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DE2932938A1 - Arc melting furnace for metals - includes fuel burners located in its side wall to achieve rapid melting of scrap - Google Patents

Arc melting furnace for metals - includes fuel burners located in its side wall to achieve rapid melting of scrap

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DE2932938A1
DE2932938A1 DE19792932938 DE2932938A DE2932938A1 DE 2932938 A1 DE2932938 A1 DE 2932938A1 DE 19792932938 DE19792932938 DE 19792932938 DE 2932938 A DE2932938 A DE 2932938A DE 2932938 A1 DE2932938 A1 DE 2932938A1
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Germany
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burner
burners
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cooled
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DE19792932938
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German (de)
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Rolf Dipl Ing Assenmacher
Karl-Heinz Dr Ing Klein
Volkwin Koester
William Wells
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Korf Stahl AG
Original Assignee
Korf Stahl AG
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Publication date
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    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5211—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace
    • C21C5/5217—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace equipped with burners or devices for injecting gas, i.e. oxygen, or pulverulent materials into the furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
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Abstract

In the side wall, and above the surface of the melt, are stationary burners, which are inclined downwards, and are fed with hydrocarbons plus oxygen or air. The front ends of the furnace are surrounded by a cooled material (I) which is only wetted with difficulty; and material (I) is pref. graphite. The burners are pref. located in several planes, one above the other, and are inclined at less than 15 deg. w.r.t. the horizontal. Each burner pref. consists of concentric tubes.

Description

Metallurgisches Schmelzaggregat, Metallurgical melting unit,

insbesondere Lichtbogenofen Beschreibung Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Schmelzaggregat, insbesondere einen Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben. in particular electric arc furnace description The invention relates to a metallurgical melting unit, in particular an electric arc furnace according to the preamble of claim 1 and a method for operating the same.

Der Einsatz von Brennern zum Einschmelzen oder als Einschmelzhilfe in metallurgischen Öfen ist seit langem bekannt. Bei Lichtbogenöfen werden beispielsweise drei Brenner in den sog.The use of burners for melting down or as a melting aid in metallurgical furnaces has long been known. In the case of arc furnaces, for example three burners in the so-called

kalten Zonen" als Einschmelzhilfe für den Schrott eingesetzt.cold zones "used as a melting aid for the scrap.

Häufig wird zusätzlich ein vierter Brenner durch die Tür eingeführt. Die Brenner sind normalorweise wassergekühlt und werden durch eine wassergekühlte Wandöffnung in den Ofen eingeführt (vgl. beispielsweise DE-OS 25 41 086).Often a fourth burner is also introduced through the door. The burners are normally water-cooled and a water-cooled one Wall opening introduced into the furnace (see. For example, DE-OS 25 41 086).

Es hat sich gezeigt, daß die Brenner besonders während der Zeit, in der sie nicht arbeiten, durch sich festsetzende Stahl-und Schlackespritzer verstopfen. Aus diesem Grund werden die Brenner relativ hoch an der Ofenwand angebracht, so daß der Auftreffwinkel mit der Schmelze in Höhe der Projektion des Elektroderiteiikreises etwa 210 beträgt. Durch diese Anordnung wird der Wärmewirkungsgrad der Brenner benachteiligt, da die von den heißen Abgasen zu durchdringende Schrottsäule zu Beginn des Brennereinsatzes sehr niedrig ist und im weiteren Verlauf des Brennereinsatzes nicht mehr vorhanden ist. Der Wärmewirkungsgrad solcher Brenner liegt bei 65 bis 50 %, je nach Schrottemperatur.It has been shown that the burners especially during the time in which they do not work, clogged by clogging steel and slag splashes. For this reason, the burners are mounted relatively high on the furnace wall, see above that the angle of incidence with the melt is at the level of the projection of the electroderiteiikreis is about 210. Through this arrangement becomes the thermal efficiency the burner is at a disadvantage, as the scrap column to be penetrated by the hot exhaust gases at the beginning of the burner use is very low and in the further course of the burner use no longer exists. The thermal efficiency of such burners is 65 to 50%, depending on the scrap temperature.

Man hat auch bereits versucht, die Brenner auf Schlitten ausfahrbar anzuordnen, um sie, solange sie nicht arbeiten, aus der Ofenwand herauszunehmen. Durch diese Fahrvorrichtungen sowie die Steuerung hierfür wird jedoch das Ofenoberteil stark verbaut. Bei manchen Aggregaten ist es aus Platzgründen nur bedingt möglich, verfahrbare Brenner einzusetzen.Attempts have also been made to extend the burners on sleds to be arranged to take them out of the furnace wall as long as they are not working. However, the upper part of the furnace becomes the result of these driving devices and the control for this heavily built. With some units it is only possible to a limited extent for reasons of space use movable burners.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Tiefersetzen der Brenner ihren Wirkungsgrad zu verbessern und gleichzeitig zu verhindern, daß sich die Brenner an der Mündung zusetzen und verstopfen, ohne daß aufwendige Fahrvorrichtungen erforderlich sind.The invention is based on the object by lowering the burner improve their efficiency and at the same time prevent the burners from turning clog and clog at the mouth without the need for expensive driving devices are.

Die Aufgabe ist durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu annehmen.The task is through the characterizing feature of claim 1 solved. Advantageous refinements of the invention are to be assumed in the subclaims.

Danach sind die den Ofeninnern zugewandten Brennerteile von einem gekühlten, nicht benetzbaren Material umgeben, beispielsweise Graphit. Der Brenner wird zusätzlich während des Nichteinsatzes durch einen Luftstrom oder einen Strom von inertem Gas gegen Zuspritzen geschützt.After that, the burner parts facing the inside of the furnace are from one Surrounded by cooled, non-wettable material, for example graphite. The burner is additionally activated by a stream of air or a stream when not in use protected against splashing by inert gas.

Es ist bekannt, daß Graphit schwer benetzbar ist und nicht mit Sauerstoff verbrennt, solange seine Temperatur unterhalb etwa 600 OC gehalten werden kann. Zu diesem Zweck wird bei dem erfindungsgemäßen Aggregat die Graphitumkleidung gekühlt.It is known that graphite is difficult to wet and not with oxygen burns as long as its temperature can be kept below about 600 OC. For this purpose, the graphite casing is cooled in the unit according to the invention.

Das kann durch eine zusätzliche Wasserkühlung erreicht werden.This can be achieved with additional water cooling.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß an nicht so stark hitzebeaufschlagten Stellen während der Brenndauer der Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe allein und während des Brennerstillstandes der Strom von Luft oder Inertgas ausreicht, die Brenner und die Graphitschicht zu kühlen. Vorteilhaft wird mit einer 3 Luftmenge von 80 bis 100 Nm3 pro Brenner und Stunde gearbeitet.It has been shown, however, that not so strongly exposed to heat Provide the oxygen and the hydrocarbons alone during the burning period and the flow of air or inert gas is sufficient during the burner shutdown, to cool the burners and the graphite layer. It is advantageous with a 3 air volume worked from 80 to 100 Nm3 per burner and hour.

Solche Brenner können ohne großen Aufwand stationär in die Ofenwand eingebaut werden, und zwar auch niedriger als die üblichen Brenner, so daß der Auftreffwinkel der Flamme mit der Badoberfläche kleiner 150 ist. Durch die tiefere Anordnung der Brenner ist der Wärmewirkungsgrad besser und liegt bei 70% bis 60%. Da diese stationären Brenner die Ofenwand nicht zubauen, ist es auch möglich, mehr als drei Brener in einer Ebene oder die Brenner in mehreren Ebenen übereinander einzusetzen. Besonders wenn mehr als drei Brenner in einer Ebene eingesetzt werden, kann es je nach Ausbildung des Schmelzgefäßes vorteilhaft sein, die Brenner tangential zu einem senkrechten Zylinder, der größer als der durch den Elektrodenteiikreis bestimmte Zylinder ist, auszurichten. Die oberen Brenner können auch nur mit Sauerstoff oder Luft zur Nachverbrennung betrieben werden.Such burners can be installed stationary in the furnace wall without great effort be installed, and even lower than the usual torch, so that the angle of incidence the flame with the bath surface is less than 150. Due to the deeper arrangement of the Burner, the thermal efficiency is better and is 70% to 60%. As this stationary Burners not to build the furnace wall, it is also possible to have more than three Brener in one level or to use the burners in several levels one above the other. Particularly if more than three burners are used in one level, it may be depending on the training of the melting vessel may be advantageous, the torch tangential to a perpendicular Cylinder which is larger than the cylinder defined by the electrode circle, align. The upper burners can also only use oxygen or air for post-combustion operate.

Die unteren Brenner können so tief gesetzt werden, daß sie beispielsweise während der Feinungsperiode auch zum Einblasen von Sauerstoff und/oder von Feinkalk benutzt werden können. Durch das Sauerstoffblasen der tiefer liegenden Brenner wird zusätzlich eine Badbewegung erzielt, die Temperatur- und Konzentrationsunterschiede in der Schmelze günstig beeinflußt.The lower burners can be set so deep that they, for example during the refining period also for blowing in oxygen and / or fine lime can be used. By blowing oxygen from the lower burner additionally achieved a bath movement, the temperature and concentration differences favorably influenced in the melt.

Für all diese Verwendungszwecke werden die Brenner vorteilhaft aus konzentrischen Rohren hergestellt.For all of these uses, the burners are beneficial concentric tubes made.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von vier Figuren näher erlNutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Lichtbogenofen mit stationären, in verschiedenen Ebenen übereinander angeordneten Brennern; Fig. 2 bis 4 die Brenner des Lichtbogenofens nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.The invention is illustrated by an exemplary embodiment based on four figures explained in more detail. They show: FIG. 1 an electric arc furnace with stationary, in different Levels of burners arranged one above the other; Fig. 2 to 4 the burners of the arc furnace according to FIG. 1 on an enlarged scale.

Der in Fig. 1 schematisch im Schnitt dargestellte Lichtbogenofen weist in der Seitenwand des Ofengefäßes in drei verschiedenen, übereinander liegenden Ebenen Brenner 2,3 und 4 mindestens auf. In der Regel sind längs des Umfangs der Ofenseitenwand/ jeweils drei Brenner 2 bzw. 3 bzw. 4 pro Ebene angeordnet. Zumindest bei den Brennern der unteren Ebene ist der Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen kleiner 150. Da ohne die Gefahr des Zusetzens die Brenner tiefer angeordnet werden können und wegen der platzsparenden Bauweise auch Brenner in verschiedenen Ebenen übereinander angeordnet werden können, sind die in den toten Winkeln verbleibenden Schrottreste 5 gering.The arc furnace shown schematically in section in FIG. 1 has in the side wall of the furnace vessel in three different, one on top of the other Burner levels 2, 3 and 4 at least. Usually are along the circumference of the Oven side wall / three burners 2 or 3 or 4 per level. At least for the burners on the lower level, the angle of inclination is relative to the horizontal less than 150. Since the burners are positioned lower down without the risk of clogging can and because of the space-saving design also burners in different levels can be arranged on top of each other, are those remaining in the blind spots Scrap residues 5 low.

Mit 4 ist ein Brenner bezeichnet, der nur Sauerstoff zum Frischen bläst. Mit 6 ist die Badbewegung angedeutet. Im übrigen sind mit 7 die Elektroden, mit 8 das Metallbad, mit 9 die Schlackenschicht und mit 10 wassergekühlte Wandelemente bezeichnet.With a 4 burner is referred to, the only oxygen for freshening blows. With 6 the bath movement is indicated. In addition, with 7 the electrodes, with 8 the metal bath, with 9 the slag layer and with 10 water-cooled wall elements designated.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Brenner.FIGS. 2 to 4 show preferred embodiments of the burners.

Fig. 2 entspricht dem Brenner 2, Fig. 3 dem Brenner 3 und Fig. 4 dem Brenner 4.FIG. 2 corresponds to burner 2, FIG. 3 corresponds to burner 3 and FIG. 4 corresponds to Burner 4.

Sämtliche Brenner sind aus konzentrischen Rohren aufgebaut, von denen das innere Rohr 21 zum Durchleiten der Kohlenwasserstoffe und das äußere Rohr 22 zum Durchleiten des Brennsauerstoffes, des Frischsaucrstoffes oder des Luftstromes bzw. des inerten Gases während der Zeiten dient, in denen der Brenner nicht betrieben wird. Mit 23 ist der Anschluß für Sauerstoff, Luft oder inertes Gas, mit 24 der Anschluß für öl oder Luft bezeichnet.All burners are made up of concentric tubes, one of which the inner pipe 21 for the passage of hydrocarbons and the outer pipe 22 for the passage of the burning oxygen, the fresh oxygen or the air flow or the inert gas is used during the times in which the burner is not operated will. With 23 is the connection for oxygen, air or inert gas, with 24 the Connection for oil or air designated.

Die Brenner sind an ihrer Mündung von nicht benetzbarem Material 25, im vorliegenden Fall Graphit, umgeben. Dieses wird bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 mittels in Kühlwasserkästen 26 bzs. 26' geleitetes Kühlwasser gekühlt.The burners are made of non-wettable material 25 at their mouth, in the present case graphite surrounded. This is in the embodiments according to FIGS. 2 and 3 by means of coolant tanks 26 bzs. 26 'conducted cooling water cooled.

Mit 27, 27' bzw. 28, 28' ist der Kühlwasserzulauf bzw. der Kühlwasserablauf bezeichnet. Bei dem Brenner nach Fig. 4 ist kein Kühlwasserkasten vorgesehen. Hier erfolgt die Kühlung der Graphitverkleidung 25'' nur durch die Medien Sauerstoff, Luft und/oder Kohlenwasserstoff über das Rohr 22" und Kühlrippen 29, die radial um das Rohr 22 angeordnet sind und jeweils axial zum Rohr verlaufen.With 27, 27 'or 28, 28' is the cooling water inlet or the cooling water outlet designated. In the case of the burner according to FIG. 4, no cooling water tank is provided. here the cooling of the graphite cladding 25 '' is done only by the media oxygen, Air and / or hydrocarbon via the pipe 22 "and cooling fins 29, which radially are arranged around the pipe 22 and each extend axially to the pipe.

Bei Nichteinsatz der Brenner wird Luft bzw. Inertgas durch beide Rohre 21 und 22 zum Freihalten und zur Kühlung geblasen. Wird durch das Rohr 21 Sauerstoff zum Frischen zugeführt, dann wird das Rohr 22 ebenfalls mit Luft oder Inertgas freigehalten.If the burner is not in use, air or inert gas will flow through both tubes 21 and 22 blown for keeping clear and for cooling. Is oxygen through tube 21 to freshen up then the pipe 22 is also supplied with air or inert gas kept free.

Die Erfindung ist anhand eines Lichtbogenofens erläutert worden. Die Brenner können aber auch in anderen Einschmelzaggregaten, z.B. in Siemens-Martin-Öfen, Konvertern, Rund- und Schachtöfen eingesetzt werden, die zum Einschmelzen von Metallen, insbesondere Stahl, dienen.The invention has been explained using an electric arc furnace. the But burners can also be used in other melting units, e.g. in Siemens-Martin furnaces, Converters, round and shaft furnaces are used, which are used to melt down metals, especially steel.

Es ist für den Verfahrensablauf besonders vorteilhaft, wenn durch die Brenner in der unteren Ebene während der Feinungsperiode nur Sauerstoff ohne Brennstoff zum Frischen durchgesetzt wird. Ferner sind die Brenner, da sie sich nicht mehr zusetzen können,auch in besonderer Weise zum Einblasen von Feinkalk aeeignet. Zum Nachverbrennen der Gase werden durch die Brenner der oberen Ebene zweckmäßigerweise nur Sauerstoff oder Luft zugegeben.It is particularly advantageous for the process flow if through the burners in the lower level only oxygen without during the refining period Fuel for freshening is enforced. Furthermore, the burners are as they are can no longer clog, also suitable in a special way for blowing in fine lime. The burners of the upper level are expediently used for afterburning the gases only oxygen or air added.

Auch als Einschmelzhilfe ist es vorteilhaft durch die Brenner nur Sauerstoff ohne Brennstoff einzuleiten.It is also beneficial as a melting aid by using the burner only Introducing oxygen without fuel.

Claims (9)

Patentansprüche 1. Metallurgisches Schmelzaggregat, insbesondere Lichtbogenofen, in dessen Seitenwand oberhalb des Schmelzspiegels nach unten geneigte, stationäre Brenner auf der Easis von Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff bzw. Claims 1. Metallurgical melting unit, in particular Arc furnace, in the side wall of which above the melting surface inclined downwards, stationary burners based on hydrocarbons and oxygen or Luft angeordnet sind, deren Mündung gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ofeninnern zugewandten Brennerteile mit einem gekühlten, schwerbenetzbaren Material verkleidet sind. Air are arranged, the mouth of which is cooled, characterized in that that the burner parts facing the inside of the furnace with a cooled, difficult to wet Material are clad. 2. Schmelzaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwerbenetzbare Material Graphit ist.2. melting unit according to claim 1, characterized in that the Difficult-to-wet material is graphite. 3. Schr..elzaefgregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner aus konzentrischen Rohren aufgebaut sind.3. Schr..elzaefgregat according to claim 1 or 2, through this characterized in that the burners are constructed from concentric tubes. 4. Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner in verschiedenen Ebenen übereinander angeordnet sind.4. Melting unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the burners are arranged one above the other in different levels. 5. Schmelzaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet1 daß die Brenner in der unteren Ebene um einen kleineren Winkel als 150 gegenüber der Horizontalen schräggestellt sind.5. melting unit according to claim 4, characterized in that the Brenner in the lower level at an angle smaller than 150 to the horizontal are inclined. 6. Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerachsen tangential zu einem senkrechten Zylinder ausgerichtet sind, der größer als der durch den Elektrodenteilkreis bestimmte Zylinder ist.6. Melting unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the burner axes are aligned tangentially to a vertical cylinder, which is larger than the cylinder determined by the electrode pitch circle. 7. Schmelzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Brennermündung in einem Graphitblock eingebettet ist.7. Melting unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the burner mouth is embedded in a graphite block. 8. Schmelzaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphithlosk mittels eines die Brennerrohre umgebenden Wasserkühlkastens kühlbar ist.8. melting unit according to claim 7, characterized in that the Graphithlosk can be cooled by means of a water cooling box surrounding the burner tubes is. 9. Verfahren zum Betrieb des Schmelzaggregates nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Brenner während des Nichteinsa L7es durch Blasen mit Luft oder inerten Gasen freigehalten und gekühlt wird.9. A method for operating the melting unit according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the mouth of the burner during the non-one L7es is kept free and cooled by blowing with air or inert gases.
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