DE29711593U1

DE29711593U1 - Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials

Info

Publication number: DE29711593U1
Application number: DE29711593U
Authority: DE
Original assignee: WESTFALEN AG
Current assignee: Dreike Hubert De; KOENIG, GERD, DE; KOENIG, WOLFRAM, DE
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2007-07-03
Also published as: DE19729624A1; DE19729624B4

Description

& ZIMMERMANN

PATENTANWÄLTE

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

EUROPEAN TRADEMARK ATTORNEYS

Dipl.-lng. H. Leinweber (19761) Dipl.-lng. Heinz Zimmermann Dipl.-lng. A. Gf. v. Wengersky Dipl.-Phys. Dr. Jürgen Kraus Dipf.-lng. Thomas Busch Dipl.-Phys. Dr. Klaus Seranski

Rosental 7 D-80331 München

TEL +49-89-231124-0 FAX+49-89-231124-11

den

Unser Zeichen

02.07.1997 ksar

kgw/fri

Westfalen AG
48155 Münster

Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials

Die Erfindung betrifft eine Ofenanlage zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials mit einem eine Beschickungsöffnung für das Rohmaterial aufweisenden Behandlungsraum und einer zum Einleiten eines Behandlungsgases in den Behandlungsraum ausgelegten Gaseinleitungsrichtung.

Derartige Ofenanlagen werden beispielsweise zum Erschmelzen und/oder Aufkohlen von Gußeisen aus einem im allgemeinen Roheisen, Koks und ggf. weitere Zuschläge enthaltenden Rohmaterial in Schachtofen, insbesondere Kupolofen eingesetzt. Dazu

wird der Behandlungsraum des Kupolofens durch eine in dessen oberem Bereich angeordnete Beschickungsöffnung mit dem Rohmaterial beschickt und unter Einleitung des Behandlungsgases in den so erhaltenen Behandlungsraumbesatz behandelt. Als Behandlungsgas wird dabei im allgemeinen vorgewärmte Luft eingesetzt, die über sogenannte Winddüsen in den unteren Teil des Behandlungsraums eingeleitet wird.

Zur Verbesserung der Verbrennungsbedingungen im Behandlungsraum kann die Verbrennungsluft auch noch mit Sauerstoff angereichert werden. Beim Einsatz der beschriebenen Verfahren hat es sich gezeigt, daß der Rohmaterialbesatz des Behandlungsraums im allgemeinen eine ungleichmäßige Behandlung erfährt, wobei die Behandlung von Randzonen des Besatzes bereits nach kurzer Zeit abgeschlossen ist, während für die Behandlung des BesatzZentrums eine wesentlich längere Zeit benötigt wird. Ferner ist zu beobachten, daß die Verbrennung des im Rohmaterial enthaltenen Kokses bei der Ausführung der bekannten Verfahren im allgemeinen unvollständig erfolgt. Das führt bei den bekannten Verfahren einerseits zu einem hohen Brennstoffverbrauch und hat andererseits einen unerwünscht hohen Kohlenmonoxidanteil in den bei der Behandlung entstehenden Abgasen zur Folge.

Zur Behebung dieser Mängel der bekannten Vorrichtungen wurde bereits vorgeschlagen, den zur Anreicherung der Verbrennungsluft verwendeten Sauerstoff mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit in den Behandlungsraum einzuleiten, um so im Besatzzentrum bessere Verbrennungsbedingungen zu erhalten. Bei der Ausführung des so verbesserten Behandlungsverfahrens hat es sich jedoch gezeigt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des eingeleiteten Sauerstoffs bereits in einer Entfernung von nur etwa 10 cm von der Stelle, an der eine entsprechende Sauerstoff leitung in den Behandlungsraum mündet, fast auf Null abgefallen ist, so daß auch mit dem durch Erhöhung der Sauer-

stoffeinleitungsgeschwindigkeit weitergebildeten Behandlungsverfahren keine wesentliche Verbesserung der Behandlungsbedingungen im BesatzZentrum erreicht werden kann.

Angesichts der vorstehend erläuterten Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ofenanlage zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials der eingangs erläuterten Art bereitzustellen, mit der bei gleichzeitiger Reduzierung der durch die Behandlung entstehenden Abgasmenge eine Verringerung der zur Behandlung benötigten Brennstoffmenge erreichbar ist, sowie eine zur Ausführung eines derartigen Verfahrens einsetzbare Ofenanlage bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Ofenanlage der eingangs erläuterten Art gelöst, bei der zumindest ein Teil des Behandlungsgases in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum einleitbar ist.

Diese Lösung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß durch eine impulsförmige Gaseinleitung, durch die die Einstellung eines Strömungsgleichgewichts im Behandlungsraum verhindert wird, Strömungsbedingungen erhalten werden, unter denen die durch die mit den Gasimpulsen erzeugten kurzen Druckstöße erhaltenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Behandlungsraum über große Strecken aufrechterhalten werden. Auf diese Weise kann eine der Belüftung der Randzonen des Behandlungsraumbesatzes entsprechende Belüftung des BesatzZentrums erreicht werden, die eine gleichmäßige und vollständige Behandlung bzw. Verbrennung des Rohmaterials bei gleichzeitiger Reduzierung der dabei entstehenden Schadstoffmengen und der dazu benötigten Brennstoffmengen ermöglicht. Gleichzeitig kann auf diese Weise eine höhere Flexibilität des aus Behandlungsgas und Rohmaterial bestehenden Schmelzaggregates und

somit eine bessere Einstellung der Reaktionsbedingungen während der thermischen Behandlung erreicht werden, wodurch schließlich eine Erhöhung der Schmelzleistung, eine Verbesserung der Aufkohlung des Eisens und verringerte Abbrände erhalten werden können.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der zur Behandlung des Rohmaterials benötigte Sauerstoff in Form der Gasimpulse eingeleitet wird. Die Gaseinleitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu zweckmäßigerweise mit mindestens einem zur Aufnahme des in Form der Gasimpulse in den Behandlungsraum einzuleitenden Sauerstoffs ausgelegten Druckbehälter versehen, an den eine in den Behandlungsraum mündende Gasleitung angeschlossen ist. Zur Erzeugung der Gasimpulse kann ein zum Absperren der an den Druckbehälter angeschlossenen Gasleitung ansteuerbares Schnellschlußventil verwendet werden.

Zur Einstellung gewünschter Reaktonsbedingungen kann ein Teil des Behandlungsgases mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum eingeleitet werden. Dieser Teil des Behandlungsgases kann beispielsweise aus mit Sauerstoff angereicherter Luft bestehen. Dabei kann der zur Anreicherung der Luft verwendete Sauerstoff durch dieselbe Gaseinleitungsöffnung in den Behandlungsraum eingeleitet werden, wie der in Form von Gasimpulsen eingeleitete Sauerstoff. Dazu weist die Gaseinleitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßigerweise eine in die an den Druckbehälter angeschlossene Gasleitung mündende weitere Gasleitung auf, über die der zur Anreicherung der Luft dienende Sauerstoff mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum eingeleitet wird.

Zur Einleitung der einen Teil des Behandlungsgases bildenden Luft kann die Gaseinleitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Ofenanlage mit einer dritten in den Behandlungsraum

mündenden Gasleitung versehen sein. Zum Erhalt einer möglichst homogenen Zusammensetzung des in den Behandlungsraum eingeleiteten Gasgemischs ist es dabei besonders zweckmäßig, wenn die Mündung der an den Druckbehälter angeschlossenen Gasleitung etwa im Zentrum der dem Behandlungsraum zugewandten Mündung der dritten Gasleitung angeordnet ist. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Homogenität der Zusammensetzung des Behandlungsgases kann erreicht werden, wenn die dem Behandlungsraum zugewandten Mündungsbereiche der an den Druckbehälter angeschlossenen Gasleitung und der dritten Gasleitung etwa koaxial zueinander verlaufen.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht weiter herausgestellten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Kupolofens

und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Gaseinleitungseinrichtung des in Fig. 1 dargestellten Kupolofens.

Der in Fig. 1 dargestellte Kupolöfen weist einen schachtförmigen Behandlungsraum 10 auf, der über eine im oberen Bereich des Ofens angeordnete Beschickungsöffnung 12 mit einem beispielsweise aus Roheisen, Koks und ggf. weiteren Zuschlägen bestehenden Rohmaterial beschickt werden kann. Das so in den Behandlungsraum 10 gelangte Rohmaterial kann mit einer im unteren Bereich des Kupolofens angeordneten Gaseinleitungseinrichtung 10 von unten belüftet werden. Zum Abziehen der während der Behandlung des Rohmaterials im Behandlungsraum 10

entstehenden Abgase ist im oberen Bereich des Kupolofens eine Abgasleitung 14 angeordnet.

Die Gaseinleitungseinrichtüng umfaßt eine den Behandlungsraum umlaufende Ringleitung 22 und eine Anzahl von daran angeschlossenen und in den Behandlungsraum mündenden Gasleitungen in Form von sogenannten Winddüsen. Die Ringleitung 22 dient zur gleichmäßigen Verteilung der ggf. mit über die Abgasleitung 14 aus dem Behandlungsraum 10 abgezogenen Abgasen vorgewärmten Verbrennungsluft. Wenngleich der in Fig. 1 dargestellte Kupolofen nur zwei Winddüsen 24 zum Einleiten der Verbrennungsluft in den Behandlungsraum 10 aufweist, kann die Gaseinleitungseinrichtung 20 je nach Größe des Behandlungsraums auch bis zu zwölf gleichmäßig über den Umfang der Ringleitung 22 verteilte Winddüsen umfassen. Die Winddüsen 24 sind in ihrem unteren Bereich jeweils mit einer zur Einleitung von Sauerstoff in den Behandlungsraum 10 ausgelegten Gaseinleitungslanze 2 6 versehen.

Wie der schematischen Darstellung in Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Gaseinleitungslanzen 26 in die Winddüsen eingesetzt und erstrecken sich koaxial zu einem in eine Wand 11 des Behandlungsraums 10 eingesetzten Mündungsbereich 2 4a der jeweiligen Winddüse 24, wobei die Mündungen 26a der Gaseinleitungslanzen 26 etwa im Zentrum der jeweiligen Winddüsenmündung angeordnet sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Gaseinleitungslanze 26 ist über eine Druckleitung 28 an einen Druckbehälter 3 0 angeschlossen, in dem unter hohem Druck stehender Sauerstoff enthalten ist. Die Druckleitung 28 ist mit einem Schnellschlußventil 32 versehen, das zum Absperren der Druckleitung 28 ausgelegt ist. Durch entsprechende Betätigung des Schnellschlußventils 3 2 kann der im Druckbehälter 3 0 enthaltene Sauerstoff

in Form von einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum 10 eingeleitet werden.

Wie Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, kann an die Gaseinleitungsleitungslanze 26 auch noch eine weitere Gasleitung 34 angeschlossen sein, um die durch die Winddüse 24 in den Behandlungsraum 10 eingeleitete Luft mit Sauerstoff anzureichern. Dazu wird der Sauerstoff über die Leitung 34 und die Gaseinleitunglanze 2 6 mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum 10 eingeleitet, wobei dem konstanten Volumenstrom die durch entsprechende Betätigung des Schnellschlußventils 32 erhaltenen Gasimpulse überlagert werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage kann jeder Gaseinleitungslanze 26 ein Druckbehälter 30 mit einem entsprechenden Schnellschlußventil 32 zugeordnet sein. Daneben ist es jedoch auch möglich, für alle Gaseinleitunglanzen 26 einen gemeinsamen Druckbehälter 3 0 mit nur einem diesem zugeordneten Schnellschlußventil 3 2 zu verwenden.
20

Mit der erfindungsgemäßen Ofenanlage können neben den eingangs bereits erläuterten Vorteilen auch noch eine Steigerung der Temperatur der Schmelze sowie durch eine Reduzierung der benötigten Windmenge eine Steigerung der Windtemperatur erreicht werden. Unter diesen Bedingungen kann das mit einer derartigen Anlage ausgeführte Behandlungsverfahren so gesteuert werden, daß Abfallstäube (ggf. unter Beimischung geringer Brennstoffmengen) dem Schmelzaggregat wieder zugeführt und verbraucht bzw. verschlackt werden.

Claims

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Ofenanlage zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials mit einem eine Beschickungsöffnung (12) für das Rohmaterial aufweisenden Behandlungsraum (10) und einer zum Einleiten eines Behandlungsgases in den Behandlungsraum (10) ausgelegten Gaseinleitungseinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, daß mit der Gaseinleitungseinrichtung (20) zumindest ein Teil des Behandlungsgases in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in dem Behandlungsraum (10) einleitbar ist.

2. Ofenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (20) mindestens einen zur Aufnahme des in Form der Gasimpulse in den Behandlungsraum (10) einzuleitenden Gases ausgelegten Druckbehälter (30) aufweist, an den eine in den Behandlungsraum (10) mündende Gasleitung (26, 28) angeschlossen ist.

3. Ofenanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein zum Absperren der an den Druckbehälter (30) angeschlossenen Gasleitung (2 6, 28) einsetzbares Schnellschlußventil (32).

4. Ofenanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (20) eine weitere Gasleitung (34) aufweist, über die ein weiterer Teil des Behandlungsgases mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum (10) einleitbar ist.

5. Ofenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Gasleitung (34) in die an den Druckbehälter (30) angeschlossene Gasleitung (26, 28) mündet.

6. Ofenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (20) eine dritte in den Behandlungsraum (10) mündende Gasleitung (24) aufweist, über die das Behandlungsgas mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum (10) einleitbar ist.

7. Ofenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (26a) der an den Druckbehälter (30) angeschlossenen Gasleitung (26, 28) etwa im Zentrum der den Behandlungsrauro (10) zugewandten Mündung der dritten Gasleitung (24) angeordnet ist.

8. Ofenanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Behandlungsraum (10) zugewandten Mündungsbereiche (24a, 26) der an den Druckbehälter angeschlossenen Gasleitung (26, 28) und der dritten Gasleitung (24) etwa koaxial zueinander verlaufen.