Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens und Schachtofen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoff-verzehrenden Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metalllegierungen, bei dem der Ofenschacht mit einem entsprechenden Einsatz kontinuierlich oder diskontinuierlich befüllt, bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen und dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich ein Sauerstoff-enthaltendes Gasgemisch, insbesondere Luft, über wenigstens eine Injektordüse zugeführt und als Fördermedium Sauerstoff oder Sauerstoff im Gemisch mit anderen Gasen verwendet wird.

[0002] Ferner betrifft die Erfindung einen Schachtofen, insbesondere einen Kupolofen, zur Erzeugung von Gußeisen mit einem Ofenschacht sowie mit wenigstens einer Injektordüse für die Zuführung eines Sauerstoff-enthaltendes Gasgemisches, insbesondere Luft, in den Ofenschacht.

[0003] Aus der DE-OS 196 22 695 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens zur Erzeugung von Gußeisen sowie ein gattungsgemäßer Schacht- bzw. Kupolofen bekannt. Dieses Verfahren wird zwischenzeitlich unter der Bezeichnung Linde-HIGHJET-Verfahren erfolgreich vermarktet. Bei diesem Verfahren ist es jedoch von Nachteil, daß die über die Injektordüsen angesaugte Luftmenge aus der Umgebung außerhalb des Ofens "entnommen" wird, woraus ein entsprechend hoher Geräuschpegel - der die am Arbeitsplatz zulässigen Grenzwerte erreicht und überschreitet - resultiert. Der Grund hierfür ist in den am Markt befindlichen Injektordüsen zu sehen.

[0004] Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß sich das sog. Jet-Verhältnis - also das Verhältnis des angesaugten Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches zu dem in den Ofen eingeblasenen Sauerstoff - mit dem zwangsläufig schwankenden Ofengegendruck ändert.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoff-verzehrenden Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, sowie einen Schachtofen, insbesondere einen Kupolofen, anzugeben, das bzw. der die genannten Nachteile vermeidet.

[0006] Dies wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß die Ansaugung des Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches mittels wenigstens einer Injektordüse aus der oder den Windleitungen erfolgt.

[0007] Der erfindungsgemäße Schachtofen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung(en) der Injektordüse(n) mit der oder den Windleitungen in Wirkverbindung steht bzw. stehen.

[0008] Durch die Verlagerung der Ansaugung des dem Ofenschachtes zuzuführenden Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches aus der den Ofen umgebenden Atmosphäre in die Windleitung(en), kommt es zu einer Verlagerung der Lärmquelle - sprich des Ansauggeräusches - in die Windleitung(en) hinein; diese dienen somit als eine zusätzliche Lärmdämmung, wodurch das erstgenannte obige Problem gelöst, zumindest jedoch verringert wird.

[0009] Da der Druck innerhalb der Windleitung(en) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand im Ofen zwischen ca. 500 und 1200 mm WS schwankt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die mittels der Injektordüse(n) angesaugte Menge an Sauerstoff-enthaltendem Gasgemisch parallel zu einem Anstieg des Ofendruckes erhöht. Dies hat zum einen eine generelle Verbesserung des Jet-Verhältnisses zur Folge und dient zum anderen der Beseitigung des negativen Einflusses des Ofendruckes auf die Zuführung des Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches. Es hat sich gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Jet-Verhältnis um ca. 30 bis 50 % erhöht werden kann. Zudem kann unabhängig von dem Betriebszustand im Ofen das gewählte Jet-Verhältnis im wesentlichen konstant gehalten werden.

[0010] Vorteilhafterweise erfolgt die Zuführung des Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches bzw. des Windes im Bereich der Windzone des Ofenschachts, da in diesem Bereich des Ofenschachts die eigentliche Verbrennung, zu deren Zweck die Zuführung des Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches bzw. des Windes geschieht, erfolgt. Dadurch verbessert sich auch die Metallurgie des Schmelzprozesses. Die daraus resultierenden Einsparungen an C-, Si- und Mn-Trägermaterialien führen zu einer Senkung der Gattierungskosten.

[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß das Fördermedium ein Gemisch aus Sauerstoff und Luft ist.

[0012] Über diese zusätzliche Zuführung von Luft über die Injektordüse(n) kann die Verbrennungstemperatur innerhalb des Ofenschachts geregelt, kontrolliert und, entsprechend den aktuellen Parametern Beschickungszusammensetzung, Verhältnis Gußeisen/ Schlacke, etc., variiert werden.

[0013] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann das Fördermedium einen Stickstoff-Anteil von 0 bis 80 Vol.-% aufweisen.

[0014] Durch die Variierung des Stickstoffanteils läßt sich die Verbrennungstemperatur in einem großen Bereich und entsprechend der gewünschten Reaktion bzw. der Parameter einstellen.

[0015] Die von dem Fördermedium angesaugte Luftmenge beträgt, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, zwischen dem 0,1- und dem 10-fachen der Fördermediummenge.

[0016] Zudem ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, wenn dem Schachtofen über die Injektordüse(n) weitere Gase, insbesondere Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid zugeführt werden.

[0017] Im Regelfall weisen Schacht- bzw. Kupolöfen eine Anzahl n, wobei n ≥ 2, im wesentlichen gleichmäßig über den Ofenumfang angeordnete Injektordüsen auf, so daß in vorteilhafter Weise maximal n - 1 Injektordüsen zeitgleich mit dem Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisch beaufschlagt werden können.

[0018] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens weiterbildend wird vorgeschlagen, daß zu jeder Zeit nur jeweils eine Injektordüse mit dem Sauerstoff oder dem Sauerstoff-haltigen Gasgemisch beaufschlagt wird.

[0019] Denkbar ist beispielsweise, daß die einzelnen Injektordüsen rundum der Reihe nach beaufschlagt werden. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß die pro Injektordüse eingetragene Gasmenge - verglichen mit der Verfahrensweise einer gleichzeitigen Beaufschlagung aller Injektordüsen - höher gewählt werden kann.

[0020] Auch können ausschließlich gegenüberliegende Injektordüsen oder zwei bis drei nebeneinander angeordnete Injektordüsen zeitgleich mit dem Sauerstoff oder dem Sauerstoff-haltigen Gasgemisch beaufschlagt werden. Neben den genannten Beispielen sind für den Fachmann selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Schaltungsmöglichkeiten denkbar.

[0021] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zuzuführende Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch getaktet auf die einzelnen Injektordüsen verteilt, indem bspw. vor jede Injektordüse ein Magnetventil geschaltet wird. Vorzugsweise überschneiden sich die Öffnungs- und Schließzeiten der jeweils hintereinander zu- und aufgeschalteten Ventile. Dies hat den Vorteil, daß der Druck in der Gas(gemisch)zuführungsleitung und auch der Gas(gemisch)durchfluß über die gesamte Zeitdauer konstant bleibt.

[0022] Wird die zuzufürende Gas(gemisch)menge lediglich einer Injektordüse zugeführt kann die Gas(gemisch)menge um den Faktor, der der Anzahl der Injektordüsen entspricht, vervielfältigt werden. Der Impuls des eingetragenen Gas(gemisch)stromes in Richtung der Ofenmitte ist daher um den gleichen Faktor größer.

[0023] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens weiterbildend wird vorgeschlagen, daß die Zuführung des Sauerstoffs oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisches in den Schachtofen gepulst erfolgt.

[0024] Erfolgt die Zuführung des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches mit den benötigten hohen Durchflußmengen gepulst - bspw. mit einer Pulsdauer von 1 bis 10 s -, so kann die insgesamt pro Stunde oder pro Tonne Schmelzleistung eingesetzte Gasmenge über die einstellbare Pulsfrequenz geregelt werden. Gleichzeitig können - im Falle der Verwendung von Laval-Düsen - die optimalen Parameter für die Auslegung dieser Düsen beibehalten werden.

[0025] In den Pulspausen kühlt die über die Windleitung relativ "weich" eingetragene Luftmenge die Düsenzone(n) wieder ab. Mittels dieser Verfahrensweise wird eine Überhitzung wirkungsvoll vermieden und gleichzeitig der dem Ofenschacht zugeführte Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch in den Pulsphasen weit in das Ofeninnere eingetragen.

[0026] Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Gaseversorgung der Injektordüse(n) über separate Gaseversorgungsleitungen erfolgt und jeweils wenigstens ein Absperrventil sowie eine dieses Absperrventil umgehende Bypass-Leitung in den Gaseversorgungsleitungen vorgesehen sind, weiterbildend wird vorgeschlagen, daß bei geschlossenem Absperrventil eine Grundbeaufschlagung der Injektordüse(n) mit einer Menge von 0,1 bis 0,5 der Gasmenge des Sauerstoffs oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisches erfolgt.

[0027] Eine derartige Grundbeaufschlagung der Injektordüsen ist zum Zwecke des Schutzes der Injektordüsen sinnvoll.

[0028] Prinzipiell kann die erwähnte Grundbeaufschlagung der Injektordüsen jedoch auch unterbleiben, da bei entsprechend gestalteten Düsen weder die Gefahr des Verstopfens noch des Beschädigens besteht.

[0029] Den erfindungsgemäßen Schachtofen weiterbildend wird vorgeschlagen, daß die Injektordüse(n) dreh- und/oder verschiebbar angeordnet sind. Mittels dieser Ausgestaltung läßt sich die Variabilität des erfindungsgemäßen Schachtofens weiter steigern.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoff-verzehrenden Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metalllegierungen, bei dem der Ofenschacht mit einem entsprechenden Einsatz kontinuierlich oder diskontinuierlich befüllt, bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen und dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich ein Sauerstoff-enthaltendes Gasgemisch, insbesondere Luft, über wenigstens eine Injektordüse zugeführt und als Fördermedium Sauerstoff oder Sauerstoff im Gemisch mit anderen Gasen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugung des Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches mittels wenigstens einer Injektordüse aus der oder den Windleitungen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches in den Ofenschacht im Bereich der Windzone des Ofenschachts erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermedium ein Gemisch aus Sauerstoff und Luft ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermedium einen Stickstoff-Anteil von 0 bis 80 Vol.-% aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Fördermedium angesaugte Luftmenge zwischen dem 0,1- und dem 10-fachen der Fördermediummenge beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schachtofen über die Injektordüse(n) weitere Gase, insbesondere Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid zugeführt werden.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schachtofen n, wobei n ≥ 2, im wesentlichen gleichmäßig über den Ofenumfang angeordnete Injektordüsen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß maximal n - 1 Injektordüsen zeitgleich mit dem Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisch beaufschlagt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Zeit nur jeweils eine Injektordüsen mit dem Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisch beaufschlagt wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Sauerstoffs oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisches gepulst erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gaseversorgung der Injektordüse(n) über separate Gaseversorgungsleitungen erfolgt und jeweils wenigstens ein Absperrventil sowie eine dieses Absperrventil umgehende Bypass-Leitung in den Gaseversorgungsleitungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Absperrventil eine Grundbeaufschlagung der Injektordüse(n) mit einer Menge von 0,1 bis 0,5 der Gasmenge des Sauerstoffs oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisches erfolgt.

11. Schachtofen, insbesondere Kupolofen, zur Erzeugung von Gußeisen mit einem Ofenschacht sowie mit wenigstens einer Injektordüse für die Zuführung eines Sauerstoff-enthaltendes Gasgemisches, insbesondere Luft, in den Ofenschacht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung(en) der Injektordüse(n) mit der oder den Windleitungen in Wirkverbindung steht/stehen.

12. Schachtofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektordüse(n) dreh- und/oder verschiebbar angeordnet ist/sind.