DE2507141A1

DE2507141A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzen von metallen

Info

Publication number: DE2507141A1
Application number: DE19752507141
Authority: DE
Inventors: Sven Santen
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1974-02-20
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1975-08-21
Also published as: SE7402209L; BR7500997A; JPS50118906A; JPS5550275B2; GB1499451A; FR2261343A1; CA1043575A; FR2261343B1; IT1030179B; SE387662B

Description

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SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBE
SCHWEINFÜRT

1975-Q2-3 2

KL 74 C05 DT

FR-cj

Verfahren und Einrichtung zum 5chssIsen von Metallen

Die vorliegende Erfindung besieht sich awf ein Verfahren sua Schmelzen vor Metallen und auf eine Einrichtung zur Durchführung des v^$erfshrsns,

Für das Schmelzen von Metaller, ist es üblich, dazu entweder elektrische Energie oder feste Brennstoffe zur Deckung des Energiebedarfs zu verwenden. Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Schmelzen von Metallen mittels elektrischer Energie bekannt. Die hierfür verwendeten Einrichtungen sind z.B. Lichtbogenöfen, Hochfrequenzöfen und Niederfrequenzöfen. Dagegen werden sogenannte Kubolöfen hauptsächlich zum Schmelzen von Metallen mittels fester Brennstoffe eingesetzt.

Die mit elektrischer Energie betriebenen öfen haben jedoch den Nachteil, dass die Kosten für die Energie relativ hoch sind. Da aber die Wirkungsgrade derartiger öfen relativ hoch sind, ist eine wesentliche Verbesserung in dieser Hinsicht kaum in Sicht. Auch der Energieverbrauch bei Kubolöfen ist relativ hoch, da hier der Schmelzvorgang mit einem Brennstoffüberschuss durchgeführt werden muss, um ein Oxydieren des geschmolzenen und überhitzten Metalls zu verhindern. Letzteres hat zur Folge, dass die Abgase von Kubol-

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öfen einen relativ hohen schädlichen CO-Gehalt haben. Darüber hinaus sind die Investitionen für Kubolöfer- relativ hoch, insbesondere wegen der erforderlichen Gebläsemachinen und Vorrichtungen zur Erwärmung des Gebläsewindes >

Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde, ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen zu findan, bsi dem die aufgewendete Wärmeenergie zum Schmelzen und möglichen weiteren Erhitzen optinal ausgenutzt wird_s so dass die Kosten hierfür iis Vergleich zu herkömmlichst! Verfahren tserklich niedriger sind, sowie eine kostengünstige Einrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst₀ dass das Schmelzen und mögliche weitere Erhitzen des Mstalis r-iiäels sisse hiissen Reduktionsgases erfolgt^ das durch elektrische Energie erhitzt wird₃ uni Cass das Vorwärmen des Metalls auf seine Schmelztemperatur durch ein Verbrennen zumindest eines Teils des Reduktionsgases er .folgt:.

Die Einrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens zum Schmelzen von Metallen ist vorteilhaft gekennzeichnet durch eine das zu schmelzende Metall aufnehmende Vorwärmzone mit Einlassen für das Einblasen von zumindest einem mit Sauerstoff angereicherten Gases, und durch eine Schmeizzone mit mindestens einem der Schmelzzone erhitztes Gas zuführenden Plasmabrenner, wobei die Vorwärmzone derart mit der Schmelzzone in Verbindung steht, dass' einerseits das aus der Schmelzzone kommende heisse Gas in die Vorwärmzone unmittelbar eintritt, und dass andererseits, das in der Vorwärmzone erwärmte Metall unmittelbar in die Schmelzzone gelangt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend an Hand eines in der Zeichnung schematisch im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben:

Der in der Zeichnung im Schnitt dargestellte Schmelzofen - bezeichnet mit 1 - ist im wesentlichen in zwei verschiedene Zonen 2 und 3 aufgeteilt,

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und zwar in eine Vorwärmzone 2 und eine Schtnelzzone 3. Die Vorwärmzone 2 hat die Form eines Schachtofens, der an seinem oberen Ende mit einer Vorrichtung 4 zur Beschickung des Schachtofens mit dem zu schmelzenden Metalls ausgestattet ist. Ferner hat diese Zone eine Abgasöffnung 5 sowie im unteren Bereich mehrere Einlassöffnungen 6 für das Einblasen von Luft oder zumindest von einem mit Sauerstoff angereicherten Gases oder zumindest einem anderen geeigneten zusätzlichen Brennstoffes. Die Schmelzzone 3 ist entsprechend einem Flammofen ausgebildet und hat einen Plasmabrenner 7, der über Leitungen 8, 9, 10 mit einer elektrischen Stromquelle und einem Gasbehälter in Verbindung steht. Der Aufbau und das Prinzip eines Plasmabrenners sind allgemein bekannt, so dass eine nähere Erläuterung darüber unterbleibt. Im unteren Teil der Schmelzzone 3 befindet sich geschmolzenes Metall 11, ein Giessloch 12 und Öffnungen 13 zur Zuführung eines Spülgases in das geschmolzene Metall U. Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Anordnung des Plasmabrenners 7 stellt nur eine mögliche Konstruktion dar. Es ist auch möglich, mehrere Plasmabrenner gleichzeitig zu verwenden, wobei deren Anordnung in der Schmelzzone 3 selbst oder im unteren Teil der Vorwärmzone 2 erfolgen kann. Ferner kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Einlassöffnungen 6 in verschiedenen Ebenen der Vorwärmzone 2 anzuordnen.

Der erfindungsgemässe Schmelzofen arbeitet nach folgendem Prinzip: Durch ein Verbrennen eines gasförmigen Brennstoffs in Anwesenheit von zugegebener Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gases, wird die Beschickung bis zum Einsetzen des Schmelzvorganges erhitzt. Hierbei wird als gasförmiger Brennstoff eine Reduktionsgas verwendet, das mittels des Plasmabrenners 7 im heissen Zustand in die Schmelzzone 3 gelangt. Um den Energiegehalt des gasförmigen Brennstoffs weitgehend auszunützen, ist die Schmelzzone 3 mit der Vorwärmzone 2 derart miteinander verbunden, dass einerseits das aus der Schmelzzone 3 kommende heisse Gas unmittelbar in die Vorwärmzone 2 eintreten kann, und dass andererseits, das in der Vorwärmzone 2 nach dem Schachtofenprinzip erwärmte Metall unmittelbar in die Schmelzzone 3 gelangen kann. Es sei jedoch erwähnt, dass die Vorwärmzone 2 im Gegensatz zu einem herkömmlichen Schachtofen nicht mit einem festen Brennstoff

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beschickt wird, sondern lediglich mit dem zu schmelzenden Metall, z.B. Schrott, undnöglicherweise mit geeigneten Legierungselementen und Schlackenbildnern.

Der eigentliche Schmelzvorgang läuft wie folgt ab: Das in der Vorwärmzone 2 sich befindende Metall, z.B. Schrott, wird im unteren Teil des Schachtes so lange erhitzt, bis es zu schmelzen beginnt. Dazu wird in den Schacht über die Einlassöffnungen 6 Luft eingeblasen, die zur vollständigen Verbrennung des aus der Schmelzzone 3 kommenden Gases, insbesondere CO und H„, erforderlich ist. Falls die Energiemenge dieses Gases nicht ausreicht, ist es auch möglich, einen zusätzlichen Brennstoff über die Einlassöffnungen 6, die hier als sogenannte Winddüsen ausgebildet sind, zuzuführen. Die Winddüsen können dabei in einer oder in mehreren Ebenen des Unterteils des Schachtes angeordnet sein. Durch die Verteilung der Winddüsen auf mehrere Ebenen, kann der Metallverlust durch Verbrennen in der Endphase des Vorwärmvorgangs sehr niedrig gehalten werden. Aufgrund der Tatsache, dass dem Schachtofen kein Koks zugeführt wird, enthalten die Gase, welche durch die Abgasöffnung 5 entweichen, nur unbedeutende Mengen an unverbrannten Bestandteilen, wie CO und H„. Der maximale-Gehalt an CO und H-kann dadurch unter 0,1% gehalten werden.

Der Plasmabrenner 7 wird mit einem Reduktionsgas beschickt, dass z.B. CO und/oder H_ enthält. Für diesen Zweck ist es auch möglich, ein sauerstoffhaltiges Gas und einen Brennstoff, wie z.B. Kohlenwasserstoff oder Kohle, zu verwenden, wodurch im letztgenannten Fall ein heisses Reduktionsgas erzeugt wird, das CO und/oder H„ enthält. Ferner ist es möglich, mehrere Plasmabrenner zu verwenden, von denen einige z.B. am Boden des Schachtes als eine Art von Winddüsen angeordnet sind. Die Temperatur des Gases, das von dem Piaanabrenner 7 der Schmelzzone 3 zugeführt wird, muss so hoch sein, dass der physikalische Energiegehalt des Gases derjenigen Energie entspricht, die frr das Schmelzen des Metalls und möglicherweise zur weiteren Erhitzung des geschmolzenen Metalls bis auf die gewünschte Temperatur erforderlich ist. Um den Wärme \b er gang vom Gas zum Metall zu verbessern, sind in der

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Schmelzzone 3 entsprechend einem herkömmlichen Martinofen die Öffnungen 13 zum Begasen vorgesehen. Über diese Öffnungen 13 kann z.B. Stickstoff zugeführt werden. Dieses Begasen bewirkt, dass das geschmolzene Metall 11 bewegt wird, wodurch sich dessen dem heissen Gas ausgesetzte Obenfläche vergrössert.

Zur Frage der Energieeinsparung bei dem erfindungsgemässen Schmelzofen ist zu erwähnen, dass rein theoretisch für das Schmelzen und Erhitzen von einer Tonne Schrott auf 1.550°C nur eine Energie von ungefähr 100 kWh elektrischer Energie und ungefähr 25 kg Kohlenwasserstoff erforderlich sind. In der Praxis muss jedoch davon ausgegangen werden, dass 15OkWh elektrischer Energie und 30 kg Kohlenwasserstoff erforderlich sind. Das entspricht einer gesamtenEnergie von ungefähr 450 kWh. In einem herkömmlichen Lichtbogenofen werden dagegen für die gleiche Menge Schrott z.B. ungefähr 550 kWh benötigt. Schliesslich ein Heisswind-Kubolofen verbraucht dagegen für die gleiche Menge Schrott ungefähr 100 kg Koks und ca. 5 kg Ferrosilizium, was etwa einer Energie von 900 kWh gleich kommt.

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Claims

2507U1 SKF KUGELLAGERFABRIKEN CMBH NL 74 005 DT • f. Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzen von Metallen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen und mögliche weitere Erhitzen des Metalls mittels eines heissen Reduktionsgases erfolgt, das durch elektrische Energie erhitzt wird, und dass das Vorwärmen des Metalls auf seine Schmelztemperatur durch ein Verbrennen zumindest eines Teils des Reduktionsgases erfolgt.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine das zu schmelzende Metall aufnehmende Vorwärmzone (2) mit Einlassen (6) für das Einblasen von zumindest einem mit Sauerstoff angereicherten Gases und durch eine Schmelzzone (3) mit mindestens einem der Schmelzzone erhitztes Gas zuführenden Plasmabrenner (7), wobei die Vorwärmzone (2) derart mit der Schmelzzone (3) in Verbindung •steht, dass einerseits das aus der Schmelzzone (3) kommende heisse Gas in die Vorwärmzone (2) unmittelbar eintritt, und dass andererseits, das in der Vorwäriazone (2) erwärmte Metall unmittelbar in die Schmelzzone (3) gelangt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmzone (2) die Form eines Schachtofens hat, der an seinem oberen Ende mit einer Vorrichtung (4) zur Beschickung des Ofens mit dem zu schmelzenden Metalls ausgestattet ist und der an seinem unteren Ende Einlasse (6) für das Einblasen von einem mit Sauerstoff angereicherten Gases oder zumindest einem anderen geeigneten zusätzlichen Brennstoffs aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasse (6) in verschiedenen Ebenen im unteren Bereich der Vorwärmzone (2) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzzone (3) entsprechend einem Flammofen ausgebildet ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzzone (3) Öffnungen (13) zur Zuführung eines Spülgases in das geschmolzene Metall (11) hat.

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