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Siemens-Martin-Ofen mit beiderseits der Ofenlängsachse angeordneten
Brennern Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Siemens-Martin-Ofens oder ähnlichen
Herdofens zum Niederschmelzen von Eisen oder sonstigen Metallen.
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Es ist bekannt, daß die zum Schmelzen und für die metallurgische Arbeit
im SM-Ofen benötigte Wärme wegen der im Schmelzverlauf wechselnden Zustände jeweils
unter unterschiedlichen Voraussetzungen auf das zu behandelnde Gut übertragen werden
muß.
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Beim Einsetzen und während des Losschmelzens steht die Flamme in unmittelbarer
Berührung mit dem metallischen Einsatz, so daß die durch die Flamme erzeugte Wärme
hauptsächlich durch Konvektion übergehen kann, während dann, wenn der Einsatz niedergeschmolzen
ist, die Wärmeabgabe nur noch durch Strahlung der über den Einsatz hinwegstreichenden
Flamme erfolgt, wobei jedoch infolge der auf der Schmelze liegenden Schlackenschicht
die Übertragung der Wärme dadurch behindert wird, daß die Wärme zum großen Teil
nur durch Leitung über die Schlackenschicht bzw. durch die Schlackenschicht erfolgen
kann.
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Um dem angestrebten Ziel einer gleichmäßigen, dem jeweiligen Betriebszustand
entsprechenden Wärmeübertragung im Verlaufe der Schmelzperiode gerecht zu werden,
wurde bereits vorgeschlagen, das Einschmelzen mittels kurzer, nicht leuchtender
Flamme und das Fertigmachen der Schmelze mittels langer, leuchtender Flamme vorzunehmen,
wozu verschieden ausgebildete Brenner benutzt wurden.
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So ist ein Brennersystem für SM-Öfen bekannt, bei welchem die für
die Erzeugung der kurzen, nicht leuchtenden Flamme dienenden Brenner aus einem oder
mehreren mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen versehenen Düsenkörpern bestehen.
Durch diese wird Preßgas in entsprechend vielen Strahlen in die aus den Heißluftschächten
und dem Herd einströmende Verbrennungsluft eingeblasen, so daß sich am einströmenden
Kopf eine den Herdraum füllende, aber kurze Flamme bildet, die sehr heiß ist und
infolge ihrer Auflösung beim Auftreffen auf den Schrott kaum mehr auf das Gewölbe
abgelenkt wird und dies somit vor einem vorzeitigen Verschleiß durch Flammenerosion
bewahrt.
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Es hat sich erwiesen, daß sich auch gegenüber einer solchen Ofenbrennerausbildung
noch ein sehr wesentlicher Fortschritt erzielen läßt, wenn man die Brenner in besonderer
Weise einbaut und ausbildet.
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Nach der Erfindung werden symmetrisch zur Längsachse des Ofens zwei
Brenner derart angeordnet, daß sich ihre Achsen in der senkrechten Projektion über
dem Vorderteil des Herdes schneiden, während die Düsen dieser Brenner derart angeordnet
sind, daß ihre Achsen von den Brennermittelachsen divergieren.
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In der F i g. 1 ist ein Schema für diese Anordnung dargestellt. Mit
1 ist der Ofenkopf °bezeichnet. 2 stellt den Ofenherd dar. Dazwischen- befindet
sich am Ofenkopf der Schacht 3 für die einströmenden Gase. In dem Ofenkopf sind
die beiden Brenner 4 und 5 derart eingebaut, daß ihre Achsen 4 a und 5 a
sich bei 6, also im Vorterteil des Herdes schneiden. Während so die Brennerachsen,
konvergieren, sind die Düsen in diesen Brennern derart angeordnet, daß sie gegenüber
den Brennerachsen divergieren, wie durch die Achsen 7 a angedeutet ist. Die äußere
Begrenzung der Strahlen bzw. Flammenbündel liegt dabei etwa parallel zu der Ofenwandung.
Sie weicht höchstens ein wenig nach außen ab, da der Ofenkopf in der Regel schmaler
ist als der Mittelteil des Ofens.
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Die Schräglage der einzelnen Düsen innerhalb eines Brenners und die
Abstände der Düsen sind so gewählt, daß die aus den Düsen austretenden divergierenden
Strahlen sich erst in der Nähe des Herdes und damit des niederschmelzenden Materials
zu einer einheitlichen Flamme vereinigen. Die Düsen sind vorzugsweise in einem Kranz
angeordnet. Auch in der Mitte des Brenners befinden sich ein oder mehrere Düsen,
um die Bildung eines leeren Kernes der Flamme zu verhindern.
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Diese neuartige Ausbildung der Brenneranordnung hat eine Reihe durchschlagender
Vorzüge. Die Flammenbündel entfalten sich etwa am Beginn des Herdes. Sie sind dort
einheitlich und breit genug, um das Material allseitig zu umhüllen und daher schnell
niederzuschmelzen. Andererseits sind derart ausgebildete Flammen bereits breit genug,
um nicht als
intensiver Einzelstrahl von geeignet liegendem Schrott
oder sonstigen Einsatzteilen gegen das Deckengewölbe reflektiert zu werden, wodurch
dieses Gewölbe alsbald zerstört würde.
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Es wird auch vermieden, daß bereits im Raum vor dem Herd eine zu starke
Wärmeentwicklung stattfindet, was bei bekannten Öfen des öfteren zu beobachten ist
und durch welche die Ofenzustellung stark leidet.
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Durch das schnelle Niederschmelzen des Materials wird die Ofenleistung
erheblich gesteigert, da die Chargendauer verkürzt wird. Andererseits wird das Gewölbe
geschont, weil die Flammen im wesentlichen nur den Einsatz umhüllen und weder direkt
noch reflektiert als einzelne Strahlen auf Gewölbe und Mauerwerk treffen. Die Futterhaltbarkeit
wird, wie die Erfahrung lehrt, erheblich erhöht, wodurch einesteils die Stillstandszeiten
vermindert werden, wodurch wiederum die Ofenleistung steigt und andererseits auch
die Ofenkosten sinken, da das Ofenfutter und das Ein- und Ausbringen dieses Futters
einen beträchtlichen Anteil der Ofenkosten ausmachen.
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Die Erfindung betrifft weiter das seitliche Hinausschwenken der divergierenden
Düsenachsen aus der Richtung der Brennerachsen, die Anordnung eines Ölbrenners zwischen
den Brennern, die mit Preßgas betrieben werden, sowie die Beschränkung der Zahl
der Düsen, durch die erreicht wird, -daß der Brennstrahl nicht zu stark aufgeteilt
und daher zu kurz wird, womit wiederum Gefahr für das Gewölbe bestehen würde. Andererseits
haben eine beschränkte Anzahl von Einzelstrahlen - das Optimum dürfte etwa bei vier
bis zehn Strahlen pro Brenner liegen -genügend Durchschlagkraft gegenüber der von
unten her aus dem Schacht in den Ofenraum einströmenden Verbrennungsluft. Der Abstand
der Brenner soll bei normalen Öfen 1 bis höchstens 2 m, die Neigung der Düsenstrahlen
gegenüber der Brennerachse bis etwa 9° betragen.
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Man kann die zwischen den Brennern liegende mittlere Öl- oder Gasflamme
mit Sauerstoffzusatz als eine Art Schneidbrenner bzw. als intensive Schmelzflamme
arbeiten lassen. Die aus den beiden seitlichen Brennern austretenden Flammen hüllen
diese starke Schmelzflamme ein und schützen das Mauerwerk. Sie decken zugleich die
Verlustwärme des Ofens. Auf diese Weise läßt sich eine mit Sauerstoff betriebene
Flamme verwenden, ohne den Ofen vorzeitig zu zerstören.
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Die Neuausbildung gibt weiter die Möglichkeit, auch bei ungünstiger
Heißluftführung eine deckende Flammenbildung im Bereich des einzuschmelzenden Gutes
zu erhalten.
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Es wird hierzu vorgeschlagen, die sonst nur während des Fertigmachens
brennende lange Ölflamme auch während des Einsetzens, d. h. während des Niederschmelzens,
wozu die eine kurze Flamme erzeugenden Preßgasdüsen dienen, brennen zu lassen, jedoch
mit geringerem Betriebsdruck bzw. bei einem geringeren ölverbrauch von etwa 20 bis
40% der Gesamtwärme. Diese Ölflamme dient dazu, die kurze Flamme gewissermaßen im
Sinne einer Beaufschlagung gegen das einzuschmelzende Gut hin noch dichter beisammenzuhalten
und gegen den Einsatz zu führen. Die leuchtende ölflamme darf aber nicht in die
sehr heißen Gasflammen eindringen, da damit eine Karburierung der sehr heißen Flammen
verbunden wäre. Bei den hohen Temperaturen wäre dies jedoch für die Ofenzustellung
unzuträglich.
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An Hand der Zeichnungen soll im nachfolgenden die Wirkungsweise des
Erfindungsgegenstandes erläutert werden.
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F i g. 1 und 2 zeigen die Brenneranordnung; F i g. 3 gibt einen Schnitt
durch einen Brenner schematisch wieder: F i g. 4 zeigt die seitliche Ablenkung der
Düsenachsen in bezug auf die Brennerachse.
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Nach F i g. 2 ist zwischen den beiden Brennern 4 und 5 ein Ölbrenner
8 angeordnet. Die Brenner dienen zum Niederschmelzen des Einsatzes und erzeugen
eine gute, nicht leuchtende Flamme, während die Öldüse, die bei dem normalen Betrieb
nach dem Niederschmelzen wirksam wird, eine lange, leuchtende, über das Bad hinwegstreichende
Flamme bildet.
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Die Öldüse wird in der Regel mit höherem Druck betrieben als die Preßgasdüsen
der Brenner. An Stelle der Öldüse kann auch eine Gasdüse entsprechender Ausbildung
dienen. Diese Öl- oder Gasdüsen können auch mit Sauerstoffzufuhr in der bereits
geschilderten Weise betrieben werden. Statt einer Mitteldüse können mehrere angeordnet
sein.
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Nach F i g. 2 ist jeder Brenner mit sechs Düsen ausgerüstet, von denen
vier in einem äußeren Kreis angeordnet sind, während der Kern durch zwei Düsen gebildet
wird. Sämtliche Düsen divergieren zur Brennerachse.
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Ein besonders guter Effekt wird erzielt, wenn die Düsenachsen auch
seitlich von der Richtung der Brennerachse abweichen. Dies ist aus F i g. 4 ersichtlich.
Sofern die Düsenachsen zur Brennerachse divergieren, aber in derselben Richtung
zielen, liegen sie auf einem Kegelmantel, wie bei A angedeutet.
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Eine wirksamere Flammenform wird erzielt, wenn die Düsenachsen nicht
in der Richtung A verlaufen, wobei sie den Winkel ,-t zur Brennerachse bilden, sondern
aus dieser Richtung um den Winkel ,B verdreht werden, so daß sie nunmehr in Richtung
B zielen. Dies wird durch eine entsprechende Lage der Düsenrohre 10 im Brennerkörper
11 erzielt, der mit einem Kühlmante112 versehen ist und sämtliche Düsen in
sich vereinigt, so daß ein einheitlicher Baukörper entsteht, der nur mit entsprechenden
Gas-und Wasseranschlüssen zu versehen ist.
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Die Gase werden mit einem Druck von 1000 bis 10 000 mm Ws eingeblasen.
Es hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, die Zahl der Düsen auf jeder
Seite der Ofenmittelachse zu begrenzen, so daß etwa vier bis zehn Düsen verwendet
werden. Zweckmäßigerweise wird man sie in je einem Brennerkörper vereinigen, doch
ist es auch möglich, die Brenner zu teilen und beispielsweise je fünf Düsen in einem
Brenner zusammenzufassen, wobei dann zwei Brenner pro Seite verwendet werden. Die
Brenner sind in gleicher Weise anzuordnen wie für die Brenneranordnung nach F i
g. 1 angegeben. Es müssen also die Brennerachsen konvergieren, die Düsenachsen divergieren,
und die Vereinigung zu einer Flamme soll erst am Beginn des Herdes stattfinden.
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Eine besonders hohe Ofenleistung wurde bei einem 90-t-Ofen mit 42
m'-' Herdfläche erzielt, der mit Ferngas von 3200 Nm,3/h betrieben wurde und mit
zwei Brennern zu je sechs Düsen von 20 mm Durchmesser arbeitete, die mit einer Strahlung
von 3 bis 6' arbeiteten. Zwischen den beiden Preßgasbrennern
wurde
eine Ölflamme mit 400 kg Öl pro Stunde betrieben.