DE1508230B1

DE1508230B1 - Brenner fuer die Beheizung von Siemens-Martin-OEfen

Info

Publication number: DE1508230B1
Application number: DE19661508230D
Authority: DE
Inventors: Kammerhofer Dipl-Ing Erwin; Wentner Dr Heinrich; Lahmer Dipl-Ing Karl
Original assignee: Alpine Montan AG
Current assignee: Alpine Montan AG
Priority date: 1965-02-17
Filing date: 1966-02-11
Publication date: 1970-04-02
Also published as: SE300632B; AT260298B; ES322913A1; GB1138311A

Description

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In den letzten Jahren ist man immer häufiger dazu mit, eine straff geführte Flamme höchster Temperatur übergegangen, Siemens-Martin-Öfen mit Brennstof- zu erhalten, die den im Siemens-Martin-Ofen eingefen hohen Heizwertes zu beheizen, z. B. mit zerstäub- setzten Schrott äußerst rasch einschmilzt. In einem tem Heizöl oder mit karburiertem Erdgas. Hierbei 30-t-Ofen konnten z. B. mit einem Brenner, der eine wird der Brennstoff nicht, wie dies bei den früher 5 zentrale Brenner-Lavaldüse von 16,5 mm lichtem aHein üblichen, mit Generatorgas beheizten Siemens- Durchmesser (an der engsten Stelle) und eine Ring-Martin-Öfen geschah, in Regenerativkammern auf lavaldüse für den Sauerstoff besaß, deren innerer hohe Temperatur vorgewärmt. Die Zuführung des Durchmesser 36,2 mm und deren äußerer Durchines-Brennstoffes erfolgt daher mittels eigener Brenner, ser 44,8 mm (beides im engsten Querschnitt, also gewelche aus Metall hergestellt und gegebenenfalls was- io ringste Schlitzbreite 4,3 mm) betrug und der mit sergekühlt sind und den Brennstoffstrahl meist von 700 Nm³/h Erdgas als Zerstäubungsmittel und den Ofenköpfen her leicht nach abwärts gerichtet in 300 kg/h Heizöl und 2500 Nm³/h Sauerstoff beaufden Ofenraum einblasen. Mittels dieser Brenner wird schlagt war, 14,3 t Schrott je Charge so schnell einauch die Zerstäubungsluft und gegebenenfalls weitere geschmolzen werden, daß bereits 66 Minuten nach Zusatzluft, welche z. B. zur Formgebung der Flamme 15 Beginn des Einsetzens die erste Analysenprobe gedient, in den Ofenraum eingeführt, während die rest- nommen werden konnte. Der erfindungsgemäße liehe Verbrennungsluft in den Regenerativkammern Brenner gestattet es weiter, in der auf die Einschmelzdes Siemens-Martin-Ofens vorgewärmt wird und periode folgenden Frischperiode bei Reduzierung des durch vom Mauerwerk der Ofenköpfe gebildete Luft- Brennstoffdruckes und damit des Brennstoffflusses züge großen Querschnittes den Brennstoffstrahl um- 20 mit einem gewissen Überschuß von Sauerstoff auf gebend, mit geringerer Geschwindigkeit in den Ofen- das Bad zu blasen, um das Frischen zu beschleunigen raum strömt. und damit auch die Frischperiode abzukürzen. Bei

In den letzten Jahren hat man überdies begonnen, einem Einsatz von 14,3 t Schrott und 16,8 t flüssigem auch im kaltgas- oder ölbeheizten Siemens-Martin- Roheisen konnten unter Verwendung eines Brenners Ofen hochprozentigen, vorzugsweise technisch reinen 25 der oben angeführten Dimensionen in einer durchSauerstoff anzuwenden. Dies geschah einmal durch schnittlichen Chargendauer (von Beginn des Einset-Blasen des Sauerstoffes auf oder in das Bad zur Be- zens bis Ende des Abstiches) von 104 V2 Minuten schleunigung des Frischens, es wurde aber auch oder 1 Stunde 44¹Za Minuten 301 qualitativ einwandschon Sauerstoff durch die Gas- oder Ölbrenner oder freien unberuhigten Siemens-Martin-Stahles je in deren Nähe in den Ofenraum eingeblasen, um zu- 30 Schmelze erzeugt werden. Im Durchschnitt betrug damindest einen Teil dieses Sauerstoffes mit zumindest bei der Erdgasverbrauch je Tonne Rohstahl einem Teil des Brennstoffes zur Reaktion zu bringen 43,9 Nm³, der Heizölverbrauch 19,9 kg und der und so die Beheizung zu intensivieren. Sauerstoffverbrauch 145,4 Nm³.

Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung für die Im Extrem ist es mit dem erfindungsgemäßen

letztangeführte Art der Verwendung von Sauerstoff 35 Brenner möglich, einen Siemens-Martin-Ofen ohne

im Siemens-Martin-Ofen, wobei sie sich zum Ziel Vorwärmkammern z. B. nur mit kaltem karburiertem

setzt, die Erreichung geringster Schmelzzeiten und Erdgas und kaltem Sauerstoff zu betreiben, wobei die

damit höchster Produktivität und Wirtschaftlichkeit höchsten Schmelzleistungen dann erzielt werden,

beim Siemens-Martin-Verfahren zu ermöglichen. wenn die Sauerstoffdüse als Ringlavaldüse ausgebil-

Gegenstand der Erfindung ist ein Brenner für die 40 det ist.

Beheizung von Siemens-Martin-Öfen mit gasförmi- Ist die Sauerstoffdüse als reine Ringschlitzdüse

gem, dampfförmigem oder zerstäubtem Brennstoff ausgebildet, so hat es sich als günstig erwiesen, den

oder einem Gas-Ölgemisch, welcher Brennstoff zu- Ringschlitz so anzubringen, daß die Strömungsrich-

mindest teilweise mit hochprozentigem, vorzugsweise tung des Sauerstoffes kegelförmig zur Achse der zen-

technisch reinem Sauerstoff verbrannt wird und der 45 tralen Brennstoffdüse konvergiert. Der Spitzenwinkel

dadurch gekennzeichnet ist, daß die Brennstoffdüse dieses Kegels kann dabei bis etwa 16° betragen, je

als Lavaldüse ausgebildet ist und von einer den nach der von der Ofengröße abhängigen erwünsch-

Sauerstoff führenden Ringdüse umgeben ist. Es hat ten Flammenlänge. Durch diese Anordnung des

sich herausgestellt, daß ein derartiger Brenner im Sauerstoffstrahles wird eine gute Vermischung von

Vergleich zu allen sonstigen bekannten Einrichtungen 50 Brennstoff und Sauerstoff erzielt und vermieden, daß

zur Beheizung von Siemens-Martin-Öfen mit karbu- übermäßig viel Sauerstoff für die Verbrennung mit

riertem Erdgas oder mit Öl die geringsten Chargen- dem kompakten Brennstoffstrahl und damit für die

dauern ermöglicht, insbesondere dann, wenn auch konzentrierte Wärmeerzeugung verlorengeht,

die Sauerstoffdüse als Ringlavaldüse ausgebildet ist. Bei der bevorzugten Ausbildung der Sauerstoffdüse

Es wird dies einerseits darauf zurückgeführt, daß 55 als Ringlavaldüse hingegen ist es meist zweckmäßig,

durch die Ausbildung der Brennstoffdüse als Laval- die Ringdüse so auszubilden, daß die Strömungsrich-

düse der Brennstoffstrahl bei überkritischen Drücken tung des Sauerstoffes annähernd parallel zur Strö-

vor der Düse, wie sie für Gas und Sauerstoff schon mungsrichtung des Brennstoffes führt. Es läßt sich

aus anderen Gründen eingehalten werden müssen, mit dieser Anordnung eine lange, straff geführte,

mit Überschallgeschwindigkeit eng gebündelt geführt 60 heiße Flamme erreichen, ohne daß nennenswerte

werden kann. Zum anderen ist dieser Brennstoffstrahl Sauerstoffverluste eintreten.

allseits von einem Sauerstoffstrahl umgeben, der be- Wenn dann Sauerstoff und Brennstoff mit gleicher

vorzugt mit einer anderen Geschwindigkeit, Vorzugs- Geschwindigkeit aus den Düsen austreten, so wird

weise mit einer geringeren Geschwindigkeit geführt die größtmögliche Länge der Flamme erreicht, die

werden kann als der Brennstoffstrahl, was eine inten- 65 Flammentemperatur erreicht aber nicht ihr Maxi-

sive Mischung von Brennstoff und Sauerstoff begun- mum. Wenn die Geschwindigkeiten von Brennstoff

stigt. und Luft hingegen durch entsprechende Einstellung

Der erfindungsgemäße Brenner ermöglicht es so- der Drücke vor den Düsen und der Düsenquer-

schnitte verschieden eingestellt werden, so ergibt sich eine bessere Mischung an der Grenzschicht, die Flamme wird etwas weniger lang, ihre Temperatur ist aber über einen größeren Teil der Flammenlänge sehr hoch. Dies ergibt den Vorteil, daß Schrott von verschiedener Lage im Ofenraum gleich gut und sehr schnell eingeschmolzen wird.

Durch Änderung der Drücke vor den Düsen kann die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffes und die der Luft und damit die Flammenlänge nur in gewissen Grenzen geregelt werden, da sich dann bei gleichbleibenden Düsenquerschnitten die ausströmenden Mengen von Brennstoff und Luft etwas ändern. Die gewünschten Austrittsgeschwindigkeiten von Luft und Brennstoff müssen daher bereits bei der Auslegung der Düsen neben den gewünschten Durchflußmengen berücksichtigt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Brenner;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt nach Linie ΙΙ-Π der

Fig.1;

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt nach Linie IH-III der Fig. 1.

1 ist die zentrale Lavaldüse, welcher der Brennstoff über ein Rohr 2 zugeführt wird. An der Stelle 3 weist diese Lavaldüse den kleinsten Querschnitt auf. Der Brennstoff besteht in diesem Fall aus einem Gemisch von Erdgas und feinzerstäubtem Erdöl. Die Düse 1 ist durch eine Ringlavaldüse 4 umgeben, welche an der Stelle 5 ihren kleinsten Querschnitt aufweist. Dieser Ringlavaldüse 4 wird der Sauerstoff über ein Rohr 6 zugeführt. Der Brenner ist aus einem zentralen Teil 7 und einem Mantelteil 8 aufgebaut. Der zentrale Teil 7, welcher die Lavaldüse 1 und die innere Wandung 9 der Ringdüse 4 bildet, weist, wie F i g. 2 zeigt, Rippen 10 auf, mittels welchen er in den Mantelteil 8 zentriert ist.

Der zentrale Teil 7 und damit die zentrale Lavaldüse 1 ragt über die Mündung der Ringdüse 4 bzw. über den Mantelteil 8 vor. Infolge des verhältnismäßig kleinen Querschnittes der Ringdüse 4 für den Sauerstoff kann in dieser Ringdüse Brennstoff leicht verkracken, wenn er in diese Ringdüse gelangt. Dadurch, daß nun die zentrale Düsel über die Ringdüse vorragt, wird vermieden, daß während des Umsteuerns Öltröpfchen aus der zentralen Düse 1 in die Ringdüse 4 zurückfließen und dort verkracken können.

Um eine bessere Vermischung des Sauerstoffes mit dem Brennstoff zu erreichen, können die Austrittsgeschwindigkeiten von Brennstoff und Sauerstoff verschieden gewählt werden. Da der Sauerstoff spezifisch schwerer ist als der Brennstoff, ist es einfacher, die Austrittsgeschwindigkeit des Sauerstoffes kleiner zu wählen als die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffes, wobei jedoch die Menge des austretenden Sauerstoffes für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes ausreichen muß. Bei gleichen Drücken vor den Düsen ist es somit zweckmäßig, das Verhältnis des Querschnittes der Ringlavaldüse zum Querschnitt der zentralen Brennstoffdüse größer zu wählen als das volumetrische Verhältnis der für die vollständige Verbrennung erforderlichen Sauerstoffmenge zur Brennstoffmenge.

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner für die Beheizung von Siemens-Martin-Öfen mit gasförmigem, dampfförmigem oder zerstäubtem Brennstoff oder mit einem Gas-Öl-Gemisch, welcher Brennstoff zumindest teilweise mit hochprozentigem, vorzugsweise technisch reinem Sauerstoff verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (1) als Lavaldüse ausgebildet ist und von einer den Sauerstoff führenden Ringdüse (4) umgeben ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdüse (4) als Ringlavaldüse ausgebildet ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Brennstoff führende zentrale Düse (1) an der Mündung über die den Sauerstoff führende Ringdüse (4) vorragt.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem zentralen Teil (7), welcher die Brennstoffdüse (1) und die innere Wandung der Ringdüse bildet, und einem die äußere Wandung der Ringdüse (4) bildenden Mantelteil (8) besteht, und daß der zentrale Teil (7) durch radialeRippen(10) zentriert ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Querschnittes der Ringlavaldüse (4) zum Querschnitt der zentralen Brennstoffdüse (1) größer ist als das volumetrische Verhältnis der für die vollständige Verbrennung erforderlichen Sauerstoffmenge zur Brennstoffmenge.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel des Kegels, unter welchem die Strömungsrichtung des Sauerstoffes zur Achse der zentralen Brennstoffdüse (1) konvergiert, etwa 16° beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY