DE3124865A1

DE3124865A1 - Kuppelofen

Info

Publication number: DE3124865A1
Application number: DE19813124865
Authority: DE
Inventors: Gi-dong Taegu GyungsanBuk Park
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-25
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DE3124865C2; US4369955A

Description

Kuppelofen

Die Erfindung bezieht sich auf Ofensysteme und speziell auf einen Kuppelofen 2um Schmelzen von Roheisen für Gießzwecke und dgl.

Der Kuppelofen stellt eine der ökonomischsten Einrichtungen zum Schmelzen von Metall, speziell von Graueisen, dar, weil ein direkter Kontakt zwischen dem Metall und dem Brennstoff vorliegt, so daß ein direkter Wärmeübergang in das Metall stattfindet, und er ist für den genannten Verwendungszweck weltweit im Einsatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kuppelofen anzugeben, dessen Wirtschaftlichkeit durch verbesserte Ausnutzung der Wärme noch weiter gesteigert ist. Weiterhin soll es möglich sein, mehr Druckluft einzusetzen und diese gleichmäßiger im Brennstoff zu verteilen, als dies bislang möglich war. Auch soll der Anteil von die Umwelt beträchtigenden Abfallprodukten herabgesetzt werden und es soll der Ofen selbst dauerhafter, sicherer und im Aufbau einfacher sein.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel und im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines üblichen Kuppelofens;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Kuppelofens nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf den Ofen nach Fig. 2; wobei der Schnitt gerade oberhalb der Röhren, die in Fig. 4 sichtbar sind, genommen ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Ofens nach Fig. 2;

Fig. 5 ein Detail aus Fig. 4 im Schnitt längs der Linie 5-5; und

Fig. 6 ein Detail im Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen typischen bekannten Kuppelofen C mit einer Schmelzenkammer 16, die von einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 20 umschlossen ist, das von Füßen 22 getragen wird. Oberhalb des eigentlichen Schmelzenofens erstreckt sich ein Schacht 40. Bodentüren 24 werden von einem mittleren Stempel 26 geschlossen gehalten und sind gewöhnlich mit einer Sandschicht bedeckt. In einem mit Ton beschichteten Bereich 28 ist ein vermauerter Auslauf 29 angeordnet, der durchbohrt werden kann, um das geschmolzene Metall aus dem Ofen auszulassen. Im Bereich über diesem Auslauf 29 ist gegebenenfalls ein Schlackenabzug.30 angeordnet und weiterhin über diesem befindet sich ein den Ofen umgebender Windkasten 32, der über eine Leitung 34 aus einem Kompressor mit Druckluft versorgt wird, die über Röhren 36 nach innen in die unterste Brennstoffschicht radial eingeblasen wird.

Die Einfüllung der Brennstoff- und der Roheisenschicht (gegebenenfalls mit Kalk oder anderen Zuschlagstoffen) erfolgt über eine oder mehrere öffnungen 38 in dem Schacht 40 oberhalb des Schmelzofens bzw. des beladenen Bereiches. Der Schacht erstreckt sich senkrecht nach oben und ist oben offen. Seine Höhe beträgt viele Meter im Vergleich zu dem typischen Gehäusedurchmesser, der in der Größenordnung von nur einem Meter liegt.

Die Vorwärmung der Luft ist bekannt, wobei hierzu ein mit Brennstoff gefeuerter Vorwärmer benutzt wird.

Im Betrieb gibt der Schacht große Mengen sehr heißer Gase, Zunder und Asche direkt in die freie Atmosphäre ab. Ascheartige Verunreinigungen beträchtlicher Größe können in das geschmolzene Metall als Verunreinigungen zurückfallen.

In einigen.Details stimmt der erfindungsgemäßse Kuppelofen mit dem vorbeschriebenen Ofen überein.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen äußeren Merkmale der vorliegenden Erfindung in einer im ganzen mit 200 bezeichneten Ausführungsform. Sie enthält ein Kuppelgehäuse 220, das das Gehäuse für einen Schmelzofen 218 ist, einen kurzen vertialen Zylinder, der von Füßen 222 getragen wird und an seinem Boden von zwei üblichen Schwenkklappen 224 verschlossen ist. An seinem oberen Ende ist dieser Ofen von einem integralen Deckel 242 verschlossen. Das Gehäuse hat nahe dem Boden ein übliches Belüftungssystem und einen Auslaß 229 für das erschmolzene Eisen und weiter oben einen Ascheabzug 230. Darüber ist eine Reihe von radial angeordneten Röhren 244 angeordnet, die Einlaßenden aufweisen, die mit Ventilen versehen sind, um den Gaszufluss einzustellen. Von diesen Ventilen sind die Stellknöpfe sichtbar. Diese Röhren sind

über Verbindungsrohre 246 mit einem den Ofen umgebenden Windkasten 232 verbunden, der wiederum von einer Druckluftleitung 234 mit Druckluft gefüllt wird. Die Druckluft stammt von einer geeigneten, hier nicht dargestellten Druckluftquelle und wird über ein Rohr 250 zugeführt. Kühlwasserringe 252 und 254 können um das Gehäuse oberhalb und unterhalb des Windkastens angeordnet sein und nahe dem Deckel des Gehäuses ist eine öffnung 238 zur Zuführung der Erstbefüllung des Ofens in dessen kaltem Zustand angeordnet. Diese Tür 238 dient auch zur Beinflussung der Luft im System, wenn es erforderlich sein sollte.

Gegenüber dieser Tür 238 ist ein kombinierter Zuführtunnel und Vorwärmofen 256 angeordnet, der nachfolgend nur mit Vorwärmofen bezeichnet werden soll. Dieser erstreckt sich in einem Winkel von einer integralen Verbindung 258 mit dem Gehäuse 220 schräg nach oben und weist einen tubusförmigen Querschnitt auf. Erendet an einer Vebindung 260, an der er an einem vertikalen Schacht 240 angeschlossen ist. Dieser Schacht steht sicher auf einem geeigneten eigenen Fundament und belastet so den Ofen nicht. Dieses Fundament kann auch die anderen Elemente tragen.

Gemäß bedeutsamen Vorteilen der Erfindung wird zunächst eine Anfangsfüllung aus Brennstoff und Roheisen in den Kuppelofen eingebracht und entzündet. Alle nachfolgende Beschickung mit Brennstoff und Roheisen sowie gegebenenfalls Zuschlagsstoffen erfolgt in vorgewärmtem Zustand. Die Vorwärmung vollzieht sich in dem Vorwärmofen durch die Abgase und den Rauch, die von dem Kuppelofen 220 in den Vorwärmofen 256 abgegeben werden.

Der Vörwärmofen weist ein geschlossenes oberes Ende 264 auf. Sämtliche Gase, Rauch und Brüden und die Abwärme des Kuppelofens bzw. des Schmelzofens laufen quer durch den Vorwärmofen, bevor sie den Schacht erreichen.

Am geschlossenen oberen Ende 264 des Vorwärmofens erfolgt die Zuführung von Brennstoff, Rohmetall und Zuschlagstoffen mit Hilfe einer Zuführeinrichtung, damit diese Stoffe vorgewärmt werden, bevor sie in den Schmelzofen gelangen. Dies wird nachfolgend noch näher beschrieben.

Ein Asche-, Zunder- und Schlackenabzug 266 erstreckt sich vom Boden des Vorwärmofens nach unten.

Die Fig. 3 und 4 zeigen inneree Details des Kuppelofens 200. Die Außenwände des Systems können durchgehend mit einem üblichen feuerfesten Material ausgemauert sein, was in den Fig. 3 und 4 mit 268 fragmentarisch angedeutet ist.

Der Deckel 242 über dem Schmelzofen ist zurückstrahlend, er ist nach unten axial konkav und reflektiert Strahlungswärme in den Schmelzofen zurück, womit eine Verbesserung gegenüber den bekannten Ausführungsarten erreicht wird.

Wie schon erwähnt, werden die heißen Gase, die bei bekannten Anordnungen in die Umgebung entlassen werden, hier dazu verwendet, die Vorwärmung der zugeführten Luft und des zugeführten Rohmetalls durchzuführen. Beim Nachobenströmen aus dem Schmelzofen werden die Gase auch durch Konvektion an dem konkaven Deckel 242 und durch Strahlungswärme, die von diesem nach unten reflektiert wird, erwärmt. Diese überhitzten Gase laufen dann durch eine vertikale Schleife quer in den Vorwärmofen 256, dessen obere Bedeckung 2 70 ähnlich einem längs erstreckten parabolischen Trog geformt

ist und Hitze nach unten reflektiert.

Die zugeführte, für den SchmelzVorgang benötigte Druckluft heizt sich durch den Gas- und Wandkontakt und durch die von den Wänden, besonders der konkaven Oberwand, zurückgestrahlte Wärme auf, wenn sie durch hintereinander angeordnete, im Vorwärmofen schräg verlaufende Gruppen 272 von Metallröhren 250' nach unten über die Leitung 234 in den Windkasten 232 geleitet wird.

Die Roheisenchargen werden durch eine öffnung 274 zugeführt, die einen guten, nach unten gerichteten Zugang darstellt. Die aufgegebenen Roheisenchargen werden durch Heißgase und durch Strahlungswärme von der konkaven oberen Wand des Vorheizofens erwärmt, wenn sie durch eine sich an die öffnung 274 anschließende rohrförmige metallische Schütte 276 nach unten rutschen. Diese Schütte 276 kann an der Oberseite und am oberen Ende verschlossen sein. Durch konventionelle Maßnahmen, wie beispielsweise einen Schieber 2 78 am einen Ende einer langen Spindel 280, die von einem Spindelmotor 282 vorantreibbar ist, kann die Vorschubbewegung der Chargen in der Schütte 276 unterstützt werden. Metallstangen 284 unterhalb der Schütte 276, die zwischen den Seitenwänden des Vorheizofens befestigt sind, dienen der Unterstützung der Schütte und tragen weiterhin zum Wärmeübergang auf das sich in der Schütte befindliche Rohmaterial (Roheisen und gegebenenfalls Zuschlagstoffe) bei.

Man ersieht, daß die relativ große Distanz zwischen dem Schmelzofen und der Eingabeöffnung 2 74 die Roheisenaufgabe sicherer macht. Weiterhin ergibt sich eine gewisse Flexibilität, da die aufzugebenden Materialien als diskrete Chargen zugeführt werden können. Auch können die Materialien vorgemischt sein.

Ein weiterer Vorteil dieser Aufgabeeinrichtung ergibt sich am unteren Ende des gleichförmig geneigten Bereiches der Schütte. Der untere Endbereich 2 86 der Schütte kann gegenüber dem übrigen Bereich der Schütte eine stärkere Neigung aufweisen, wobei der Neigungswinkel wenigstens so groß ist, daß die in der Schütte befindlichen Materialien (Brennstoff, Roheisen und gegebenenfalls Zuschlagstoffe) von selbst zum Rutschen kommen. Dieser stärker geneigte Bereich endet an der Verbindung von Kuppelofengehäuse und Vorwärmofen. Dieser Neigungswinkel kann bei 45° liegen und unterhalb des Übergangs zwischen dem geringer und dem stärker geneigten Bereich der Schütte rutscht die vorgewärmte Charge von selbst ab und schlägt auf die Mitte der bereits im Kuppelofen befindlichen Charge aus Koks und Eisen auf, wo sie sich durch den Aufprall wirksam nach den Seiten verteilen kann.

Es hat sich gezeigt, daß für den geringer geneigten Bereich der Schütte ein Neigungswinkel von etwa 20 günstig ist.

Es ist augenscheinlich, daß der gewundene Weg, den die heißen Gase zurücklegen müssen, einschließlich der zwei scharfen Biegungen, Wirbel hervorruft, die es mitgeführter Asche und Schlacke erlaubt, aus der Strömung auszufallen und durch eine Vielzahl von Löchern 288 im Boden des Vorheizofens nach unten zu fallen, wo sie in dem trichterförmigen Abzug 266 gesammelt werden, so daß sie nicht in die freie Atmosphäre abgeblasen werden. Die Ausnutzung der Abwärme führt auch zu einer Verringerung der Abgastemperatur und weil Brennstoff gespart wird, ergibt sich auch aus diesem Grunde eine weitere Verringerung der Luftverunreinigung durch Verbrennungsabgase.

Auf ein weiteres vorteilhaftes Merkmal ist hinzuweisen. Am inneren Ende werden die Röhren 236 nur durch die Wände des

Ausmauerungsmaterials oder anderes Auskleidungsmaterials des Ofens oder aus Material, aus dem sie selbst gemacht sind, auf Abstand gehalten. Dies erlaubt es, eine absolute Maximalzahl bezogen auf den Rohrdurchmesser in der Blasebene anzuordnen, wodurch sich die bestmögliche Funktion ergibt, was zu einem gleichförmigeren Produkt und zu einem besseren Ausbrand der Kohle führt. Dieser verbesserte Verbrennungswirkungsgrad verringert ebenfalls die Umweltverschmutzung, die durch eine unvollständige Verbrennung entstehen würde, und steigert die im Vorwärmöfen verfügbare Wärme.

Fig. 5 zeigt die relativen Größenverhältnisse von Tür und Ofengehäuse. Wenn diese Tür geöffnet ist, ermöglicht sie einen guten Zugang und eine gute Einsicht in den Vorwärmofen und in den Chargenbereich des Kuppelofens.

Fig. 6 zeigt Größenverhältnis, Querschnittsform und Lage der Einzelteile im Vorwärmofen 256. Der Querschnitt ist so gestaltet, .daß er Gase durch Zwischenräume auf beiden Seiten der Röhren 25O¹ und der Schütte 276 hindurchläßt. Die Schütte 276 verläuft etwa im mittleren Bereich des von den Vorwärmofen umschlossenen geneigten Kanals. Lediglich an den Befestigungs- und Aufstützstellen ist die Schütte nicht dem direkten Heißgaskontakt ausgesetzt. Man sieht, daß der Gesamtquerschnitt des Vorwärmofens etwa dem Querschnitt des Kuppelofens entspricht.

Die Aufwärmung der Röhren 25O¹ läßt sich durch eine bogenförmige Gestaltung, die nahe an der konkaven Abdeckung des Vorwärmofens verläuft, verbessern. Als Baumaterialien kommen übliche Materialien in Betracht.

Die Konstruktion läßt sich vereinfachen, wenn man dem Vorwärmofen einen rechteckigen Querschnitt gibt, Wandabsätze 290 zum Lagern der Röhren 250' vorsieht und die Schütte 276 etwa im Mittenbereich des Vorwärmofens lagert. Diese Merkmale tragen auch zur besseren Vorwärmung des Rohmaterials bei.

Als Beispiele seien einige Maßangaben gemacht: Höhe des Ofenbodens über Grund 1 m, Höhe zwischen Ofenboden und Decke 3 m, Länge des Vorwärmofens 5 bis 20 m, Schüttenbreite 0,5 bis 0,8 m, Vörwärmofenbreite 1 bis 1,5 m.

Claims

Ansprüche

1. Kuppelofen, bestehend aus einem aufrechtstehenden, zylindrischen Gehäuse, das eine zum Schmelzen von Roheisen und dgl. durch direkten Kontakt in einer Charge mit einem Brennstoff, wie Koks, umschließt, Einrichtungen zum Einfüllen von Roheisen, Koks und gegebenenfalls Zuschlägen in die Schmelzenkammer, Einrichtungen zum Einführen von Druckluft in den Brennstoff nach innen durch den unteren Teil der Schmelzenkammer, und aus einem aufrechtstehenden Schacht, der mit der Schmelzenkammer verbunden ist zur Abführung von Heißgasen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Vorwärmen der Druckluft, des Roheisens, des Brennstoffs und der Zuschlagstoffe vorgesehen sind, bestehend aus einem Vorwärmofen (256), der in Querrichtung die Schmelzenkammer (258) und den Schacht (240) miteinander verbindet, Einrichtungen (242) zum Hinleiten der Heißgase in und durch den Vorwärmofen (256), und daß Abschnitte (250') der Einrichtung

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zum Zuführen der Druckluft und die Zuführeinrichtungen (276) für Roheisen, Koks und gegebenenfalls Zuschlagstoffe durch den Vorwärmofen (256) verlaufen.

2. Kuppelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Hinleiten der Heißgase in den Vorwärmofen aus einem das obere Ende des zylindrischen Gehäuses (220) verschließenden Deckel (242) bestehen.

3. Kuppelofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (242) an seiner Unterseite als konkaver Reflektor ausgebildet ist, der koaxial zum Gehäuse (220) angeordnet ist und die Strahlungswärme in die Schmelzenkammer reflektiert.

4. Kuppelofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmofen (256) eine obere Abdeckung (270), Seitenwände und einen Boden aufweist und sich von einem unteren Ende von dem zylindrischen Gehäuse

(220) schräg zu einem geschlossenen oberen Ende an dem Schacht (240) erstreckt und den Heißgasen einen winkeligen Strömungspfad darbietet.

5. Kuppelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmofen (256) am oberen Ende in den Schacht (240) entlüftet ist.

6. Kuppelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für Roheisen, Koks und gegebenenfalls Zuschlagstoffe eine Schütte (276) ist, die sich von einem Aufgabeort außerhalb des oberen Endes des Vorwärmofens (256) durch dieses Ende hindurch und durch den mittleren Querschnittsbereich des geneigten Vorwärmofens (276) erstreckt, und daß deren unterer Endbereich (2 86) eine stärkere, ein Abrutschen des

aufgegebenen Gutes bewirkende Neigung aufweist und gegen das Zentrum der Schmeizenkammer gerichtet ist.

7. Kuppelofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schütte (276) eine ausfahrbare Einrichtung (278, 280) zum Vorschieben des aufgegebenen Gutes zugeordnet ist*

8. Kuppelofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schütte (276) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.

9. Kuppelofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Abdeckung (270) des Vorwärmofens (256) die Form eines nach unten gerichteten konkaven Troges aufweist, um die reflektierte Wärme auf die Schütte (2 76) zu konzentrieren.

10. Kuppelofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für die Druckluft im Vorwärmofen (256) quer verlaufende, miteinander verbundene Röhren (25O^?) aufweist.

11. Kuppelofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (25O¹) bogenförmig, der Krümmung der Abdeckung (2 70) des Vorwärmofens (256) folgende Abschnitte aufweisen.

12. Kuppelofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für die Druckluft einen das zylindrische Gehäuse (220) umgebenden Luftkasten (232) aufweist, der mittels eines Verbindungsrohres (234) mit einem unteren Bereich der im Vorwärmt)fen (256) befindlichen Röhren (250') verbunden ist und daß diese Röhren in einem oberen Bereich mit einer Druckluftquelle verbunden sind.

13. Kuppelofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Vorwärmofens (256) Durchbrüche (288) zum Ableiten von niedergeschlagener Asche, Schlacke ur^d dgl. und einen darunter angeordneten Sammeltrichter (266) aufweist.

14. Kuppelofeii nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmofen (256) eine Neigung von etwa 20 aufweist.

15. Kuppelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für Druckluft in den Brennstoff eine Vielzahl in einem Ring radial um die Schmelzenkammer angeordneter, deren Wand radial dürchdringeder Röhren (236) aufweist, dereii Mündungen dichtestmöglich nebeneinander angeordnet sind.