DE2014043A1 - Melting furnace and method for melting meltable materials - Google Patents
Melting furnace and method for melting meltable materialsInfo
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Schmelzofen und Verfahren zum Schmelzen von schmelzbaren MaterialienMelting furnace and method for melting meltable materials
Die Erfindung bezieht sich auf das Schmelzen von Schmelzbaren Materialien mit heißem Gas, wobei das zu schmelzende Material im Gegenstrom zu den Verbrennungsprodukten geführt wird. ,The invention relates to the melting of meltable materials with hot gas, the material to be melted being fed in countercurrent to the combustion products. ,
Bekannte Verfahren zum Schmelzen schmelzbarer Materialien, insbesondere Schrottmetallen wie Eisenschrott und Stahl, sind langeam, erfordern komplexe Vorrichtungen und sind nicht leistungsstark» Das Schmelzen dieser Art wurde bisher meistens in elektrischen Schmelzöfen, Hochöfen oder Kupolöfen vorgenommen. Elektrische Schmelzöfen sind für die meisten Schmelzzwecke zu kostspielig, und wenn bestimmte Metalle geschmolzen werden sollen, brauchen Hochöfen und Kupolöfen noch zusätzlich Koks zusammen mit dem zu schmel-Known methods of melting fusible materials, scrap metals in particular, such as scrap iron and steel, are long, require complex devices and are not powerful »The melting of this type has been hitherto mostly made in electric smelting furnaces, blast furnaces or cupolas. Electric melting furnaces are for that too expensive for most smelting purposes, and if certain metals are to be smelted, blast furnaces need and Cupolas additionally coke together with the
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zendeii Ausgancjsmaterial. Wenn bestimmte Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, Insbesondere Erdgas, einem Koks enthaltenden Kupol- oder Hochofen zugesetzt werden, verhindert der Koks im allgemeinen die vollständige Verbrennung des Öls, was einen Wärmeverlust zur Folge hat. Die hohen Kosten für Koks und damit verbundene Extraarbeit und dazu die hohen Kosten für die notwendigerweise komplexe Schmelzeinrichtung, führten zu der Entwicklung von Schmelzofen, die die notwendige Wärme unter alleinigem Verbrauch von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, wie Erdgas, Petroleum und Heizöl erzeugen können. Da jedoch die bisher verwendeten Koksschichten eine Unterlage für das Zufuhrmaterial innerhalb des Schachts bildeten, brauchte man für die neuen Installationen andere Unterlagen, wie inerte Materialien, Stauwände oder Rückhalteroste, die alle den Betrieb verteuerten.zendeii starting material. When certain hydrocarbon fuels, In particular, natural gas is added to a cupola or blast furnace containing coke, the coke prevents generally complete combustion of the oil, which results in a loss of heat. The high cost of Coke and the extra work associated with it and the high costs for the necessarily complex melting facility, led to the development of melting furnaces that generated the necessary heat with the sole consumption of liquid or gaseous fuels such as natural gas, petroleum and heating oil. However, since the previously used Layers of coke, which formed a base for the feed material inside the shaft, were needed for the new installations other documents, such as inert materials, retaining walls or retaining grids, all of which made the operation more expensive.
In der Schmelztechnik sind auch Gegenstrom-Schmelzöfen bekannt, in denen die heißen Verbrennungsgase nach oben über das Zufuhrmaterial geführt werden und das Zufuhrmaterial nach unten durch den Ofenschacht geführt wird, während der untere Teil des Zufuhrmaterials geschmolzen wird. Gegenstrom-Schmelzöfen, die nur gasförmige Brennstoffe verbrauchen, A wurden entwickelt, von denen die meisten Flammofen sind, bei denen ein See an geschmolzenem Material am Boden oder in einem benachbarten Tiegel bleibt. Flammofen haben niedrige Schmelzdurchsätze und sind leistungsschwach, oft liegt ihr thermischer Wirkungsgrad bei nur 10 Prozent.In the melting technology, countercurrent melting furnaces are also known, in which the hot combustion gases are passed upwards the feed material are fed and the feed material is fed down through the furnace shaft, during the lower part of the feed material is melted. Countercurrent melting furnaces that only use gaseous fuels, A have been developed, most of which are flame furnaces, where a pool of molten material remains at the bottom or in an adjacent crucible. Flame furnaces have low Melt throughputs and are inefficient, often their thermal efficiency is only 10 percent.
überbrückung oder Hängenbleiben des Materials im Ofenschacht ist ein allgemeines immer wiederkehrendes Problem beim Gegenstrom-Metallschmelzen ohne Verwendung von Koks, insbesondere dort, wo ein See aus geschmolzenem Zufuhrmaterial ständig im Schacht bleibt. Überbrückung und Hängenbleiben tritt auf, wenn Stücke des Zufuhrmaterials Im Schacht oberhalb der Schmelzzone vorzeitig schmelzen und an benachbarte Stück· Bridging or sticking of material in the furnace shaft is a common recurring problem in countercurrent smelting of metals without the use of coke, particularly where a sea of molten feed material is persistently in the shaft. Bridging and sticking occurs when pieces of the feed material to melt prematurely in the shaft above the melting zone and to adjacent pieces ·
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des Zufuhrroaterl als geschweißt oder geschmolzen werden. Wenn eine Anzahl an Stücken auf diese Weise verbunden werden, kann das ganze Zufuhrmaterial im Schacht verklumpt und seine kontinuierliche Bewegung nach unten behindert werden. Bei früheren Schmelzverfahren hatten die Koksschichten dieses Zusammenschweißen oder Schmelzen der Zufuhrmaterialien verhindert. Bei Verfahren, bei denen kein Koks verwendet und die Zufuhrhöhe beliebig hoch gesteigert wird, läßt das größere Gewicht die Zufuhrstücke im unteren Teil des Schachts mit größerer Kraft komprimierenβ Dies wiederum erhöht die Überbrükkungschanceno Wegen diese Effekts wurde die in kokslosen Gegenstrom-Schmelzöfen verwendete Zufuhrhöhe im allgemeinen auf ca. 1,80m (6 feet) oder weniger beschränkt. Auch wenn die Wärmezufuhr pro Zeiteinheit erhöht wird, steigt dementsprechend die Überbrückungstendenζ, Folglich wurden die Kapazität und der Wirkungsgrad der bisherigen kokslosen Gegenstrom-Schmelzöfen bedeutend begrenzt.of the feed tube as being welded or fused. When a number of pieces are connected in this way the whole of the feed material can become clumped in the chute and its continuous movement downwards be hindered. Had in previous fusion processes the layers of coke prevent this welding or melting of the feed materials. In proceedings, in where no coke is used and the feed level is arbitrary is increased high, the larger weight leaves the feed pieces compress with greater force in the lower part of the shaft β This in turn increases the chances of bridging Because of this effect, the feed height used in countercurrent coke-less furnaces has become general limited to approximately 6 feet or less. Even if the heat supply is increased per unit of time, accordingly, the bridging tendency increases, consequently the capacity and efficiency of the previous coke-less countercurrent melting furnaces were significantly limited.
Nach der Erfindung werden einem Ofenschacht zugeführte schmelzbare Materialien dadurch geschmolzen, daß heiße, gasförmige, im wesentlichen vollständig verbrennende Produkte in Form eines Stroms oder Strahls mit hoher Geschwindigkeit in den Boden des Ofenschachts geleitet werden. Die Temperatur, Zusammensetzung und Geschwindig-* keit des Strahls werden unter Kontrolle gehalten und seine Querschnittsdimensionen so ausgewählt, daß das Zufuhrmaterial in einer örtlich begrenzten Zone am Boden des Schachts schnell erhitzt und geschmolzen wird. So wird die Beschaffenheit des Gasstrahls unter Kontrolle gehalten, damit der heiße Gasstrahl innerhalb dieser kleinen Schmelzzone genug gekühlt wird, um ein Schmelzen weiter oben im Schacht wegen der oben genannten NachteileAccording to the invention are fed to a furnace shaft Fusible materials are melted by being hot, gaseous, essentially completely burning Products in the form of a stream or beam with high Speed can be directed into the bottom of the furnace shaft. The temperature, composition and speed * speed of the jet are kept under control and its cross-sectional dimensions are selected so that the feed material is rapidly heated and melted in a localized zone at the bottom of the shaft. So will the quality of the gas jet kept under control, so that the hot gas jet within this small melting zone is cooled enough to melt further up in the shaft because of the disadvantages mentioned above
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zu vermeiden. Beim Schmelzen des Zufuhrmaterials wird das geschmolzene Material kontinuierlich vom Zufuhrmaterial weggeführt und aus dem Ofen entfernt. Bei der Entfernung kann dia Abflußrichtung des geschmolzenen Materials anfangs vorteilhafterweise im Gegenstrom zu den Verbrennungsprodukten verlaufen, so daß eine Überhitzung des geschmolzenen Materials erzielt und so der Abfluß durch ein geeignetes Ausgußloch erleichtert wird.to avoid. When the feed material melts, the molten material continuously carried away from the feed material and removed from the furnace. At the distance For example, the outflow direction of the molten material can initially advantageously run countercurrent to the combustion products, so that overheating of the molten material is achieved and thus the outflow through a suitable pouring hole is facilitated.
Der Ofen zum Schmelzen schmelzbarer Materialien weist erfindungsgemäß im allgemeinen einen vertikalen oder geneigten Schacht zum Aufstauen des zu schmelzenden Zufuhrmaterials auf. Der untere Teil der Schachtbohrung ist so gebaut, daß die Abwärtsbewegung des Zufuhrmaterials erleichtert wird. Der Boden der Bohrung ist so geformt, daß der Abfluß des geschmolzenen Zufuhrmaterials wenigstens einer Austrittsöffnung an der Seite der Bohrung zugeführt wird. Eine Brennkammer und ein dazugehöriger Brenner sind vorgesehen, die eine im wesentlichen vollständige Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemischs in der Brennkammer be- wirken. Ein schlundartiger Durchgang verbindet die Brennkammer und den Schacht an der Abflußöffnung miteinander, wobei der Durchgang so beschaffen ist, daß ein Verbrennungegas-Strahl mit hoher Geschwindigkeit von der Brennkammer in den Schacht strömt. Schließlich ist ein Abstichloch vorgesehen, durch das kontinuierlich im wesentlichen das gesamte geschmolzene Material aus dem Schacht unmittelbar nach dem Schmelzen entfernt werden kann.According to the invention, the furnace for melting meltable materials generally has a vertical or inclined shaft for damming up the feed material to be melted. The lower part of the shaft bore is like this designed to facilitate the downward movement of the feed material. The bottom of the hole is shaped so that the outflow of the molten feed material is fed to at least one exit opening on the side of the bore will. A combustion chamber and an associated burner are provided, which ensure an essentially complete combustion of a fuel-air mixture in the combustion chamber. works. A gullet-like passage connects the combustion chamber and the shaft at the drainage opening with each other, the passage being adapted to allow a high velocity jet of combustion gas from the combustion chamber flows into the shaft. Finally, a tap hole is provided through which essentially the all molten material can be removed from the shaft immediately after melting.
Das Schmelzen in dem Gegenstrom-Ofen nach der Erfindung erfolgt schnell bei bedeutend höheren thermischen Wirkungsgraden als bei bisherigen Schmelzöfen vergleichbarer Größe. Die Zufuhrhöhe kann auch erhöht werden, ohne daß dadurch überbrückung im Schacht verursacht wird.Melting in the countercurrent furnace according to the invention takes place quickly with significantly higher thermal efficiencies than in previous melting furnaces of comparable size. The feed height can also be increased without causing bridging in the shaft.
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In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Mitte eines erfindungsgemäß gebauten Schmelzofens;Fig. 1 is a longitudinal section through the center of a melting furnace constructed according to the invention;
Fig0 2 einen Längsschnitt des leeren Ofens entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1;Figure 2 0 shows a longitudinal section of the empty furnace taken along the line 2-2 of FIG. 1;
Fig. 3 einen Teilquerschnitt des leeren Ofens entlang Linie 3-3 nach Fig. 1 und3 along a partial cross-section of the empty furnace Line 3-3 of Fig. 1 and
Fig. 4,5,6,TFigs. 4,5,6, T
andere Ausführungsformen des Schachtbodens, in denen Mehrfach-Brenner benutzt werden«,other embodiments of the shaft bottom in which multiple burners are used «,
Figuren 1,2 und 3 zeigen einen vertikalen Schachtofen nach der Erfindung, der als Schmelzvorrichtung für Eisenmetalle benutzt wird. In Fig. 1 und 2 weist der Ofenschacht einen · äußeren Mantel, vorzugsweise aus Stahl auf, bestehend aus einem oberen Mantelteil 13, einem unteren Mantelteil 15 und einer Basisplatte 17. Der obere Mantel teil 13 ist zylindrisch und bildet den Teil des Schachts, der mit dem schmelzbaren Zufuhrmaterial beschickt wiri und durch den Abgase entweichen. Diesor obere Schachtte.il ist vertikal angeordnet, obwohl er, wenn gewünscht, auch geneigt sein kann. Die Innenfläche des Mantels ist mit einem wärmeisolierenden Material 19 verkleidet, z.B. mit einem rohrförmigen gieß- fähigen, feuerfesten Material auf Aluminiumoxidbasis. Wo m gewünscht, können zwei oder mehr Schichten verschiedenen Isoliermaterials verwendet werden. Das den oberen Mantelteil 13 auskleidende Isoliermaterial 19 bildet einen einheitlichen Innendurchmesser über die ganze Länge des oberen Mantelteilβ.Figures 1, 2 and 3 show a vertical shaft furnace according to the invention, which is used as a melting device for ferrous metals. In FIGS. 1 and 2, the furnace shaft has an outer casing, preferably made of steel, consisting of an upper casing part 13, a lower casing part 15 and a base plate 17. The upper casing part 13 is cylindrical and forms the part of the shaft which are charged with the fusible feed material and escape through the exhaust gases. This upper duct part is arranged vertically, although it can also be inclined if desired. The inner surface of the jacket is covered with a heat-insulating material 19, for example with a tubular, castable, refractory material based on aluminum oxide. Where m desired, two or more layers different insulation material can be used. The insulating material 19 lining the upper casing part 13 forms a uniform inside diameter over the entire length of the upper casing part.
Der untere auch nit dem Isoliermaterial 19 ausgekleidete Mantelteil 15 ist mit einer Bohrung ausgebildet, die zum Boden hin nach außen konisch erweitert ist, um den Abfluß des Zufuhrmaterinis aus dem oberen Mantelteil zu erleich-The lower shell part 15, which is also lined with the insulating material 19, is designed with a bore which is flared outwards towards the bottom in order to facilitate the outflow of the supply material from the upper shell part.
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tern. Der Boden 16 der Bohrung let vorteilhafterweise genügend von der Horizontalen geneigt, um den Strom geschmolzenen Materials einer Eintrittsöffnung 20, wie unten näher beschrieben, zuzuleiten. Bei der in Fig. 1 undtern. The bottom 16 of the bore let advantageously inclined sufficiently from horizontal to direct the stream of molten material to an inlet port 20 as further described below. When in Fig. 1 and
2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist der Boden der Bohrung gewölbt oder im wesentlichen halbkugelig ausgebildet, um den Strom aus geschmolzenem Material durch einen Schlund 20 und einen an der Seite des Ofens liegenden Durchgangskanal 21 zu leiten. Der Durchgangskanal 21 hat einen tiefsten Punkt, an dem eine Austrlttsöfffnung 23 zur kontinuierlichen Entfernung des geschmolzenen Produkts angeordnet ist. Wie aus Fig. 1 und2, the bottom of the bore is domed or substantially hemispherical to allow the flow of molten material through a throat 20 and one on the side of the Oven lying through channel 21 to guide. The through-channel 21 has a lowest point at which an outlet opening 23 is arranged for the continuous removal of the molten product. As from Fig. 1 and
3 ersichtlich, weist die Austrittsöffnung 23 noch einen Kanal 24 im Boden des Durchgangskanals 21 auf. Der Neigungswinkel des Schachtbodens sollte genügend groß sein, damit im wesentlichen das gesamte geschmolzene Produkt durch die Schlundöffnung 20, den Durchgangskanal 21 und AustrittsÖfffnuncj 23 unmittelbar nach dem Schmelzen ausfließt. Auf diese Weise kann sich am Schachtboden keine Schmelz!ache bilden. Die sofortige Entfernung des geschmolzenen Materials verringert auch vorteilhaft die chemische Wechselwirkung zwischen Gas und geschmolzenem Material, wie Oxydierung von Kohlenstoff und Silicium, wenn man Gußeisen schmilzt.3, the outlet opening 23 has another one Channel 24 in the bottom of the through-channel 21. The angle of inclination of the shaft bottom should be large enough thus essentially all of the molten product through the throat opening 20, the passage channel 21 and Austrittsöfffnuncj 23 flows out immediately after melting. In this way, no one can get to the bottom of the shaft Form enamel. The immediate removal of the molten material also beneficially reduces the chemical Interaction between gas and molten material, such as the oxidation of carbon and silicon when cast iron is melted.
Wie in Fig. 3 gezeigt, verbindet der Durchgangskanal 21 die Bohrung des unteren Mantelteils 15 mit zwei Brennkammern 25 (nur eine sichtbar) der Brenner-Einrichtungen 27. Die Brennereinrichtungen 27 sind an der Seite des unteren Mantelteils 15 gegeneinander gewinkelt angebracht, so daß die Achsen der Brenner einen Schnittpunkt im Durchgangskanal 21 bilden. Der Durchgangskanal 21 erweitert sich am äußeren dem Schacht entgegengesetzten Ende trichterartig, um die zusammenlaufenden- Verbrennungsgase aus denAs shown in Fig. 3, the passage 21 connects the bore of the lower shell part 15 with two combustion chambers 25 (only one visible) of the burner devices 27. The burner devices 27 are attached at an angle to one another on the side of the lower casing part 15, so that the axes of the burners form a point of intersection in the passage 21. The passage channel 21 widens at the outer end opposite the shaft like a funnel to remove the converging combustion gases from the
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beiden Brennkammern 25 in den Schacht zu leiten. Eine Sichtöffnung 28 zwischen den Brenner-Einrichtungen erlaubt die Beobachtung des Schraelzvorgangs.to direct both combustion chambers 25 into the shaft. One Viewing opening 28 between the burner devices allows observation of the Schraelzvorgangs.
Jede der Brenner-Einrichtungen 27 besteht im wesentlichen aus einem Brennstoffeiniaß 29, einem Lufteinlaß 31,einem Luftrohr 33, einem Mischer 35 mit schraubenförmigen Leitschaufeln, einem Flammenhalter 37, einer Brenner-Auskleidung 39 und einem Brennergehäuse 41, das mit dem Isoliermaterial ausgekleidet ist. Einer der Brenner ist mit einer Zündeinrichtung 43 versehen, die sich durch das Brennergehäuse 41 und das Isoliermaterial 19 bis zu einem Punkt j| zwischen dem schraubenförmigen Mischer 35 und dem Flammen- ^ halter 37 erstreckt. Sowohl der Flammenhalter 37 als auch die Brenner-Auskleidung 39 sind aus feuerfestem Material wie Zirkon hergestellt.Each of the burner devices 27 consists essentially from a fuel inlet 29, an air inlet 31, a Air pipe 33, a mixer 35 with helical guide vanes, a flame holder 37, a burner liner 39 and a burner housing 41 which is lined with the insulating material. One of the burners is with one Ignition device 43 is provided, which extends through the burner housing 41 and the insulating material 19 to a point j | between the helical mixer 35 and the flame ^ holder 37 extends. Both the flame holder 37 and the burner liner 39 are made of refractory material such as zircon.
Die hereinkommende Luft wird durch den am Ende des Luftrohrs 33 angebrachten Flügel-Mischer 35 geführt. Die schraubenförmigen Flügel des Mischers 35 vermitteln der hereinströmenden Luft eine Turbulenz, wodurch die Luft gründlich mit dem eintretenden Brennstoff gemischt wird, der durch das Ende des Flügelmischers in den turbulenten Luftstrom eingeführt wird. Im Betrieb -wird das Brennstoff-Luftgemisch durch die Zündöffnung 43 gezündet, und die m sich ergebende Verbrennungsflamme wird in der Brennkammer 25 durch eine in der Fachwelt gut bekannte Art eines Flammenhalters 37 aufrechterhalten. Die Brennereinrichtung 27 ist so bemessen und gebaut, daß eine im wesentlichen vollständige^ Verbrennung des Brennstoff-Sauerstoffgemischs innerhalb der Brennkammer 25 erfolgt· Auf diese Weise können nur die gasförmigen Produkte der Im wesentlichen vollständigen Verbrennung Über das austretende geschmolzene Metall und in den Schacht gelangen.The incoming air is passed through the wing mixer 35 attached to the end of the air tube 33. The helical blades of the mixer 35 impart turbulence to the incoming air, thereby thoroughly mixing the air with the incoming fuel which is introduced into the turbulent air stream through the end of the blade mixer. In operation, the fuel-air mixture is ignited by the ignition opening -is 43, and the m resultant combustion flame is maintained in the combustion chamber 25 by a well-known in the art the manner of a flame holder 37th The burner device 27 is dimensioned and constructed in such a way that an essentially complete combustion of the fuel-oxygen mixture takes place within the combustion chamber 25. In this way, only the gaseous products of the essentially complete combustion can pass through the escaping molten metal and into the shaft.
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Der verwendete Brennstoff hat die erforderliche Verbrennungstemperatur für einen bestimmten Schmelzvorgang· Jeder Kohlenwasserstoffbrennstoff kann verwendet werden, z.B. Erdgas, Petroleum und Heizöl. Der wünschenswerteste Brennstoff hinsichtlich der Kosten, Verfügbarkeit und vielseitiger Anwendbarkeit ist Erdgas. Besonders erfolgreich war Erdgas beim Schmelzen verschiedener Eisenschrottmischungen in einem erfindungsgemäßen Schmelzofen. Zur Bildung der Verbrennungsmischung wird der Brennstoff vorzugsweise mit Luft oder mit Luft und Sauerstoff gemischt. In einigen Fällen kann die Luft vor dem Nischen vorgeheizt werden. The fuel used has the required combustion temperature for a particular melting process. · Any hydrocarbon fuel can be used, such as natural gas, petroleum and heating oil. The most desirable fuel in terms of cost, availability and versatility is natural gas. Natural gas was particularly successful in melting various iron scrap mixtures in a melting furnace according to the invention. The fuel is preferably mixed with air or with air and oxygen to form the combustion mixture. In some cases, the air can be preheated before niche.
Vorteilhafterweise geschieht die im wesentlichen vollständige Verbrennung eines vorzugsweise nahezu stöchiometrischen Gemische aus Brennstoff und Luft, ehe die Verbrennungsgase in den Ofenschacht kommen, und vorzugsweise ehe die Verbrennungegase über das austretende geschmolzene Material streichen. So kann man die maximal» Verbrennungswärme aus dem Brennstoff herausholen und auf diese Weise den Wirkungsgrad erhöhen. In unserem Fall soll im wesentlichen vollständige Verbrennung bedeuten, daß bei der Verbrennung des' Brennstoff-Luftgemischs nicht mehr als ungefähr 2 Prozent brennbare Stoffe oder 2 Prozent Sauerstoff in den Verbrennungsgasen zurückbleiben. In einer vorteilhaften Ausführungefor«» werden die Verbrennungsgase se reguliert, daß sich ungefähr 0,4 bis 0,8 Prozent brennbare Stoffe und nahezu 0,0 Prozent Sauerstoff ergeben.Advantageously, the essentially complete takes place Combustion of a preferably nearly stoichiometric mixture of fuel and air before the combustion gases come into the furnace shaft, and preferably before the Brush combustion gases over the emerging molten material. So you can get the maximum »heat of combustion get out of the fuel and in this way increase the efficiency. In our case it is supposed to be essentially complete Combustion means that in the combustion of the fuel-air mixture no more than about 2 percent combustible substances or 2 percent oxygen in the combustion gases lag behind. In an advantageous version for «» The combustion gases are regulated so that there are approximately 0.4 to 0.8 percent combustible substances and almost 0.0 percent oxygen result.
Der Durchgang 21 und der Schlund 20, durch die die Verbrennungsprodukte geleitet werden, sind so bemessen, daß ein Strom Verbrennungsgase mit hoher Geschwindigkeit gebildet wird und aus den Brennkammern 25 in ein unmittelbar neben der Schlundöffnung 20 liegendes Gebiet oder eineZone 40 strömt. Zu diesem Zweck hat der Durchgangskanal seinenThe passage 21 and the throat 20 through which the combustion products are dimensioned so that a stream of combustion gases is formed at high speed and from the combustion chambers 25 into an area or zone 40 immediately adjacent to the throat opening 20 flows. The through channel has its own for this purpose
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Kleinsten Querschnitt an oder nahe der Schlundöffnung 20· Der kleinste Querschnitt des Durchgangskanals oder der Schlundöffnung ist wesentlich kleiner als der Querschnitt des Schachts· In der vorteilhaftesten Ausführungsform ist das Verhältnis des SchachtquerSchnitts zum kleinsten Querschnitt des Durchgangskanals ungefähr 8 : 1, obwohl ein Verhältnis in der Größenordnung 4 : 1 bis 20 : 1 angewandt werden kann, je nach Art des Zufuhrmaterials, der Brennergröße und anderer Betriebserwägungen. Der an der'Schlundöffnung 20 erzeugte Strom oder Strahl der Verbrennungsgas« mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht einen hohen Grad an Wärmeübertragung im benachbarten Zufuhrmaterial· Dies erzeugt schnelles Schmelzen des Zufuhrmaterials in der begrenzten oder Rand- oder Auftreffzone 40. Der Rest des Schachts fungiert als Vorwärmer. Dadurch daß das Schmelzen auf eine kleine begrenzte Zone nahe dem Schachtboden beschränkt ist, wird die Überbrückung oder das Hängenbleiben der Metallzufuhr im Schacht auf ein Minimum herabgemindert, und die Zufuhrhöh· kann gesteigert werden·Smallest cross-section at or near the pharynx 20 The smallest cross-section of the through-channel or the Throat opening is much smaller than the cross section of the shaft · In the most advantageous embodiment is the ratio of the manhole cross-section to the smallest cross-section of the through-channel is approximately 8: 1, although a Ratio on the order of 4: 1 to 20: 1 applied depending on the type of feedstock, torch size, and other operational considerations. The current or jet of combustion gas generated at the 'throat opening 20' at high speed allows a high degree of heat transfer in the adjacent feed material. This creates rapid melting of the feed material in the confined or peripheral or impingement zone 40. The remainder of the The shaft acts as a preheater. Because the melting takes place in a small, limited area near the bottom of the shaft is limited, the bridging or stalling of the metal feed in the shaft is reduced to a minimum and the feed height can be increased
Der Durchgang 21 und der heiße Gasstrahl ist auch vorteil» hafterweise zur Randzone oder begrenzten Schmelzzone in ein·« sub Schachtboden und dem zu schmelzenden Zufuhrmaterial nach unten geneigten Winkel gerichtet. Dies verhindert nicht nur dl· Anhäufung an Zufuhrmaterial und Schlack· im Durchgang 21, sondern verhindert auch, daß der Gasstrahl nach oben durch den Schacht strömt und hilft; das Scheelaen auf die klein« begrenzte Zone nah· dem Schachtboden zu beschränken·The passage 21 and the hot gas jet is also advantageous » adherent to the edge zone or limited melting zone in a · «sub shaft bottom and the feed material to be melted downwardly inclined angle. This prevents not only the accumulation of feed material and slag in the Passage 21 but also prevents the gas jet flows up through the shaft and helps; the Scheelaen towards the small zone near the shaft floor restrict·
Di· Geschwindigkeit des in den Schacht fließenden Stroms . od«r Strahls der Verbrennungsgas· ist größer als ca. 30« pro Sekunde und kleiner als 300« pro Sekunde, u« das Zufghrmaterial wirk··« su schmelzen. D«mg«ttäß sind der SchlundDi · speed of the current flowing into the shaft. or the jet of combustion gas is greater than approx. 30 " per second and less than 300 "per second, the feed material will melt. The gullet is the gullet
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20 und der Durchgang 21 für Geschwindigkeiten dieser Größenordnung bemessen. Vorzugsweise wird Mit Geschwindigkeiten von ca.' 60m bis 90m pro Sekunde gearbeitet· Wenn die Geschwindigkeiten niedriger als ca. 30m pro Sekunde sind, schmilzt das Zufuhrmaterial zu langsam, das Metall neigt dazu zu oxydieren, Kohlenstoff- und Siliciumverluste sind höher (beim Schmelzen von Eisen und Stahl) und die Wirkungsgrade sind bedeutend niedriger. Bei Geschwindigkeiten über ca. 300m pro Sekunde wird im allgemeinen übermäßiges Geräusch festgestellt, Tröpfchen geschmolzenen Zufuhrmaterials werden leicht hoch in den Schacht geblasen und der Abfluß des ausströmenden Metalls wird verzögert. Bei Gasströmungsgeschwindigkeiten in der gegebenen Größenordnung wird jedoch die Wärme im Schacht schnell und wirkten übertragen und in der begrenzten Schmelzzone 40 kann mehr geschmolzen werden als in anderen Schmelzöfen vergleichbarer Größe.20 and the passage 21 dimensioned for speeds of this order of magnitude. Preferably at speeds from approx. ' 60m to 90m per second worked If the speeds are lower than approx. 30m per second, If the feed material melts too slowly, the metal tends to oxidize, there are carbon and silicon losses higher (when melting iron and steel) and the efficiencies are significantly lower. At speeds over There is generally excessive noise around 300 meters per second, droplets of molten feed material are easily blown up into the shaft and the drain of the escaping metal is delayed. However, at gas flow velocities in the given order of magnitude, the heat in the shaft is transferred quickly and has an effect and more can be melted in the limited melting zone 40 than in other similarly sized furnaces.
Die endgültige Geschwindigkeit der Verbrennungsgase hängt von der gewählten Wärmezufuhr pro Zeiteinheit ab, und man muß den umfang aller im Ofen durchzuführenden Schmelzarbeiten in Betracht ziehen, ehe man die Querschnittsdimenslonen der Schlundöffnung und de· Durchgangakanals auswählt. St itt jedoch su bemerken, dtft vorgefertigte feuer» feste Einsätze tür Verkleinerung der Schlundgröfie benutzt werden können, wenn man bei einer bestimmten Schmelzarbeit eine größere Geschwindigkeit brauchen tollt· alt es mit der ursprünglichen Größe der Schlundöffnung möglich ist· Diet· Einsätze können je nach Bedarf mit einem Minimum an Aufwand entfernt und wiedereingesetzt werden· Andere Mittel tür Änderung des Querschnittt des Schlundes oder det Durchgangs können verwandt werden, einschließlich mechanisch veränderliche Vorrichtungen·The final velocity of the combustion gases depends on the selected heat input per unit of time, and the extent of all melting work to be carried out in the furnace must be taken into account before the cross-sectional dimensions of the throat opening and the passage channel are selected. Please note, however, that there are prefabricated fires » Fixed inserts used to reduce the size of the throat if you need a higher speed for a certain melting work, it romps with you the original size of the pharynx opening is possible · Diet · Inserts can be changed as needed with a minimum of Effort to be removed and reinserted · Other means of altering the cross-section of the throat or passage may be used, including mechanically changeable devices
PUr größere öfen, wie die in Fig· 4, 5, 6 und 7 gezeigten, kann mehr als ein Strahl aus Verbrennungsgasen in AbständenFor larger ovens, such as those shown in Figures 4, 5, 6 and 7, can have more than one jet of combustion gases at intervals
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verteilt in den Schachtboden eingeführt werden, und das geschmolzene Metall kann durch eine oder mehrere Schlundoder Austrittsöffnungen entfernt werden. Der Schachtboden muß jedoch dann so ausgebildet sein, daß einzelne Ströme geschmolzenen Zufuhrmaterials den entsprechenden Schlundoder Austrittsöffnungen zugeführt v. erden. Es versteht sich» daß nach der Erfindung einer der primären Aspekte das Schmelzen schmelzbarer Materialien mit Verbrennungsgasstrahlen ist, die auf begrenzte Schmelzzonen oder. Gebiete des Zufuhrmaterials gerichtet sind. Das geschmolzene Material kann cus der Schmelzzone oder den Zonen mittels getrennter Austrittsöffnungen oder Kanälen entfernt werden, die nicht unbedingt mit einer oder mehreren die Verbrennungsgasstrahlen hoher Geschwindigkeit erzeuejenden Schlundöffnungen in Verbindung z\\ stehen brauchen. Wenn mehr als ein Gasstrahl angewandt wird, sollten tie um den Schachtumfang so angeordnet sein, daß jeder Strahl ein eigene, von den anderen Strahlen im wesentlichen unabhängige Schmelzfunktion durchführt· Wenn dies nicht gemacht, wird, kann Überbrückung eher auftreten und der Gesamtwirkungsgrad kann sinken.can be introduced into the bottom of the shaft in a distributed manner, and the molten metal can be removed through one or more throat or outlet openings. However, the shaft bottom must then be designed in such a way that individual streams of molten feed material are fed to the corresponding gullet or outlet openings v. earth. It will be understood that, according to the invention, one of the primary aspects is the melting of fusible materials with jets of combustion gas which target limited melting zones or. Areas of the feed material are directed. The molten material may cus the melting zone or zones by means of separate outlet openings or channels are removed, not necessarily erzeuejenden with one or more combustion gas jets of high velocity throat openings in communication z \\ need be. If more than one gas jet is used, tie around the duct circumference should be arranged so that each jet performs its own melting function, essentially independent of the other jets. If this is not done, bridging is more likely to occur and overall efficiency may decrease.
Fig. 4 zeigt eine v/eitere Ausführur gsform, bei der zwei getrennte Gasstrahlen in den Schacht durch die Durchgangskanäle und Schlundöffnungen 20 kommen und in zwei getrennten auseinanderliegenden Zonen 40 ein örtlich begrenztes Schmelzen hervorrufen. Das geschmolzene Material tritt durch die DurchgfingckrnJile 21 und die zusammenlaufenden Auetritteöffnungen 45 aus.4 shows a further embodiment in which two separate gas jets come into the shaft through the passage channels and throat openings 20 and in two separate ones apart zones 40 cause localized melting. The molten material passes through the Durchgfingckrnjile 21 and the converging exit openings 45 from.
Fig. 5 zeigt eine AusfUhrungsform, bei der ebenfalls zwei getrennte heiße Gasstrahlen verwendet werden, aber das geschmolzene Material durch eine direkt durch die Ofenwand in den Schachtboden führende Austrittsöffnung 47 entferntFig. 5 shows an embodiment in which also two separate hot gas jets are used, but the molten material passes through one directly through the furnace wall Exit opening 47 leading into the shaft bottom is removed
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wird, die nicht mit dem Durchgangskanal 21 verbunden 1st. Die Schlundöffnungen 20* sind etwas vom Schachtboden abgehoben, damit das geschmolzene Material nach unten zur Auetrittsöffnung 47 und nicht durch den Durchgangskanal 21 ausfließt. Die Durchgangskanäle 21 können auch nach unten zum Schachtboden geneigt sein, um zu vermeiden, daß geschmolzenes Material in sie fließt· Wenn das Material in den Zonen 40 geschmolzen ist, fließt es eine kurze Strek· ke nach unten und tritt durch die Austrittsöffnung 47 aus.which is not connected to the through-channel 21. The gullet openings 20 * are slightly raised from the shaft bottom, so that the melted material down to the Exit opening 47 and does not flow out through the through-channel 21. The through channels 21 can also according to be inclined towards the bottom of the shaft to prevent molten material from flowing into it · When the material melted in zones 40, it flows a short distance ke downwards and exits through the outlet opening 47.
Fig. 6 und 7 zeigen weitere AusfUhrungsformen, bei denen drei getrennte heiße Gasstrahlen verwendet werden. In Fig. 6 befindet sich die Austrittsöffnung in einem der seitlichen Durchgangskanäle und in Fig. 7 erstreckt sich die Austrittsöffnung in den mittleren Durchgangskanal. Sowohl in Fig. 6 als auch in Fig. 7 sind die Schlundöffnungen 20' etwas ijber dem Schachtboden mit dem Schacht verbunden, und ihre Durchgangskanäle 21 können jeweils nach unten geneigt sein, damit kein geschmolzenes Material in die Kanäle fließt. In jeder AusfUhrungsform ist der Schachtboden so ausgebildet, daß der Strom geschmolzenen Materials zur Austrittsöffnung 20 geleitet wird. Die Austrittsöffnung 20 und die leicht erhöhten Schlundöffnungen 20* sind weit genug voneinander entfernt, um selbständige Schmelzzonen zu schaffen, aber nahe genug beieinander, um ein Erstarren des geschmolzenen Materials vor dem Erreichen der Austritte-Öffnung 20 zu vermeiden.6 and 7 show further embodiments in which three separate hot gas jets can be used. In FIG. 6 the outlet opening is located in one of the lateral through-channels and in FIG. 7 the outlet opening extends into the central through-channel. As well in Fig. 6 as well as in Fig. 7 are the throat openings 20 ' something connected to the shaft above the shaft bottom, and their passage channels 21 may each be inclined downward so that molten material does not flow into the channels. The shaft bottom is in every embodiment designed to direct the stream of molten material to exit port 20. The outlet opening 20 and the slightly raised gullet openings 20 * are far enough apart to form independent melting zones but close enough to one another to prevent the molten material from solidifying before it reaches the exit opening 20.
Beim Schmelzbetrieb wird der Ofen stufenweise vorgeheizt, bis die feuerfeste Auskleidung eine vorherbestimmte Temperatur erreicht hat. Die Luft und das Gas für die Brenner werden der gewünschten Wärmezufuhr pro Zeiteinheit und dem Luft-Gasgemisch angepaßt, und der Schacht wird bis zur ge-In the melting process, the furnace is preheated in stages until the refractory lining has reached a predetermined temperature. The air and gas for the burners are adapted to the desired heat supply per unit of time and the air-gas mixture, and the shaft is
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wünschten Höhe mit Zufuhrmaterial angefüllt. Die Größe der Schlundöffnung wird vor Beginn ausgewählt, damit der Verbrennungsgässtrahl die gewünschte hohe Geschwindigkeit hat· Während des Schmelzens wird das geschmolzene Zufuhrmaterial durch die Austrittsöffnung im Durchgangskanal 21 entfernt. Die heißen, über das austretende geschmolzene Material streichenden Verbrennungsgase überhitzen das Material leicht und erhalten seine Fließfähigkeit. Die bei« Schmelzen von Eisenschrott normalerweise entstehende Schlack· wird mit dem geschmolzenen Zufuhrmaterial entfernt und kann danach zu geeigneter Zeit durch herkömmliche Verfahren vom Metall getrennt werden· Das aus dem Ofen kommende geschmolzene Material kann auch direkt getrennten öfen zur nachfolgenden Überhitzung oder anderen Behandlungen zugeführt werden.desired height filled with feed material. The size the opening of the pharynx is selected before the beginning so that the Combustion gas jet has the desired high speed removed. The hot ones, melted over the exiting Combustion gases that spread material overheat the material easily and maintain its flowability. The at « Melting of scrap iron, normally formed slag · is removed with the molten feed material and can then be separated from the metal at an appropriate time by conventional methods · that from the Furnace coming molten material can also be directly separated furnaces for subsequent superheating or other Treatments are delivered.
Die Wärmezufuhr in den Ofen wird durch Messung des Brennstoff durchs atzes mit einem Strömungsmesser kontrolliert· Di· Luft öder der Sauerstoff wird durch ein positives Verdrängungsgebläse zugeführt. Der Luft- oder Sauerstoffstrom wird automatisch beim gewünschten Verhältnis unter Kontrolle gehalten· Normalerweise wird der Brennstoffstrom auf die gewünscht· Menge in einem heißen aber leeren Ofen abgestellt, und die Luftaenge so angepaßt, daß in den Verbrennungsprodukten ca. 0,4 bis 0,8 Prozent brennbare Stoffe vorhanden sind. Wenn gewünscht, kann die Gastemperatur durch Vorheizen der Verbrennungsluft erhöht werden·The heat supply to the furnace is controlled by measuring the fuel flow with a flow meter. The air or oxygen is supplied by a positive displacement fan. The air or oxygen flow is automatically kept under control at the desired ratio · Normally the fuel flow is on the required · Amount placed in a hot but empty furnace, and the amount of air adjusted so that approx. 0.4 to 0.8 percent combustible substances in the combustion products available. If desired, the gas temperature can be can be increased by preheating the combustion air
Bin Zufuhrmaterial aus 30 Prozent Stahlstiften von Eisenbahnschienen, 40 Prozent Roheisen und 30 Prozent Schrott wurde auf eine Hübe von ca· 2,7On (9 feet) im Ofenichacht aufgefüllt. Der obere Schächtteil des Ofens hatte einenA feed material made up of 30 percent steel pins from railroad tracks, 40 percent pig iron and 30 percent scrap was lifted to about 9 feet in the furnace filled up. The upper shaft part of the furnace had one
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einheitlichen Innendurchmesser von ca. 45cm (18 Inches)· Die Bohrung des unteren Schachtteils war ca· 1,20m hoch (46 inches) und erweiterte sich nach außen hin auf einen Durchmesser von ca. 60cm (24 inches). Der Schachtboden war im wesentlichen halbkugelig mit einem Durchmesser von ca. 60cra (24 inches). Der Querschnitt der.mit dem unteren Bohrungsteil verbundenen Schlundöffnung hatte ca· 220cm (34 sq.in.)· Zwei Brenner mit einer veranschlagten Kapazität von je ca. 380 000 kcal (1,5 Millionen BTU) pro Stunde wurden so angebracht, daß ihre Achsen einen Schnittpunkt im Durchgangskanal bildeten. Die Wärmezufuhr betrug ca. 500 000 kcal (2 Millionen BTU) ™ pro Stunde, und die Luft wurde nicht vorgeheist· Deruniform inside diameter of approx. 45cm (18 inches) The bore of the lower part of the shaft was about 1.20 m high (46 inches) and expanded outward to a diameter of about 60cm (24 inches). The shaft bottom was essentially hemispherical about 60cra (24 inches) in diameter. The cross-section of the. With the The throat opening connected to the lower part of the bore was approx . the Heat input was approximately 500,000 kcal (2 million BTU) ™ per hour and the air was not provided Brennstoff war Erdgas. Es wurde eine Schmelzrate von ca. l,lto(2 430 poundÖ pro Stunde mit einem Gesamtwirkungsgrad von 62,3% erzielt. Der Wirkungsgrad des Schmelsvorgangs wurde aus dem Wärmegehalt des abgenommenen Metalls und der Verbrennungswärme des verfeuerten Brennstoffs errechnet. Beim Schmelzen wurde dia Geschwindigkeit der Verbrennungsgase durch die Schlundöffnung bei ca. 60» pro Sekunde gehalten. Eine Wärmezufuhr von ca. 750 000 kcal (3 Millionen BTU) pro Stunde ergab eine Schmelzrenge von ungefähr l,73to (3 820 pounds) pro Stunde in gleichen Ofen·The fuel was natural gas. A melting rate of approx. L, lto (2,430 pounds per hour with an overall efficiency of 62.3% was achieved. The efficiency of the melting process was determined from the heat content of the removed metal and the heat of combustion of the fuel burned. During melting, the speed became the Combustion gases through the throat opening at approx. 60 » held per second. A heat input of about 750,000 kcal (3 million BTU) per hour resulted in a melting range of about 1.73 tons (3820 pounds) per hour in equals Oven·
™ Der Schmelzofen nach der Erfindung hat sahireiche Verteile, was Einfachheit der Grundkonstruktion und Wartung anbelangt. Der Ofen kann jede geeignete Größe haben Und bietet daher eine Vielzahl von Anwendungsmöglhenkelten« Kleinere Versionen des Ofens können sum Schmelzen von Schrottmetollen in aufsteigenden Industrieländern benutst werden, wo die Anwendung von großen Hochöfen oder Kupolöfen unpraktisch ist· Wegen seiner vereinfachten Konstruktion kann der Ofen schneller und billiger In-™ The melting furnace according to the invention has saw-rich distributions, which means simplicity of basic construction and maintenance is concerned. The oven can be of any suitable size and therefore offers a variety of possible uses « Smaller versions of the furnace can be used for scrap metal smelting in emerging industrial countries, where the use of large blast furnaces or Cupola is impractical · Because of its simplified Construction, the furnace can be installed faster and cheaper
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stalliert werden als zur Zeit erhältliche Schmelzöfen, die im allgemeinen hohe Anfangskosten, hohe Betriebskosten und verhältnismäßig niedrige Wirkungsgrade haben.are installed as currently available melting furnaces, which generally have high initial costs, high operating costs and relatively low efficiencies.
Dl· Zufuhrhöhe, die sich unterbringen läßt, ohne daß -Überbrückung verursacht wird, ist bedeutend größer als bei herkömmlichen Gegenstrom-Öfen. Die größere Höhe sorgt ''. for einenbesseren Wirkungsgrad, da die Verbrennungswärme ; bei« Vorheizen des Zufuhrmaterials vollständiger ausge- 'J>\ nutet wird und nicht aus dem oberen Teil des Ofenschacht· verloren geht. Die Zufuhrhöhe in jeder einzelnen Situation hängt zum Beispiel von den Eigenschaften des Zufuhrmate- V rials und von den Abmessungen des Ofens selbst ab.Dl · supply level that can be accommodated without - caused bridge is significantly larger than conventional counter-current furnaces. The greater height ensures ''. for better efficiency, since the heat of combustion; is nutet in "pre-heating the feed material completely excluded 'J> \ and is not lost from the top of the furnace shaft ·. The feed height in each individual situation depends, for example, on the properties of the feed material and on the dimensions of the furnace itself.
• Die überhitzung des den Ofen durch den Durchgangskanal 21• The overheating of the furnace through the passage 21 verlassenden geschmolzenen Materials auf beispielsweise ca. 55°C (1000Fo) über die Schmelztemperatur stellt einen ungehinderten Abfluß durch die Austrittsöffnung sicher. Ein Teil der Verbrennungsgase strömt mit den austretenden geschmolzenen Materialien durch die Austrittsöffnung und trägt dazu bei, daß das Material in j^berhitztem Zustand bleibt, was die nachfolgende Behandlung erleichtert. Der überhitzungεgrad kann geändert werden, je nach dem jeweiligen zu schmelzenden Zufuhrmaterial und je nach den beabsichtigten Nachbehandlungen.leaving molten material to, for example, about 55 ° C (100 0 Fo) above the melting temperature ensures an unimpeded outflow through the outlet opening. A part of the combustion gases flows with the emerging molten materials through the outlet opening and contributes to the fact that the material remains in an overheated state, which facilitates the subsequent treatment. The degree of superheating can be changed depending on the particular feed material to be melted and depending on the intended post-treatments.
Der Ofen nach der Erfindung benötigt keine Rückhalteroite, Stauwände oder inerte Füllmaterialien zur Stützung de* Zufuhrmaterials im Schacht. Er kann zum Schmelzen aller schmelzbaren Materialien, einschließlich Erzen, Metallen, Glas und Mineralien verwandt werden und ist besonders wirkungsvoll beim Schmelzen von Eisen- und Stahlschrott unter Verwendung von Erdgas als Brennstoff.The furnace according to the invention does not require a retaining device, Baffles or inert filling materials to support the feed material in the shaft. He can melt everyone fusible materials including ores, metals, glass and minerals are used and is special effective in melting iron and steel scrap using natural gas as fuel.
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