemäßen Düsenlanze oder den erfindungsgemäßen Düsenbalken vorgesehenen Düsen sind vorteilhafterweise aus einer hochtemperaturbeständigen Keramik gebildet, vorzugsweise auf Zinkoxidbasis.
Es hat sich herausgestellt, dass die Beaufschlagung des Düsenbalkens oder der Düsenlanze mit Heißwind zu einer deutlichen Steigerung der Schmelzaggregatleistung führt. Eine weitere Leistungssteigerung kann durch die zusätzliche Beaufschlagung der Düsenlanze oder des Düsenbalkens mit Sauerstoff erfolgen.
Zur Vermeidung einer Überhitzung der Düsenlanze oder des Düsenbalkens ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese gekühlt sind. Hierbei hat sich insbesondere eine Wasserkühlung als geeignete Kühleinrichtung gezeigt. Zur Kühlung der Düsenlanze bzw. des Düsenbalkens können in diesen entsprechende Kühlmittelleitungen vorgesehen sein, durch welche Kühlwasser geführt werden kann.
Alternativ kann es vorgesehen sein, durch eine entsprechende Kanalbildung in der Düsenlanze oder den Düsenbalken diesen durch den beaufschlagten Wind zu kühlen. Hierdurch wird der beaufschlagte Wind in vorteilhafterweise bereits im Düsenbalken bzw. der Düsenlanzen vorgewärmt und strömt als Heißwind in die reaktionsarme Zone des Schmelzaggregates.
Als insbesondere vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die durch die Düsenlanze bzw. den Düsenbalken zusätzlich beaufschlagte Luft auf eine Temperatur bis zu 6500C vorgewärmt wird. Es wurde festgestellt, dass bis zu 50% der über die Primärwinddüsen eingespeisten Luft über die erfindungsgemäß vorgesehene Düsenlanze oder den Düsenbalken beaufschlagt werden kann.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäß von unten in ein Schmelzaggregat eingebrachte Düsenlanze oder Zentraldüse.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß in einem Schmelzaggregat vorgesehenen Düsenbalken.
Fig. 3 zeigt die Situation nach dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt einen Kupolofen 1 mit einem unten angeordneten Kupolofendeckel 9, in dem durch einen Rohrdurchbruch eine Zentraldüse 6 angeordnet ist. Der Kupolofen 1 weist im Bereich seiner Wandung und seines Bodens oberhalb des Kupolofendeckels 9 eine feuerfeste Ausmauerung 5 bzw. Isoliersteine auf. Der Kupolofendeckel 9 ist gegenüber der Zentraldüse 6 mit einer feuerfesten Masse abgedichtet, so dass weder Schmelze noch flüssiges Eisen aus dem Rohrdurchbruch austreten kann. Die Zentraldüse 6 besteht aus einem speziellen Feuerfestbeton, der die thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen während der Schmelzkampagne standhält.
Die Zentraldüse 6 ist mit einer oder mehreren Austrittsdüsen ausgestattet, die horizontal, vorzugsweise diagonal nach oben gerichtet angeordnet sind. Die Ebene der Austrittsdüsen befindet sich auf der Ebene von Primärwinddüsen bzw. Blasformen 3 bzw. ist etwas oberhalb dieser Ebene angeordnet. Die Primärwinddüsen bzw. Blasformen 3 sind an einem Primärwindring 2 angeschlossen.
Eine senkrecht nach oben gerichtete Anordnung der Austrittsdüsen ist vorteilhaft, jedoch besteht die Gefahr, dass herabfließende Schmelze und/oder herabfließendes Eisen die Austrittsdüsen zusetzt. Die Austrittsdüsen an sich bestehen aus hochtemperaturbeständigem Material, z. B. Zirkonoxid. Die von unten in den Kupolofendeckel 9 eingesetzte Zentraldüse 6 kann getrennt vom Primärwind mit Zusatzwind beaufschlagt werden. Hierbei kann der Zusatzwind mit Sauerstoff angereichert werden. Die Austrittsdüsen sind in der Anzahl und im Durchmesser so ausgelegt, dass 5 bis 50%, vorzugsweise 10%, des Primärwindes über die Zentraldüse 6 als Zusatzwind zugegeben werden kann. Am freien Ende der Zentraldüse 6 bildet sich eine erweiterte Zone 7 starker Koksverbrennung aus.
Nach dem Niederschmelzen und anschließender Ofenleerung, fällt die von unten eingesetzte Zentraldüse 6 mit der Ofenrestfüllung gemeinsam heraus. Bei Kupolöfen, die seitlich ausgeräumt werden, kann die von unten eingesetzte Zentraldüse 6 eventuell über mehrere Schmelzkampagnen eingesetzt werden.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Kupolofens 1 mit einem Düsenbalken 8, der aus einer Feuerfestbetonmasse besteht und sich auf zwei gegenüber liegende Blasformen 3 abstützt, durch die der Düsenbalken 8 Zusatzluft bezieht. Der Austrittsdüsen aufweisende Düsenbalken 8 ist am vorhandenen Primärwindring 2 angeschlossen und somit eingebunden. Über den gewählten Querschnitt und der Anzahl der Austrittsdüsen kann der Durchsatz festgelegt werden, der abhängig vom Primärwindvolumenstrom und des sich daraus resultierenden Druckwiderstandes des Systems ergibt. Die Austrittsdüsen des Düsenbalkens 8 bestehen aus einer hochtemperaturbeständigen Keramik, z. B. Zirkonoxid. Der Düsenbalken 8 ist so ausgebildet, dass der Befüllvorgang des leeren Ofens, das Bauteil nicht zerstört. Wie bei der von unten oder oben eingesetzten Zentraldüse 6 ist die Anwendung von Heißwind von Vorteil. Eine weitere Verbesserung kann durch eine zusätzliche Sauerstoffanreicherung erzielt werden. Oberhalb des Düsenbalkens 8 ist eine Zone 7 starker Koksverbrennung ausgebildet.
Fig. 3 zeigt einen Kupolofen 1 gemäß dem Stand der Technik und daher ohne die erfindungsgemäß vorgesehene Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Schachtmitte des Ofens ausgebildete reaktionsarme Zone. In diesem Fall wird lediglich über die an den Primärwind ring 2 angeschlossenen Blasformen 3 Verbrennungsluft in den Kupolofen 1 eingebracht. Hierbei entstehen Zonen starker Brennstoffumsetzung 4. Bezuαszeiche nl iste
1 Kupolofen
2 Primärwindring
3 Blasform
4 Zone starker Brennstoffumsetzung
5 feuerfeste Ausmauerung
6 Zentraldüse
7 Zone starker Koksverbrennung Düsenbalken Ofendeckel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kupol- oder Schachtofen zur Herstellung einer Schmelze, insbesondere für die Herstellung von Mineralfaserprodukten, aufweisend einen Ofenkörper, einen Primärwindring (2) mit wenigstens einer daran angeschlossenen Blasform (3) zur Einblasung von Verbrennungsluft sowie eine Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in eine im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildete reaktionsarme Zone, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildete reaktionsarme Zone eine von unten in den Ofenkörper eingebrachten Düse (6) und/oder ein im Ofenkörper angeordneter Düsenbalken (8) ist, welche mit einer Windleitung, insbesondere einem Primärwindring (2) verbunden ist.
2. Kupol- oder Schachtofen gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildete reaktionsarme Zone mit dem Primärwindring (2) verbunden ist.
3. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildete reaktionsarme Zone aus einem feuerfesten Beton besteht, welcher eine hinreichende thermisch, chemisch und mechanisch Stabilität gegenüber den zum Zeitpunkt der Schmelzenerstellung herrschenden Verfahrensbedingungen aufweist.
4. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildete reaktionsarme Zone eine von unten in den Ofenkörper eingebrachte Düse (6) ist und nach unten hin mit einer feuerfesten Masse gegenüber dem Ofenkörper abgedichtet ist.
5. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (6) wenigstens eine Austrittsdüse im Bereich des oberen Endes der Düse (6) aufweist.
6. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine im Bereich des oberen Endes der Düse (6) angeordnete Austrittsdüse in einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Mittelachse des Ofenkörpers ausgerichtet ist.
7. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildeten reaktionsarmen Zone als Düsenbalken (8) ausgebildet ist, der im Wesentlichen horizontal verlaufend im Ofenkörper angeordnet ist.
8. Kupol- oder Schachtofen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenbalken (8) auf zumindest zwei im Wesentlichen einander gegenüber liegend angeordneten Blasformen (3) zur Einblasung von Verbrennungsluft in den Ofenkörper angeordnet ist, insbesondere aufliegt.
9. Kupol- oder Schachtofen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenbalken (8) über die Blasformen (3) an den Primärwindring (2) angeschlossen ist.
10. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenbalken (8) eine Vielzahl von über den Düsenbalken (8) verteilt angeordnete Düsen aufweist.
11. Kupol- oder Schachtofen gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen im Wesentlichen symmetrisch über den Düsenbalken (8) verteilt sind, wobei vorzugsweise in der Mitte der Längserstreckung des Düsenbalkens (8) eine erhöhte Düsendichte ausgebildet ist.
12. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen der Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildeten reaktionsarmen Zone aus einer hochtemperaturbeständigen Keramik, vorzugsweise auf Zinkoxidbasis gebildet sind.
13. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildeten reaktionsarmen Zone mit Heißwind beaufschlagbar ist.
14. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildeten reaktionsarmen Zone zusätzlich mit Sauerstoff beaufschlagbar ist.
15. Kupol- oder Schachtofen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Verbrennungsluft in die im Bereich der Mitte des Ofenkörpers ausgebildeten reaktionsarmen Zone mit einer Kühleinrichtung ausgebildet ist.
16. Kupol- oder Schachtofen gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung als Wasserkühlung ausgebildet ist.
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