DE1583213A1

DE1583213A1 - Sauerstoff-Brennstoff -Brenner in Ofenduesen

Info

Publication number: DE1583213A1
Application number: DE19671583213
Authority: DE
Inventors: Gray Bronis G
Original assignee: Air Reduction Co Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1966-12-16
Filing date: 1967-12-16
Publication date: 1970-07-30
Also published as: JPS498608B1; US3547624A

Description

dr.müller-bore dipl.-ing.gralfs 1583213

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL PATENTANWÄLTE

riür.'.chen, deji 16. Dezember 1967 Bol/Hu - A

Air Reduction Company, Incorporated, Murray Hill, New Jersey, USA

Sauerstoff-Brennstoff-Brenner in Ofendüsen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf industrielle Schmelz- und Verhüttungs-Verfahren und -Vorrichtungen und betrifft insbesondere Verfahren und Anordnungen

ι zur Verwendung von Düsenbrennern bei verschiedenen Ar- /

ten von Schachtöfen zur Verarbeitung von Metallen.

Beim Schmelzen von Eisen und Stahl in Kupolöfen und Verhütten oder Schmelzen von Eisen und andere Metalle enthaltende Erze in Hochöfen sind die Wirtschaftlichkeit der Arbeitsverfahren und die Qualität der Produkte Funktionen der Geschwindigkeit bzw» Raten und Temperaturen der Sohaelz- und Verhüttungsarbeitsvorgänge·

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MAUNfCHWBiO. AM aOMIKMIlK · V (Ο··Ι> £64·Τ · MUNCHKN St. HOHNTKOCM-tTR. I T «Will ill) IO

Der Kupolofen, zum Beispiel, ist ausgelegt zum Schmelzen von Roheisen und Stahlschrott unter Verwendung von Koks als Brennstoff, um geschmolzene Gußstücke oder Hohlinge zu erzeugen· Änderungen in der Schmelzrate oder -geschwindigkeit der Temperatur und Zusammen« setzung de8 Produkts können durchgeführt werden durch richtige Manipulation der Charge oder Beschickung, des Brennstoffes und der Gebläseluft·

Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, um den Koksverbrauch zu reduzieren und den Anteil an Stahlsohrott zu erhöhen, der anstelle des kostspieligeren Roheisens in der Charge verwendet wurde, indem Wärmeeinheiten geringerer Kosten direkt dem Brennbereich des Ofens zugeführt wurden, indem Brenner in den Ofendüsen angeordnet wurden. Die Anwendung von Brennern bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen war nur teilweise erfolgreich da diese Brenner so entworfen und ausgelegt waren, daß sie mit Flammen von relativ geringer Geschwindigkeit arbeiteten, die duroh Luft aufrechterhalten wurden, oder duroh geringfügig angereichert· Luft, welche ungenügend Sauerstoff enthielt, um eine vollständige Verbrennung des Brenner»renn·toffee in einer erstellten Brenazone in der Brennerdüse su bewirken» Bin besonderer

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Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß eine beträchtliche Menge an Stickstoff nach der Verbrennung verbleibt zusätzlich zu gewissen unerwünschten Verbrennungsprodukten, einschließlich Wasserdampf, welche die Flamme abkühlen und Verbrennungswärme in die Esse oder den Schornstein abführen. Ein weiterer Nachteil bekannter Düsenbisenneranordnungen besteht darin, daß die Verbrennungsprodukte nicht richtig gemischt werden, bevor sie in den Ofen eintreten, wodurch eine ungleichmäßige, unvorherbestimmbare Wirkung auf die Schmelz- oder Verhüttungsprozesse hervorgerufen wird* Ein anderer Nachteil ist, daß nach dem Abschalten oder Stillsetzen oder beim Anlassen oder Anfahren die Temperatur und Schmelzrate oder -Geschwindigkeit in dem Ofen sehr langsam ansteigt. Ein weiterer Nachteil bei der bekannten Betriebsweise von Schmelz- und Verhüttungsprozessen besteht darin, daß die Temperatur in dem Ofen häufig unzureichend ist, um die Bildung von "Brücken" und "Decken" ("skulle") zu vermeiden, wobei die enteren auftreten, wenn Sohrottstüoke in dem KupolofenschM* anschmelzen oder verschmelzen und die letzteren eintreten, wenn geschmolzenes Metall erstarrt und Ansätze oder Anwüchse in den Sohacht bilden.

Ein allgemeine· Ziel der vorliegenden Erfindung besteht

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demgemäß darin, das Schmelzen von Eisen, Stahl und anderen !!stallen oder das Verhütten ihrer Erze in Schachtofen zu verbessern, indem die Rate beträchtlich erhöht wird, mit der die Beschickung oder Charge verarbeitet wird und indem das Metall oder Erz-Koks-Verhältnis bebeträchtlich erhöht wird.

Ein spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, die Schmelz- oder Verhüttungsrate oder -geschwindigkeit zu erhöhen und die Temperatur in dem Ofen zu erhöhen.

Weiterhin soll durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, welche die Verwendung weniger kostspieliger Chargen oder Beschickungsmaterialien erfordern, wie z.B. Stahlschrott anstelle von Roheisen und Siliciumdioxyd anstelle von kostspieligeren S iliciumlegierungen.

Weiterhin soll durch die Erfindung die ohemisohe Zusammensetzung des Produkts verbessert werden und dieses einer genaueren Steuerung zugänglich gemacht werden duroh Erhöhung oder Verbesserung der Gleichförmigkeit und Vorherbestimmbarke it des Arbeitsprozesses.

Weiterhin soll durch die Erfindung die Sottlaokenfließ-

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fähigkeit erhöht und die Neigung zur Bildung von "Brücken" und "Decken" in dem Ofen verringert werden.

Diese und andere Ziele werden verwirklicht durch ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen und Verhütten von Eisen und anderen Metallen gemäß der Erfindung in einem Schachtofen, der mehrere Düsen nahe dem Herdteil aufweist, die mit nach innen gerichteten Oxy-Brennstoff-Brennern (Sauerstoff-Brennstoff-Brenner) ausgerüstet sind· Ein ausgeprägtes Merkmal der Düsenbrenner gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Verbrennung in einer festgesetzten Brennzone in den Düsen stattfindet in Form einer einzigen, homogenen,kohärenten Flamme mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur nahe oder an dem Ende des Brenners, welches einen hohen Turbulenzgrad innerhalb der Düsen hervorruft, wobei die Verbrennungsprodukte in einem im wesentlichen homogenen Strom gemischt werden»

Diese Brenner werden versorgt mit Strömen von Brennstoff, welch· fließfähige Kohlenwasserstoffe aufweisen, die umgeben sind von Hoohgesohwindlgkeitsströmen von technisch reinem Sauerstoff mit einer Mengen·tromrate von einem Viertel zu dem Zweifachen des etöohioraetrisohen Erfordernis ·β β für eine vollständige Verbrennung d·· Brenn-

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stoffes. Zusammen erzeugen diese Ströme Flammen mit Temperaturen von etwa 165O⁰G (3000⁰F) biß etwa 276O⁰C (5000⁰F) und Flammengeschwindigkeiten in dem Bereich von etwa 152 ra (500 ft) bis IO67 m (3500 ft) pro Sekunde. Die Flammen sind so ausgelegt, daß sie Iu der Mündung des Brenners sitzenbleiben entsprechend einer erstellten Verbrennungs« zone in der Düse i cig dar Anwesenheit ^on nach innen ge-

o&*v Luftströmen richteten umgebenen Geblasst/mit Geschwindigkeiten von zwischen etwa if6 m (I50 ft) und 305 m (1000 ft) pro Sekunde in der Düse. In diesen Fällen, wo die Verbrennung gut hergestellt ist entweder in dem Brenner oder der Düse, ist die Flammengesohwindigkeit definiert als das arethmetisohe Mittel der Sauerstoff- und Brennstoff-Strömungsgeschwindigkeiten gemessen in der Ebene des inneren Endes der Düse.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, dt*; noch beschrieben wird und welche sich auf die Erzeugung von geschmolzenem Elsen im Kupolofen bezieht, wurden mehrere Ofendüsen ausgestattet mit wassergekühlten Sauerstoff»Brenn«totw Öl-Brennern, weiche selbst-zer·taufend· oder -vernebelnd« Spitzen- oder MSadetÜGkmiiohes· aufwiesen* Di··* wurden ver» sorgt mit Sbrümtn von Brennstoff «Öl (ASTIl Gütegrad 2) und Hoohgeschwindi,gkeit·sfcr&ien von teohsiieh «iaea S*utratoff, der täs'jtr· in ,;d">,*? M«£tge van 65 % ®®*v aehr der

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stöchlometrischen Anforderung für eine vollständige Verbrennung des Öls· Diese Anordnungen erzeugen eine einzelne kohärente homogene Flamme in jeder der Brennerdüsen mit Flammengeschwindigkeiten zwischen etwa 152 m (500 ft) und 457 m (1500 ft) pro Sekunde und Flammentemperaturen in dem Bereich von etwa 2200⁰C (4000° F) bis 276O⁰G (500O⁰F), welche stabil waren bei Windgesohindigkeiten bis zu etwa 152 m (500 ft) pro Sekunde, welche durch die Düsen strömen· Durch diese Anordnungen wurde die Schmelzrate der Beschickung, welche dem Kupolofen zugeführt wurde, um 90 % erhöht. Die Brennerspitzen oder -mundstücke wurden von den Enden der Düsen weggezogen, so daß die vollständige Verbrennung in einer erstellten Verbrennungszone in jeder der Düsen stattfand.

Bei einer anderen Aueführungsform gemäß der Erfindung wurden wassergekühlte Raketenbrenner (rocket burners) verwendet in den Düsen des Eisenschmelz*Kupolofens. Diesen Düsen wurde technisch reiner Sauerstoff und Naturgas zugeleitet mit einem Heiswert von etwa 89OO koal/nr (lOOO British thermal units per cubic foot) mit einem Sauerstoff« Brennetoff«Verhältnis von 1,5:1, wobei der Sauerstoff 75 % der stöohionetrisohen Anforderung für eine vollständige Verbrennung des Naturgasbrennstoffes betrug· Die·· se Ausführungsform zeichnete sich ebenfalls daduroh aus,

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daß in jedem Brenner eine sitzende homogene Hochgeschwindigkeitsflamme trotz hoher Windgeschwindigkeiten vorhanden waryund zeigte gegenüber bekannten Verfahren eine Erhöhung der Schmelzrate der Chargen mit denen der Kupolofen beschickt wurde; dieses ist ebenfalls eine beträchtliche Verbesserung* gegenüber den bekannten Anordnungen, obgleich sie weniger auffällig ist als die, welche mit Ölbrennstoff erreicht wird.

Gemäß zusätzlichen Abwandlungen, die ebenfalls hier beschrieben sind, werden die Prinzipien der Erfindung auch auf das Schmelzen oder Verhütten von Erzen angewendet, welche einen Hauptanteil an Eisen und anderen Netallen aufweisen, wie zum Beispiel Kupfer, Blei und Antimon, in Hochöfen, in denen Brenner, ebenfalls vom Hoohgesohwindigkeitsflammentyp, für diese Anwendungen eingebaut sind in den Ofendüsen oder auf dem Pegel oder der Höhe der Verbrennungszone in dem Ofen. In jedem Fall wird eine einzelne Hochgesohwindigkeits-, Hochtemperatur-Sauerstoff-Brennstoff -Flamme verwendet, wobei eine vollständige Verbrennung stattfindet in einer erstellten Zone in der Düse oder de» Ofenhohlraue (furnace barrel)·

Die besonderen Vorteile, welche erreicht werde» sei der Verwendung von Sauerstoff-Brennstoff-Ofenbrennern Bit

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homogenen, kohärenten Hoohgeschwindigkeitsflammen in Schmelz- und Verhüttungsöfen in der hier beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Art und Weise sind:

1· Es werden höhere Metalltemperaturen erzeugt und die Schmelzrate wird erhöht.

2. Die Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit und Bestimmbarkeit des Prozesses werden erhöht und verbessert.

3. Der KokBverbrauch in dem Ofen wird verringert.

4-, Es können wirtschaftlichere Arten von Chargen in den Prozessen verwendet werden· Zum Beispiel kann in Eisensohmelz-Kupolöfen Sohrottstahl leicht anstelle von kostspieligerem Roheisen und Silioiumdioxyd anstelle von kostspieligeren Siliciumlegierungen verwendet werden.

5. Das Produkt wird verbessert und die Zusammensetzung kann leichter gesteuert und kontrolliert werden. Zn dem Eisenscheeli-Kupoilofen wird zum Beispiel die Kohlenetoffaufnahme erhöht während die Schwefel·· aufnahme verringert wird und die Silioiua- und Mangan.

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Verluste werden verringert· Bei dem Schmelz·· oder Verhüttungsprozeß kann die chemische Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte der Brennerflamme sorgfältig gesteuert werden, um den Reduktionsprozeß zu erleichtern oder zu unterstützen.

6. Die tatsächliche Funktionierung oder Arbeitswirkung der Öfen wird verbessert durch erhöhte Schlackenfließfähigkeit und verringerte Neigung ' zur Bildung von "Brüoken" und "Decken",

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden beispielsweisen Beschreibung anhand der Zeichnung hervor; in dieser zeigen:

Fig· 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht und teilweise eohematisohe Ansioht eines Systems mit einem Elsensohmelz-Kupolofen, in dem Sauerstoff-Brennstoff-Brenner gemäß der Erfindung eingebaut sind,

Flg. 2 in YergröSertem MaSstab eine Längseohnittaneioht

der Anordnung eines Sauerstoff-Brenn· toff-Bjw 't, in einer der Düsen des Kupolofens naoh FIs* 1» di·

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Fig. 3Ä und 3B eine Längssohnittansicht bzw. Querschnittansicht eines selbstzerstäubenden oder -vernebelnden Spitzen- oder Mundstüokmisehers eines Sauerstoff-Öl-Brenners zur Verwendung gemäß der Erfindung,

Fig. k im vergrößerten Malstab eine perspektivische Ansicht, in der Einzelheiten der Sauerstoff-Brennstoff- und Wasserversorgungsleitungen des Systems nach Fig. 1 dargestellt ist,

Fig. 5 ein Sauerstoff-Öl-Versorgungssystem für das Saueretoff-Öl-Düsenbrennersystem nach den Fig· 3A, 3B₉ die

Fig. 6a und OB einen Sauerstoff-Gas-Raketenbrennereinsatz zur Abwandlung der in den Fig· 3A₉ 3B gezeigten Brennerkombination,

Fig· 7 ein Sauerstoff-Gag.Versorgungssystem zur Verwendung bei eines Brenner, bei dem ein Einsatz des Typs verwendet wird, der in den Fig. 6k, 6B dargestellt ist, dl·

Fig. 8A und 8B, kombiniert entlang ihren Linien x-x eine

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Längsschnittansicht eines Sauerstoff-Brennstoff-Raketenbrenners zur alternativen Verwendung bei den Anordnungen der Pig. I,

Fig. 8C eine Querschnittansicht, in der der Brenner nach den Fig. 6A, 6b dargestellt ist,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der beobachteten Winderhitzung durch einen Sauerstoff-Gas-Brenner in einer Düse und errechneten Werten,

Fig. 10 eine Kurvendarstellung einer Schmelzrate gemessen oder aufgetragen durch Chargen oder Beschickungen verbraucht pro Stunde gegen Windrate oder -geschwindigkeit für einen Kupolofen, der betrieben wird ohne Brenner gemäß bekannten Verfahren,

Fig. 11 eine ähnliche Kurvendarstellung einer Schmelzrate oder -geschwindigkeit gegen eine Windrate oder -geschwindigkeit für einen Kupolofen, der betrie ben wird mit Sauerstoff-Brennstoff-Brennern gemäß der Erfindung unter Anwendung von heißen Ga«strömen,

Fig. 12 eine ähnliche Kurvendarstellung einer Sohaelsrate-

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oder -geschwindigkeit gegen eine Windrate oder -geschwindigkeit für einen Kupolofen, der betrieben wird mit Sauerstoff-Öl-Brennern gemäß der Erfindung, die

Pig. I3A und I3B Vergleichsdarstellungen der Verteilung von Rinnentemperatüren für den normalen Betrieb eines Kupolofens und den Betrieb mit Sauerstoff-Öl-Brennern gemäß der Erfindung,

Fig. 14- teilweise in Vorderansicht und teilweise in schematischer Ansicht ein System mit einem Eisenerzhochofen, der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner gemäß der Erfindung aufweist,

Pig. 15 in vergrößertem Maßstab eine Querschnittsansioht einer Düse und des umgebenden Bereichs in den Hochofen nach Fig. 14, in der die Anordnung oder Stellung des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners gemäß der Erfindung angedeutet ist,

Pig. 16 teilweise in Längasohnlttaneicht und teilweise in βehematischer Anficht einen rechteckigen Hoohofen, der geeignet lit zur Sohmelzung oder Verhüttung von Er«en, dl· Blei oder Antimon enthalten, bei

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dem Sauerstoff-Brennstoff-Brenner genaB der Erfindung eingebaut sind,

Fig· 17 eine Draufsicht der Anordnung und Stellung der Düsenbrenner in dem Blei-Hochofen nach Flg. 16,

Fig. 18 in vergrößertem Maßstab eine Längssohnittansicht

der Anordnung und Stellung eines Sauerstoff-Brennstoff-Brenners in einer der Düsen des Blei-Hochofens nach Fig. 16 und die

Fig. I9A, I9B eine Längssohnittansicht bzw. Quarschnitts-

ansioht typischer Hakstenbrenner, die geeignet sind zur Verwendung in den Düsen des Blei-Hochofens nach Fig, 16.

Flg. 1 zeigt einen üblichen HeiewindLEisensohnilx-Kupolofen 1 (Wassermantel nicht dargestellt), der einer der Arten von Öfen ist, die für die Verwendung der erflndungs» gemäßen Saueretoff-Brennstoff-Düsenbrenner geeignet sind.

Der zum Zweoke der Erläuterung dargestellte speslelle Kupolofen weist einen sylindrisohen Stahleantel 2 auf, der einen Aueendurohmesser Ton etwa 230 ob (90 inches) hat. Der Mantel 2 besteht aus schweren Stahlplatten, die

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in zylindrische Abschnitte gerollt und durch nach unten überlappende Verbindungsstellen miteinander vernietet, verschraubt oder verschweißt sind. Das obere Teil des Schachtes 2 ist mit einem Winkeleisenring 3 verstärkt, der in so einer Weise vernietet ist, daß ein Schutz gegen Regeneinsickerung zwischen der Auskleidung und der Schale oder den Mantel gewährleistet ist· Das obere Ende des Schachtes erstreckt sich im allgemeinen wenigstens etwa 3 m (10 ft) über das Dach des Ofens und ist manchmal weiter vorgezogen, um einen zusätzlichen natürlichen Zug an der Besohichtungs- oder Bedichtungsöffnung zu schaffen, oder um einen zusätzlichen Raum zu schaffen, um eine vollständige Verbrennung der Gase oberhalb der Beschichtungssäule zu ermöglichen. Das Winkeleisen 3 stützt mehrere nach oben sich erstreckende Stangen, an denen ein üblicher mit schrägem Dach versehener Löcher aufweisender Funkenfänger 5 angebracht ist, der eine äußere ringförmige Öffnung 4a mit einer Höhe von etwa 30 cm (1 ft) an dem unteren Ende und eine kleinere ringförmige Öffnung ^b in den oberen Teil aufweist zum Affiihren von Bauch und Abgasen.

Der untere oder Schaohtteil des Kupolofens wird von vier Säulen 6 gestützt, die etwa 2 ■ 50cm (8 ft) hooh sind und an einen Betonfundament 7 angebracht sind. Der unter· Abschnitt ist in wesentlichen so ausgelegt, d*8 er eine

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gute und richtige Stütze für die Last der oberen Abschnitte gibt, da das Gesamtgewicht für einen Kupolofen mit einer Höhe von etwa 13,7 m (4-5 ft) etwa 61,7 t (I36 000 pounds) oder mehr betragen kann. Buntsegmente oder vorspringende Kantensegmente sind an der Innenseite des Mantels 2 in regelmäßigen Abstanden angeschraubt zum Stützen einer Auskleidung 8 aus feuerfesten oder Schamottsteinen mit einer Dicke von etwa 23 cm (9 inches), bei der dargestellten Ausführungsform mit "saurem Putter".

Das gußeiserne Bodenteil des Kupolofens, welches bei der dargestellten Ausführungsform sich etwa 2.50 m (8 feet) ücber dem Fundamentpegel befindet, ist mit einem Paar angelenkten Falltüren 9a, 9b versehen, die benutzt werden zum Entfernen des Koks von dem Kupolofen, nachdem das geschmolzene Elsen aus ihm abgelassen wurde·

Brennstoff wird dem Kupolofen 1 durch eine Besohiokungstür 18 zugeführt, die eine rechteckige Öffnung in der Kupol- . ofenwand 2 bedeokt, welche etwa 2,10 m χ 3 m (7 feet χ 10 feet) mißt und dessen untere Seite in einer Höhe von etwa 10.70 m (35 feet) oberhalb des Fundamentpegels liegt· Gerade unterhalb des Pegels oder der Höhe der Besohickungstür 18 1st der Kupolofen von einer Plattform 17 uageben, um die Beschickung des Ofens zu erleichtern.

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Schichten von Brennstoff, wie zum Beispiel Koks und eisenhaltige Chargen oder Beschickungen, wie zum Beispiel Schrottstahl oder Roheisen werden dem Ofen durch die Beschickungstür 18 zugeführt und bilden abwechselnde Schichten aus Koks und Charge, wobei die Koksschicht etwa die halbe Dicke der metallischen Beschickungen aufweist, bis zu einer Höhe von etwa 8,30 m(27 feet) über dem Fundamentpegel des Kupolofens.

Die heißen Gase, welche in dem Kupolofen von der Verbrennung des Kokes aufsteigen, schmelzen das Eisen in der Beschickung, welches nach unten durch den Kupolofen sickert und durch eine nach unten geneigte Rinne 19 abgezogen wird, die etwa 3 m (10 feet) oberhalb des Fundaments angeordnet ist. Die Schlacke, welche oben auf dem geschmolzenen Eisen schwimmt, wird durch eine Schlackenrinne 21 abgezogen, welche auf einer Höhe von etwa 3,35 m (11 feet) über dem Fundament des Kupolofens liegt·

In einer Höhe von etwa 5,50 m (18 feet) über dem Fundament let das untere Ende des Kupolofens 1 von einem ringförmigen Bohr mit reohteokigem Querschnitt umgeben, welche· all Windkasten 11 bekannt ist und welche in dem 4arg#it«llt«n Aufführung·beiipiel einen Auflendurohraeeeer von etwa 457 om (180 inohes), «inen Innendurohm·tier von

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etwa 305 cm (120 inches) und eine Höhe von etwa 9I cm (36 inches) aufweist. Der Windkasten Ii ist über eine äußere Leitung 12 an ein übliches Zentrifugalgebläse 13 angeschlossen, welches so ausgelegt ist, daß es einen ständigen Luftstrom liefert. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Heizeinheit 13a an die Leitung 13 angeschlossen, um den Luftstrom auf eine Temperatur von etwa 65O°C (1200⁰P) zu erhitzen. Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen andere Anordnungen vor» gesehen sein, wie z.B. die Verwendung von Gebläsen oder Luftströmen mit niedriger Temperatur oder kalten Gebläsen oder Luftströmen oder in gewissen Fällen Überhaupt keine Luftströme oder Gebläse.

Der in dem Windkasten 11 geführte Luftstrom wird dem unteren oder Rumpfteil bzw. Schaehtteil des Kupolofens durch mehrere Oüsenöffnungen I^ zugeführt, die in ihrer Größe, Form und Anzahl bei dem jeweiligen Eisensohmelz-Kupolofen variieren können. Bei dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Düsen Ik vorgesehen, die symmetrisch um den Umfang der Kupolofenwand in einem horizontalen Pegel angeordnet lind, der etwa 1,50 m (.' '^t über dem Herdpegel liegt. Di· Düsen U haben «in· s/lindriaoht Form mit tint» Innendurohmeseer von etwa 15 on (6 inoh··) und aind etwa 76 ob (30 iaoh··) lan« und aus

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•19·

der Horizontalen nach unten in einem Winkel von etwa 12° geneigt, wie es in einzelnen in der Querschnittsansicht mit vergrößertem Maßstab nach Fig. 2 angedeutet ist. Jede Düsenöffnung 14· ist mit einem Düsen-Waseermantelrohr 14a aus Kupfer ausgekleidet, welches etwa 76 cm (30 inches) lang ist, einen äußeren Durchmesser von etwa 29 cm (11,5 inches) hat und'etwa 12,7 mm ( 1/2 inch) dick ist. Das Bohr 14a umgibt konzentrisch ein inneres Bohr 14b aus Kupfer, welches einen Außendurohmesser von etwa 17,8 cm (7 inches) hat und etwa 12,7 mm (1/2 inch) dick ist. Die beiden Bohre 14a, 14b sind an ihren inneren Enden verschweißt oder aneinander abgedichtet und haben einen radialen Abstand von etwa 5 cm (2 inches) voneinander um Wasser aufzunehmen, welches die Düse kühlt und durch ein übliches Wasserkühlsystem fließt, wobei es durch die Bohre 23a, 23b in den Mantel eintritt bzw. austritt.

Das Ende des Wassermantels 14a, 14b des Düsenrohres steht in einer axialen Länge von etwa 40,6 cm (16 inches) von der inneren Fläche der Kupolofenwand in das Innere des Kupolofens vor. Der Wassermantel 14a, welcher eine Gesamtlänge von etwa 86 cm (34 inches) aufweist, erstreckt sich axial etwa 40,6 ea (16 inches) von der äußeren Fläche der Kupolöfenwand Tor und endet in einem ringförmigen Flansch 15, an den der Qegenflansch oder Anschlußflansch 21 an dem inneren Ende des DUeenverl&igerungsrahres 24 verschraubt *■*· 009831/1336

Der Flansch 21 hat einen Außendurchmesser von etwa 48 cm (I9 inches),einen Innendurchmesser von etwa 16,5 cm (6,5 inches) und eine Dicke von etwa 12,7 mm (1/2 inch). Er ist durch mehrere Bolzen 22 an dem Plansch I5 mittels einer kleinen Zwischendichtung 15a verschraubt und abgedichtet. Das Stahlverlängerungsrohr 24, welches einen inneren Durchmesser von etwa I5 om (6 inches) und einen Außendurchmesser von etwa 16, 5 cm (6_t5 inches) aufweist,

aussen
erstreckt sich nach<*eifceÄ von der Verbindungsstelle der Plansche in einer Gesamtlänge von etwa 96 cm (38 inches), so daß die gesamte, sich nach außen erstreckende Länge von dem inneren Ende des Düsenwassermantel8 14a, 14b zu dem äußeren Ende des Rohres 24 etwa 1,80 m (6 feet) beträgt, Das Bohr 24 steht etwa I32 cm (52 inches) von der äußeren Wand des Kupolofens vor. Etwa 53*3 om (21 inches) von dem äußeren Ende des Rohres 24 ist ein nach unten gerichteter Arm 24a zentriert angebracht, der einen Innendurchmesser von etwa I5 om (6 inches) und einen Außendurohmesser von etwa 16,5 om (6,5 inches) aufweist und der einen Halbbogen beschreibt und durch eine nioht dargestellte flexible Dehungsverbindungsstelle naoh oben führt, um eine Verbindung mit »4e* dem oberhalb liegenden Windkasten 11 herzustellen.

der Erfindung sind Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 10 009831/1336

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in sieben der acht Kupolofendüsen 14 eingesetzt, um den Eisenschmelzprozeß in dem Kupolofen 1 zu beschleunigen und um mehr Wärmeeinheiten direkt dem Verbrennungsbereich zuzuleiten, anstatt dass massige oder unförmige große Einheiten von Koks durch die Beschickungs-bür zugeführt werden. Diese Brenner sind jeweils so ausgelegt, daß sie eine einzelne, homogene, kohärente * sitzende" Flamme erzeugen, welche eine Flammengesohwindigkeit in dem Bereich von 152 m (500 feet) bis I067 m (3500 feet) pro Sekunde hat und welche Flammentemperaturen in dem Bereich von 2200⁰G bis 2760⁰C (4000 bis 5000⁰F) erzeugt trotzdem in den Düsenrohren 24 nach innenjge richte te Luftströme von etwa 46 m bis 305 m (I50 bis 500 feet) pro Sekunde vorhanden sind.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittunsicht in vergrößertem Maß stab eine der Kupolofendüsen 14 mit dem Düsenverlängerungsrohr 24, wobei die Stellung eines typischen Sauerstoff-Brennstoff -Brenners 10 der speziellen beschriebenen Ausführungsform dargestellt ist.

Das Düsenverlängerungβrohr 24, welches konzentrisch mit den DUsenrohren 14a, 14b angeordnet ist und an diesen anliegt, wird an seinem Platz gehalten durch mehrere Kopfschrauben 22 an der Abdeolcung 21. Das Rohr 24 er·tr·okt sioh nach unten um etwa 122 om (48 inches) von seinem inneren

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Ende und etwa 20 cm (8 inches) von dem nach unten gerichteten Teil 24a und wird an seinem äußeren Ende verschlossen durch eine ringförmige Abdeckung 25 aus Stahl, die einen Außendurchmesser von 25,4- cm (10 inches) und eine Dicke von etwa 2,5 cm (1 inch) aufweist und die an ihrem äußeren Umfang an einem Nasenansatz oder Bügel 46 befestigt ist, der an dem AuSenumfang des Rohres 24 durch mehrere Ansätze oder Nasen 27 verschweißt oder verlötet ist. ©er Deckel oder Verschluß 25 weist an seiner inneren Öffnung einen Nippel 25a auf_έ der einen Innendurchmesser von etwa 6,4 cm (2 1/2 inch) hat, in dem konzentrisch der Brenneraufbau 10 angebracht ist, der im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3*, 31 beschrieben wird. Das innere Ende des Brenneraufbaues 10, einschließlich des Wassermantels 28, der durch eine übliche Tragkreuzoder Armkreuzanordnung 29 an seinem Platz gehalten wird, ist bei>: dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Entfernung von etwa 5 ora (2 inches) von dem entsprechen· den inneren Ende des inneren Düsenrohres 14b abgesetzt oder ausgespart. Das tatsächliche Brennermundstück 31 kann nooh weiter ausgespart sein, so daß sein Ende etwa 15 ora (6 inohes) naoh innen von dem Wassermantel 28 lurüokgeiog#n ist· Unter Bezugnahme auf dl· Fig. 3A₁ 3B wird im folgenden beschrieben, dafl dl· Stellung dts Brenne rauf baue β 10 «in«ohli·Slion des Wassermantels 28 einstellbar lit in dem inneren Düsenrohr 14b auf irgend

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go

eine einer Anzahl von verschiedenen Läiagspositionen je nach der beschriebenen speziellen Betriebsweise,

Das äußere Ende des Brenneraufbaues 10 endet in einem Brennerkörperkopf 32, an dem die Brennstoffzuführleitung 33» die Sauerstoff zuführleitung 3**· angeschlossen sind und die Kühlwasserrohre 35 und 36 zu dem Wasserpuapensystem 96. Die Zufuhrleitungen 33 und 34 sind an das Sauerstoff-Brennstoff -Zufuhrsystem 95 angeschlossen, welches mit den Anschlußleitungen nooh unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 6 beschrieben wird.

Die Fig. 3A und 3B zeigen in einer Längsschnittansicht bzw. Querschnittsansi oh t einen selbstzerstäubenden Mundstück-Misch-Brenner, der ein bevorzugter Typ ist, welcher gemäß der Durchführung der Erfindung bei einem Kupolofen zum Eisenschmelzen verwendet wird, wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, da er die Erzeugung oder Entwicklung einer stabilen, homogenen Sauerstoff-Öl-Flamme mit hoher Geschwindigkeit gewährleistet, wobei die Verbrennung eingeleitet wird oder stattfindet in einer feststehenden Verbrennungszone unmittelbar nahe der Brennerspitze oder dem Brennermundstück.

Das Außenrohr 30 des Brenneraufbaue 1O₉ welcher den um-

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schließenden Wassermantel 28 einschließt, ist ein hartgezogenes nahtloses Messingrohr mit einer Wanddicke von etwa 2,78 mm (0,109 inch) und einer Länge von etwa 165,95 cm {65 3/8 inches) mit einem Außendurchmesser von etwa 6,35 cm (2 1/2 inches), welches konzentrisch in dem inneren Düsenrohr 14b angeordnet ist und an dem Verlängerungsrohr 24 anliegt. Ein zweites Rohr 37, welches ebenfalls ein nahtloses Messingrohr ist mit einer Wanddicke von etwa 1,6 mm (0,065 inch) einer Länge von etwa 168,95 om (66 3/8 inch) und einem Außendurchmesser von etwa 5 cm (2 inches),ist konzentrisch innerhalb des Rohres 30 angeordnet und endet etwa 12,7 mm (1/2 inch) von dem inneren Ende des letzteren. Ein drittes Rohr 38, welches ebenfalls Teil des Wassermantels ist, ist konzentrisch in den Rohren 30 und 37 angeordnet, wobei das innere Ende des letzteren' bündig mit dem Rohr 30 liegt. Das Rohr 38 ist ebenfalls ein nahtloses Messingrohr mit einer Wanddicke von etwa 1,6 mm (0,065 inch) einer Länge von etwa 173,95 cm (68 3/8 inch) und einem Außendurchmesser von etwa 3»8 cm (1 1/2 zoll). Ein ringförmiger Messingstöpsel 39 mit einem Außendurchmesser von etwa 58,7 mm (2 5/16 zoll), einem Innendurchmesser von etwa 38 mm (1 1/2 zoll) und einer Dicke von etwa 6,4 mm (1/4 zoll) ist in das innere Ende des Wassermantelaufbaus 28 eingepaßt und mit Lötsilber in den Umfangsverbindungsstellen verlötet. Die drei konzen-

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trlschen Bohre 30, 37 und 38, welche den Wassermantel 28 bilden und welche in ihrer Stellung durch übliche Trennstücke gehalten werden, sind an ihren äußeren Enden in die Endfassung oder den Brennerverschlußaufbau 32 eingepaßt, der ein zylindrisches Messingelernent mit einer axialen Länge von etwa 14 cm (5 1/2 inch) und einen Durchmesser von etwa 8,9 cm (3 1/2 inch) ist und vier Öffnungen aufweist, die jeweils mit einem anderen oder unterschiedlichen konzentrischen Kanal in Verbindung stehen. Das Wassereinlaßrohr 35, welches einen Außendurchmesser von etwa 2,5 cm (1 inch) hat, ist in einen zylindrischen Arm eingesetzt oder eingeschraubt, der seitlich etwa I9 ram (3/4 zoll) von dem Brennerverschlußaufbau 32 vorsteht. Der zylindrische Arm hat einen Außendurchmesser von etwa 3,8 cm (1 1/2 zoll) und einen Innendurchmesser von etwa 2,5 cm (1 zoll) und führt an seinem inneren Ende zu der ringförmigen Kammer zwischen den Messingrohren 37 und 38 des Wassermantels 28. Ein entgegengesetzt gerichteter seitlicher Arm an dem Brennerverschlußaufbau 32, welcher ähnliche Dimensionen aufweist, ist auf das Wasaerauslaßrohr 36 aufgeschraubt und führt in den ringförmigen Raum zwischen den Rohren 30 und 37, so daß ein Waseerstrom, der bei 35 eintritt, entlang der Länge des Wassermantels 28 durch den äußeren ringförmigen Durchlaß strömt und dann durch den inneren ringförmigen Durchlaß ahoh 36 zurückfließt, wo er nach außen strömt,

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Der eigentliche Brenner, dessen Spitze oder Mundstück 3I so ausgelegt ist, daß sie bzw.' es in verschiedene Stellungen innerhalb der inneren Hülse 38 bewegbar ist und bei der dargestellten Ausführungsform in einer Stellung etwa 30 cm (12 inch) von dem inneren- oder Ofenende des Düsenrohres 14a angeordnet ist, ist in einem Messingrohr 38 untergebracht. Innerhalb des Messingrohres 38 ist ein zylindrisches Blockbrennerelement 41 eingepaßt, welches ein Kupferzylinder ist mit einer Länge von 2,5 cm (1 inch) und einem Außendurchmesser von etwa 3_f5 cm (1 3/8 zoll). Eine Bohrung 41a mit einem Durchmesser von etwa 14,3 mm (9/16 zoll) erstreckt sich in axialer Länge durch das Element. Mehrere kleine» Bohrungen 41b erstrecken sich parallel zu der Bohrung 41a und umgeben diese; bei der dargestellten Ausführungsform sind es sechzehn Bohrungen mit einem Durchmesser von etwa 3,2 mm (1/8 zoll), die dazu dienen, Sauerstoffströme zu übertragen. Diese sind symmetrisch mit ihren Mittellinien auf einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 27 mm (1 1/16 zoll) angeordnet und liegen konzentrisch zur Bohrung 41a.

In der Bohrung 41a des Blockbrennerelements 41 endet ein Rohr 42 aus rostfreiem Stahl, welches in dieser eingepaßt und eingelöst ist und einen Außendurchmesser von etwa 19 mm (3/4 zoll), eine Wanddicke von etwa 1,6 mm (1/16 zoll) und eine Länge von etwa 202 cm (79 3/4 inoh) aufweist

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und als Leitung für Brennstofföl dient. An dem inneren Ende des Bloekbrennerelements ^l ist das rostfreie Stahlrohr k2 eingeschraubt bis zu einer Tiefe von etwa 9$5 mm (3/8 zoll) und so ausgelegt, daß es ein zusammenfassendes eingeschraubtes Anschlußstück an dem Brenneröffnungselement ^3 aufnimmt, welches ein Messingzylindereleraent ist mit einerTteie^ von etwa 12,7 mm (1/2 zoll) und einem Durchmesser von etwa 9,5 mm (3/8 zoll). Die zentrale Öffnung 43a, *j-3b des Mündungselements ^4-3 ist axial angeordnet und weist ein größeren zylindrisches Teil kja mit einem Innendurchmesser von etwa 6,4- mm (l/k zoll) auf, welches mit der Leitung Wl in Verbindung steht und sich axial etwa 3_f2 mm (1/8 zoll) von dem Ende in Richtung auf den Ofen erstreckt, wo es sich plötzlich verengt zu einer viel kleineren Öffnung ^3b mit einem Durchmesser von etwa 1,6 mm (1/16 zoll) bei der dargestellten Ausführungsform.

Die rostfreie Stahlleitung kZ erstreckt sich axial durch den Brennerverschlußaufbau 32 und endet an seinem äußeren Ende in einer Messingbüchse 33^a mit einem Außendurchmesser von etwa I9 mm (3/k zoll) und einem Innendurchmesser von etwa 12,7 mm (1/2 zoll), welche mit Innengewinde versehen ist zum Anschließen oder Ankuppeln an die Ölzufuhrleitung 33.

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Ein seitlicher Einlaßarm 34a, welcher einen Außendurchraesser von etwa 38 mm (1 1/2 zoll) und einen Innendurchmesser von etwa 25,4 mm (1 zoll) aufweist, führt aus dem Brennerkörperaufbau 32 heraus und ist in gasdichter Abdichtung an den Sauerstoffschlauch 34 angeschlossen zur Zuführung von Sauerstoff in den ringförmigen Baum zwischen der rostfreien Stahlölleitung 42 und dem inneren Messingrohr 38.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Beispiel der Anordnung oder Konfiguration der Sauerstoff-Brennstoff- und Kühlwasserrohre, die zwischen einem typischen Paar von Düsenbrennern angeschlossen sind, sowie der jeweiligen Versorgungssysteme für Sauerstoff_TBrennstoff und Kühlwasser gemäß der Erfindung.

Bei einer bevorzugten Anordnung wird das Wasser zum Kühlen des Düsenbrennersystems in den Brennerverschlußaufbau 32 eingebracht mit einem Druck von etwa 3,52 kg/cnr (50 pounds) per square inch) einer Strömungsrate von etwa 10 bis 15 Gallonen pro Minute mit Umgebungstemperatur von irgend einer gewöhnlichen Wasserzapfstelle und der Steuerung des 3/4 Zoll Kugelventils 35a und strömt durch eine flexible Leitung 35 aus Neoprengummi ο,dgl. mit einem Innendurchmesser von etwa 19 mm (3/4 zoll). Das Wasser strömt duroh

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die konzentrischen Kanäle in dem Wassermantel 28 des Brenners 10 und strömt durch das Auslaßrohr 36 mit einem Innendurchmesser von etwa I9 mm (3/^ zoll) aus zu dem Auslaß 36a, von dem es abgeführt wird. Ein Bimetall-Thermometer 36b mißt die Temperatur des austretenden Wassers als eine Überprüfung der Temperatur, die in den Düsenbrennern erzeugt wird.

Sauerstoff für die Düsenbrenner wird von der Sauerstoffzweigleitung 62 aus Stahlrohr, welche einen Innendurch-

abgeleitet messer von etwa 51 mm (2 zoll) hai/. Die Abzweigleitung 62 ist in jede der T-Stückanschlüsee ^9 durch die jeweilige Zweigleitung 63 mit einem Innendurchmesser von etwa 38 mm (1 1/2 zoll) an einen zweiten T-Stüokanschluß 65 angeschlossen, wo sie sich in zwei gleiche Zweigleitungen trennt, die jede unter der Steuerung eines Paares von in Heihe geschalteten Ventilen steht, von denen das am nächsten zu dem T-Stück liegende ein Airco-Stationsventil 66a mit einem Innendurchmesser von 2,5 mm (1 inoh) und das zweite ein Kugelventil .66b mit einem Innendurchmesser von etwa I9 mm (3/^ zoll) ist. Den Ventilen 66a, 66b folgt ein üblicher Druckmesser 64-, der eine Skaleneinteilung aufweist zum Ablesen von Zweigleitungadruokeη in den Bereich von Null bit etwa 7,03 kg/om (100 pound· per quare inch). Aus Jeder der letzteren führt eine Lei-

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tung oder ein Schlauch 34 aus Neopren weg, die bzw. der einen Innendurchmesser von etwa I9 mm (3/4 zoll) aufweist und bei der dargestellten Ausführungsform eine Dicke von etwa 6,4 mm (1/4 zoll) und eine Länge von etwa 203 cm (80 zoll) hat. Der letztere ist in einer gasdichten Verbindung an das Mündungskupplungselement 34a des Brennerverschlußaufbaus 32 über ein Verbindungsanschlußstück mit einem Innendurchmesser von etwa I9 mm (3/4 zoll) angeschlossen. In jedem Fall ist die Länge des Sauerstoffschlauches 34 und der Wasserschläuohe 35 und 36 ausreichend, um die Entfernung des Brenners 10 aus dem Düsenrohr 14a zu gestatten, ohne die Anschlüsse zu ändern oder die Rohrsysteme zu trennen oder zu lösen.

Das Öl wird jedem der BrennersteIlen durch Rohre zugeführt von einem Verteilersystem mit einem Steuergerüst oder -gestell 80, welches unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wird. Fünf Zweigleitungen 81a, 81b, 8I0 und 8Id jeweils aus Kupferrohr mit einem Außendurohmesser von etwa 9,5 mm (3/8 zoll) und einer Wanddioke von etwa 0,83 mm (0,035 zoll) führen in paralleler Anordnung von dem Steuergestell 80 weg zu einem jeweiligen T-Ansohlußetüok 51 mit einem Innendurchmesser von etwa 9,5 nut (3/8 zoll),¹ wtloh·β Jewell· ein Paar von Düseniwennern versorgt, mit Aufnahme der Düse nahe dem Auslas oder der

Rinne 19, die nur von einem versorgt wird. Kurz oder gerade vor den jeweiligen T-Anschlußstücken 51 führen die Kupferzweigleitungen 81a, 81b, 81c und 81d mit einem Innendurchmesser von etwa 9,5 mm (3/8 zoll) jeweils durch Kupplungen, die in Stahlrohre eingepaßt sind, in denen die Innendurchmesser auf etwa 6,^ mm (1/*J· zoll) reduziert werden und die an nicht dargestellte Stützbügel angeschweißt sind·

Von den T-Anschlußstücken 51 führen zwei gleiche Zweigleitungen 33r jeweils aus geglühtem Kupferrohr mit einem Außendurohmesser von etwa 9,5 mm (3/8 zoll) in entgegengesetzter Bichtung weg; der Fluß in jeder Zweigleitung wird gesteuert durch ein Kugelventil 53 mit einem Innendurchmesser von 9,5 mm (3/8 zoll). Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kupferrohre 33 jeweils etwa 152 cm (60 zoll) lang und in Schleifen geführt, um zu gestatten, daß die Brenner aus den Düsen entfernt werden oder in verschiedenen zurückgezogenen Stellungen betätigt v/erden können· Jedes der Kupferrohre 33 führt an seinem Ende in ein zweites T-Ansohlußstück 52 (siehe Fig. ^) in dem der Innendurchmesser auf etwa 6,*f mm (1/^ zoll) reduziert wird, An jedem der T-Anschlußstücke 52 ist ein kleiner Druckmesser 33b angeordnet, der so ausgelegt ist, daß er einen Bereich von 0 bis etwa 3,52 kg/cm

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(50 pounds per square inch) mißt. Der entgegengesetzte Arm eines jeden der T-Anschlußstücke 52 ist über eine Kupplung 33a an den Brenneranschlußaufbau 32 angeschlossen.

Fig. 5 zeigt schematisch das gesamt Sauerstoff-Brennstoff-Öl-System, dessen Bohrsystem unter Bezugnahme auf die perspektivische Ansicht der Fig. 4 beschrieben wurde.

Ein üblicher 3000 Gallonentank 70 bildet einen Ölspeicher für einen maximalen Brennstoffverbrauch von 300 Gallonen pro Stunde für 8 Stunden bei Umgebungstemperatur und Druck. Tank 70 ist an die Einlaßseite einer üblichen Fünf-PS-Zentrifugalpumpe 73 unter der Steuerung des Ventils

72 angeschlossen. Der Motor 73 ist vorzugsweise ein 220 oder HMO Volt-Dreiphasenmotor. Die Auslaßseite der Pumpe

73 ist angeschlossen über ein Kupferrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 38 mm (1 1/2 zoll) an den einen Schenkel eines T-AnschlußStückes 7^, dessen zweiter Schenkel angeschlossen ist über eine Nebenleitung 71 mit einem Innendurchmesser von etwa 2,5 cm (1 zoll) unter der Steuerung eines normalerweise geschlossenen Ventile 72a, und führt zurück zu dem Teil 70, oder in alternativerweise zu einer Auslaßentlüftung oder einem Auslaß 72b· Der dritte Schenkel des T-Stückes 7^ ist angeschlossen an ein

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Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 2,5 om (1 zoll), welches gesteuert wird von einem solenoidbetätigten Ventil 78 und zu einem Brennstofföl-Steuergerüst 80 führt über einen Druckregler ?6 und einen Verdränger-Strömungsmesser 77. Das solenoidbetätigte Ventil 78 kann von Hand rückstellbar sein, wie z.B. das Teil Nummer 802 251, welches auf Seite 52 des Katalogs Nr.203 der Automatic Switch Company of Plorham Park, New Jersey erwähnt und in den Veröffentlichungen dieser Firma beschrieben ist. Der Druckregler 76 kann vom üblichen Typ sein. Der Strömungsmesser 77 ist ebenfalls von einem Typ, der dem Fachmann wohlbekannt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin eine Einrichtung vorgesehen zum Filtern des Ölflusses, der zu dem Gestell 80 führt. Das Flußeintrittsgestell 80 wird reguliert

2 auf einen Druck von etwa 6,33 kg/cm (90 pounds per square inch absolut) und einer Strömungsrate von etwa 180 bis 300 Gallonen pro Stunde bei Umgebungitemperatur. Das Steuergerüst 80 weist ein Verteilerstahlrohr auf mit einem Innendurchmesser von etwa 2,5 cm (1 inoh), von dem das Öl weggeführt wird durch mehrere im wesentlichen Identische Weichkupferrohre mit jeweils einem Innendurchmeeier von etwa 9,5 am (3/8 zoll).

Di· vier Zweigleitungen, welche benutzt werden für die

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Ölverteilung zu dem Düsenbrennersystem des Kupolofens 1 sind mit 81a, 81b, 81c und 81d bezeichnet, der Strom in jeder Zweigleitung wird gesteuert durch jeweils eines der Doppelventile 82a, 82b, 82c und 82d, die vorzugsweise übliche Nadelventile aufweisen. Die Verdrängermesaer 84a, 84b, 84c und 84d in den einzelnen Zweileitungen messen jeweils den Strom in jeder Zweigleitung.

Eine zusätzliche Leitung 89 ist unter der Steuerung des solenoidbetätigten Ventils 87, welches von dem bereits beschriebenen Typ sein kann, und dem Handventil 86 an einen Speicher- oder Vorratstank 89 a für Stickstoff angeschlossen, um das Öl aus dem Brenner-Öl-Versorgungssystem durch eine Reihe von Zweigleitungen 88a, 881), 88o und 88d auszuspülen, die jeweils an Zweigölleitungen 81a, 81b, 81c und 81d des Brennstofföl-Steuergerüsts 80 umter der Steuerung von einzelnen Abschaltventilen in jeder Leitung angeschlossen sind. Die letzteren Zweigleitungen führen jeweils in die T-AnsohluSstücke 51, welohe sich in die Zweigleitungen trennen, die zu Paaren von einzelnen Brennern 10 führen, wie es bereits unter Bezugnahme auf die perspektivische Darstellung des Ölvereorgungseyeteras nach Fig. 4 beschrieben wurde.

Das elektrisch· Steuerpult 83, weloh·· von einer 110 Volt

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Wechselstromquelle 92 gespeist wird, schafft eine elektrische Druckknopfsteuerung für das von Hand rückstellbare, solenoidbetatigte Ventil 78 an dem Einlaß zu dem Brennstoffgerüst 80, und Relais und Zeitschalter zur Steuerung des solenoidbetatigten Ventils 87 zu dem Stickstoff-Reinigungssystem. Das Steuerpult 83 liefert Energie zur Erregung der normalerweise betätigten Relais 93 und 9^, welche auf Veränderungen in dem Druck in dem Windkasten 11 oder einem Eehler oder Ausfall in dem Öldruck ansprechen, um die Ölzufuhr zu dem Brennstoffgerüst 80 abzuschalten. Die vorerwähnte Beziehung ist schematisch in Pig. 5 angedeutet. Bei der einen Ausführungsform umfaßt das Brennstoffgerüst 80 das elektrische Steuerpult 83 und ist für Versuchszwecke ausgelegt, um eine individuelle Steuerung und Reinigung eines jeden Brenners zu ermöglichen. Es wurde bereits eine Verbesserung und Vereinfachung der Steuerung entworfen unter Verwendung von im Handel erhältlichen Verhältnissteuergeräten, wie z.B. die ,welche auf Seite 43 des Katalogs Nr. 2, Veröffentlichung I33I6, Juli I959 von Fischer und Porter Company, Warminster, Pa., dargestellt sind. Zusätzlich wird ein Reinigungssystem verwendet in Verbindung mit den Verhältnissteuerungen, um Stickstoff oder Dampf in die Ölleitungen einzuführen unter Verwendung von handelsüblichen Ventilen und Zeitgeräten·

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Der Sauerstoff für die Brenner 10 wird von einer Flüssigsauerstoffstation 56 geliefert. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dieses ein rostfreies Stahlgefäß des Typs, der beispielsweise auf Seite 11 des Katalogs Kr. 450, November i960 von der Air Reduction Company, Incorporated, I50 East 42nd Street, New York, New York, dargestellt ist. Der flüssige Sauerstoff in der Station wird auf eine Temperatur von etwa -151⁰G (-24O⁰P) gehalten unter einem Druck von etwa 11,6 kg/cm (165 pounds per square inch absolut)·

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verbindet ein Kupferrohr 57 mit einem Außendurchmesser von etwa 54 nun (2 1/8 zoll) und einer Wanddicke von etwa 2,1 mm (0,083 zoll) die Station 5^> mit einem Verdampfer 58. Der letztere ist eine übliche elektrisch erregte Einheit, die fähig ist, flüssigen Sauerstoff mit einer Temperatur von etwa -151⁰C (-240⁰F) und einem Druck von etwa 11,6 kg/cm² (165 absolut) mit einer Rate von etwa II30 nr (40 000 standard cubic feet) pro Stunde in Dampf umzuwandeln bei etwa 4,44° C (40⁰F) bei demselben Druck.

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Der frisch erzeugte Dampf strömt durch einen Druckregler 61, wo sein Druck reguliert wird auf einen Druck von

etwa 10,2 kg/cm (14-5 pounds per square inch absolut). Der Regler 61 kann ein üblicher Druck-reduzierender Regler sein, der fähig ist, im Bereich von etwa 22,l>cg/cm (315 pounds per square inch absolut) Einlaßdruck bis etwa 11,6 kg/cm (I65 pounds per square inch absolut) Auslaßdruck zu arbeiten. Der Regler ist vorzugsweise so ausgelegt, daß er ein Volumen von etwa 1130 nr (40 000 standard cubic Puß)pro Stunde als Minimum bei den vorerwähnten Drücken bewältigt.

Der Regler 61 ist an seinem Auslaß an eine Stahlleitung 59 angeschlossen, die einen Innendurchmesser von etwa 5 cm (2 inch) und eine Wanddioke von etwa 5,6 mm (0,218 inch) aufweist, in die ein Mündungsflansch $$&. eingesetzt ist, von dem ein Leitungssystem 5$t> mit einem Kupferrohr, welches einen Außendurohmeseer von 9»5 nun (3/8 inch) und eine Wanddioke von etwa 0,8 mm (0,035 inch) aufweist, wegführt zu dem Hauptleitungietrommeseer 67, der von üblichem Typ ist, unter der Steuerung eines geeigneten Ventilsy·teas.

Die Leitung 59 lit an eine gleichartige Leitung 68 über ein iolenoidb«tätigt·s Ventil 69 angeiohlonen, welche·

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von dem Steuerpult 83 fern erregt wird. Das Ventil 69 ist ebenfalls so angeschlossen, daß es von dem Steuerpult 83 betätigbar ist, zu den Relais 93 und 94, die auf Änderungen in dem Druck in dem Windkasten oder einem Fehler oder einer Störung in dem Öldruck ansprechen, um den Ölitro» zu dem Ölgerüst 80 abzuschalten, woraufhin etwa 2 Minuten später der Sauerstoff in der Leitung Φ8 abgeschaltet wird.

Die Stahlleitung 68, welche einen Außendurohmesser von etwa 60 mm (2 3/8 Zoll) und eine Wanddicke von etwa 5,6 mm (0,218 inch) aufweist, führt von dem Ventil 69, welches normalerweise beim Betrieb des Systems geöffnet ist, zu dem T-Ansohlußstüok 68a, welches zu dem Sauerstoffverteiler 62 führt unter der Steuerung eines Zwei-Zoll-Kugel vent ils 68b· Der Verteiler 62 ist ein Stahlrohr, mit einem Außendurohmesser von etwa 60 mm (2 3/8 Zoll) und einer Wanddloke von etwa 5,6 ram (0,218 Zoll), weloheβ die Form eines Hufeisens hat, das teilweise den Windkasten 11 des Kupolofens 1 umgibt und nahe diesem angeordnet ist und einen Außendurchmeiser von etwa 4,57 η (16 FuS) und einen Innendurchmesser ron etwa 4,72 m (15 1/2 FuS) hat. Die Sauentoffverteilerleitung 62 hat vier Auiläfie 49, welche «ymmetriioh la Abstand an ihre« inneren Umfang angeordnet lind, die nahe den entsprechen den T-AnsohluÄitüoken 5I *ind_t welche von d#a ölge^lit

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herausführen· Wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 erwähnt, versorgen die T-Anschlußstücke ^9 jeweils die Düsenbrenner 10 mit Sauerstoff über vier Zweigleitungen 63, die jeweils in zwei Zweigleitungen 34 unterteilt sind, mit der Ausnahme des Anschlusses nahe der Rinne I9» der nur eine Zweigleitung versorgt.

Die vier Sauerstoffzweigleitungen 63 sind jeweils mit Mündungsflanschen 63a ausgerüstet, in die ein Zweigleit ungsströmungsmes8er 97» welcher eine ähnliohe Form jedoch eine geringere Kapazität hat als der beschriebene Hauptleitungsströmungsmesser 67, eingesteckt oder eingeschaltet werden kann in die Hauptleitung über das Leitungssystem 98. ■

Nach bekannten Verfahren würde ein Kupolofen des in Fig.l gezeigten Typs ohne Düsenbrenner, die gemäß der Erfindung angeordnet sind, Üblicherveise in der folgenden Weise betrieben zur Erzeugung von geschmolzenem Eisen.

Die 2270 kg (5000 pound) Metallcharge, die in den Ofen durch die Besohickungstür 18 mittels eines Bechers mit herabklappbaren Boden eingeführt wird, ezttiält etwa 20 % Stahlschrott, der Best Eisensohrott. Ein gleichartiger Becher wird benutzt zur Eingabe des Kokes und der Fluß-

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mittel, wie z.B. Kalkstein, in den Ofen zwischen den Metallchargen. Die Koksrate beträgt normalerweise etwa 109 kg (240 pounds) pro Tonne Metallcharge, entsprechend einem Metall-Koks-Verhältnis von 8,35:1.

Die volle Produktion dieses Ofens erfordert einen Luftstrom von etwa 227 obm (8000 standard cubic feet) pro Minute in die acht Düsen und verbraucht zwischen sechs und acht Chargen pro Stunde. Ein Luftstrom, der von dem Gebläse 13 beschleunigt und auf etwa 64-9⁰C (1200⁰F) in dem Ofen 13a erhitzt wurde, wurde in dem Windkasten 11 zirkuliert, von dem er dem Inneren des Ofens durch die Düsen 14 zugeführt wurde mit einer Volumenströmungsrate von zwischen etwa 113 obm und 283 cbm (4O00 und 10 000 standard cubic feet) pro Minute. Das Metall wurde ständig abgezapft in einen kippbaren Vorherd zur Verteilung oder Ausgabe an Übertragung^pfannen, welche das Metallzentrifugalrohrgußmaschinen und einer Förderlinie oder einem Förderband zum Gießen von Rohrfittings oder Bohrarmaturen zu führen. Die neutral- bis leichtbasige Schlacke wurde von einem Wasserstrom in Stücke gebrochen und durch einen Becher- oder Eimerförderer abgeführt. Die Chargen- oder Beschiokungschemie wurde aufrechterhalten während des Betriebs, um die Erzeugung von Eisen an der Binne zu gewährleisten, mit einem Gehalt von etwa 3,70 % Kohlenstoff und

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2,10 % Silicium gemäß halbstündigen Messungen, Die Metalltemperatur an dem Ausguß oder der Rinne wurde normalerweise während des Betriebs aufrechterhalten aufi über etwa 1593⁰C, auf 2900⁰P,

Gemäß der Erfindung wird das Zusatz-Sauerstoff-Öl-Brennersystem 10, welches beschrieben wurde unter Bezugnahme auf die Pig. 1 bis 5, in der folgenden Wfciae" betrieben in Verbindung mit dem Kupolofenbetrieb, wie es im wesentlichen im Vorhergehenden erläutert wurde.

Zuerst werden Druckknöpfe an dem Pult 83 gedrückt zum Schließen des solenoidbetätigten Ventils 78 zu der Ölleitung 75 und des solenoidbetätigten Ventils 69 zu der Sauerstoffleitung 59 und dann zum Öffnen dee normalerweise geschlossenen solenoidbetätigten Ventile 87 zu dem Stickt stoff- (oder Dampf·)Reinlgungesystern, wodurch Stickstoff (oder Dampf) von der Stickstoffquelle 89 (oder einer entsprechenden Dampfquelle) dem System der Zweigreinigungsleitungen 88a, 88b, 880 und 88d zugeführt wurde, die an die jeweiligen Ölleitungen 8Ia₁ 81b, θΐο und 81d ange-Bohloaeen sind« Zum Zweok der Reinigungstätigkeit wird Stickstoff Jeder der το erwähnten Zweigleitungen des 01-ge· teils 80 mit einer Voluaumströmungsrftt· von etwa O₉57 ob« (20 standard oubio f«»t) pro Minute bei «in·« Druok von

BAD ORIGINAL

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5,27 kg/cm (75 poundB per square inch absolut) bei Umgebungstemperatur zugeführt. Dieser Strom wird aufrechterhalten für etwa 3 Minuten, bis jede der Ölleitungen vom Brennstoff und von Gasen gereinigt ist, die von einem vorhergehenden Betriebs«, oder Arbeitsgang verblieben. Nach Beendigung dieser Reinigungstätigkeit wird das Ventil 87 geschlossen und das System wird bereitgemacht zum Betrieb der Brenner· Unter Bezugnahme auf Fig. 4, strömt das Wasser, welches ständig in dem Brennerkühlsystem fließt, durch das EinlaQrohr 35 unter der Steuerung des Ventils 35a und tritt in den Brem»r mantel durch den Brennerkörperkopfaufbau 32 ein mit

2 einem Druck von etwa 3»52 kg/cm (50 pounds per square inoh absolut) bei Umgebungstemperatur und mit einer Volumenströmungsrate von etwa 10 bis 15 Gallonen pro Minute. Das Wasser in jedem der Brennermantel strömt aus durch die Rüokführleitung 36 und das Entlüftungsrohr 36a, wobei die Temperatur durch da· Thermometer 36b gernenen wird.

Das Zentrifugalgebläse 13 drückt einen Luftstrom durch das Rohr 12 zu de« Windkasttn H₁ wo er mit einem Druck von etwa 1,05 bli 1,16 kg/om² (15 bit 16,2 pound· per square inoh absolut) und einer Temperatur von etwa (1200⁰F) eintritt und in dt» Windkatten »it einer Volumen-

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Strömungsrate von etwa 12? obm (8000 oubio feet)pro Minute bei einer Geschwindigkeit von etwa 1737 m (5700 feet) pro Minute zirkuliert.

Vor dem Anzünden der Brenner 10 wird der Wind oder Luftstrom abgelassen durch ein nicht dargestelltes Entlüftungsrohr in dem Windkasten 11 und wird nicht in die Düsen 14 freigegeben.

Die Technik oder das Verfahren zum Zünden der Brenner besteht darin, zuerst nur die Brennstoffversorgung alleine aufzudrehen ohne den Sauerstoff. Polglich wird das 01-ventil 78 wiedergeöffnet, damit das Öl durch das Öl« gerüst 80 mit einer Anfangsrate von etwa 20 Gallonen pro Stunde bei einem Druck von etwa 1,2 kg/cm (17 pounds per square inch absolut) bei Umgebungstemperatur strömen kann. Der Strom fließt dann in jede der Zweigleitungen 81a, 61b, 81c und 81d, welche die getrennten Ölströme unter der Steuerung der Zweigleitungsventile 84a, 84b, 84c und 84d durch die T-Anschiußstücke 51 und die einzelnen

Anschlusstücken
Leitungen 33 zu den /33a in dem Brennerkörperkopfaufbau 32 in jeden der Düaenbrenner 10 leiten. Unter der Annahme, daß der Ofen im Betrieb ist, wird das Öl sofort gezündet durch die Hitze dee Ofens. Andernfalls werden übliche Zusatzzünd«mlttel verwendet, wie z.B. ein elektrisches

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Zündgerät oder eine Sauerstoff-Aoetylenfackel, die durch

gezeigte
eine nicht/getrennte Öffnung in die Düse eingefügt wurde.

Für einen optimalen Betrieb bei der beschriebenen Ausführungsform kann das Ende eines jeden Breners 10 von dem inneren Ende der Düse 14a um eine Entfernung von etwa 60 cm (2 feet) zurückgezogen werden. Um eine größere Länge des Brennerrohres zu schaffen, injiem die Verbrennung stattfinden kann, kann tatsächlich der Brenner zurückgezogen werden bis zur Grenze der Wasserkühlung in der Düse, welches in der beschriebenen Ausführungsform die Querschnittsebene der stumpfen Anschlußstelle zwischen dem äußeren Ende dee Düsenrohres l^b und des Verlängerungsrohres 24 sein würde. Außerdem sind die Brenner 10 konzentrisch in den Düsen Ik mittels der Armkreuzanordnung 29 angeordnet. Nachdem die Brenner gezündet wurden, wird die Rate des Ölstromes erhöht, so daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Jeweils getrennte Ölströme in den Brennerkörperkopfaufbau 32 mit einer Volumenströmungsrate von etwa 25 bis 30 Gallonen pro Stunde bei einem Druck von etwa 2,^4-6 bis 4,57 kg/cm (35 bis 65 pounds per square inch absolut) bei Umgebungstemperatur einströmen.

Unmittelbar nachdem das Öl entzündet wurde, wird veran-

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laßt, daß ein Sauerstoffstrom in die Leitung 68 fließt mit einer Volumenströmungsrate von etwa 14,2 bis 17 cbm (500 bis 600 standard cubic feet) pro Minute. Der Strom fließt durch den T-Anschluß 68a in die Sauerstoffhauptleitung 62, von wo er durch die HilfsZweigleitungen 63 und die einzelnen Leitungen 34 dem Brennerverschlußaufbau 32 zugeführt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform strömt der Sauerstoff in jede der letzteren mit einer Volumenströmungsrate von einem Siebtel der Strömungsrate durch die Leitung 68 mit einem Druck von etwa 3,2 bis 4,6 kg/cm (45 bis 65 pounds per square inch absolut) bei Umgebungstemperatur.

Unter der Annahme der gegebenen Parameter wird eine Saue r stoff «,Brenne rf lamme in den Brennern erzeugt, die sich von der Brennerspitze oder dem Brennermundstück 31 über etwa 91 ora (36 Zk)Il) erstreckt und die sich kenn zeichnet durch eine Plammengeschwindigkeit von etwa 244 m (800 feet) pro Sekunde und einer Flammentemperatür von etwa 2200⁰C bis 276O⁰G (4000 ble 5000⁰F). Sobald die Hoohgesohwindigkeitsflamme in den Brenner sich setzt, wird der Luftstrom von dem Windkasten 11 zu den Düsen 14 wieder hergestellt mit einer Volumenströmungerate zwi schen etwa 227 bis 255 obm (8000 bis 9000 standard oublo feet) pro Minute oder einer Windgeschwindigkeit in jeder

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der einzelnen Düsen von etwa 1740 m (5700 feet) pro Minute.

Bei einem kontinuierlichen Betrieb während einer Woche verbrauchte bei den beschriebenen Ausführungsbeispiel der selbstzerstäubende Spitzen-Mischbrenner 10 der in Fig. 3A, 3B dargestellten Ausführungsform im Durchschnitt etwa 189 Gallonen pro Stunde an Öl und etwa 39550 standard cllbic feet pro Stunde Sauerstoff oder 210 standard cubic feet Sauerstoff pro Gallone Öl. Dieses beträgt etwa 75 % des Sauerstoffs, der stöohiometrisch erforderlich ist für eine vollständige Verbrennung des Brennstofföls. Der für die Zwecke der Erfindung bevorzugte Sauerstoff ist ein technischer Sauerstoff mit einer Güte von 99,5 Reinheit, der hergestellt wird von der Air Reduction Company, Incorporated, gemäß der folgenden Norm:

Typische Verunreinlgungsgehaltsanalyse;

Argon - 0,15-0,3 % (Volumen)

Kohlendioxyd - 0,0005 " "

Kohlenwasserstoff (CoH₉) « 0,00002 " *

Stiokstoff ■ ^Λ - 0.1-0,25 " "

maximaler Due Point (Taupunkt) - 2·.? C (80⁰P)

Wasserdampf - 7,8 parts per million

(Teile pro Million)

Ein Öl, welches für di· Zwtoke der Erfindung geeignet ist, 1st das Nr. 2 industrielle Brenn·tofföl gemäa dem

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Standard der American Society for Testing Materials. Ein weiteres Öl, welches für die Zwecke der Erfindung geeignet ist, ist das Nr. 6 Schwer-Industrie-Brennstofföl (Federal Specification Board, Bunker Oil "C), spezifiziert in den United States Bureau of Standards Commercial Standard CS 12-29).

Die folgende Tabelle I gibt eine Analyse für die Hauptbestandteile des Nr. 2 Brennstofföls und des "Bunker C" gemäß der Seite 66, Babcox & WiIcox, Anwendungstabellen, 8. Ausgabe, I963:

Tabelle I Ölanalyse (Gewichtsprozent)

Nr. 2 Bunker C

Schwefel 0,01-0,5 0,7-3,5

Wasserstoff 11,8-13,9 9,5-12,0

Kohlenstoff 85,9-86,7 86,5-90,2 Asche Null 0,01-0,50

Heizwert 19170-19750 17^10-18990 pro Ib, (British Thermal Units)

Alternative Arten von Sauerstoff-Ölmischbrennern 10 mit selbstzerstäubenden Mundstück, die im einzelnen unter Bezugnahme auf 3A, 3B beschrieben wurden, welche ebenfalls in den Düsen Xk gemäß der Erfindung erfolgreich verwendet werden können, sind Raketenbrenner 100, die in LängesohlxLtfcansloht In Fig. 6A und in Querschnittansioht in Flg. 6b gezeigt sind· Diese weisen denselben Wasser-009831/1338

mantel 28 auf, wie es in bezug auf die Brenner nach den Fig. 3A, 3B gezeigt ist, einschließlich der konzentrischen Rohre 30, 37 und 38} es sind nur die inneren Brennerteile abgewandelt, wie es in dem Brennereinsatz nach den Pig. 6A, ob gezeigt ist.

Nach den Fig. 6A, 6b ist ein axial angeordnetes Brennstoffgasrohr I38 aus rostfreiem Stahl vorgesehen, welches einen Außendurchmesser von 3/^ Zoll, eine Wanddicke von 0,035 Zoll und eine Länge von 60 21/32 Zoll aufweist, das in ein äußeres Ende eines vorstehenden Anschlußstückes 133a endet zum Anschluß an die Zweiggasleitung 133 in dem noch zu beschreibenden Gasversorgungssystem. An dem inneren Ende ist das Rohr I38 in eine kappenförmige Öffnung eines zylindrischen Messinganfaßstückes 139 eingepaßt und mit Silberlot verlötet, welches einen Innendurchmesser von 3/^ Zoll, einen Außendurchmesser von 1 Zoll und eine axiale Länge von 1 Zoll aufweist. Das Anschlußstüok I39, welches 2 1/2 Zoll von dem Ende des Brennerblocks 141 endet, nimmt ein Bündel von fünf rostfreien Stahlrohren 140 auf, die jeweils einen Außendurchmesser von 1/4 Zoll, eine Wanddicke von 0,020 Zoll und eine Länge von 6 1/4 Zoll aufweisen und welche fast parallel zu der Hauptachse des Brenners liegen und in symmetrischer Anordnung um die Brenneraohse herum

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angeordnet sind. Die Endstücke der Bohre 140 gehen durch den Brennerblook 141 hindurch, so daß die Mittellinien ihrer Mundstücke in einer Querschnittsebene in einem Kreis liegen mit einem Durchmesser von 41/64 Zoll. Der Brennerblook 141, der den Brennerblock 41 des Brenners ersetzt, ist ein Kupferzylinder mit einem Außendurohmesser von 1 3/8 Zoll, ofer gleitbar innerhalb des Innenrohres 38 des Wassermantels 28 der Figuren 3A, 3B eingesetzt ist. Zusätzlich zu den Brennstoffgasrohren 140 weist der Brennerblock 141 mehrere parallele Bohrungen für die Sauerstoffentlüftungen 142a und 142b auf, die jeweils einen Durchmesser von 1/8 Zoll aufweisen und welche symmetrisch angeordnet sind, wobei ihre beiden Mittellinien in zwei konzentrischen Kreisen liegen, der äußere enthält die Entlüftungsleitungen 142a mit einem Durohmesser von 1 1/8 Zoll und der innere enthält die Entlüftungsleitung 142b mit einem Durchmesser von 1 7/64 Zoll.

Wie bei dem beschriebenen Brenner 10 strömt der Sauerstoff durch die Kupplung 134a in den Brennerkörperkopf 32· Der ringförmige Baum zwischen dem inneren Wassermantel· rohr 38 und dem Gasrohr 138 dient dazu, den Sauerstoff zu dem Brennerblock 141 zu leiten, wo «r duroh die Mündungen 142a und 1426jhindurohströmt· Das Gas strömt duroh

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den Anschluß 133* und das Rohr 138 ein zu dem Anschlußstück 139, wo es in die fünf Gasrohre 140 in dem Brennerblock eingeleitet wird.

Bezugnehmend auf Fig. 4, welche in perspektivischer Ansicht die Verbindungsschläuche zwischen dem Brennstoffversorgungssystem und den Brennern in den Düsen 14 zeigt, ist die Anordnung zur Verwendung der Raketenbrenner 100 anstelle der Brenner 10 mit selbstserstäubender Düsenmischung, welche vorher beschrieben wurde, im wesentlichen gleichartig mit der Ausnahme, daß für die Zwecke der beschriebenen Ausführungsform ein Gasversorgungssystem, wie es 3.3. in Fig. 7 dargestellt ist, anstelle des ÖlVersorgungssystems benutzt wurde, welches unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurde.

Es ist zu ersehen, daß in beiden Systemen, welohe in den Fig. 5 und 7 dargestellt sind, das SauerstoffVersorgungssystem im wesentlichen gleichartig ist, wobei das letztere mit Zahlen bezeichnet wird, die dieselben Zehner und Einerzahlen aufweisen, um eine Verdoppelung oder Duplikation der Beschreibung zu vermelden· Folglich lind i dem System naoh Fig. 5 die Elemente des Saueritoffver« ■orgungssyitems bezeichnet mit Zahlen von 49 bit 69 und In dem Versorgungssystem nach Fig. 7 sind die Bleaente

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des Sauerstoffversorgungssystems bezeichnet mit Zahlen von 14-9 bis I69.

Nach dem in Pig. 7 gezeigten Gasversorgungssystem wird das Naturgas abgeleitet von einer üblichen Gasrohrleitung I70 unter der Steuerung eines Üblichen Kugelventils I72_t dessen Auslaß an den Einlaß eines üblichen Gasdruckreglers 173 angeschlossen ist.

Der Auslaß des Druckreglers 173 geht durch ein Stahlrohr I75 mit einem Außendurchmesser von 2 3/8 Zoll und einer Wanddicke von 0,218 Zoll hindurch zu einem Mündungsflansch 1^5a, der zum Anschluß durch eine Leitung 145 dient, welche ein Paar flexible Kupferleitungen mit einem Außendurchraesser von 3/8 Zoll aufweist, zu dem Strömungsmesser I67. Der letztere kann von einer üblichen Art sein, die fähig ist, bis zu 20 000 Standard cubic feet pro Stunde Naturgas mit einem Einlaßdruok von 65 pounds per square inch absolut zu messen.

Die Gasleitung 181 geht durch das von Hand rückstellbare, solenoidbetätigte Ventil 18§ hindurch, welches erregt wird durch das elektrische Steuerpult 183 mittels der 115 Volt, 10 Ampere, Wechselstromquelle 192« Das Ventil 182 kann von Irgendeinem bekannten Typ sein.

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Von dem Ventil 182 geht die Gasleitung 181 zu einem T-Ansohlußstück 1*1-8, welche zu der Gasverteilerleitung 1^7 führt. Die letztere ist ein Stahlrohr mit einer Wanddicke von 0,218 Zoll und einem äußeren Querschnittsdurchmesser von 2 3/8 Zoll, welches den Kupolofen in einer Ebene oberhalb des Windkastens 11 der Pig. I umgibt und einen Kreis bildet mit einem Außendurchmesser von I92 Zoll und einem Innendurchmesser von 187 Zoll. Die Gashauptleitung 1^7 hat vier symmetrisch beabstandete Auslässe 14-4, die jeweils zu einer Zweigleitung 150 führen. Jede der Leitungen I50 weist einen Mündungsflansch 150a auf, an den ein Zweigleitungsströmungsmesser angeschlossen werden kann, der vom ähnlichen Typ ist wie der Hauptleitungsströmungsmesser I67, mit der Ausnahme, daß seine Kapazität beschränkter ist und die Ablesung genauer ist. Jede der Zweigleitungen 150 führt zu einem T-Anschlußstück 151, dessen Arme jeweils zu einem Paar Zweigleitungen I33 führen mit der Ausnahme des am nächsten der Kupolofenrinne I9 gelegenen, welches nur eine einzelne Zweigleitung hat. Die T-i-Anschlußstücke 151 bestehen aus Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 1 Zoll. Die Anschlußzweigleitungen 133 sind flexible Gummischläuche mit jeweils einem Innendurchmesser von 3/*f Zoll, einer Länge von 108 Zoll und werden an dem T-Verbindungsstück I5I gesteuert durch ein Paar Kugel-

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ventile 153. Die Zweigrohre 133 sind lang genug und flexibel genug, um zu gestatten, daß die Stellung der Brenner 100 in den Düsen 114 eingestellt werden kann oder daß sie gänzlich herausgenommen werden können, ohne daß .der Schlauch abreißt. Jede der Zweigleitungen 133 ist eingeführt in die Anschlußstücke 133a an den Brennern 100, die zu den Gasrohren 140 darin führen (siehe Pig. 6B). Jede der einzelnen Leitungen 133 weist ein Meßgerät auf zum Wessen des Druckes und der Strömungsrate in den Brenner 100.

Obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform zur Verwendung bei dem Kupolofen die Sauerstoff-Gasbrenner die Form der Raketenbrennereinsätze haben kann, wie es in den Fig. 6A und 6B gezeigt 1st, können in alternativer-, Weise die Sauerstoff-Gasbrenner die Form haben,welche in den Fig. 8A, 8B, 8C gezeigt ist, welche eineabge-_. wandelte Art des Baketenbrenners ist, die ausgelegt ist zur Verwendung entweder mit Gas oder Öl oder beiden als Brennstoff unter Verwendung von Sauerstoff als Verbrennungs. mittel«

Nach den Fig. 8A, 8B, 8C sind die Brenner 200 ausgelegt, so daß tie in die Düsen 14 im wesentlichen in derselben Weiie wie dl· Düien 10 eingesetzt werden könnet wie es in Pig« Z Angedeutet lit. Jeder der Brenner 200 ist 009931/1336

44 1/2 Zoll lang und mit eines Massermantel ausgerüstet· Der letztere weist ein äußeres Messingrohr 202 auf, welches einen Außendurchmesser von 4 1/2 Zoll, eine Wanddicke von 0,125 Zoll und eine Länge von 2k 3/8 Zoll aufweist, sowie ein zweites konzentrisches Kessingrohr 203, welches einen Außendurchmesser von & Zoll, eine Wanddicke von 0,065 Zoll und eine Länge yoä 25 5/8 Zoll hat, und außerdem ein inneres konzentrisches Messingrohr 204, welches einen Außendurchmesser von 3 "^l/2 Zoll, eine Wanddicke von 0,135 Zoll und eine Länge 70s 28 Zoll hat. Die drei konzentrischen Rohre 202, 203 &3& 204, welche den Wassermantel bildet, sind so ange£r&cht_y daß die Rohre 202 und 204 an ihren inneren Ετι. :n kündig sind und daß das Bohr 203 von dem inneren Ende ua i/2 Zoll zurückgesetzt oder ausgespart 1st, Die Endes der Rohre 202 und 204 sind voneinander beabstandet durch einen ringförmigen Messingringstöpsel mit einem Außendurc&aeEser von 4 1/4 Zoll und einem inneren Durchmesser von 3 */2 Zoll und einer axialen Erstreckung von 1/4 Zoll, welcher duroh Silberlot an seinem Platz verlötet; 1st«

Die drei konzentrischen Bohre 202, 203 und 204 enden a*: ihren äußeren Enden von den Ofes weg in einem Brennerversohlußaufbau 205. Diese ist «In zylindrisches Meaeingansohlußstück mit einer Lgnge tös 7 */2 Soll und einem AuS«n-

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durchmesser von 5 1/2 Zoll, welches an seinem inneren Ende ein Bunfcanschlußstück über dem Ende des Messingrohres 203 hat» welches dieses um l/k Zoll überlappt, wobei die beiden Flächen zusammen verlötet sind mittels eines Silberlötdrahts von 1/16 Zoll. In den Rohren 202, 203 und 204- ist ein zusätzliches Rohr 206 axial angeordnet, welches aus rostfreiem Stahl von dem Typ 304 besteht und einen Innendurchmesser von 3/k Zoll, eine Wanddicke von 0,035 Zoll und eine Länge von 39 Zoll hat. Das innere Ende des zentrischen Rohres 206 endet in einem zylindrischen Messingblockbrenneranschlußstück 211, welches einön Außendurchraesser von 3»23 Zoll an dem Umfangende des Brenners hat und sich zwei Zoll in axialer Richtung erstreckt, und an ihrem Ende von der Mündung weg in einem geringen Plansch endet, welcher eine Tiefe von 3/16 Zoll hat, über den ein rostfreies Stahlrohr 212 eingepaßt ist, welches einen Außendurohmesser von 3 Zoll, eine Wanddicke von 0,065 Zoll und eine Länge-von 6 Zoll aufweist, das in seiner Stellung an dem Plansch mittels einer Silberverlötung gehalten wird. Das Blockbrenneranschlußstück 211 weist eine axiale Öffnung an seinem inneren oder Brennerende auf,

des welche 3/k Zoll tief ist, zur Aufnahme des Endes/mittleren Rohres 206, welches an einer Anschlußöffnung 207 zentriert ist, die einen Innendurchmesser von 1/2 Zoll aufweist und 1/2 Zoll lang ist. Die Ansohlußöffnung 207 erweitert sich geringnfügig um 3/8 Zoll von ihrem Brenaer-

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ende und endet in einen aufnehmenden Mutteranschluß 207a mit einer Tiefe von 5/8 Zoll und einem Durchmesser von 3/k Zoll, der auf irgendeine der mehreren vorstehenden Mündungsanschlußstücke 208 aufgepaßt werden kann, wobei die Abmessung der Mündujag abhängt von dem Brennstofftyp, der verwendet werden ,soll.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Mündungsanschluß 208 ein Messingeinschraubanschlußstück^an dessem Anschlußende von der Mündung weg sich eine zylindrische Öffnung 208a mit einem Durchmesser von 1/2 Zoll' befindet, die sich über l/k Zoll in Richtung auf das Ende erstreckt. Der Durchmesser der Öffnung verengt sich dann sehr stark zu einer mittleren Mündung 208b mit einem Durohmesser von l/k Zoll. Nahe der Mündung 208b befindet sich ein Paar Blindlöcher 209, 1/8 ZiIl tief und 1/8 Zoll Durohmesser, in diametral entgegengesetzten Stellungen zum Versohrauben des Mündungsanschlußstückes 208 an seinem Platz. Acht, symmetrisch beabstandete Bohre 210 umgeben das mittlere Bohr 206 und sind mit ihren Mittellinien auf einem Kreis angeordnet, der einen Durchmesser von 1 Zoll hat. Jedes der Bohre 1st aus rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 1/2 Zoll, einer Wanddicke von 0,02 Zoll und einer Länge von 8 Zoll und endet in dem Blookbrenneransohlußstüok 211, wobei die Enden mit dem Ende der Mündung 208b bündig liegen·

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Aus der Querschnittsansioht nach Fig. 8C ist zu ersehen, daß zwischen der zentralen Mündungsöffnung 208b und dem Kreis der größeren Öffnungen 210 acht kleinere Öffnungen 213 mit einem Durchmesser von 1/4 Zoll konzentrisch angeordnet sind, deren Mittellinie auf einem Kreis mit einem Durohmesser von 1 1/8 Zoll liegen und die symmetrisch beabstandet sind und In der Mitte zwischen jeder der benachbarten Öffnungen 210 liegen. Auf einem äußeren konzentrischen Kreis mit einem Durchmesser von 2 3/8 Zoll sind zusätzliche Reihen von symmetrisch angeordnete Öffnungen 214 angeordnet, die im dargestellten Fall acht sind, welche jeweils einen Durchmesser von 5/16 Zoll haben. Die mittlere Mündungsöffnung 208b und das anschließende zentrale Bohr 206 können zur Übertragung des Brennstoff söls in dem Brenner dienen, während die umgebenden Öffnungen 210 zum Übertragen des Brennstoffgases dienen können, wobei die dazwischen angeordneten Öffnungen 213 und 214 zum Transport oder zum Übertragen des Sauerstoffs dienen.

Zwischen sieben und 7 1/2 Zoll von dem inneren Ende des Brennermundstücks 208 ist ein Ansohlußrohr 215 angeordnet mit einer axialen Ausdehnung von .1/2 Zoll, welches dazu dient, das Bündel der Rohre 210 in seiner Stellung innerhalb der umsohlieflenden konzentrischen Rohre 202, 203 und

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204 zu halten, und welche außerdem das mittlere Rohr 206 in seiner axialen Stellung hält. Das Anschlußstüok 215 ist außerdemntfe einem Flansch versehen zur Aufnahme eines rostfreien Stahlrohres 216, welches einen Außendurchmesser von 1/2 Zoll, eine Wanddicke von 0,065 Zoll und eine Länge von 27 Zoll aufweist und welches konzentrisch um das Bohr 106 herum paßt·

Der Brennerverschlußaufbau 205 ist aus Messing hergestellt zur Aufnahme des zentralen Rohres 206 und des umgebenden koiizentrisehen Hohres 216 zusätzlich zu den äußeren Bohren 202, 203 und 20**·, Der Brennerversohl ußauf bau 205 weist ein Paar entgegengesetzte!* seitlicher Messingbuchsen 217 und 218 auf, die jeweils einen äußeren Durchmesser von 1 J/b ZoJI haben und sich nach außen um J/k Zoll von der Kante des Anschlußstückes 205 erstrecken. Das Verbindungsrohr zu der Buchse 218 ist in einen ringförmigen Abstand oder Zwischenraum zwischen den Bohren 203 und 20^ eingepaßt und dient als Wassereinlaß, während das Anschluß- · rohr zu der Buchse 217 in den ringförmigen Zwischenraum zwischen den Rohren 202 und 203 eingepaßt ist und als Wasserauslaß dient.

Eine zusätzliche Meseingbuohee 219, welche elntn Au8*ndurohmesser von 2 1/2 Zoll und einen Inntnduroheewer τοη

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1 3.A Zoll aufweist, dient als Verbindungseinlaß für das Brennstoffgas in den ringförmigen Raum zwischen den Bohren

und 216. Das innere Rohr 206 und das konzentrisch umschließende Bohr 216 erstrecken sich durch ein übliches Anschlußelement 226 zu einem Arm 227 eines T-Anschlußstückes 220, welches einen seitlichen Einlaß 223 aufweist mit einem Außendurchmesser von 2 1/2 Zoll und einem Innendurchmesser von 2 Zoll und etwa 3/**- Zoll von dem Außenrohrumfang vorspringt. Das letztere dient als Sauerstoffeinlaß zu dem ringförmigen Raum zwischen dem mittleren Bohr 206 und dem konzentrischen Bohr 216. Das mittlere Rohr 206 geht durch den Arm 221 des T-Anschlußstückes 220 hindurch und endet in einer Kupplung 222 mit einem Innendurchmesser von 3/^ Zoll und einem Außendurchmesser von 1 1/2 Zoll zum Zuführen des Brennstofföles in das mittlere Rohr 206.

Brenner von der in den Pig. 3A, 3B gezeigten Ausführungsformen, die abgewandelt wurden gemäß den Fig. 6A, 6B₁ welche als Brenner 100 bezeichnet sind, wurden verwendet zur Durchführung der Belhe von Sauerstoff-Gas-Düsenbrennerversuche, die noch beschrieben werden, anstelle der selbstzerstäubenden Brenner mit Mündungsmischung, die unter Bezugnahme auf den Figuren 3A, 3B beschrieben wurden, welche bei den vorher beschriebenen Sauerstoff-Öl-Versuohen verwendet wurden· Es ist jedoch selbstverständlich, daß

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die vorher beschriebenen Brenner 200, welche ausgelegt sind, so daß sie in alternativer Weise verwendet werden können als Sauerstoff-Gas oder Sauerstoff-Öl-Brenner oder zum Verbrennen einer Kombination von Öl- oder Gasbrennstoffen, auch in alternativer Weise für diesen Zweck angewendet werden können unter der Annahme, daß die Kupolofendüsen in richtiger Weise dimensioniert sind zur Aufnahme der Brenner mit größerem Querschnitt.

Der in dem noch zu beschreibenden Betrieb verwendete Sauer stoff weist einen technischen fieinheitsgrad auf, der die Anforderungen erfüllt, welche in der vorhergehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf den Betrieb der Sauerstoff-Ölbrenner der Fig. 3A, 3B erwähnt sind.

Das Gas, welches als Brennstoff in den Brennern 100 verwendet wird, ist vorzugsweise Naturgas, von dem die folgende Tabelle II eine Analyse der Hauptbestandteile gibt.

Tabelle II Naturgas (Volumenprozent) Quelle

Pittsburgh

Methan, CH, Pittsgur^ Ethan, C₉H? 15,8

Kohlendioxid CO₉

Stickstoff, Ng ,80

Heizwert, BTU/Ft.³ 1124

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ansi	as City Los	16	Angeles
6	',7	6	!θ
O	,80	—	,5
8		1073
974

Außerdem können irgendwelche der nachfolgenden Kohlenwasserstofföle oder Gase verwendet werden als Brennstoff für die Raketenbrenner gemäß der Erfindung, wie z.B. Methan CH^, Ethan G₂ ^H6» ^Pr°pylen CoH^, Propan GoHg oder BrenBtofföle der Gütegrade Nr. 1 bis Nr. 6 (aufgeführt auf Seite 66 der Tabellen von Babcock & Wilcox, 8. Ausgabe 1963, entweder einzeln oder in verschiedenen Mischungen.

Der allgemeine Betrieb des 9O-Z0II Kupolofens nach Pig. I ist im wesentlichen wie es bereits beschrieben wurde. Während des Anzündens der Brenner wird der Luftstrom, der auf eine Temperatur von 120O⁰P erhitzt wurde und in dem Windkasten 11 zirkuliert, wie es in Pig. I angedeutet ist, durch ein nicht dargestelltes Entlüftungsrohr überströmen lassen, so daß er nicht durch die Düsen 14 hindurchströmt.

Zum Anlassen des Betriebs des Systems, wird ein Druckknopf an dem Steuerpult 183 gedrückt, um das solenoldgesteuerte Ventil 182 zu öffnen. Dieses gestattet, daß Gas von der Verbindungsleitung 175 In die Leitung 181 fließt und von dort In die Kreis-Hauptleitung 147, durch den T-Anschluß 148 und durch die T-Ansohlüsse 144 und die Zweigleitung 150 in die einzelnen Zweigleitungen 133. Von jeder der Zweigleitung 133 strömt ein Gasfluß in den verbindenden Gaeeinlaß 133a eines Jeden Brenners 100. Während der Anfangs stufen ist die GasStrömungsrate in die einzelnen

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Brenner etwa 800 standrd cubic feet pro Stunde bei einem Druck von 10 pounds per square inch absolut bei Umgebungstemperatur,

Wie in dem Fall der selbstzerstäubenden Brenner mit Mündungsmischung, wenn angenommen wird, daß der Ofen arbeitet, würden die Brenner sofort gezündet, sobald das Gas in diese hineinströmt. Falls der Ofen kalt ist, würde eine Hilfszündeinrichtung des bereits beschriebenen Typs verwendet. Sobald die Flamme in den Brennern 100 gezündet ist, wird der Sauerstoff zugeführt oder aufgedreht durch Drücken eines Druckknopfes an dem Pult 183 und durch Anheben von Hand des handbetätigbaren solenoidbetätigten Ventils 1^9. Dann strömt ein Sauerstoffatom in die Hauptleitung 162 und in dieBÄnner 100 durch ein Leitungssystem, welches ähnlich dem ist, das unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben ist, in das Sauerstoff-Ölsystem.

Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel wurde die Sauerstoffstromsteuerung und Messung an jeder der Brenner-Zwefeie itungen 13^ durchgeführt, so daß der Sauerstoffstrom in die einzelnen Kupplungen 134a der Brenner 100 aufrechterhalten wurde auf etwa 70 bis I50 standard oublo feet pro Minute bei Umgebungstemperatur und einem Druck von etwa 40 bis 65 pounds per square inoh absolut·

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Sobald die Flammen richtig gezündet sind und in den Brennern 100 sitzen, wird die Entlüftung des Windkastens Il geschlossen und der Luftstrom wieder durch die Düsen geleitet mit einer Rate von etwa 4000 bis 8000 standard cubic feet pro Minute,

Wie in dem Fall des Sauerstoff-Ölsystems sind die Druckschalter I93 und I94 vorgesehen, welche normalerweise betätigt werden und die so ausgelegt sind, daß sie betätigt werden falls ein Gasdruokverlust oder-Abfall oder ein Luftstromabfluß eintritt, um die Zufuhr von Gas und Sauerstoff abzuschalten durch SchiieSen der von Hand rückstellbaren Ventile 182 und I69.

Während der Anfangsversuche, die beschrieben werden, wurden die Brenner 100 mit Wasser gekühlt unter Verwendung der einzelnen Wassermäntel 28 in der vorher beschriebenen Art und Weise. Es wurden nur vier der sieben Brenner 100 verwendet, welche symmetrisch im Abstand in alternierenden Düsen 14 um den Kupolofen angeordnet waren. Die Brenner lOO wurden so ausgelegt, daß sie lang genug waren, sp daß sie bis zu 2 Zoll des Koksbettes in dem Kupolofen eingesetzt werden konnten. Die Stellung der Brenner lOO war gleitbar einstellbar in dem Wassermantel 28 und 0ie konzentrische und seitliche Stellung des jeden Brenners in den Düsen

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wurde gesteuert von einem Stützarmkreuz 29.

Das ursprüngliche Kriterium, welches verwendet wurde beim Prüfen der Wirksamkeit der Düsenbrenner 100, war deren Wirkung bei der Erhöhung der Vorerhitzung des Windes oder Luftstromes. Obgleich dieses Kriterium benutzt wurde, zur Bestimmung der Peuerungsraten der Düsenbrenner, wurde eingesehen, daß es nicht ganz genau sein würde, da die Düsenbrenner Verbrennungsprodukte in den Ofen einführen, welche entweder einen oxydierenden oder reduzierenden l£fekfc auf das Produkt ausüben, je nach dem gewählten Sauerstoff-Brennstoffverhältnis. Außerdem wurde erkannt, daß die Verbrennung von Naturgas in den Brennern große Mengen an Wasserdampf in dem Ofen freisetzt, welches beträchtliche Wärme extrahiert beim Auftreffen auf den heißen Koks.

Als Anfangspunkt wurde der Gasbrennstoff in die Brenner geregelt zur Schaffung von 200°P-Inlsrementen der Luftvorerhitzung, unter der Annahme einer 100 ^-Wirksamkeit in der Verbrennung und im Wärmeübergang von den Brennern zu dem Luftstrom in den Düsen. Die Brennerfeuerungsraten während der beschriebenen Versuche wurden im wesentlichen den Windraten angepaßt. Die Feuerungsraten der Brenner wurden unverändert gelassen bei kleinen Veränderungen in den Windraten. Die Luftstromtemperaturen wurden gemessen

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rait einem nicht dargestellten Thermoelement, welches in die Düse eingesetzt wurde durch eine Beobachtungsöffnung in dem Deckel 25 (siehe Fig. 2), wobei der Brenner gezündet oder befeuert wurde in der maximalen zurückgezogenen Stellung, wie es bereits beschrieben wurde, um die Wirksamkeit des Wärmeübergangs festzustellen oder zu bestimmen.

Pig, 9 zeigt eine Kurvendarstellung, in der die Beziehung zwischen der beobachteten Winderhitzung durch einen Sauerstoff-Gasbrenner 100 in einer der Düsen 14 und errechneten Werten dargestellt ist, wobei die gesamte Windrate in alle acht Düsen gerichtet oder geführt wurde mit einem Durchschnitt von etwa 5000 standard cubic feet pro Minute. Die Abszisse zeigt die Windtemperaturen geraessen in Grad Fahrenheit mal 100, während die Ordinate den Naturgasstrom pro Düse zeigt, gemessen in standard cubic feet pro Stunde mal lOO. Die errechneten Werte, welche angedeutet sind durch die Punkte X wurden abgeleitet unter Annahme einer 100 ^-Wirksamkeit für die Verbrennung des Brennstoffs und den Wärmeübergang, wie es in dem vorhergehenden Absatz beschrieben wurde.

Aus der Figur ist zu ersehen, daß Wirkungsgrade von 33,^ bis 49,6 % beim Aufhitzen oder Erwärmen der Strömungsluft in den Düsen erzielt wurden mit einem 2- zu -1 Sauerstoff-Gas-Verhältnis, wobei die höheren Feuer»ungsraten wirksamer

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waren. Aus der Figur ist weiterhin zu ersehen, daß das 1,5:1 Sauerstoff-Gas-Volumen £«· Verhältnis weniger wirksam war als das 2:1 Volumenverhältnis bei den höheren Feuerungsraten. Während dieser Versuche variierte der Kühlwasserstrom durch die Brennermäntel 28 von 10 bis 15 Gallonen pro Minute bei einer Temperaturaufnahme von etwa 25 F.

Die betrachteten unabhängigen Veränderlichen während der beschriebenen Versuche sind Chargen- oder Beschickungszusammensetzung, Windrate, Brennerfeuerungsrate und Gas-Sauerstoff -Verhältnis. Abhängige Veränderliche sind,■u.a., Schmelzrate, Eisentempeebur, Eisenzusammensetzung, Eisenabschrecktiefe oder Eisenkühltiefe (iron chili depth), Abgastemperatur und Brenner-Kühlwasserverluste. Die Schmelzrate wurde gemessen auf der Basis der Anzahl von 5000 pound MetallChargen, die von dem Kupolofen in einer Stunde verbraucht wurden. Die Eisentemperatur wurde gemessen durch optische Pyrometerablesungen, die alle halbe Stunde vorgenommen wurden. Proben der chemischen Analyse von Kohlenstoff und Silicium wurden von dem VorhenLalle halbe Stunde entnommen. Die Sohlaoke wurde hauptsächlich aufgrund der Erscheinung oder des Aussehens der wassergekühlten Körner eingeschätzt. Abgasproben wurden analysiert auoh Kohlendioxyd. (CO₂), Kohlenmonoxyd (CO) und Sauerstoff (O₂) unter Verwendung eines standard orsat apparates, Abgastemperatüren

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wurden gemessen mit einem Thermoelement, welches in dem Schacht 2 auf der Höhe der Beschickungstür 18 angeordnet wurde (siehe Fig. 1).

Während der ersten der Sauerstoff«Gas-Kupolofen-Versuche~- · wurden vier symmetrisch angeordnete Brenner betrieben unter Feuerung von Naturgas mit Baten bis zu 9300 standard cubic feet pro Stunde unter Anwendung von Sauerstoff-Gasverhältnisse im Bereich von 1,2:1 bis 2,0:1. Die Brenner 200 wurden betrieben mit ihren Mündungen 1 Fuß von dem inneren Ende der Düsen 1*K Die Brenner wurden gezündet bei abgeschaltetem Wind in der vorher erwähnten Weise, um ein Sitzen der Flamme zu gewährleisten. Beobachtungen der Schlacke, der Abschrecktiefe und der chemisch metallurgischen Untersuchungen deuteten an, daß eine nicht richtige Betätigung oder ein nicht richtiger Betrieb der Brenner ohne Einstellung gewisser Parameter gemäß der Erfindung in der vorerwähnten Weise den Ofenbetrieb in nachteiliger Weise beeinflussen könnten durch Herabsetzung der Metalltemperaturen, Verringerung des Silicium und Kohlenstoffgehalts des Erzeugnisses, Erhöhung der Abschreckung und Erzielung von Schlackenproben, die eine unkorrekte oder nicht richtige Flußbildung andeuten. Gemäß der Erfindung hat sich herausgestellt, daß optimale Ergebnisse erzielt wurden bei Anwendung eines Sauerstoff-

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Brennstoffjggg·"- ■-Verhältnisses von wenigstens etwa 1,5:1, welches 75 % des stöchiometrischen Sauerstoffs ist, der erforderlich ist für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffgases. Der Kühlwasserstrom durch diese Brenner, welcher von 10 bis 15 Gallonen pro Minute variierte, zeigte eine Temperatüraufnähme von etwa 25⁰F.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sieben Sauerstoff-Gasbrenner 100,

vorher
anstatt vier, wie es beschrieben wurde, in sieben der acht Düsen in dem Kupolofen nach Fig. 1 angeordnet, wobei die Düse, welche der Rinne I9 am nächsten liegt, nicht benutzt wurde, wie in dem Fall der Sauerstoff-Ölbrenner, wegen der hohen Temperatur in dem Gebiet. Das Sauerstoff-Gasverhältnis wurde aufrechterhalten auf 1,5:1, jedoch wurden die Brenner 100 in der zurückgezogenen Stellung (23 Zoll von dem Koksbett) betrieben.

Es wurden Gesamtfeuerungsraten von I9120 standard cubic feet pro Stunde an verbranntem Gasbrennstoff benutzt. Das Volumen der Viindströmung in dem Wn \ 11 wurde reduziert auf 5000 standard cubic feet pro Minute, um die erhöhte Produktion zu kompensieren oder auszugleichen, die von dem Brenner resultier te w' .

BAD ORiGlNAt 009831/1336

Der bedeutendste oder hervorstehendste Effekt der Sauerstoff-Gasbrenner 100, wie sie gemäß der Erfindung verwendet eurden, war eine Erhöhung in der Schmelzrate. Obgleich diese nicht so groß war wie die, welche mit den selbstzerstäubenden Sauerstoff-Öl-Spitzenmischbrennern 10 (unter Bezugnahme auf Fig. 3A, 3B beschrieben) erreicht wurde, ist sie trotzdem sehr bedeutend.

Die erreichte Erhöhung in der Schmelzrate ist besser verständlich unter Bezugnahme auf die Fig. 10, 11 und Diese Figuren zeigen jeweils die Schmelzrate in dem Kupolofen nach Fig. I₁ wie es angedeutet ist durch die Anzahl der 5000-pound-chargen geschmolzen pro Stunde, aufgetragen gegen die Volumenströmungsrate an Wind in die kollegktiven Düsen, in Standard cubic feet pro Minute mal lOOO; in jedem der drei Fälle: Fig. 10 Verwendung von keinen Brennern, Fig. 11 Verwendung von Sauerstoff-Gasbrennern mit hohen Feuerungsraten und Fig. Verwendung von Sauerstoff-Ölbrennern mit hohen Feuerungsraten. In jeder dieser Figuren stellen die Punkte volle Stundenperioden dar ohne Überströmungen oder Ablässe oder Windänderungenj es wurde das Verfahren der Durchschnitt spunk te oder d·* Durohschnittspunktverfahren verwendet zur Konstruktion der Linie.

009031/1330 -70-

In Pig. 11, welche sich auf die Verwendung von Sauerstoff-Gasbrennern in dem Kupolofen bezieht, betrug die maximale Strömung 19170 standard cubic feet pro Stunde an Naturgas und 28410 standard cubic feet pro Stunde an Sauerstoff. Diese Strömungen wurden gleichmäßig oder in gleicher Weise aufgeteilt auf die sieben Düsengasbrenner 100, im wesentlichen von der Form, wie es in den Fig. 6A, 6b, 6c angedeutet ist. Es wurde geschätzt, daß Schmelzratenerhöhungen von etwa 25 % erreicht wurden unter Verwendung von Sauerstoff-Gasbrennern während der Perioden mit höheren Brennerfeuerungsraten.

In der Kurve nach Fig. 12, welche sich auf die Anwendung von Sauerstoff-Ölbrennern 10 des unter Bezugnahme auf die Fig. 3A, 3B beschriebenen Typs in den Düsen bezieht, ist die Überlegenheit des Olbrennstoffes gegenüber dem Gas sofort sichtbar. Während des ersten Versuchs wurden die Brenner befeuert unter Verwendung von 189 Gallonen pro Stunde an öl und 39550 standard cubic Fuß pro Stunde an . Sauerstoff. (Dieses stellt 75 % der stöohiometrisohen Anforderung an Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung des BrennstoffÖles dar)· Die Schraelzrate erhöhte sich so drastisch, dass die Windströmungsrate von 8000 bis 9000 standard oublo Fuß pro Minute, welche von dem Windkasten in die Düsen Ik strömt, welche ©«^normalerweise erforderlioh ist, um sieben Chargen pro Stunde oh*· Brenner au

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schmelzen, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, reduziert werden mußte auf zwischen 4000 und 5000 standard Fuß pro Minute, um dieselbe Rate zu schmelzen unter Verwendung der Sauerstoff -Ölbrenner 10 des unter Bezugnahme auf die Pig. 3A, 3B beschriebenen Typs. Dieses zeigte eine Erhöhung von 90 % oder mehr der Schmelzrate. Während der Perioden mit niedrigen Metallanforderungen hat sich weiter herausgestellt, daß die Brenner in wirksamer V/eise die nachteiligen Wirkungen der Windabströmungen wie z.B. niedrige Metalltemperaturen und niedrige Kohlenstoff und Siliciumgehalte auf ein Mindestmaß herabsetzen. Nach einem zeitweiligen Anhalten und Windablassen wurden die Of en tempera türen schnell auf Pegel oberhalb 2900⁰F zurückgeführt unter Verwendung der Sauerstoff-Ölbrenner 10; die Durchschnittsmetalltemperatur während der Brennerbenutzung war höher als die, welche erreicht wurde ohne Brenner, auch wenn die Frequenz und Dauer der Perioden an Windablässen oder Windabblasen viel größer waren.

Bei zwei zusätzlichen Versuchen, die Gefahren wurden an dem Beginn einer Periode maximalergiHiproduktion mit einem niedrigen Pegel in dem Kupolofen oder dem Herd, wurde der Kohlenofen 1 umgewandelt auf eine doppelte Chargierung oder Beschickungspraxis, die darin besteht, daß zwei Spaltungen oder Teilungen (splits) an Koks,

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Kalkstein, Spat und Silicium einem Becher hinzugefügt - wurde, gefolgt von zwei Bechern jeweils mit einer 5000 pound Metallcharge. Diese Arbeitsweise erhoffe die Kapazität des Bs«schickungssystems und erhöhte die Packung in dem Schacht, um Schachtgasgeschwindigkeit zu reduzieren.

Bei dem ersten dieser Versuche wurde eine Windrate von 8000 standard cubic Fuß pro Minute in die kollektiven Düsen 14 verwendet. Der Ölstrom wurde aufrechterhalten auf 210 Gallonen pro Stunde und der Sauerstoff wurde variiert zwischen 79750 und 36750 (5I % bzw. 62,5 % der stochiometrischen Anforderung für eine vollständige Verbrennung) ·

Während ohne Brenner diese Windrate normalerweise etwa 7 1/2 flharge oder Beschickung pro Stunde schmelzen würde, schmolz oder verarbeitete der Ofen während einer gemessenen Stunde bei dea vorliegenden Versuch sieben Doppelbeschickungen gleich 14 einzelne Beschickungen oder Chargen.

In dem zweiten dieser Versuche wurde die Windrate verringert von 8000 auf 7000 standard oubio Fuß pro Minute. Der Ölstrom betrug 210 Gallonen pro Stunde und Sauerstoff wurde zugeführt mit einer Bate von 40250 standard oubio Fuß pro Stunde (68,4 % der stöohiometrisohen Anforderung).

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Die Anzahl der geschmolzenen Chargen in einer gemessenen Stunde an Brennerbenutzung waren sechs doppelte Chargen, gleich zwölf einzelne Chargen. Aus diesen Versuchen geht hervor, daß die Produktivitätserhöhung bei einer Windrate von 8000 Standard cubic Fuß pro Minute in die kollektiven Düsen etwa 90 % betrug. Punkte, welche jeden dieser Versuche darstellen, sind in Fig. 12 eingezeichnet. Aus der Figur ist zu ersehen, daß bei Benutzung cfer Sauerstoff-Brennstoffbrenner in der beschriebenen Weise mit Sauerstoff von etwa 75 % der Anfofderung für eine vollständige Verbrennung die Leistung des Kupolofens sehr stark die Bedingung überschreitet, bei der der Windstrom benutzt wird ohne die zusätzlichen Brenner.

Ein weiterer Vorteil, den die soeben beschriebenen Versuche zeigen, besteht in einer Verringerung von etwa 10 % in dem erforderlichen Koks; während dieser Versuche schien es jedoch nicht, daß eine sehr starke Reduzierung in Koke ratsam wäre, da eine Aufnahme oder Zunahme (piok-up) in dem Kohlenetoffgehalt versuoht wurde. Außerdem wurden ChargenVeränderungen durchgeführt während eines Teiles der Periode der Sauerstoff-Ölbrennerverauche, welche dazu neigten, die Menge an möglicher Kokereduktion zu beschränken.

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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sauerstoff-Brennstoff -Brennerverfahrens ist in den Pig. 13A und 13B angedeutet, in denen Verteilungsfrequenzen gegen Rinnentemperaturen aufgetragen sind für einen normalen Betrieb des Kupolofens ohne Sauerstoff-Brennstoffbrenner und für eine gleichartige Periode unter Verwendung von Sauerstoff-Ölbrennem 10. Die Brenner 10, welche in der beschriebenen Weise beschrieben wurden, verwendeten oder verbrauchten im Durchschnitt 1Ö9 Gallonen pro Stunde an Öl und 39550 standard cubic Fuß pro Stunde an Sauerstoff % des fctöchiometrisohen Erfordernisses.) Bei dem

Brennerbetrieb wurden die Winraten reduziert von zwischen 8000 und 9000 standard cubic Fuß pro Minute, wie bei dem normalen Betrieb, auf zwischen 4000 und 5000 standard cubic Fuß pro Minute. Binnen- oder Ausflußproben zeigten das Vorhandensein oder die Anwesenheit von gesättigtem Eisen in dem Erzeugnis des Sauerstoff-Ölbrennerbetriebes an. Außerdem wurde die Silioiumproduktion aus der Reduktion des Kernsandeβ in der Charge erhöht auf etwa 3,0 % in dem Produkt.

Weitere Versuche wurden durchgeführt um festzustellen oder zu bestimmen, ob die Brenner in wirksamer Weise betrieben werden können mit weniger als 100 % Sauerstoff .Wenn der Brenner in der Düse angelassen oder gestartet wurde unter

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Verwendung von lediglich Luft zusammen mit einer Kupolwindrate von 5000 standard cubic Fuß pro Minute, verdunkelte sich die Düse und es war keine Flamme sichtbar« Wenn dann Sauerstoff verwendet wurde zum inreichern der Luft bis eine gewisse Verbrennung sichtbar wurde, wurde festgestellt, daß die Kombination von 3550 standard cubic Fuß pro Stunde an Luft und 3550 standard cubic Fuß pro Stunde an Sauerstoff (etwa 60 #des gesamt erforderlichen Oxygens für eine stöchiometrische Verbrennung) eine Verbrennung unterstützen oder aufrechterhalten würde. Aus diesen Er-.gebnissen und Feststellungen geht hervor, daß es wirtschaftlicher ist und im allgemeinen zufriedene teilend ist, den Brenner mit 100 % technisch reinem Sauerstoff bei niedrigeren Strömungsraten zu betreiben, anstatt primär oder hauptsächlich Luft in die Verbrennung einzuführen.

Ein weiterer Versuch wurde gefahren, bei dem eine gerade oder direkte Ölinjektion ohne Sauerstoff ebenfalls versucht wurde über eine Periode von 1 Stunde an allen Brennern unter Verwendung von 210 Gallonen Öl pro Stunde. Bei diesem Versuch verdunkelten sich die Düsen sofort und die Metalltemperatur fiel von 2930 auf 277O⁰F. Der Kohlenstoffgehalt in dem Erzeugnis fiel von 3,4-5 % auf 3,33 % und der Siliciumgehalt in dem Erzeugnis fiel von 2,10 % auf 1,90 %. Dieser Versuch neigt dazu, den Schluß

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oder die Annahme zu unterstützen, daß reiner Sauerstoff

temperatur oder eine höhere ^"^°^"π'£^οοο^^Ί<Γ1Μ·^<£^ΐΓ?1'^<' erforderlich ist, um den Absohreckeffekt auf den Ofen bei reiner Brennstoffinjektion aufzuheben oder einzuähränken und daß erhöhte Mengen an Brennstoffinjektion eine Verbrennung durch einen Sauerstoff-Brennstofbrenner der vorerwähnten Konstruktion erfordern.

Ein weiterer Versuch unter Verwendung von Sauerstoff-Ölbrennern 10 gemäß der Erfindung wurde durchgeführt bei der Herstellung von geschmolzenem Eisen in einem Kupolofen der allgemeinen Form, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist; der Versuch kann wie folgt unter Bezugnahme auf Tabelle III zusammengefaßt werden. Der Ofen, welcher einen nicht dargestellten Wassermantel hat, wird mit Wasser gekühlte Kupferdüsen ausgestattet und mit einer Windstromtemperatür von 1200⁰F betrieben. Die Brenner 10, welche in sieben der acht Düsen angeordnet sind, waren selbstzerstäubende Spitzenoder Mundstückmischer des allgemeinen Byps, wie es in den Figuren 3A, 3B gezeigt ist. Das verwendete Öl war Nr. 2 Brennstofföl, welches mit technisch reinem Sauerstoff, gemäß den vorher erwähnten Standards, verbrannt wurde.

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Tabelle	III	Normaler Betrieb	Sauerstoff-01- düsen- Brenner
		18,75	30,0
de)		8000	8000
tiibik Fuß		240	216
Tonne)

Schmelzrate
(Tonnen pro Stunde)

pro Minute)

Koks (pounds pro Tonne) Ölstrom (Gallonen pro Std.

Sauerstoffstrom (Standard cubic Fuß pro Stunde)

Sauerstoff (stöchiometrische Prozent der Anforderung für eine vollständige Verbrennung)

210

40250 66,0

Bei einem einzelnen Brennerkopf sind typische Parameter wie folgt: Bei der in Tabelle III aufgeführten Sauerstoff-

Strömungsrate betrug der Druck etwa 2,95 kg/cm pounds per square inch absolut) die Temperatur betrug etwa 26,7 C (80⁰F), bei dem aufgeführten Ölstrom betrug der Druok etwa 1,76 kg/cm (25 pounds per square inoh absolut) und die Temperatur betrug etwa 26,7⁰C (8O⁰F). Der Bereioh der Brennerflammentemperaturen war etwa 220O⁰C bis 276O⁰C (4000 bis 5000⁰F).

In Tabelle IV sind eine Reihe von Versuchen in einer Automobilfabrik oder automatischen Fabrik (automotive factory) zusammengefaßt, die an einen wassergekühlten Kupol ofen von im wesentlichen in der in Fig. 1 gezeigten Aus-

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führungsform durchgeführt worden, in der der normale Betrieb verglichen wird mit einem Betrieb gemäß der Erfindung unter Verwendung von Sauerstoff-Ölbrennern 10, wie sie im wesentlichen in Fig. 3A, 3B gezeigt sind, in sieben der sieben symmetrisch im Abstand angeordneten, wassergekühlten Düsen des Kupolofens. Wie bei den vorherigen Versuchen wurde als Öl Nr. 2 Brennstofföl verwendet (gemäß dem Standard der American Society of Testing Materials) und der Sauerstoff war technisch reiner Sauerstoff.

Tabelle IV

SohmeIzrate
(Tonnen pro Stunde)

Windrate (Standard oubio Fuß pro Minute)

Koks (pounds pro Tonne)

Vergleich oder Verhältnis von Stahl zu verwendetem Eisensohrott, angezeigt durch das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff in der Charge

Öletrom (Gallonen pro Std.)

Sauerstoffstrom (Standard oubio Fuß pro Stunde)

Sauerstoff (stöohiometrisohe Prozentlatz an Sauerstoff, der erforderlioh ist für eine vollständige Verbrennung)

Normaler Betrieb

38-30

1^500

300

Sauerstoff-

Ölbrenne r-Benutzung

11800

233 52

170 59000

120

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Wie bei dem vorhergehenden Beispiel angedeutet, sind typische Parameter an dem Brennerkopf bei dem aufgeführten Stromungsgrad wie folgt: Sauerstoff-absolutdruck war etwa 4,92 kg/om (70 pounds per square inch) bei etwa 26,7°C (8O⁰P); der Ölabsolutdruck betrug etwa 2,81 kg/cm² (40 pound per square inch) bei 26,7°G (8O⁰P). Die Flammentemperaturen lagen in dem Bereich von etwa 220O⁰C bis 2?60°C (4000 bis 5000⁰F).

Der Typ des Ofenbetriebs, der in der vorhergehenden Diskussion behandelt wurde, welches das Schmelzen von Rohelsen und Stahlschrott zur Bildung von geschmolzenem Eisen in einem Kupolofen betrifft, beinhaltet im allgemeinen die mehr oder weniger vollständige Verbrennung des Kohlenwasserstoffbrennstoffes zur Bildung von Kohlendioxyd und Wasser gemäß der Gleichung

CH^ + 2O₂ » GO₂ + 2H₂O (1)

Bei dieser Situation werden optimale Ergebnisse erzielt bei der Anwendung einer Menge an Sauerstoff als Verbrennungsmittel, welche zwischen 60 und 150 % liegt oder bei einem bevorzugtem Betrieb zwischen 60 und lOO % (Gewichtsprozent) der stöohiometrisehen Menge an Sauerstoff liegt, die erforderlich ist für eine vollständige Verbrennung in dem Brenner.

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Bei anderen Arten von Ofenbetrieben kann jedoch die unvollständige Verbrennung oder Pyrolyse des Kohlenwasserstoff -Brennstrffes erwünscht sein in einer hypothetischen Reaktion etwa der folgenden Gleichung:

GH^ + 1/2 O₂ = 2H₂ + GO. (2)

Diese Reaktion beinhaltet die Anwendung von etwa 25 Gewichtsprozent der stochiometrischen Menge an Sauerstoff, die erforderlich ist für eine vollständige Verbrennung in dem Brenner.

Die folgenden sind Analysen von Gasproben, die an den Brennkammern verschiedener Raketenbrenner entnommen wurden, welche betrieben wurden zur Erzeugung der Pyrolyse der verbrauchten Kohlenwasserstoffbrennstoffe.

Von Wichtigkeit bei diesen Versuchen war die Fähigkeit der Raketenbrenner eine fast vollständige Transformation oder Umwandlung des Methans CHj, ai Kohlenmonoxyd CO und Wasserstoff H₂ zu bewirken, wie es ■£«· Versuoh Nr. 3 der Serie Nr. 1 zeigt.

Die niedrigeren Ausbeuten in Serie Nr. 2 können erklärt werden durch das niedrigere Brennstoffkammerlängen-Bereich-Verhältnis und möglicherweise durch höhere Strömungsraten des Sauerstoffs und Brennstoffs.

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Tabelle

	H	I	2	CO	CO₂	CH^	°2	^N2	A Ge samt
Serie Nr. 1
1" dia. x 8" (2,5 cm 0 χ 20 cm) Verbrennungskammer
1. 1500 scfh (42,5 m-Vst)gas 750 scfh (21,2 m-Vst)0₂ = {25% stöchiome- trisch)	39	,2	28,0	5,7	17,4			90,3
2. 1500 scfh (42,5 nryst.) gas 900 scfh (25,5 m3/st)0₂= (30£ stöchio- metrisch)		,0	33,6	7,4	8,0			92,0
3. I5OO scfh gas (42,5 m^/stjgas ~ 1050 scfh (29,7m^J pro st.)O₂= (35# stöcniome- trisch)	4	39,9	8,0	2,1			91,4
Serie Nr. 2
1 1/2 dia. χ 8» (38 mm 0 χ 203 nun) Verbrennungskammer

1. 7480 sofh (212 m³/ st) gas «

6I50 sofh (l74raV et) O₂* ($ Btöchiome-

trisch) 25,7 17,13 4,11 48,5 0,11 _t65 ,05 96,25

1/2" dia χ 12" Verbrennungekammer (38 mm 0 χ 305 mm)

2. 7480 scfh

(212 m3/st)gas 6150 sofh (174 m3/

(41 i»fcöehiome- 29,6 18,59 3,93 44,3 0,13 ,51 ,05 97,11 trisoh)

In den Serien Nr. 2 wurden die O₂ und H₂ Bestimmungen durchgeführt mittels Massenspektrometer ausgeglichen durch Chromatograph.

Im folgenden wird eine Abwandlung der Erfindung beschrieben, bei der die Sauerstoff-Brennstoffdusenbrenner eingebaut sind in einen Eisen-schmelzenden Hochofen gemäß der Lehre der Erfindung.

Bei dem in den Fig. 14 und 15 gezeigten Hochofen zum Eisenerzsohmelzen sind die Düsenbrenner 200 in den Düsen Ik im wesentlichen in derselben Weise angeordnet, wie es in Pig. 2 gezeigt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform können sie Naturgasbrennstoff verbrauchen in den wassergekühlten Haketenbrennern 200, welche im einzelnen in den Fig. £A, fB_t 0G gezeigt und in bezug darauf beschrieben sind und die mittels eines Rohrsystems und eines Sauerstoff-Gasversorgungssystem versorgt werden, welches im wesentlichen die Form hat, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 7 beβohrleben wurde· Es ist jedooh selbstverständlich, daß sowohl das wie Öl gleichzeitig ale Brennstoffe in einem Raketenbrenner gemäß der Darstellung naoh den Fig· ΘΑ, SB, 8c benutzt werden können; in diesem Fall würden die Brenner an ein geeignetes Versorgungssystem angeschlossen, welches die Öl und Glasversorgungssysteme naoh den Fig. 4 und 7 kombinieren würde. Bei anderen

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alternativen Ausführungsformen kann der selbstzerstäubende Sauerstoff-Ölbrenner 10 mit Spitzen« oder Mündungsmischung nach den Pig, 3A, 3B in den Düsen Ik des Eisen-Hochofens der Fig. 3Λ und 15 verwendet werden, oder der Sauerstoff-Gas-Raketeneinsatz lOO der Pig· 6A_t 6B unter Verwendung des Wassermantels der Fig. 3A, 3B. In jedem Fall würde ein geeignetes Versorgungssystem gemäß den Fig. k> oder 7 angewendet werden.

e Fig. I^ zeigt einen Eisen-Hochofen üblicher Art, der geeignet ist zur Verwendung von Sauerstoff-Brennstoffbrennern gemäß dem Verfahren der Erfindung,

Dieser weist ein Fundament 302 mit einem Durchmesser von etwa 18 m (60 Fuß) und einer Höhe von etwa 6,4- m (11 Fuß) aus Beton oder dergleichen auf, auf dem eine Basis oder ein Bodenteil 303 gestützt ist, welches Schichten aus feuerfestem Stein oder Schamottsteinen hat, die bis zu einer Höhe von etwa 0,6 m (Z Fuß) über der Spitze oder dem oberen Teil des Fundaments aufgebaut sind und einen Innendurchmesser von etwa 7*3 m (2^ Fuß) haben. Die Basis oder das Bodenteil umgibt eine im wesentlichen zylindrische Wand 30^ aus Schamottsteinen, etwa 9I,4 cm (36 Zoll) dick mit einem Außendurchraesser von etwa 9 m (30 Fuß), dieses Teil steigt bis zu einer Höhe von etwa 3 m (10 Fuß) ober-

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halb des Basisteiles an und umgibt den als Herd bekannten Teil. Die Kerbe oder Rinne 306, die von dem unteren Teil des Herdteiles wegführt ist so eingerichtet, daß sie das geschmolzene Eisen abführt, während die Kerbe oder Rinne 307 auf einem geringfügig höherem Pegel zum Abführen der Schlacke dient, die oben auf dem geschmolzenen Eisen schwimmt.

In dem oberen Teil des Herdteiles 305 sind mehrere Düsenöffnungen 31^ symmetrisch in einer horizontalen Ebene etwa 2,7 m (9 Fuß) oberhalb der Basis des Herdes 305 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform sind es zwanzig und haben in jedem Fall eine kegelstumpfforinige Öffnung in der Ziegelsteinwand 30^ mit einem Durchmesser von etwa 40, 6 cm (16 Zoll) an dem äußeren Ende und etwa 25,^ cm (10 Zoll) an dem inneren Ende; an ihrem inneren Ende ist eine Metalldüse 3l^a angebracht, die einen Außendurchmesser von etwa 25,^ cm (10 inches) hat, wassergekühlt ist und 1 1/2 Zoll dicke Wände hat. Jedes der Blasrohre 32k_t welche innerhalb der Düsen angebracht sind, ist etwa I52 cm (60 Zoll) lang und endet in einer Entfernung von etwa 20 cm (8 Zoll) von der inneren Fläche der Feuersteindüsenöffnung

Die Blasrohre 32^₉welche aus mit feuerfestem Material

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ausgekleidetem Stahl bestehen, sind nach unten geneigt, wobei jedes in einem Winkel von etwa 10° zur Horizontalen liegt. Diese nehmen Sauerstoff-Brennstoffbrenner 200 auf, welche konzentrisch in den Blasrohren 324 angeordnet sind^ in der Weise, wie es im allgemeinen unter Bezugnahme auf die Kupolofenausführungsform nach den Pig. I und 2 beschrieben wurde, und welches noch näher erläutert wird.

Nach Pig. 15, welche eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab des Düsen- und Windrohrbereichs in dem Ofen nach Pig» 14 zeigt, sind die Düsenblasrohre 324 angeschlossen durch ein nach unten gerichtetes Rohr 324a aus Stahlabschnitten welches im Innendurchmesser ansteigt von etwa 10 Zoll an den inneren Anschluß zu dem Düsenblasrohr zu 16 Zoll an dem Außenanschluß, wo sie jeweils in ein Blashaupt- oder Ringrohr yil münden. Das letztere, welches eine Stahlhülle aufweist, die mit Schamottsteinen mit einer Dicke von etwa 18 Zoll ausgeklefclet ist, hat einen Innendurchmesser von 4 Fuß und wird in einem Rahmen gestützt, so daß sie konzentrisch die "Rast" 309 des Hochofens umgibt. Die Feuersteinwände 308 der Rast 309 sind naoh außen geneigt von einem inneren Durchmesser 24 Fuß in einer Ebene gerade oberhalb der Bbene der Düsen 3^4 zu einem inneren Durchmesser von 28 Fuß in der Ebene der Haupt- oder Ringleitung JH auf einer vertikalen Höhe von

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10 Fuß.

Die Ringleitung 311 ist über ein System von Leitungen angeschlossen mit einem Ziegelstein oder Eisenofen 313& zum Erhitzen des Luftstromes mittels der Abgase von dem Ofen oder in einer anderen bekannten Weise. Der Luftstrom entsteht oder wird erzeugt in einem üblichen hin- und hergehenden oder Turbinengebläse 313» welches einen Luftstrom des erwünschten Volumens, der Geschwindigkeit und dem Druck erzeugt.

Das obere Teil der Rast 309 ist außerdem umgeben von einem konzentrischen Wasserrohrsystem 316, welches die Rast- und Herdbereiche kühlt. Mehrere vertikale Rohre 316a, die an das konzentrische Rohrsystem 316 angeschlossen sind, liefern Kühlwasserströme nach unten an der Rast 309 und den Heizteilen 305 vorbei, welche auf das Fundament hinausführen .

An dem oberen Ende der Rast 309 ist ein ringförmiger Eisenrahmen 317, Mantel genannt, in dem Ziegelwekjr eingebaut, welches den Schacht 3I5 stützt, der etwa 56 PuQ hooh ist und sich von einem maximalen inneren Durchmesser von 28 FuS an der Verbindungsstelle mit der Bast 309 zu einem inneren Durohmesser von 19 Fuß an dem Hals oder Kranz verjüngt. Wie in dem unteren Teil weist der Sohaoht 315 eine Stahlhülle auf, die mit Feuersteinen von einer Dicke

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von etwa 27 Zoll ausgekleidet ist. Der Hals oder Kranz hat einen Innendurchmesser von 19 Fuß und wird verschlossen mit einer Glocke oder einem Kegel 318» öLie bzw. der dazu dient, das Ausströmen von Gasen aus dem Schacht zu verhindern.

Oberhalb der Glocke 318 ist die Füllvorrichtung 321 angeordnet, in die die Beschickung oder Charge eingesetzt ist, so daß sie in den Ofen fallengelassen werden kann. Im allgemeinen wird die Charge oder Beschickung zu dem Fülltrichter durch irgendeine Art von Dichtwagen oder Fördergefäß befördert, der auf einer Schiene oder einer Spur läuft und durch ein System von Rollen oder Scheiben betrieben wird, die von üblicher Art und daher nicht dargestellt sind.

Die Stahlrohre 322, welche einen Innendurchmesser von 6 Fuß haben, dienen als Gasabfuhrro ilen, um die Abgeöe

wegzuführen, welche gereinigt und durch den Ofen 313a

dar
(bei einer nicht angestellten Anordnung) geführt werden können, um den einkonanenden Luftstrom in der Leitung 312 zu erhitzen.

Gemäß der Erfindung, werden Sauerstoff-Gasdüsenbrenner 200 der in den Fig. 8A, 8B, 8C gezeigten Auaführungsform

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verwendet in einem Eisenerzsohmelz-Hochofen im wesentlichen von dem in Pig. Ik und 15 gezeigten Typ.

Die Düsenbrenner 200 werden alle in den Düsen Jlka in dem Hochofen der Fig. Ik eingebaut. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt deren Anzahl 20 und jede ist wassergekühlt mit einem Masserstrom, welcher durch den Wassermantel mit einem Mindestdruck von 65 pounds per square inch absolut und einer Strömungsrate von 25 Gallonen pro Minute einströmt.

Die Brenner 200 (Fig. 8A, OB, 8C) werden,nachdem sie gezündet wurden in der bereits in bezug auf den Kupolofenbetrieb nach Fig. 1 beschriebenen Weise, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel betrieben mit technisch rei-nem Sauerstoff, der in jeden der Brennerkörperköpfe 205 durch die Kupplung 223 einströmt mit einer Strömungsrate von 5000 standard cubic Fuß pro Minute, einem absolutem Druck von 30 pounds per square inch bei Umgebungstemperatur. Gleichzeitig strömt Naturgas in die Kupplung 219 mit,einer Strömungsrate von 3500 standard cubic Fuß pro Minute, einem absolutem Druck von 20 pounds per square inch bei Umgebungstemperatur.

Einzelheiten des Betriebs der bevorzugten Arbeitsweise

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sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle VII

	Steuerperiode	Brenne rpe riode
Wind (zu allen Brennern, standard cubic feet pro Minute)	72000	68000
Schmelzrate (tons von heißem Metall pro Tag)	1200	1800
Koksrate (tons für die	1150	950

vorher erwähnte Anzahl von Tonnen von heißem Metall)

Brennersauerstoff 0

(ζμ allen Brennern, Standard cubic feet pro Stunde)

Brennergas (zu allen 0 Brennern, standard abic feet pro Stunde)

Brenneröl, falls verwen- 0 det (zu allen Brennern,

Gallonen pro Stunde)

100000 70000

Bei dem Eisenschmelz-Hochofen liegen typische Brennerflammentemperaturen in dem Bereich von 3000 bis 5000⁰F und die Raketenbrennerflaramen-Geschwindigkeiten liegen in dem Bereich von 3000 bis 3500 Fuß pro Sekunde.

Es ist zu ersehen, da« die Prinzipien der Erfindung anweadbar sind auf andere Arten von Öfen als die in der Beschreibung bisher besohriebenen, einschließlich Öfen

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zum Schmelzen von Erzen, die Kupfer, Blei und Antimon enthalten. Ein typischer rechteckiger Blei-Hochofen, auf den die Erfindung angewendet werden kann, ist in Fig. 16 in Vorderansicht dargestellt.

Der Blei-Hochofen der Fig_# 16 weist ein Fundament auf aus Schamottsteinen ο.dgl., in dem eine Vertiefung oder Tiegel 401 gebildet ist, der sich von einer Breite von etwa 4 1/2 Fuß. an seiner Fläche zu 4 Fuß an dem Boden verjüngt, 6 Fuß lang ist, 20 bis 36 Zoll tief ist und dazu dient, das geschmolzene Blei abzuführen, welches von dem Schmelzprozeß herrührt. Ein Auslaß 403b dient zum Abzapfen des geschmolzenen Bleis von dem Tiegel 401, während die oben schwimmende Schlacke durch den Auslaß 407 abgezogen wird.

Über dem Tiegel 401 erhebt sich der Herdteil 405 des Ofens in Form eines rechteckigen Eisenkastens mit einer inneren Abmessung von beispielsweise 5 V2 Fuß Breite mal I5 Fuß Länge. Die vertikalen Gußeisenwände, 3/8 Zoll dick, erheben sich zu einer Höhe von etwa 5 Fuß über dem Fundament 402. An dem oberen Ende des Herdes 405 setzen sich die Oußeisenwände 408 fort, und erstrecken sioh nach oben zur Bildung der Rast 409, die etwa gleiche innere Abmessungen hat wie der Herdteil oder geringfügig größer ist. Die

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Wände der Hast 409 erstrecken sich im wesentlichen vertikal iim eine Länge von 3 1/2 Fuß. Ein Rahmenwetk oder stützende Stangen stützen den oberen Brennabschnitt 416, der sich von einer Breite von etwa 5 1/2 Fuß und einer Länge von 15 Fuß an seinem unteren Ende zu einer geringfügig größeren Breite erweitert bei einer Höhe von etwa 7 Fuß. Dieser gesamte Unterabschnitt des Ofens ist mit einem Wassermantel versehen in einem Gehäuse ausGußeisen, 1/2 Zoll dick, welches die inneren Wände des Ofens bildet. Der obere Verbrennungsabschnitt 416 endet in einem Ziegelsteinschornstein 415, der sich zu einer beträchtlichen Höhe oberhalb des Fundaments erstreckt und von einem Rah-

ließlich
menwerk einschichtiger Kolonnen oder Säulen 420 gestützt

Der Ofen kann ausgerüstet sein mit zwei getrennten Sätzen von Düsenrohren 414a, 414b, jeweils drei Zoll Innendurchmesser, die horizontal oder mit geringer Neigung durch die Ofenwände hindurchgehen. Der untere Satzai Düsen 414b ist in dem iierdgebiet angeordnet etwa 1 Fuß oberhalb des Tiegels. Die Düsen in diesem Satz betragen 16 in der Anzahl und sind etwa 12 Zoll beabstandet in den Ost- und Westwänden des Herdbereiches. Es können auch Düsen in den Nord- und Südwänden (nicht gezeigt) angeordnet sein. Es kann außerdem ein zweiter Satz an Düsen 414a

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vorgesehen sein, die im gleichen Abstand wie der untere Satz angeordnet sind und in den Ofen in dem Rastbereich eintreten, mehrere Fuß oberhalb des unteren Satzes. Die letzteren Düsen können ebenfalls 16 in der Anzahl betragen und zwar jeweils in den Ost und Westwänden; es können auch Düsen auf diesem Pegel oder dieser Höhe in den Nord- und Südwänden (nicht gezeigt) vorgesehen sein.

Die Düsen W.i|<a und W^b, auf beiden Pegeln, haben jeweils nach unten gerichtete Anschlußrohre if24a und ^2^-b, die jeweils an eine obere Ringleitung WIa angeschlossen sind soviie an eine untere Ringleitung WIb, welche den Ofen umgibt. Jede der Ringleitungen WIa und WIb ist über jeweilige Leitungen an einen nicht gezeigten Luftkompressor angeschlossen, wie es unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren beschrieben wurde.

Gemäß der Erfindung können irgendwelche Brenner der vorher erwähnten Arten in dem Ofen an dem Pegel der Düsen W4-b mit sehr vorteilhaften Ergebnissen für die Erzeugung von Blei, vorzugsweise innerhalb abwechselnder Düsen W^b angeordnet sein. Bei gewissen Abwandlungen können die Brenner in alternativer Weise direkt in die Wände des Ofens eingesetzt sein oder in die vorderen und hinteren Düsen oder in die Düsen W^a, welches ebenfalls vorteilhafte Ergebnis J^** d-en Prozeß ergibt.

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i der im nachfolgenden beschrieben bevorzugten Ausführungsform ist die Ausrichtung der Brenner in dem Ofen im wesentlichen so, wie es schematisch in Fig. I7 angedeutet ist, welche eine Draufsicht des Blei-Hochofensnach Fig. 16 zeigt, einschließlich der Brenner in alternierenden Düsen 414b in den Ost und Westwänden. Wie in Fig. 17 angedeutet,ist die Trennung oder der Abstand zwischen den benachbarten Düsen an jeder Seite des Ofens etwa 2 Fuß. Bei einer bevorzugten Anordnung sind die Brenner an den beiden Seiten des Ofens in gestufter Beziehung angeordnet, so daß in jedem Fall der Brenner auf der einen Seite einer leeren Düse auf der gegenüberliegenden Seite des Ofens gegenüberliegt.

Fig. 18 zeigt eine Schnittansicht der Brennerwand der Fig. 16, in der die Stellung und Anordnung der Brenner 428 in den Düsen 414b gezeigt ist, Die inneren und äußeren Wände des Blei-Hochofens der Fig. 16 sind 6 Zoll beabstandet. Die Düsenrohre 414b, welche durch die Dicke der doppelten Wand hindurchgehen, haben einen Außendurchmesser von 3 1/2 Zoll, eine Dicke von 1/4 Zoll und ete Länge von 16 1/2 Zoll, einschließlich der Düsenrohrverlängerung 424. Sie können leicht nach unten gekippt werden in einem Winkel von beispieleweise 5°. Falls das Düsenrohr horizontal ist, ist der Düsenbrenner in einer leiohten Neigung

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(etwa 5°) zur Längsachse der Düse angeordnet. Andernfalls, falls das Düsenrohr nach Abwärts geneigt ist, ist der Brenner konzentrisch zur Längsachse angeordnet. Die Mitte des Düsenrohres kann in das Innere des Ofens um einen geringen Abstand vorstehen. An seinerääußerem Ende endet das Düsenrohr 414b in einem Plansch, an dem ein zusammenpassender Plansch eines Düsenverlängerungsapohres 424 mit einem Innendurchmesser von 3 Zoll befestigt ist, welches sich nach außen um einen Abstand von 12 Zoll erstreckt. An das Düsenverlängerungsrohr 424 ist das nach unten kommende Rohr 424b angeschlossen, welches zu der Lufthauptleitung WIb führt. Das äußere Ende des Düsenverlängerungsrohres 4-24 ist geschlossen durch eine Abdeckplatte 425, im wesentlichen in derselben Weise wie bei dem Verlange rungs· rohr 24 nach Fig. 2, wie es unter Bezugnahme auf den Eisenschmelz-Kupolofen beschrieben wurde. Konzentrisch in dem 3-Zoll-Innendurchmesser-Düsenrohr 414b und dem Verlängerung srohr 424 ist ein Raketenbrenner 428 der in den Pig. 19A, 19B gezeigten Form eingepaßt. Das innere Ende des Brenners 428 ist vorzugsweise zurückgesetzt um einen Abstand von etwa 6 Zoll von dem inneren Ende des Düsenrohres 414b zu der Außengrenze des Wassermantels in der Düse.

Wegen der schmalen Abmessung der Düsen 414b des Blel-

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Hochofens sind die Brenner viel kleiner im Durohmesser als die vorher beschriebenen. Der Wassermantel der beschriebenen Brennerausführungsform weist zwei konzentrische Kupferrohre auf, von denen das äußere Rohr 430 einen Außendurchmesser von 1 5/8 Zoll, eine Wanddicke von 0,072 und eine Länge von 20 3/8 Zoll hat, und das innere Bohr 438 einen Außendurchmesser von 1 1/8 Zoll, eine Wanddicke von 0,065 Zoll und eine Länge con 24 3/* Zoll hat. Die vorerwähnten konzentrischen Bohre 430 und 438 sind bündig an ihren inneren Enden, die zusammen innen abge-

üblicher dichtet oder versiegelt sind mit einem »e, ringförmigen Stöpsel *K39,der zwischen dem inneren Umfang des Rohres 4-30 und dem äußeren Umfang des Rohres 438 hineinpaßt und sich etwa 1/4 Zoll in axialer Richtungnach innen erstrecke.

Die Rohre 430 und 438 werden in ihrer konzentrischen Anordnung gehalten mittels zwei Paare von Kupferstäben 447a, 447b, die jeweils einen Durchmesser von 3A6 Zoll haben und in Längsrichtung in dem Ringförmigen Raum zwischen

ο
den beiden Rohren um 90 Trennung in der Querschnittsebene angeordnet und an der äußeren Fläche des Rohres 438 verlötet sind. Das längere Paar 447b ist 20 3/4 Zoll lang und endet 5/8. Zoll von dem inneren Ende des Wassermantels. Das kürzere Paar ist 3/4 Zoll lang und endet 2 Zoll von dem

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inneren Ende des Wassermantels.

Die konzentrischen Rohre 4-30 und 4-38 sind an ihren äußeren Enden in einen zylindrischen Brennerverschlußaufbau 432 eingepaßt, der einen Außendurchmesser von 2 1/2 Zoll und eine Länge von 4 Zoll hat. Der Brennerverschlußaufbau 4-32 hat Wassereinlaß- und-auslaßanschlüsse 435 bzw. 436, die in den Kanal zwischen den Kupferrohren 4-30 und 438 münden. Die Wassereinlaß- und -auslaßanschlüsse 435 und 436 sind an eine übliche nicht dargestellte Wasserverteilerleitung angeschlossen,

In dem Brennerrohr ist 6 Zoll von dem inneren Ende 431 ein zylindrisches Gasrohranschlußstück 440 zentrisch angeordnet. Konzentrisch in dem einen Ende des Anschlußstückes 440 ist eine axiale Gasleitung 442 aus rostffreiem Stahl angeordnet, welche einen Außendurchmesser von 1/2 Zoll, eine Wanddicke von 0,35 Zoll und eine Länge von I9 Zoll hat und die axial in dem Brennermantel oder dem Brennerrohr angeordnet ist und an ihrem äußeren Ende in eine zentrale Öffnung des Brennerverschlußaufhaus 432 hineinpaßt, wo sie mit dem Anschlußstück 450 in Verbindung steht, welches zu einem Gasversorgungssysteni des in Fig. 7 gezeigten Typs führt. Der Sauerstoffanschluß 434, der in den ringförmigen Raum zwischen dem inneren Bohr 438 und

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der zentralen Gasleitung 442 mündet, ist an ein Sauer« Stoffversorgungssystem angeschlossen, welches im wesent-. liehen von dem in Pig. 7 gezeigten Typ ist.

Das innere Ende des AnschlußStückes 440 nimmt ein Bündel von fünf rostfreien Stahlrohren 437 auf, die symmetrisch in bezug auf die Längsachse des Brennerrohres angeordnet sind und jeweils einen Außendurohraesser von 3/16 Zoll, eine Wanddicke von 0,02 Zoll und eine Länge von 5 3/8 Zoll haben. Diese passen in aufnehmende Bohrungen 441a in dem zylindrischen rostfreien Stahlbrennerblockelement 441 hinein, welches in das innere Rohr 438 mit seinem inneren Ende etwa 3 Zoll von dem inneren Ende des Rohres hineinpaßt. Die Bohrungen 441a enthalten Gasmündungen, welche auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 1/2 Zoll liegen.

Zusätzlich enthält das Brennerblockelement 441 einen inneren Kreis, 1/4 Zoll im Durchmesser von fünf Sauerstoffmundstücken 44lb, jeweils mit einem Durchmesser von 3/32 Zoll, die zwischen benachbarten Gasmundstücken 441a angeordnet sind, außerdem auch einen Außenkreis mit einem Durchmesser von 13/16 Zoll zehn Sauerstoffmundstücke 441o, die ebenfalls einen Durchmesser von 3/32 Zoll haben.

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Es ist selbstverständlich, daß, obgleich bei der speziellen Ausführungsform des beschriebenen Blei-Hochofens ein Sauerstoff-Gas-Raketenbrenner verwendet wurde, gemäß der Erfindung auch andere Arten von Brennern verwendet werden können, Eum Beispiel selbstzerstäubende, mündungsmischende unter Verwendung von Öl als Brennstoff, mit Sauerstoff als Verbrennungsmittel oder Baketenbrenner, welche eine Kombination von Gas und Öl als Brennstoff benutzen, mit Sauerstoff als Verbrennungsmittel, könnten zur Verwendung bei dem Blei-Hochofen benutzt werden.

Es sei angenommen, daß der Ofen nach Pig. 16 betrieben wird zum Bleischmelzen wobei als Charge ein Sinter der allgemeinen Zusammensetzung benutzt wird, wie es in Tabelle VIII angegeben ist.

Tabelle VIII (Sinter Gewichtsprozent)

Pb Gu Ao Sb S 3^,5 2,1 1,0 1,4 1,7

Ein Beispiel des Betrieb des Blei-Hochofens ; der PIg. gemäß der Erfindung unter Verwendung von nur fünf Brennern, die in den Ofenwänden, einaohließlioh der vorderen und hinteren, auf dem unteren Düsenpegel eingesetzt sind, anstatt von 16 Düsenbrennern, die in der Weiie angeordnet

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sind, wie es bei der bevorzugten Ausführungsform erwähnt wurde,, war wie folgt:

Tabelle	IX	Brennerperiode
	Steuerperiode	6780
Wind (standard cubic feet pro Minute)	6780	695
Schmelzrate (Sinter, Tonnen pro Tag)	580	te
Koksbeschickung (Tonnen pro Tag)	56	6000
Brennersauerstoff (pro Brenner) (standard cubic feet pro Stunde)

Brenner-Naturgas -—- 5250

(pro Brenner)

(standard cubic feet

pro Stunde)

Die vorerwähnten Daten zeigen eine durchschnittliche Erhöhung in der Produktion von 20 % an (obgleich zeitweilig eine Erhöhung bis zu lOO % erreicht wurde) mit einer gleichzeitigen oder eine damit einhergehenden Kokseinsparung von 25 #j unter Verwendung einer Brenneranordnung, die weniger ausreichend oder angemessen war wie die bevorzugte Anordnung, welche unter Bezugnahme auf die Fig. 16, 17_t 18 und 19 beschrieben wurde.

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Beim Betrieb des Brennersystems, wie es beschrieben wird unter ""ezugnahme auf die Pig. 16, 17, 18 und I9, werden die folgenden Parameter vorgeschlagen für einen bevorzugten Betrieb:

Tabelle X

Wind (Standard Cubic Feet pro Minute) 7000 Brenner-Sauerstoff (pro Brenner)

(Standard Cubio Feet pro Stunde)

Geschwindigkeit in Fuß pro Sekunde, ) des Sauerstoffstromes an den Brenner- ) köpfen (bei einem absoluten Druck )

von 35 pounds per square inch und einer) Temperatur von 70 F) )

Brenner-Naturgas (pro Brenner) '^

(Standard Cubic Feet pro Stunde) Geschwindigkeit, in Fuß pro Sekunde,

des Gasstromes an den Brennerköpfen

bei einem absolutem Druck von 30 pounds

per square inch und einer Temperatur

von 70⁰F

Durchschnittsflammengeschwindigkeit 2500-3000 in ü.en Brennern (Fuß pro Sekunde) bei Flammentemperatüren in dem Bereich von 32OO bis 4000°F

Ein weiteres Beispiel der Anwendung des erfindungsgemäßen Sauerstoff-Brennstoffbrermersystems ist bei einera Antimon-Hochofen gegeben.

Im allgemeinen ist die Gestaltung oder Konfiguration des Atimon-Hochofens im wesentlichen gleichartig der des in

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Pig. 16 gezeigten Blei-Hochofens, obgleich Variationen in dem Ausmaß oder der Auslegung und geringe Veränderungen in der Form vorhanden sein könnten.

Der Antimonofen bei einem Betriebsbeispiel mißt ¹K) Zoll mal 72 Zoll in der Ebene der Düsen, wobei diese Ebene 8 Zoll oberhalb der Basis des Herdes liegt. Es sind 16 Düsen jeweils mit einem Innendurchmesser von 2 Einheit Zoll, symmetrisch an jeder der beiden gegenüberliegenden 72 Zollseiten angeordnet. Die Brenneranordnung ist im wesentlichen gleichartig zu der in Fig. 17 gezeigten, wobei die Brenner in alternierenden Düsen an den gegenüberliegenden 72 Zollseiten des Ofens in gestufter Anordnung angeordnet sind, so daß jeder Brenner einer leeren Düse gegenüberliegt.

Die bei dem Antimonofen verwendeten Brenner können Raketenbrenner sein, von im wesentlichen derselben Form und in Abmessungen, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 19A, 19B beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß sie vorzugsweise aus rostfreiem Stahl anstatt aus Kupfer bestehen, wie es unter Bezugnahme auf den Blei-Hochofen beschrieben wurde. Außerdem kann es erforderlich sein, die Abmessungen der Brenner geringfügig im Hinblick auf die geringfügig schmäleren oder kleineren Diinen zu reduzieren. Weiterhin

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ist es selbstverständlich, daß, wie in dem Fall des Blei-Hochofens, selbstzerstäubende, Spitzenmisch-Sauerstoff-Ölbrenner verwendet werden können anstelle der in den Fig. I9A, I9B gezeigten Raketenbrenner und daß Raketenbrenner, welche eine Kombination von Gas und Öl als Bremstoff verwenden, verwendet werden können anstelle von denen, die lediglich Gas benutzen, wie dargestellt ist.

Der Antimonschmelzbetrieb unter Verwendung von erfindungsgemäßen Sauerstoff-Brennstoffbrennern wurde durchgeführt unter der Benutzung der Beschickung oder Charge der typischen Zusammensetzung, wie es in Tabelle XI gezeigt ist.

Tabelle XI Chargenzusammensetzung (Gewichtsprozent)

Roherz mit 30 % Antimon, Rest; Silioiumdioxyd

(SiO₂), Aluminiumoxyd (O), und Caloiumoxyd (GaO).

Briketts mit 35 % Antimon, Best Siliciumdioxyd .·,

(SlO₂) Aluralniumoxyd (Al₂O-),

und Calciumoxyd (CaO).

Schlacke und Verunreinigungen oder Grus (Droes) mit kO%>

Antimon (Sb), Rest: verschmolzenes oder gesintertes Material mit im wesentlichen derselben Zusammensetzung wie das Roherz und die Briketts.

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Tabelle XII

Anforderungen oder Erfordernisse für die Verarbeitlang einer Antimoncharge oder -beschickung gemäß der Erfindung:

Koks 600 Pounds

Erz I500 "

Briketts I500 ^M

Raffinerie Grus (einschließlich Rückkehrschlacke) 700 "

Eisenerz 400 "

Kalkstein und Silicium-

haltiges Erz) 60 «

Luft (nicht erhitzt) 2500 Standard Cubic Feet pro

Minute (gesamt für 16 Düsen)

, ( Sauerstoff 2000 Standard Gubio Feet pro Std.

( Naturgas 2000 Standard Cubic Feet pro Std.

+) Dieses schafft oder erzeugt 50 % der stöchiometrisehen Lästgen, die erforderlich sind für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes»

Typische Flammentemperatüren unter Verwendung von Raketenbrennern in dem vorher beschriebenen Antimonschmelzbetrieb liegen in dem Bereich von 3200 bis 4000°F und die Flammengeschwindigkeiten in dem Bereich 1000 bis 2000 Fuß pro Sekunde bei diesen Temperaturen.

Die Hauptprodukte der vorerwähnten Verbrennung ^einci Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffmonoxyd (CO) bei Schmelztemperaturen von 350O⁰P und Metall- und Schlackentemperaturen von 2300⁰F.

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Bei Verwendung von Sauerstoff-Brennetoff-Brennern, zur Durchführung eines Antimonschmelzbetriebs gemäß der Erfindung, wie es vorher erwähnt wurde, wurde eine 20 %» Koksreduktion verwirklicht bei einer 45 #~Erz-Durchsatzratene rhöhung.

Es sei nochmals erwähnt, daß ein wichtiges Merkmal jeder der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung darin besteht, daß Sauerstoff-Brennstoffbrenner, die in einem Metallaverarbeitungsofen des Schachttyps an dem Düsenpegel eingesetzt werden, mit Hochgeschwindigkeitsströmen eines KoHenwasserstoffsbrennstoffs und Sauerstoff betrieben v/erden, wobei der letztere in seiner reinen anstatt in einer gemischten Form vorliegt. In jedem Fall findet die Verbrennung in der Düse oder dem Brennerohr statt in einer einzigen, homogenen, kohärenten Hochgeschwindigkeitsflamme mit einer feststehenden Verbrennungszone, welche an dem Brenner entsteht und in diesem sitzt. In dem Falle der Baketenbrenner liegt die Flamraengeschwindigkeit in dem Bereich von 305 a bis 1067 m (1000 bis 3500 Fuß) pro Sekunde und die Flammentemperatur in dem Bereioh von 165O⁰C bis 2760°C (3000 bis 5000⁰F), Selbstzeretäubende Mundstückmiaoher haben Flaramengeschwindigkeit im Bereich von 152 m bis 457 m (500 bis 1500 Fuß) pro Sekunde in diesem Bereioh von Temperaturen. Der erfolgreiche Düsen« brennerentwurf für die Zwecke der Erfindung ist ein Machmischtyp mit einer Konfiguration von Sauerstoff- und

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Brennstofföffnungen in der Weise, daß eine Flammenstabilität in den Düsen gegeben ist bei Brennstoff- und Sauerstoffgeschwindigkeiten im Bereich von 3 m (10 Fuß) pro Sekunde bis Überschallgeschwindigkeiten. Die Hochgeschwlndigkeitsflamme erzeugt Turbulenz, welche völlig die Verbrennungsprodukte mischt, bevor sie in den Ofen in einem heißen homogenen Hochgesohwindigkeitsstrqm eintreten. Gemäß einer tatsächlichen Praxis variiert der in den Brennern benutzte Sauerstoff von 27 bis 300 Gew.-ji der stöchiometrischen Anforderung für eine vollständige Verbrennung des Brennerbrennstoffes. Die Wärmeausbeute eines jeden Brenners variiert von 151300-kcal bis 2 521 000 kcal (600000 bis 10 000 000 British Thermal Units). Wenn die Brenner in. wassergekühlten Düsen angebracht sind, ist das Ende des Brenners vorzugsweise zurückgezogen von dem Ende der Düse zu dem maximalen Abstand der Wasserkühlung in der Düse. Bei Installationen oder Anlagen, bei denen der Brenner nicht wassergekühlt ist wird die Spitze oder das Mundstück vorzugsweise zurüokg·zogen um 2,5 bis 15 om i¹ eis 6 Zoll) von der heißen inneren Fläche der Ofenauskleidung.

Zn des Ilsenschaelzkupolofen werden für einen bevorzugten Betrieb Sauersteff-ölbrenner des selbstxerstäubenden SpItuen- oder Mim&ftttokaisohtyps in den Düsen verwendet.

. - BAD ORIGINAL

₍;* „-.. -. Ö0MI1/133I

Unter Verwendung dieses Typs von Brennern betragen die Plammengeschwindigkeiten vorzugsweise von 152 m bis 457 m (500 bis 1500 Fuß) pro Sekunde bei Flammentemperatüren in dem Bereich von 2200⁰G bis 276O⁰C (4000 bis ,5000⁰F). Die Kupolofenbrenner benutzen technisch reinen Sauerstoff in einer Menge in dem Bereich von 60 bis I50 Gew.-# der stöchiometrischen Anforderung für eine vollständige Verbrennung und vorzugsweise in dem Bereich von 60 bis 1OO#. Beim Kupolofenbetrieb wird bevorzugt, A Ai» daß die vollständige Verbrennung stattfindet in den Düsen oder den Brennern, wodurch als hauptsächliche Brennerverbrennungsprodukte Kohlendioxyd und Wasser entstehen·

Bei den Eisenerzschmelzhochöfen wird vorzugsweise Gas oder Öl oder eine Kombination dieser beiden in einem Raketenbrenner verwendet bei Benutzung von Sauer·toff ale Verbrennungsmittel in einer Menge in dem Bereich von 2$ bis 100 Gew.-Ji der stöohiometrischen Anforderung für »in· vollständige Verbrennung und .orzugsweise in den Beretoh von 25 bis 50 %. Flammengeschwindigkeiten bei Verwendung der Raketenbrenner liegen in dem Bertich von k5? η bi· IO67 m (1500 bis 3500 Fuß) pro ibei FlaoB*ntemp#r·- turen in dem Bereioh von 165O⁰C bis 206O⁰C {30OO bi· 5000⁰F). Das Hauptzitl der Brennerb·tätigung oder des Breierbet riebe in den Eisenhoohofen iat Pyrolyse Aet

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(*■■■

wodurch Wasserstoff und Kohlenmonoxyd als Brenner Verbrennungsprodukte erzeugt werden, wodurch eine reduzierende Umgebung in dem Ofen geschaffen wird. Eines der speziellen Merkmale der Erfindung ist die Einstellbarkeit der Brenner, um die Brennerverbrennungsprodukte den speziellen Anforderungen des Ofenbetriebs anzupassen. Sowohl in dem Eisenkupolofen wie auch in dem Eisenhochofen sind die Düsen vorzugsweise von dem nach unten geneigten wassergekühlten Typ. Außerdem kann Wind von der Windstromoder Ringleitung, welche den Ofen umgibt, um die Pheripherien derjenigen Düsen herumgeleitet werden, in denen die Brenner angebracht sind. Vorzugsweise überschreitet die Flammengeschwindigkeit in jedem der Brenner zumindest die Windgeschwindigkeit in den umgebenden Düsen, um eine stabil sitzende Flamme zu schaffen. In alternativerWeise können jedoch die wassergekühlten Brenner ohne Wind oder Luftstrom betrieben werden.

Bei dem Blei- und Antimonöfen, bei denen die Reduktion des Erzes das Hauptziel 1st, wellen Sauerstoff-öasbrenner des Raketentyps bevorzugt, wobei technisch reiner Sauerstoff den Brennern zugeführt wird, vorzugsweise in einer Menge zwischen 35 und 50 % der stöchlometrIschen Anforderung für eine vollständig· Verbrennung. Die Flammentemperatüren in den Blei- und Antimonofenbrennern liegen., ··: In dem Be»

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reich von I76O C bis 220O⁰C (3200°-400O°F). Die Flammengeschwindigkeiten bei diesen Temperaturen in den Bleiofenbrennern liegen in dem Bereich von 76O m bis 9I5 m (25oo bis 3OOO Fuß) pro Sekunde, und in den Antimonofenbrennern sind die Flammengeschwindigkeiten dieselben unter Verwendung der Raketenbrenner und liegen in dem Bereich von 305 m bis 610 m (lOOO bis 2000 Fuß) pro Sekunde unter Verwendung von Brennern des selbstzerstäubenden Mundstückmischertyps,

Es ist jedoch selbstverständlich, daß entweder Sauerstoff-Öl- oder Sauerstoff-Gasbrenner des selbstzerstäubenden Mundstückraischtyps oder der Raketenbrenner, wie sie hier beschrieben wurden oder wie sie beispielsweise in den USA-PatenteiQhriften 3 092 166 und 3 135 626 beschrieben wurden, in vorteilhafter Weise verwendet werden können bei vielen Arten von Sohachtsohmelz oder -Verhüttungsöfen, einschließlich denen, die von den Öfen abweichen können, die hier beispielsweise beschrieben wurden. Außerdem ist die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die hket beispielsweise beschrieben und dargestellt sind.

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-Patentansprüche-

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung oder Verarbeitung einer awr Metall-führenden oder Metall-enthaltenden Charge oder Beschickung in einem Ofen mit einem Schachtteil und einem Herdteil, bei dem eine Zusammensetzung der Charge oder Beschickung und Koks in den Schachtteil des Ofens eingeführt wird, diese Zusammensetzung einem Prozeß ausgesetzt wird, welcher eine Wärme- und chemische Tätigkeit oder Aktion in dem Herdteil umfaßt, um ein geschmolzenes Metallprodukt zu erzeugen, und daß Erzeugnis und der Rest oder der Rückstand dieses Prozesses aus dem Herdteil abgezogen oder abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß' jeder einer Anzahl von Sauerstoff-Brennstoffbrennern in einen getrennten Durchlaß duroh die Wände des Ofens nahe dessen Herdteil eingesetzt wird, daß die Brenner mit getrennten Strömen von technisch reinem Sauerstoff und fließfähigem Kohlenwasserstoff-Brennstoff versorgt werden, daß die Ströme an den Spitzen oder Mündungen der Brenner naohgemieoht werden und daß die Ströme verwendet werden zur Aufreohterhaltung einer stbllei^horaogenen_/kohärenten Flamme in einer erstellten oder feststehenden Verbrennungszone an jedem der Brennermundstück«.

009631/im .no-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturen der Flammen

in dem Bereich von 165O°C bis 276O⁰C (3000 bis 500O⁰P) liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flammen Flammengeschwindigkeiten aufrechterhalten in dem Bereich von I52 m bis IO67 m (500 bis 3500 Fuß) pro Sekunde bei Flammentemperaturen in dem Bereich.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner von der heißen inneren Auskleidung des Ofens zurückgesetzt sind,

5. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine LuftStromhauptleitung die Ofenwände umgibt und mit Düsen in den Ofenwänden in Verbindung steht und daß die Sauerstoff-Brennstoffbrenner in wenigstens einem Teil der Düsen eingesetzt sind.

6. Verfahren naoh Anspruoh 5_t dadurch gekennzeichnet , daß Luftströrae den Düsen zugeführt werden mit einer Geschwindigkeit in dem Bereich von

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J*6 m bis 305 m (I50 bis 1000 Fuß) pro Sekunde, beim Betrieb der Brenner.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Flamme in jedem der Brenner wenigstens die Geschwindigkeit der Luftströme in den Düsen überschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen wassergekühlt sind und daß die Brenner in den Düsen bis zum Ausmaß oder dem Abstand der Masserkühlung zurückgesetzt sind.

9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß technisch reiner Sauerstoff in jedem der Brenner strömt mit einer Massenströmungsrate von l/k bis zum Zweifachen der stöchiometrischen Menge, die erforderlich ist für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes, der in dem Brenner fließt oder strömt,

10. Verfahren nach Anspruch 9 zum Schmelzen von Eisen in einem Kupolofen, dadurch gekennzeichne t, daß der Sauerstoffstrom in jedem der Brenner mit einer Hassenströmungsrate in dem Bereich von 60 bis

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lOO % der stochiometrisohen Menge fließt, die erforderlich ist für eine vollständige Verbrennung des fließfähigen Brennstoffes, der in dem Brenner strömt oder fließt.

11. Verfahren nach Anspruch 10 zum Schmelzen von Eisen in einem Kupolofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Flamme eines jeden Brenners in dem Bereich von 152 m bis 305 m (500 bis 1000 Fuß) pro Sekunde bei einer Flammentemperatur in dem Bereich von 2200⁰C bis 2760°C (4000 bis 5000⁰F) liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 9 zum Schmelzen von Erz in einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet , daß die Massenströmungsrate des Sauerstoffstromes in dem Bereich von 25 bis 100 % der stöchiometrischen Menge liegt, die erforderlich ist zur vollständigen Verbrennung des fließfähigen Strömungsmitfcels in dem Brenner.

13· Verfahren nach Anspruch 12 zum Schmelzen von Erz in einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Flamme *4w in jedem der Brenner in dem Bereich von 152 m bis 106? m (500 bis

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3500 Fuß) pro Sekunde^bei einer Flammentemperatur in dem Bereich von 165O⁰C bis 276O°G (3000 bis 5000⁰P) liegt.

1^·. Verfahren nach Anspruch 12 zum Schmelzen von Erz, welches als Hauptbestandteil Eisen enthält, in einem Hochofen, dadurch geke'nnze i chnet , daß die Geschwindigkeit der Flamme eines jeden der Brenner in dem Bereich von k57 m bis IO67 m (I500 bis 35OO Fuß) pro Sekunde bei einer Flammentemperatur in dem Bereich von 165O°C bis 276O°C (3000 bis 5000⁰F) liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 12 zum Schmelzen von Erz in einem Hochofen, welches als ein Hauptbestandteil eines aus der Gruppe von Metallen enthält, welche Blei und Antimon aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß die Massenströmungsrate des Sauerstoffstromes in dem Bereich von 35 bis 50 % der stöchiometrischen Menge liegt, die erforderlioh ist zur vollständigen Verbrennung des fließfähigen Brennstoffes in dem Brenner.

16. Verfahren nach Anspruch 15» daduroh gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Flamme

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in jedem der Brenner in dem Bereich von 305 m bis 915 m (1000 bis 3000 Fuß) pro Sekunde bei einer Flammen temperatur in dem Bereich von 176O⁰G bis 2200⁰C (32OO bis 4000⁰F) liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der fließfähige Kohlenwasserstoff brennstoff als Hauptbestandteil Öl enthält mit zwischen 9 und 14 Gew.-% Wasserstoff und zwischen 85 und 91 Gew.-Jg Kohlenstoff.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fließfähige Kohlenwasserstoff Brennstoff als ein Hauptbestandteil Naturgas enthält.

19. Ofen zur Verarbeitung oder Behandlung einer Metallenthaltenden Charge mit einem Schachtteil, einem Herdteil, Einrichtungen zum Zuführen einer Zusammensetzung der Charge und Koks in dem Schacht des Ofens, Einrichtungen, um einen Prozeß aufrechtzuerhalten einschließ, lieh Verbrennung und chemischer Wirkung in dem Herdteil des Ofens und Einrichtungen, um das geschmolzene Metallerzeugnis und die sich als Ergebnis des Prozesses bildende Schlacke abzuziehen oder abzuführen, daduroh

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gekennzeichnet , daß mehrere Brenner durch die Wände des Ofens eingesetzt sind und in Richtung auf den Herdteil des Ofens gerichtet sind, daß jeder der Brenner mehrere getrennte Kanäle für Hochgeschwindigkeitsströme von technisch reinem Sauerstoff und Iließfähigen Kohlenwasserstoff Brennstoff aufweist,

oder Düre

daß die Kanäle in einer Mündung/enden, die so konstruiert oder ausgelegt ist, daß sie mehrere Hochgeschwindigkeitsstrahlen von Sauerstoff ausstoßen, die wenigstens einen Strahl des Kohlenwasserstoffbrennstoffes umgeben, daß jeder der Brenner so ausgelegt oder konstruiert und angeordnet ist, daß er eine einzige homogene Hochgeschwindigkeits-Hochtemperatur-

o-ier Lür.dunp; sitzen flamme erzeugt, die an der Düse «^/bleibt, daß eine Quelle von technisch reinem Sauerstoff und eine Quelle von fließfähigem Kohlenwasserstoff-Brennstoff vorgesehen ist, daß ein Zu-führungs- oder Versorgungssystem vorgesehen ist, um jeweils an die Quellen getrennte Kanäle in jedem der Brenner anzuschließen, und daß das Chargen-Koks-Verhältnis wesentlich erhöht wird in dem Ofen während des Prozesses.

20, Ofen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner die Form von selbstzerstäubenden Spitzen- oder Mundstückmischern haben,

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daß jeder einen axial angeordneten Ölkanal aufweist, der an der Düse in einer zentralen Mündung oder Öffnung endet, die einen relativ engen Hals hat,und daß die Düse zusätzlich mehrere Sauerstoffmündungen oder Öffnungen hat, die in einer kreisförmigen Anordnung im wesentlichen konzentrisch zu der zentralen 01-öffnung angeordnet sind.

21. Ofen nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner und das Versorgungssystem so ausgelegt und angeordnet sind, daß sie an jeder der Düsen Flammengeschwindigkeit von zwischen 152 m bis 457 m (500 bis 1500 Fuß) pro Sekunde bei einer Flammentemperatur in dem Bereich von 176O°C bis 276O⁰C (3200 bis 5000⁰F) aufrechterhalten.

22. Ofen nach Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff als ein Hauptbestandteil Naturgas enthält und dass die Brenner die Form von Raketenbrenner haben, und jeweils ein Bündel von Gaskanälen aufweisen, die in mehreren Öffnungen oder Mündungen in einer kreisförmigen Anordnung enden, welche im wesentlichen in der Düse zentriert ist, und daß die Düse mehrere Sauerstoffmündungen oder -öffnungen aufweist, die nahe den und symmetrisch im Abstand in

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bezug auf die Gasöffnungen oder -mündungen angeordnet sind.

23. Ofen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner und das Versorgungssystem so ausgelegt und angeordnet sind, daß sie an jeder der Düsen Flämmengeschwindigkeiten von zwischen 305 m bis I067 m (lOC^bis 3500 Fuß) pro Sekunde bei einer Flammentemperatur in dem Bereich von 176O⁰C bis 276O⁰C (32OO bis 5000⁰F) aufrechterhalten.

lh. Ofen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff als Hauptbestandteile Gas und Öl enthält und daß die fiaketenbrenner einen einzigen axial angeordneten Ölkanal aufweisen, der in einer zentralen Ölmündung oder -öffnung an der Düse endet, zusätzlich zu den Gas- und Sauerstoffmündungen, die symmetrisch in bezug auf die Ölmündung angeordnet sind,

25. Ofen nach Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen von einer Luftstrom oder Windhauptleitung umgeben ist, daß Pumpeneinriohtungen und eine Leitung vorgesehen sind, die an die Luftstromhauptleitung angeschlossen sind zur Erzeugung eines Hoohgeschwindigkeltsluftströmeβ in der Luftetromhauptleltung, daß mehrere

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Düsen in der Wand des Ofens nahe dem Herdteil angeordnet oder eingesetzt sind und so angeschlossen sind, daß sie einen Teil des Hochgeschwindigkeits-Luftstromes von der Luftstromhauptleitung empfangen, und daß die Brenner in wenigstens einem Teil der Düsen eingesetzt oder angeordnet sind und von dem Hochgeschwindigkeitsluftstrom umgeben sind.

26. Ofen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen Wasserkühlmittel aufweisen und

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daß die Düse/eines jeden Brenners zurüokgesetzt ist in bezug auf die Düsen bis zu der äußeren Grenze der VJasserkuhleinrichtungen in den Düsen.

27. Ofen nach Anspruch 25, dadurch gekennze i ohne t , daß der Ofen ein Eisenschmelzkupolofen ist, der gekrümmte Seitenwände aufweist, daß die Düsen in Intervallabständen in den Wänden in einer Ebene angeordnet sind, die nahe und geringfügig oberhalb dem Herdteil liegt, und daß die Brenner in mehreren der Düsen eingesetzt oder angeordnet sind.

28. Ofen naoh Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein Wassergekühlter Eisenerzverhüttungs-Hoohofen ist, der eine kreisförmige Wand

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aus feuerfestem Material aufweist, welche den Herdteil umgibt, daß die Düsen, welches Wasserkühlmittel aufweisen, in den Wänden in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet sind in einer Ebene nahe dem und etwas oberhalb des Herdteiles, und daß die Brenner in mehreren der Düsen eingesetzt oder angeordnet sind.

29. Ofen nach Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein Hochofen mit rechteckigem Grundriß ist und im wesentlichen plane oder ebene Metallwände aufweist zur Verarbeitung von Erz, welches als Hauptbestandteil ein Metall enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Blei und Antimon aufweist, daß wenigstens ein Paar der Wände mehrere Düsen aufweisen, die in einer Ebene nahe dem und geringfügig oberhalb des Herdteiles angeordnet sind, daß die Düsen im wesentlichen ausgrichtet sind und einander gegenüberliegen, und daß die Brenner in wenigstens einem Teil der Düsen an gegenüberliegenden Seiten des Ofens eingesetzt oder angeordnet sind und in Richtung auf das Herdteil ausgerichtet sind.

30. Verfahren zum Verarbeiten von einer Metall-enthaltenden Charge in einem Ofen mit einem Schachtteil und einem Herdteil, dadurch gekennzeichnet , daß

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eine Zusammensetzung der Charge und Koks in den Schachtteil des Ofens eingeführt wird, daß die Zusammensetzung einem Prozeß ausgesetzt wird, der Wärme- und chemische Wirkung in dem *%rd-teil umfaßt, um ein geschmolzenes Metallprodukt zu erzeugen, daß das Produkt und die He stbe stand teile des Prozesses von dem Herdteil abgezogen oder abgeführt werden, daß eine Luftstrom-Hauptleitung die Ofenwand umgibt und. mit Düsen in den Ofenwänden in Verbindung steht zum Zuführen von einem Luftstrom zu dem Herdteil durch die Düsen, daß zusätzliche Luft dem Luftstrom durch die Verbrennung des fließfähigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffes in einem Strom von technisch reinem Sauerstoff zugeführt wird, und daß der Sauerstoff mit einer Massenströmungsiit von l/k bis zu dem Zweifachen der stöchiometrischen Menge fließt oder strömt, die erforderlich ist für eine vollständige Verbrennung des fließfähigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffes.

31. Verfahren nach Anspruch 30 zum Schmelzen von Eisen in einem Kupolofen, dadurch gekennzei ohne t ,daß der Strom des technisch reinen. Sauerstoffs mit einer Massenströmungsrate in dem Bereich von 60 bis 100 % der etöchiometrisohen Menget ,ffließt oder strömt,

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die erforderlich ist zur vollständigen Verbrennung des fließfähigen Brennstoffes.

32. Verfahren nach Anspruch 30 zum Verhütten oder Schmelzen von Erz in einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet , daß die Massenströmungsrate des Stromes von technisch reinem Sauerstoff in dem Bereich von 25 bis 50 % der stöchiometrischen Menge liegt, die erforderlich ist zur vollständigen Verbrennung des fließfähigen Brennstoffes.

33, Verfahren nach Anspruch 30 zum Verhütten oder Schmelzen von Erz, welches als ein Hauptbestandteil ein solches enthält, das aus der Gruppe von Metallen gewählt ist,

• die Blei und Antimon enthält, dadurch ge kennzeichnet, daß die Massenströmungsrate des technisch reinen Sauerstoffs in dem Bereich von 35 bis 50 % der stöchiometrischen Menge liegt, die erforderlich ist zur vollständigen Verbrennung des fließfähigen Brennstoffes,

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