Die
Bedeutung des Einschmelzens von Schrott mit fossiler Energie ist
in einer zusammenfassenden Veröffentlichung „Stand
der Verfahrenstechnik für
das Einschmelzen von Schrott mit fossiler Energie" (Stahl und Eisen
1990, S.109–116)
beschrieben. Diese Veröffentlichung
gibt besonders einen Eindruck, wie intensiv an der Entwicklung von
neuen Verfahren zur Verwendung von fossiler Energie zum Einschmelzen
von Schrott gearbeitet wird. Großtechnisch wird heute das auf
S. 113 beschriebene Zwei-Konverter-Verfahren von Nippon Steel in
einem Stahlwerk betrieben. Es ist jedoch offensichtlich nur unter
den besonderen Bedingungen des dortigen Werkes wirtschaftlich zu
betreiben. Auch das EOF-Verfahren,
wie auf S. 114 beschrieben, hat wegen der komplexen Anlagen, hauptsächlich bei
der Vorwärmung
des Schrottes in einem Schacht, nur begrenzte Anwendung gefunden.
In
der deutschen Patentschrift
DE 195 215 18 C1 wird ein Verfahren zur Verbesserung
der Energiezufuhr in ein Schrotthaufwerk beschrieben, bei dem durch
heiße,
sauerstoffhaltige Gasstrahlen, denen Erdgas oder Kohle zugesetzt
wird, Kanäle
in das Schrotthaufwerk geschmolzen werden, durch die dann eine weitere
Energiezufuhr erfolgt. In der Beschreibung zu diesem Patent ist
ausgeführt,
dass das erfindungsgemäße Verfahren
sich nicht nur eignet, um einen Elektrolichtbogenofen zusätzlich Energie zuzuführen, es
kann vielmehr auch dazu benutzt werden, ein Schrotthaufwerk in einem
Herdgefäß nur mit fossiler
Energie ohne elektrische Energie vollständig aufzuschmelzen. In das
Schrotthaufwerk müssen
dafür in geeigneter
Form fossile Energieträger
eingebracht werden. Beispielsweise werden mit dem Schrott ca. 100
kg Kohle/to Schrott chargiert. Ein Teil der Kohle kann auch über Düsen eingeblasen
werden, sobald ein flüssiger
Sumpf vorhanden ist. Nach dem Aufschmelzen wirkt der Aufblasstrahl
dann in bekannter Weise als Nachverbrennungsstrahl zur weiteren
Zufuhr von Energie, um das Bad auf die nötige Abstichtemperatur zu erhitzen.
In
der Patentschrift sind Anwendungen beschrieben, bei denen die Heißluftdüsen in der
Ofenwand so angeordnet werden, dass sie gleichmäßig über den Umfang verteilt unter
einem Winkel von 10° auf
das Bad blasen. Damit soll das Schrotthaufwerk gleichmäßig aufgeschmolzen
werden, es soll aber auch verhindert werden, dass die Heißluftstrahlen nach
Durchbrennen der Schrottsäule
auf feuerfestes Material treffen.
Die
praktische Anwendung dieser Erfindung hat zu einigen Problemen geführt. Es
hat sich gezeigt, dass die Gasströme im Zentrum des Ofens zu einer
Aufwärtsströmung führen, mit
dem Ergebnis, dass damit ein Kamin in das Schrotthaufwerk geschmolzen
wird, durch den die Abgase heiß die Schrottschüttung verlassen
und damit kaum noch Energie an den Schrott abgeben. Dadurch bildet
sich ein äußerer Ring
von ungeschmolzenem Schrott. Dieser Effekt wird offensichtlich noch
dadurch unterstützt,
dass, wie in der Patentschrift ausgeführt, sich direkt vor der Heißlufteinblasdüse eine
kalte Zone ausbildet, in der der Schrott so niedrig in der Temperatur
bleibt, dass er nicht oxidiert.
Dieses
Problem hat sich bereits in einem 10 to Pilotofen gezeigt. Es war
zu vermuten, dass bei einem Ofen in Produktionsmaßstab dieses
Problem sich noch verstärkt.
Ein weiteres Problem bestand darin, dass nach dem Aufschmelzen des
Schrottes die in der Seitenwand angebrachten Öffnungen durch Heißluft frei
gehalten werden müssen,
was dazu führt,
dass der flach auftretende Heißluftstrahl flüssige Schlacke
auf die gegenüberliegende
Wand bläst.
Auch die Übertragung
der Energie aus der Nachverbrennung der Reaktionsgase durch den Heißwindstrahl
an das Eisenbad wird bei einer flüssigen Schlackenschicht, auf
die der Heißluftstrahl
flach aufbläst,
beeinträchtigt.
Die
vorliegende Erfindung vermeidet die beschriebenen Nachteile der
Lehren der Patentschrift
DE
195 215 18 C1 beim Schmelzen von Schrott mit fossiler Energie.
Es
hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass die beschriebenen Nachteile des Verfahrens entsprechend
der Patentschrift
DE 195 21518 beseitigt
werden, wenn die Heißluft
unter Zusatz von fossiler Energie von oben auf das Schrotthaufwerk
aufgeblasen wird. Besonders vorteilhaft ist dabei der erfindungsgemäße Effekt,
wenn die Heißluft
zentral von oben auf das Schrotthaufwerk geblasen wird. Die gemäß der Erfindung
von oben aufgeblasene Heißluft führt überraschenderweise
zu einer Strömung
im Schrotthaufwerk, die die Energie der Gase besonders gut ausnutzt
und auch die Außenbereiche schnell
und effektiv aufschmilzt. Vermutlich laufen im Schrotthaufwerk folgende
Vorgänge
ab. Der in das Schrotthaufwerk eindringende Heißluftstrahl heizt den umgebenden
Schrott durch Strömungen
innerhalb des Schrotthaufwerkes effektiv auf. Die Reaktionsgase
aus dieser Schrottschicht werden jedoch wieder von der Strömung des
Aufblasstrahles angesaugt. Die heißen Reaktionsgase verlassen
deshalb das Schrotthaufwerk durch einen äußeren ringförmigen Raum. Das führt dazu,
dass in diesem Raum eine intensive Energiezufuhr erfolgt und damit
auch der Schrott in der äußeren Zone
von unten aufgeheizt wird, was das Aufschmelzen dieses Bereiches
begünstigt.
Die
Heißluft
kann durch einen oder mehrere Strahlen von oben aufgeblasen werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Heißluft aufzuteilen
in einen zentralen Strahl mit 35 bis 65 % der Heißluftmenge
und mit drei bis sechs äußeren Strahlen,
in denen die restliche Heißluft
zugeführt
wird. Z.B. hat sich eine Aufteilung mit 50 % der Heißwindmenge
auf eine zentrale Düse
und vier gleichmäßig um sie
angeordnete Düsen
für die
anderen 50 % als besonders wirksam erwiesen. Bei dieser Ausführungsform
erfolgt ein besonders schnelles Schmelzen eines Kanals im Schrotthaufwerk
durch den zentralen Strahl.
Die äußeren Strahlen
sollen dabei so angeordnet werden, dass sie gegenüber dem
zentralen Strahl einen Winkel von 10–20° bilden. Es hat sich gezeigt,
dass sich bei einem kleineren Winkel die Strahlen gegenseitig beeinflussen
und in Richtung einer geraden Strömung abgelenkt, d.h. zusammengezogen
werden. Es liegt auch im Sinne der vorliegenden Erfindung, die Strahlrichtung
der Düsen
nicht nur nach außen
zu stellen, sondern gleichzeitig auch peripher so zu neigen, dass
sie schräg
auf das Bad blasen, wobei dann im Bad eine gewisse Rotationsströmung erfolgt.
Die
Heißluftzufuhr
soll erfindungsgemäß so erfolgen,
dass die Düsenöffnungen
in ihrem Abstand zur Oberfläche
des Schrottes bzw. der Schmelze verändert werden können. Das
kann beispielsweise durch eine von oben einfahrbare Lanze für die Heißluftzufuhr
erfolgen.
Die
in der Höhe
einstellbare Anordnung der Düse
oder Düsen
für die
Heißwindzufuhr
innerhalb der Deckelöffnung
hat gegenüber
dem bekannten Stand der Technik, bei dem die Düsen innerhalb der feuerfesten
Zustellung der Seitenwand angeordnet sind, den wesentlichen Vorteil,
dass die Düsenposition
sowohl für
das Vorheizen des Schrottes, als auch für die Nachverbrennung der Reaktionsgase
während
der Einschmelzphase optimal eingestellt werden kann. Außerdem kann
die Düse
aus der Deckelöffnung
entfernt werden, wenn am Ende des Prozesses das Aufblasen von Heißwind nachteilig
ist.
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Einschmelzen von Schrott wird in einer ersten Phase – im weiteren
Phase 1 genannt – das
Schrotthaufwerk über
einen Heißwindstrahl
unter Zusatz eines Brennstoffes vorgeheizt und zu einem großen Teil
geschmolzen und in einer zweiten Phase – im weiteren Phase 2 genannt – dem flüssigen Bad über eine Nachverbrennung
der Reaktionsgase durch den gleichen Heißluftstrahl Energie zum Schmelzen
des restlichen Schrottes und zur Erhöhung der Temperatur des Eisenbades
auf Abstichtemperatur zugeführt.
Die
Unterscheidung zwischen einer Phase 1 und Phase 2 kann natürlich nicht
streng gesehen werden. Die Phase 1 geht vielmehr über einen
Zeitraum von mehreren Minuten in die Phase 2 über. Bei einer Gesamtschmelzzeit
von 30 Minuten beträgt
die Phase 1 ca. 15 min, die Übergangszeit
ca. 5 min. und die Phase 2 dann 10 min.
In
der ersten Phase wird dem Heißluftstrahl fossile
Energie, z.B. Erdgas zugegeben. Überraschenderweise
genügt
es, das Erdgas durch getrennte Zuführungen in die Nähe des Heißluftstrahles zu
blasen. Die Düsenöffnungen
der Heißwindlanze müssen also
nicht als Brenner ausgebildet werden. Offensichtlich reicht die
starke Ansaugwirkung des Heißluftstrahles
aus, um das Erdgas mit der Heißluft ausreichend
zu vermischen.
Das
Ausbilden einer kalten Schrottschicht direkt vor der Heißwinddüse, wie
oben beschrieben, kann bei der erfindungsgemäßen Ausführung dadurch vermieden werden,
dass zwischen der Heißwinddüse und der
Schrottoberfläche
ein Abstand von 0,2 bis 0,5 m gehalten wird. Der Abstand kann auch noch
etwas größer gewählt werden,
wenn die Abgase aus dem Schrott weitgehend nachverbrannt werden
sollen, bevor sie den Ofen verlassen. Damit können Probleme mit den Abgasen,
die beim Vorheizen von Schrott auftreten, erheblich vermindert werden.
Damit
ist jedoch der Nachteil verbunden, dass die Flammentemperatur herabgesetzt
wird. Eine hohe Flammentemperatur ist für das schnelle Aufschmelzen
eines Kanals und des Schrottes sowie zur Verringerung der Oxidation
des Schrottes wichtig. Es kann deshalb vorteilhafter sein, für das Aufschmelzen
des Schrottes nur einen kurzen Abstand zur Schrottoberfläche von
ca. 30 cm zu verwenden und die Abgase durch kleine Heißwindbrenner,
die im Deckel des Ofens gleichmäßig verteilt
sind, zu verbrennen.
Es
ist für
das erfindungsgemäße Verfahren wichtig,
im zentralen Bodenbereich möglichst
schnell Energie zuzuführen,
damit der durch den Heißgasstrahl
aufgeschmolzene Schrott dort nicht wieder erstarrt. Hierzu helfen
mehrere Maßnahmen.
Der Kanal im Schrotthaufwerk, durch den weitere Energie auch in
den unteren Bereich der Schrottsäule
zugeführt wird,
muß so
schnell wie möglich
geschmolzen werden. Hierzu helfen neben einer möglichst hohen Heißwindtemperatur
eine hohe Sauerstoffanreicherung und ein möglichst hohe Geschwindigkeit
der Heißwindstrahlen.
Außerdem
ist es vorteilhaft, dass ein hoher Anteil des Heißwindes,
z.B. 50 % über
den Zentralstrahl eingebracht wird. Mit der Sauerstoffanreicherung
auf 40 % kann beispielsweise mit einem Gasstrahl von 20.000 Nm3/h und entsprechendem Zusatz von Erdgas
innerhalb von zwei bis drei Minuten ein Kanal in die Schrottsäule geschmolzen
werden, der bis auf den Boden reicht.
Es
hat sich gezeigt, dass das Einbrennen des Kanals in das Schrotthaufwerk
schneller erfolgt, wenn noch freier Sauerstoff in der Heißluftflamme vorhanden
ist. Optimale Werte werden erzielt, wenn über die Vollverbrennung der
Energieträger
hinaus noch ein freier Sauerstoffgehalt von 3–10 % vorhanden ist.
Es
ist außerdem
vorteilhaft, den Koks bei der Beschickung möglichst auf den zentralen Bodenbereich
zu konzentrieren. Besonders wichtig ist es, eine Restschmelze von
ca. 20 % im Ofen zu lassen. Wenn der Ofen kalt ohne eine Restschmelze
gestartet wird, sollte der Koks vorgewärmt sein, damit er möglichst schnell
mit dem Aufblasstrahl reagieren kann. Es kann für die erste Schmelze in einem
kalten Ofen ohne Restschmelze auch hilfreich sein, Aluminium oder
Silizium in einer Menge von 100 bis 200 kg bei einer 100 to Schmelze
auf den Boden an der Auftreffstelle des Zentralstrahles zu chargieren.
Es
ist außerdem
vorteilhaft, die Erdgasmenge, die den Heißwindstrahlen zugesetzt wird,
so zu regeln, dass die Zusammensetzung des Abgases leicht reduzierend
ist. Es soll dabei ein CO- bzw. H2-Gehalt
des Abgases von 1 bis 2 % angestrebt werden. Diese Maßnahme wirkt
sich günstig
auf die Reduzierung des Dioxingehaltes der Abgase aus. Diese Maßnahme steht
nicht im Widerspruch zu dem gewünschten
freien Sauerstoffanteil im Heißluftstrahl,
da ein Teil des Sauerstoffes durch die Oxidation des Eisens verbraucht
wird.
Auch
in der zweiten Phase ist es wichtig, dass die durch den Heißwindstrahl
zugeführte
Sauerstoffmenge höher
ist, als für
das Nachverbrennen der Reaktionsgase benötigt. Zur Erreichung eines
maximalen Nachverbrennungsgrades der Reaktionsgase ist es erforderlich,
durch den Heißluftstrahl
mehr Sauerstoff, als theoretisch für den Nachverbrennungsgrad
erforderlich, zuzuführen
und das Sauerstoffangebot durch die Bodendüsen entspre chend niedriger zu
halten. So soll z.B. bei einer Sauerstoffbodenblasrate von 3.000
Nm3/h eine Heißwindmenge von 20.000 Nm3/h ohne Sauerstoffanreicherung aufgeblasen
werden.
Es
hat sich für
die Optimierung des Verfahrens auch als wichtig herausgestellt,
während
der beiden Blasphasen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten des
Heißluftstrahles
und mit unterschiedlicher Lanzenhöhe zu arbeiten. So ist es zweckmäßig, während der
Schrottaufschmelzphase mit möglichst hoher
Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit zu fahren (bei 1.200°C ca. 750
m/sec), während in
der zweiten Phase, bei der weitgehend mit einem flüssigen Bad
gearbeitet wird, die Heißluftgeschwindigkeit
nur zu etwa 40–60
% der Schallgeschwindigkeit (bei 1.200°C also ca. 400 m/sec) gewählt wird. Außerdem ist
es zweckmäßig, während dieser
Phase eine höhere
Lanzenposition einzustellen.
Das
Einfahren der Lanze in den Ofenraum führt außerdem dazu, dass der starke
Lärm, der durch
einen Heißluftstrahl
verursacht wird, weitgehend abgeschirmt wird. Es hat sich dabei
als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Heißluftdüse möglichst mehr als 50 cm in den
Ofenraum eintaucht. Die Abgase können,
wie auch heute beim Elektrolichtbogenofen üblich, durch einen getrennten
Stutzen im Ofendeckel abgeführt
werden.
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
für das Bewegen
der Lanze besteht dann, dass eins gleiche Vorrichtung, wie für das Einfahren
der Elektroden bei einem Elektrolichtbogenofen verwendet wird. Die
erfindungsgemäße Zuführung hat
wesentliche Vorteile für
die Verbindung mit der Heißluftzufuhr
und die Flexibilität
in der Prozessführung,
auch im Entfernen der Lanze gegen Ende des Frischprozesses.
Das
Herdgefäß wird erfindungsgemäß mit Bodendüsen für das Einblasen
von Sauerstoff und evtl. auch für
Kohle und Kalk ausgerüstet.
Hier werden die vom bodenblasenden Konverter her bekannten Ausführungs-
und Einsatzformen angewendet. Während
jedoch beim Konverterverfahren möglichst wenig
Düsen mit
einem lichten Durchmesser von 24 bis 28 mm verwendet werden, ist
es für
den Einsatz in einem Herdofen, in dem eine Restschmelze belassen
wird, zweckmäßig, Düsen mit
kleineren Durchmessern zu verwenden, auch wenn dadurch eine größere Zahl
von Düsen
eingesetzt werden muß.
Der lichte Düsendurchmesser
sollte auf maximal 15 mm begrenzt werden. Damit wird das Durchblasen
der nach dem Abstich verbleibenden restlichen Stahl- und Schlackenmengen
verhindert. Außerdem
bieten Düsen
mit kleineren Durchmessern einen besseren Schutz gegen den Durchbruch
von flüssigem
Stahl im Falle eines Versagens der Düsenkühlung.
Es
liegt auch im Sinne der vorliegenden Erfindung, die Düsen in einer
Vertiefung des Bodens anzubringen, um damit eine höhere Bedeckung
nach dem Abstich zu erreichen. Diese Anordnung hat besonders den
Vorteil, dass die Düsen
immer mit flüssigem
Stahl bedeckt bleiben und nicht mit der Schlacke in Kontakt kommen.
Wenn Bodendüsen
innerhalb der Schlacke blasen, können
sich leicht Ansätze
bilden, die die Funktion der Düsen
beeinträchtigen.
Für das Einblasen
von Sauerstoff müssen nicht
unbedingt im Boden angebrachte Düsen
verwendet werden. Der Sauerstoff kann auch über sogenannte „coherent
jets" eingeblasen
werden, die in der üblichen
Weise in der Seitenwand des Ofens angeordnet sind.
Falls
extrem niedrige Stickstoffgehalte im Stahl gefordert sind, ist es
zweckmäßig, bei
der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens die
Zufuhr von Heißluft
vor dem Ende des Schmelzprozesses zu beenden. Vorteilhafterweise
geschieht das bei einem Kohlenstoffgehalt im Bad von etwa 0,5 %.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Lanze aus der Deckelöffnung herausgezogen
und die Schmelze mit reinem Sauerstoff zu Ende gefrischt.
Beim
Einschmelzen des Schrottes, dass erfindungsgemäß durch einen Heißluftstrom
mit Sauerstoffüberschuß erfolgt,
wird ein Teil des Eisens verschlackt. Das trägt zum schnellen Einschmelzen
des Schrottes bei. Ein Teil des gebildeten FeO verbleibt in der
Schlacke, der größere Teil
muß jedoch
wieder reduziert werden. Hierfür
muss dem Prozess Kohlenstoff zugesetzt werden. Dies kann über Einblasen von
Kohle durch Bodendüsen
oder in der sonst beim Lichtbogenofen angewendeten Praxis durch
seitlich angebrachte Düsen
erfolgen. Für
das erfindungsgemäße Verfahren
sind zwei Zugabearten besonders vorteilhaft. Ein wesentlicher Teil
wird in Form von Koks, vorteilhafterweise kleinstückig, mit
dem Schrott chargiert. Die mitchargierte Menge beträgt etwa 20–30 kg/to
Stahl. Die andere vorteilhafte Weise besteht darin, die Kohle in
Verbindung mit dem Heißwindstrahl
einzublasen. Damit hier die Kohle nicht weitgehend verbrennt, soll
gröbere
Kohle, vorteilhafterweise mit einer Körnung von mindestens einigen mm,
verwendet werden.
Wie
schon erwähnt,
ist es vorteilhaft, wenn die Heißwindlanze während des
Aufschmelzens des Schrottes so nachgefahren wird, dass der Abstand der
Lanze zur Schrottoberfläche
ungefähr
gleich bleibt, d.h. dass während
des Einschmelzens des Schrottes die Lanze entsprechend abgesenkt
wird. Das Einschmelzen des Schrottes wird außerdem begüstigt, wenn die Lanze langsam
um so viel gedreht wird, wie der Abstand von zwei Heißwindöffnungen beträgt, bei
vier Düsen
also um etwa 90°.
Verbunden mit einer langsamen Ab wärtsbewegung der Lanze, brennt
sich so der Heißluftschmelzstrahl
ringförmig
in das Schrotthaufwerk hinein.
An
zwei Beispielen soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.
Im ersten Beispiel werden in einen 100 to Herdofen ca. 110 to Schrott
chargiert. Über
eine Heißluftlanze,
die mit einer Vorrichtung zum Auf- und Abbewegen eingeführt wird,
erfolgt die Zufuhr von 40.000 Nm3/h Heißluft von 1.200°C und 0,9
bar mit einer Sauerstoffanreicherung auf 40 %. Der Düsenkopf
besteht aus fünf Öffnungen,
einer zentralen Düse
und vier mit einem Neigungswinkel von 15° gegen die vertikale Strahlrichtung
angeordnete äußere Düsen. Der
Düsendurchmesser
beträgt
20 cm für
die Zentraldüse
und jeweils 10 cm für
die äußeren Düsen. An
jeder Düsenöffnung sind
Rohre zum Einleiten von Erdgas angebracht. Die Erdgaseinblasrate
beträgt
insgesamt 5.000 Nm3/h. Gleichzeitig werden
durch sechs Bodendüsen
mit einem Durchmesser von 12 mm zusammen 2.000 Nm3/h
Sauerstoff eingeblasen.
Im
zweiten Beispiel werden keine Bodendüsen verwendet. Die Sauerstoffzufuhr
erfolgt über
in der Seitenwand angebrachte feststehende Lanzen, durch die der
Sauerstoff über
sogenannte „coherent jets" eingeblasen wird.
Im vorliegenden Beispiel sind vier Einblaseinheiten vorgesehen,
die gleichmäßig über den
Umfang verteilt sind. Außer
Sauerstoff kann bei diesen Einblaseinheiten, wie sie heute gebräuchlich
sind, gleichzeitig auch Kohle oder Erdgas eingeblasen werden. In
diesem Beispiel werden pro Düse 1.000
Nm3/h Sauerstoff eingeblasen, in den ersten
10 min. gleichzeitig 500 Nm3/h Erdgas. Nach
10 min. wird das Einblasen von Erdgas beendet und mit der Sauerstoffrate
von 1.000 Nm3/h pro Düse weiter gearbeitet. Heißwind wird
mit einer Gesamtblasrate von 40.000 Nm3/h
mit einer Sauerstoffanreicherung auf 40 % eingeblasen. Die Heißwindzufuhr
erfolgt durch vier Düsen
mit jeweils 140 mm Durchmesser. Die Ausrichtung der Düsen, in
diesem Falle ca. 15° gegen
die Senkrechte, erfolgt so, dass die Strahlen ungefähr dort
auf das Bad blasen, an der die kohärenten Sauerstoffstrahlen auf
das Bad treffen. Vorteilhafterweise wird dieser Auftreffpunkt etwas
nach innen verlegt, um das in der Nähe liegende feuerfeste Material
zu schonen. Nach 20 min. wird die Blasleistung des Heißwindes
auf 20.000 Nm3/h reduziert, wobei wie beim
ersten Beispiel in dieser Phase auf Sauerstoffanreicherung verzichtet
wird. Nach 30 min. wird die Heißluftlanze
herausgefahren und die Charge mit den Seitendüsen innerhalb von 3 min. zu
Ende gefrischt.
Das
Verfahren wurde in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben,
wie es vorteilhafterweise in einem Herdofen angewendet wird. Es
kann jedoch auch sinngemäß auf einen
Konverter übertragen
werden.
1 zeigt schematisch einen
Herdofen (1) mit einer Heißwindlanze (2), die
erfindungsgemäß innerhalb
der Deckelöffnung
angeordnet ist. Die Heißwinddüse wird
mit einer Vorrichtung (3) bewegt, die der Elektrodenhalterung
eines Elektrolichtbogenofens ähnlich
ist. Die Heißwinddüse wird
senkrecht soweit eingefahren, dass sie sich ungefähr 30 cm
oberhalb des Schrotthaufwerkes befindet. Hier besteht die Düse für den Heißluftstrahl
aus einer Zentraldüse und
vier Einzeldüsen
mit einer Neigung von 15°.
Erdgas wird durch getrennte Leitungen (4) in den Heißwindstrahl
eingeblasen. Im Boden sind sechs Sauerstoffeinleitungsdüsen (5)
eingebaut. Die Düsen
werden vorteilhafterweise so angeordnet, dass sie unterhalb der
Auftreffstelle des zentralen Heißwindstrahles liegen. Die Abgase
verlassen den Ofen über
einen Stutzen (6). Als Alternative sind in 1 auch Düsen für die Sauerstoffzufuhr durch „coherent
jets" in der Seitenwand
angebracht (7). Hier sind vier Einleitungsstellen vorhanden,
durch die gleichzeitig mit dem Sauerstoff auch Erdgas oder Kohle
eingeblasen werden kann. Das seitliche Düsensystem wird hier während der
ersten Phase als Brenner zum Vorheizen des Schrottes betrieben.
2 zeigt beispielhaft eine
vorteilhafte Ausführung
der Heißwindlanze.
Es handelt sich hier um eine Lanze zum Einschmelzen von 110 to Schrott in
einem 100 to-Herdofen. Durch eine wassergekühlte Heißwindlanze (8) mit
einem lichten Durchmesser von 90 cm werden dem Prozess in Phase
1 40.000 Nm3/h Heißluft von 1.200°C mit einem
Druck von 0,95 bar zugeführt.
Die Heißluft
wird aufgeteilt auf eine Zentraldüse (9) von 20 cm Durchmesser
und auf vier seitlich angeordnete Düsen (10), die gegenüber der
Senkrechten eine Neigung von 15° aufweisen. Erdgas
wird durch getrennte Leitungen (11) an den Düsen eingeblasen.
Da die Vorrichtung mit einer unterkritischen Strömungsgeschwindigkeit betrieben wird,
sind keine besonderen Ausbildungen der Düsen erforderlich. Sie bestehen
aus einfachen kreisförmigen Öffnungen.
Bei einem Betrieb nahe der Schallgeschwindigkeit teilt sich die
Heißluft
entsprechend dem Querschnitt auf die einzelnen Düsen auf. Wenn in Phase 2 der
Druck auf ca. 0,4 bar reduziert wird, strömt anteilig mehr Heißluft durch
die Zentraldüse
(9). Das ist jedoch auch erwünscht, weil dadurch die Nachverbrennung
der Reaktionsgase in dieser Phase begünstigt wird.