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Verfahren zum Beheizen des Vorherdes eines Kupolofens Gemäß der deutschen
Patentschrift 105 281 war versucht worden, bei einem Hochofen einen nachgeschalteten
Eisensammler durch Nachverbrennen von »abziehenden Gichtgasen oder eigens erzeugten
Gasen oder aus dem Frischraum für das Eisen entweichenden Abgasen« zu beheizen.
Diese Gase hatten sehr geringe Eigentemperatur und dazu sehr niedrigen Heizwert,
so daß dieser Vorschlag keine Anwendung fand, um so mehr, als diese Gase sehr hohen
Schwefelgehalt hatten, der das angesammelte Eisen verunreinigte. Es handelte sich
dabei um einen alten »Hochofen mit geschlossener Brust« und Siphonüberlauf des Eisens
zu dem Sammler, in welchem das Roheisen zum Frischen vorbereitet wurde. Eine wirksame
Beheizung gemäß der deutschen Patentschrift 105 281 konnte mit dieser Beheizart
nicht erzielt werden.
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Durch die deutsche Patentschrift 860 993 wurde erstmals ein wirksames
Verfahren zum Beheizen von Kupolofenvorherden mit kohlenoxydhaltigen Gasen aus dem
Schmelzschacht des Kupolofens bekannt, wobei diese Gase bei. Siphonbetrieb durch
einen besonderen Heizgaskanal, sonst durch den Eisenüberlaufkanal, in den Vorherd
geleitet und dort mit Sekundärluftzusatz nachverbrannt werden. Dieser Sekundärluftzusatz
erfolgt zweckmäßig in der Mitte der oberen Vorherdtür durch das Schauloch-Kühlluft-Rohr.
Durch diese gleichzeitige Kühlung des Schauglases mit der eingeführten Sekundärluft
wird eine gute Beobachtung des Heizgasverbrennungsvorganges, des Eisenstandes und
des Eisenüberlaufs bzw. Eisenüberlaufsyphons möglich. Dieses Verfahren bewährte
sich, hatte aber noch einige Störungsmöglichkeiten.
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Die hohe Temperatur im Vorherd bewirkt, daß die Vorherddecke stark
abschmilzt und daß die Ausströmdüse für die Abgaskontrollflamme durch Flugstaub,
Schlackenspritzer und abschmelzende Schlacke häufig verstopft wird und dann gereinigt
werden muß, was Stillstände im Betrieb verursacht. Weiter war diese Sekundärlufteinführung
betreffs Luftüberschusses empfindlich. Dieser wirkte sich durch Abkühlung des Vorherdinneren
und des Eisens aus. Besonders, wenn der Schmelzer nicht rechtzeitig die sich zusetzende
Ausströmdüse für die entweichenden Heizgase reinigt, ergibt sich ein wesentlicher
Luftüberschuß, weil der frei aus dem Windmantel zuströmende Sekundärwind unter höherem
Druck steht, als die Heizgase, die den langen Weg von den Düsen durch den weißglühenden
Koks und den überleitkanal unter Druckverlust zurücklegen müssen. Bei Abgasdüsenverstopfungen
setzt sich dann die Sekundärluft im überschuß durch und die kälteren Verbrennungsgase
gelangen dann auf das Eisenbad, wo sie eine Aufschwefelung des Eisens und Oxydation
desselben bewirken.. Dadurch entsteht grob graphitischer, schlackiger, gasiger und
lunkriger Guß. Dieser Umschlag auf Luftüberschuß tritt bei der in der deutschen
Patentschrift 860 993 angestrebten günstigsten Verbrennung, also möglichst nach
Kohlensäure, also mit maximalem Heizeffekt, sehr leicht ein, weil auf eine Einheit
Heizgas höchstens 0,8 Einheiten Sekundärluft bei dieser Verbrennungsart möglich
sind. Erfindungsgemäß wird deshalb die Sekundärluft durch die Vorherddecke von oben,
oder von oben seitlich oder mittig in den zweckmäßig tangential in den Vorherd eingeführten
Heizgasstrom an seiner Eintrittsstelle oder kurz daneben, eingeleitet und wird die
Luftmenge erfindungsgemäß auf nicht ganz vollständige Verbrennung eingeregelt, also
auf unverbrannten Restkohlenoxydgehalt in den Abgasen.
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Die Einführung von kaltem Fremdheizgas und Luft nebeneinander aus
Düsen und als auf das Metallbad stehende Flamme wurde zwar bereits früher für Sammelherd-Metallschmelzöfen
zur Erzielung einer besonders langen Flamme bekannt. Diese Flammenführung oxydierte
aber das Metall und wurde deshalb nicht eingeführt. Erst die vorbekannte der Vorherdheizgase
aus dem Kupolofen gemäß der deutschen Patentschrift 860 993 mit der weiteren obigen
Maßnahme der unvollkommenen Heizgasverbrennung ergab eine intensive Vorherdbeheizung
ohne Oxydation des Eisenbades.
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Die A b b. 1 bis 3 geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der kohlenoxydreiche Druckgasstrom b mit etwa 1450° C Temperatur aus
dem Schmelzschacht a tritt in diesem Fall durch den gemeinsamen überlaufkanal
c
für Eisen und Schlacke in Vorherd v. Bei Einschaltung eines Siphons für die Trennung
von Eisen und Schlacke wird statt des überlaufkanals c ein ebenfalls als Gasüberleitkanal
im gleichen Sinne dienender einfacher Kanal über oder neben der Siphon-Eisenüberlaufanlage
in den Vorherd v angeordnet.
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Von oben fällt kältere Sekundärluft d aus Zuleitung e über Regulierhahn
s in diesen Heizgasstrom b und verbrennt mit diesem im oberen Raum g des des Vorherds
v scheibenförmig mit stark strahlender Flammenschicht h bei etwa 1800° C, während
das untere Teil des Heizgasstroms b zunächst von der Verbrennung unberührt bleibt
und auf das Eisen-und Schlackenbad streicht, dann am Rand aufsteigt und erst nach
Erreichen des Oberraums g des Vorherds v mit Sekundärluft d verbrannt wird und mit
den übrigen verbrannten Heizgasen durch Abzug 1 entweicht.
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Dieser zweckmäßig als Kreuz- oder Winkelstutzen ausgebildete Abgasentweichstutzen
hat einen sehr weiten Abzugskanal m und ein dünnes Futter.
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Beim Vor- und Heißblasen des Füllkokses im eisenfreien Schmelzschacht
a und nachfolgend beim Anblasen des gefüllten Ofenschachtes a bleibt dieser weite
Verbrennungsabgaskanal m offen und können so riesige Mengen Heizgas b durch den
Vorherd gejagt und mit Sekundärluft d verbrannt werden. Beim Vorblasen erfolgt dieses
Anheizen des Vorherdfutters zunächst langsam, weil nur geringer Vorblasedruck angewendet
wird. Dagegen wird bei mit Schmelzstoffen gefülltem Schmelzschacht a unter hohem
Druck der Heizgase der Vorherd v schnell weißglühend geblasen, so daß das erste
-in den Vorherd v laufende Eisen nicht mehr abgekühlt wird. Dann braucht man keine
so große Heizgasmenge b mehr und wird erfindungsgemäß ein Aufsetzklotz n mit einer
viel kleineren Abgasströmöffnung o auf den weiten Abgaskanal na gesetzt,
und die Sekundärluftmenge d mit Hilfe von Regulierhahn f entsprechend
geringer eingestellt. Diese Verbrennungsregelung der Heizgase b und der Sekundärluft
d kann gemäß der Flammenlänge und der Glühfarbe der Flamme leicht genau durchgeführt
werden.
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Durch die erfindungsgemäße Einführung der Sekundärluft d in den Heizgasstrom
b, zweckmäßigerweise von oben, und zwar direkt unter der Vorherddecke, wird einerseits
die Vorherddecke gekühlt, so daß dieselbe nicht mehr so stark abschmilzt. Andererseits
wird dadurch die Heizgasverbrennung auf eine größere Schachtfläche verteilt und
so deren Stichflammenwirkung auf die Vorherddecke vermieden. Dann ergibt sich durch
diese erfindungsgemäße Lufteinführung von oben in den Heizgasstrom im oberen Teil
g des Vorherdes v eine stark strahlende Flamme, und indirekt durch Rückstrahlung
von der Vorherddecke und den Vorherdwänden eine weitere bessere Beheizung des Eisenbades.
Weiter wird durch die nicht vollständige Verbrennung der Heizgase die Oxydation
der Mangan- und Eisendämpfe vermieden und dadurch die Futterverschlackung verhindert
und durch das Fehlen des Eisenoxyds in der Schmelze die Entschwefelung derselben
verbessert. Man kann erfindungsgemäß die Sekundärluft d im oberen Teil des Heizgasstromes
b bis zu dessen Mitte einleiten, ohne befürchten zu müssen, daß örtlicher Luftüberschuß
ein Durchfallen der kälteren Verbrennungsgase auf das Eisenbad bringen könnte. Die
Einführung der kälteren und somit schwereren Sekundärluft von oben in den Heizgasstrom
bewirkt eine intensive Durchwirbelung der Verbrennungsgase und beschleunigt so den
Verbrennungsvorgang. Dabei bleiben die Heizgase im Strom etwas über dem Eisenbad
und andererseits fällt ein Teil c des schwereren Heizgases b vom unteren Teil des
überleitkanals auf das Eisenbad und bildet dort eine kohlenoxydreiche Gasschicht
h, welche die Entschwefelungsreaktionen begünstigt, die Oxydation der Schmelze verhindert,
und sogar eine Desoxydation der Schmelze bewirkt.
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Diese nur teilweise Verbrennung der Kohlenoxydgase des Heizgasstromes
b mit der erfindungsgemäßen Zuführung der Sekundärluft im oberen Teil des Heizgasstromes
bewirkt also eine Schonung der Decke und Wände, bewirkt eine besonders gute Strahlungsbeheizung
des Bades, bildet eine desoxydierende Schutzschicht h auf dem Eisenbad und fördert
die Entschwefelung der Schmelze und die Erzielung eines gas- und oxydarmen Eisens.
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Erfindungsgemäß wird weiter das Verbrennungsgas aus dem Vorherd g
durch einen weiten Kanal 1, m
zu der viel engeren Ausströmdüse o der durch
die deutsche Patentschrift 860 993 vorbekannten Bauart geleitet. Die Einschaltung
dieses weiten Abgaskanals 1, m bringt den Vorteil, daß sich mitgerissene
Schlakkenspritzer dort absetzen und nicht mehr die Ausströmdüse o zusetzen. Dieser
weite Abgaskanal 1, m kann entweder waagerecht oder senkrecht aus dem Vorherd g
treten, oder als T- oder Kreuzstück ausgebildet werden, wobei die nicht zum Ausströmen
der Abgase gebrauchten Enden i verschlossen und nur zum Reinigen des weiten Kanals
1, m geöffnet werden. Dieser weite Abgaskanal wird erfindungsgemäß aus Stahlblech
hergestellt und mit einer dünnen feuerfesten Schicht ausgekleidet, damit das Abgas
vor Erreichen der Ausströmdüse o durch die Außenluft etwas gekühlt wird und so den
feuerfesten Baustoff der Abgasausströmdüse nicht mehr abschmilzt. Diese Maßnahme
der Vorschaltung eines weiten Abgaskanals vor die Gasausströmdüse bewirkt also die
Verhütung des Zusetzens dieser Düse und macht dadurch diese Heizungsart für den
Vorherd betriebssicher und störungsfrei. Der weite Abgaskanal braucht nur jede Woche
gereinigt zu werden, und durch die Außenluftkühlung bleibt die abgeschiedene Schlacke
locker und kann leicht entfernt werden. Ebenso kann ein sich bei schlechtem Abgasausströmdüsenfutter
bildender Schlackenansatz durch bloßes leichtes Durchstoßen beseitigt werden, weil
die Abgastemperatur niedriger ist, als bei der seitherigen Ausströmdüse gemäß der
deutschen Patentschrift 860 993. Erfindungsgemäß wird weiter die auf dem weiten
Abgaskanal sitzende Ausströmdüse n, o abhebbar ausgeführt. Diese Maßnahme der Erfindung
ermöglicht es, beim Anblasen erheblich mehr Heizgas, also z. B. 5- bis 10mal so
viel Heizgas durch den Vorherd zu treiben, als im Gleichgewichtszustand der Vorherdbeheizung
durch die enge Abgasdüse o ziehen können. Erfindungsgemäß wird also beim Anfahren
des Kupolofens zum gleichzeitigen Anheizen des Vorherdes die enge Abgasdüse n, o
von dem weiten Abgaskanal abgehoben. Durch letzteren können so erhebliche Heizgasmengen
am Anfang durch den Vorherd geleitet und ins Freie geführt werden, so daß das Weißglühendblasen
des Vorherdes vor dem Einlaufen des ersten Eisens gewährleistet ist. Der neue weite
Ausströmkanal
1, in mit der abhebbaren Ausströmdüse o erlaubt
also die Anwendung einer viel größeren Heizgasmenge im Vorherd g als die nur auf
normale Vorherdbeheizung abgestimmte Abgasausströmdüse gemäß der deutschen Patentschrift
860 993 und sichert so in allen Fällen genau so heißes Ersteisen aus dem Vorherdofen,
wie sonst nur aus dem vorherdlosen Kupolofen, und sogar höhere Eisentemperatur als
bei den folgenden Abstichen. Spätestens kurz vor dem ersten Abstich wird die enge
Gasausströmdüse n, o auf den weiten Gaskanal 1, m gesetzt und so die
Heizgasmenge stark gedrosselt, weil nach Erreichen des Temperaturgleichgewichts
eine viel kleinere Heizgasmenge zum Halten der Temperatur im Vorherd ausreicht.
Selbstverständlich wird die Sekundärluftmenge der jeweiligen Heizgasmenge angepaßt.
Weil sich die Verhältnisse während der Schmelze nicht ändern, genügen dafür festgelegte
Sekundärlufthahnhebeleinstellungen.
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Erfindungsgemäß wird bei saurem Futter des Vorherdes dieses langsamer
angeheizt, um die Umwandlungsausdehnungsspannungen des Quarzits auszugleichen, und
zwar durch die Anwendung des Heißblaseverfahrens für den Füllkoks im eisenleeren
Schmelzschacht des Kupolofens gemäß der deutschen Patentschrift 871354 in Verbindung
mit den Heißblasemaßnahmen der obigen Erfindung, also dem weiten und offenen Abgaskanal
bei abgehobener Abgasausströmdüse am Vorherd. Durch diese Maßnahme bilden sich im
Kupolofenunterteil stark kohlenoxydhaltige Gase b, welche wegen des geringeren Widerstandes
zum größten Teil durch den überleitkanal in den Vorherd g gelangen und dort durch
Zusatz von Sekundärluft d mit bestem Heizeffekt verbrannt werden und dann unbehindert
ins Freie strömen können. Dieser weite Abgaskanal I, m vor der Gasausströmdüse o
gestattet also weiter eine schonende Futteranwärmung und fördert somit die gute
Futter- und Deckenhaltbarkeit im Vorherd und verhütet das Zerplatzen des feuerfesten
sauren Kupolofenfutters durch die Kombination mit dem Füllkoksheißblaseverfahren
der deutschen . Patentschrift 871354.
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Mit Hilfe dieser verbesserten Vorherdbeheizung der Erfindung werden
folgende Vorteile erzielt: rasche und zuverlässige Beheizung des Vorherdes und des
Eisenbades, also gleichmäßige und sehr hohe Eisentemperatur am Anfang und während
der ganzen Schmelze, Verringerung des Futterverschleißes des Vorherdes und insbesondere
der seither ständig durchbruchgefährdeten Vorherddecke, größte Betriebssicherheit,
sehr gasarmes Eisen und bessere und zuverlässigere Entschwefelung des Gußeisens,
bessere Treffsicherheit der Gußeigenschaften, vor allem aber der Fortfall des Ausschusses
durch nicht gelaufene Gußstücke, oder Gasblasen, Lunker und grobes Gußkorn.