DE2312224A1

DE2312224A1 - Drehofen zur herstellung von eisen oder stahl

Info

Publication number: DE2312224A1
Application number: DE2312224A
Authority: DE
Inventors: Brian Michael Barber
Original assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Current assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Priority date: 1972-03-13
Filing date: 1973-03-12
Publication date: 1973-09-20
Also published as: CA1002754A; IT980555B; AU5309673A; JPS492705A; FR2175905A1; SE379094B; BE796647A; GB1405173A; NL7303527A; FR2175905B1; US3806311A

Description

1/sta - 7349 München-Pullach, den 9. März 1973

THE BRITISH IRON AND STEEL RESEARCH ASSOCIATION, 24 Buckingham Gate, London SW 1, England

Drehofen zur Herstellung von Eisen oder Stahl

Die Erfindung betrifft einen Drehofen zur Herstellung von Eisen oder Stahl und insbesondere betrifft die Erfindung die Kühlung von Drehofen, die mit hoher Geschwindigkeit drehen.

In der schwebenden Patentanmeldung Nr. P 20 59 448.3 der Anmelderin und in einem Artikel von Eketorp in "Steel Times", 17. März 1967, sind kontinuierliche Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl in horizontal angeordneten Drehöfen beschrieben. Bei diesen Verfahren wird der Ofen mit einer Geschwindigkeit gedreht, die ausreichend hoch ist, um zu gewährleisten, daß der flüssige und feste Inhalt des Ofens durch Zentrifugalkraft um die Innenwand'mg des Ofens verteilt gehalten wird.

Bei allen Drehöfen, die bei einer hohen Temperatur arbeiten, tritt das Problem der Kühlung der Außenflächen des Ofens auf. Falls die Außenfläche nicht gekühlt wird, besteht die Möglichkeit, daß aufgrund der Überhitzung die Metallplatten, welche normalerweise die feuerfeste Ausmauerung des Ofens umgeben, beschädigt oder verformt werden. Es ist offensichtlich, daß jegliche Verfornmng dieser Metallplatten zu erheblichen Unwucht en des Drehofens und zu erheblichen mechanischen Beschädigungen führen kann. Ferner besteht die Gefahr, daß das ge-

309838 / 1000

schmolzene Metall aus dem' Ofen durch beschädigte .Flächenbereiche der Außenfläche ausbricht. Insbesondere, wenn das Abstichende des Ofens durch eine Haube umgeben ist, in welcher das geschmolzene Metall und die Schlacke gesammelt werden, wird dieses Ende des Ofens aufgrund' der für eine erfolgreiche Sammlung des geschmolzenen Metalls und der Schlacke erforderlichen Umgebung ausgesprochen heiß. Dies kann dazu führen, daß das Ende des Gehäuses, welches die feuerfeste Auskleidung des Ofens umgibt, weggebrannt wird.

Es ist möglich, eine allgemeine Kühlung des Ofens durch Was- : serstrahlen zu erreichen, die den Ofen umgebend angeordnet , sind. Wenn sich der Ofen jedoch mit einer-hohen Geschwindig-' keit dreht, wird das Wasser von der Außenfläche des Ofens abgeschleudert, und dieses Verfahren ist somit bei hohen Hitze-Ϊ belastungen unzureichend.

. Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine metallurgisehe Ofenanlage mit einem Drehofen geschaffen, welcher eine ; Außenfläche und eine ortsfeste Lagerstruktur aufweist, bei dem ! Einrichtungen für die Zufuhr und das Leiten einer Kühlflüssigkeit unter Druck längs der Außenfläche vorgesehen sind, bei j der eine wesentliche Bewegungskomponente der Kühlflüssigkeit • in Drehrichtung des Ofens erzeugbar ist.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von Material in einem Drehofen mit^r einer äußeren zylindrischen Oberfläche geschaffen, bei dem eine Kühlflüssigkeit unter Druck längs der Oberfläche mit einer wesentlichen Bewegungskomponente in Drehrichtimg des Ofens zugeführt und geleitet wird. Vorzugsweise weist der Drehofen ferner Einrichtungen auf, um die Flüssigkeit längs der Oberfläche zu führen und um zu verhindern, daß- die Flüssigkeit unter Wirkung der Zentrifugalkraft unmittelbar von der Oberfläche abgeschleudert wird. Ein weiteres Merkmal ist ein gegebenenfalls vorgesehener ringförmiger Sammler, welcher auf der Lagerstruktur montiert ist und den Ofen umgibt, um die abgegebene Flüs-

309838/1000

sigkext zu sammeln.

Die Einrichtungen zum Führen der Flüssigkeit können erste und zweite Hüllen aufweisen, die koaxial zu der Außenflache des Ofens liegen und starr an dieser befestigt sind, wobei die zweite Hülle im Abstand außerhalb der ersten Hülle angeordnet ist, und wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die Flüssigkeit zwischen der Außenfläche des Ofens und der ersten Hülle in einer Richtung und anschließend zwischen der ersten und der zweiten Hülle in entgegengesetzter Richtung fließt.

Der Drehofen weist fernerhin vorzugsweise an dem Flüssigkeitszufuhrende der ersten Hülle einen Flansch auf, der sieh nach innen in Richtung der Ofenachae erstreckt, wobei dieser erste Flansch im Betrieb eine Flüssigkeitsdrucksäule liefert, welche die Flüssigkeit dazu zwingt, zwischen der Außenfläche des Ofens und der ersten Hülle und anschließend zwischen der ersten Hülle und der zweiten Hülle umzulaufen. Die zweite Hülle kann einen Flansch an ihrem FlüssigkeitsausstoSende aufweisen, welcher sich nach innen in Richtung der Ofenachse erstreckt. Der Flansch der ersten Hülle erstreckt sich dichter an die Ofenachse als der Flansch der zweiten Hülle. Im Betrieb besteht dann eine Drucksäule der Flüssigkeit zwischen dem Innenende des Flansches an der ersten Hülle und dem Innenende des Flansches an der zweiten Hülle.

Der ringförmige Sammler kann einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Gewölbte Abschnitte können sich von den äußersten Enden der Schenkel des U erstrecken und aufeinander zu vorstehen, um die Öffnung des TJ teilweise zu verschließen. Dies verhindert, daß der größere Teile der Flüssigkeit aus dem oberen Abschnitt des Sammlers auf das Ofengehäuse zurückgespritzt wird.

Die Einrichtungen für die Zufuhr von Kühlflüssigkeit weisen vorzugsweise eine Anzahl von Düsen auf, die in Abständen um den Ofen angeordnet sind. Diese Düsen können durch Leitungen

309838/1000

von einer Ringhauptleitung gespeist werden, und der Gesamtum- ;

fang der Außenfläche kann auf diese Weise wirksam gekühlt wer- \

den. Die Düsen sind vorzugsweise in einem Winkel zu einer Li- \

-nie eingestellt, welche parallel zur Ofenachse liegt, so daß ;

die Kühlflüssigkeit mit einer wesentlichen !Bewegungskomponente ; in Drehrichtung des Ofens zugeführt wird.

Der Durchmesser der Außenfläche des Ofens im Bereich eines Enj des des Ofens kann größer sein als der Durchmesser der Außen-' fläche im mittleren Abschnitt des Ofens.

Die Ofenanlage weist vorzugsweise ferner eine ortsfeste Ofen- j haube auf, welche ein Ende des Ofens umgibt und welche dazu dient, das geschmolzene aus "dem Ofen abgegebene Material zu sammeln. Die Führungseinrichtungen erstrecken sich dann in den durch die Ofenhaube umgebenen Bereich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Aus führungsform näher erläutert. Es zeigt: ^!

Figur 1 einen Querschnitt in Längsrichtung durch ein Ende einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehofens;

Figur 2 eine Einzelheit eines Teiles der in Figur 1 veranschaulichten Ofenanlage; und

^! Figur 3 einen Querschnitt längs der Linie III - III von Figur 2. ■

Der veranschaulichte Drehofen 2 besteht aus einer Stahltrommel 4 zylindrischer Form und ist drehbar um seine Achse 5 gelagert. Die Achse 5 ist im wesentlichen waagerecht angeordnet, d. h. sie ist ungefähr drei Grad zur Waagerechten und nicht mehr als acht Grad zur Waagerechten geneigt. Die Trommel 4 ist auf Rollen oder Walzen (nicht dargestellt) gelagert, von denen eine oder mehrere durch einen Motor angetrieben sein können,

309838/1000

um die Drehung des Ofens 2 zu erzeugen.

Die Trommel 4 ist mit einer Schicht feuerfesten Materials 6 ausgekleidet und an beiden Enden offen. In das obere Ende oder Einlaßende werden zur Eisenherstellung erforderliche Materialien eingespeist, während flüssiges Eisen und Schlacke vom unteren Ende oder Auslaßende 7 in eine feuerfest ausgekleidete Haube 8 ausgestoßen werden, welche ortsfest ist und das Auslaßende 7 des Ofens 2 umgibt.

Die Haube 8 weist einen feuerfest ausgekleideten Boden 9 auf, welcher in Richtung einer Öffnung 10 abfällt, durch welche j

flüssiges Metall und Schlacke aus der Haube 8 in eine Gieß- j wanne 11 ausgestoßen werden können. Eine Abgasleitung 12 erstreckt sich waagerecht von der Haube 8 zu einem Schornstein j (nicht dargestellt). j

Am Auslaßende 7 des Ofens 2 ist die Trommel 4- nach außen abgestuft, so daß eine zylindrische Außenfläche 13 am Auslaßende 7 j der Trommel 4 gebildet wird, wobei die Außenfläche 13 einen größeren Durchmesser aufweist als der mittlere Abschnitt der Trommel 4. Wie aus der in größerem Maßstab veranschaulichten Ansicht der Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, ist eine erste Stahlhülle 14 koaxial und im Abstand zu der Außenfläche 13 starr durch Teile 16 mit der Außenfläche 13 verbunden, welche in Abständen um den Umfang der Außenfläche 13 verteilt sind. Eine zweite koaxiale Stahlhülle 15, die im Abstand außerhalb der ersten Hülle 14 angeordnet ist, ist starr mit dem äußer~ sten Ende der Außenfläche 13 durch eine ringförmige Platte 17 verbunden, welche den Umfang der Außenfläche 13 umgibt. Zwischen dem Ende der Hülle 14 und der ringförmigen Platte 17 ist ein Spalt vorhanden. Beide Hüllen 14 und 15 weisen Plansche bzw. 19 auf, die sich nach innen in Richtung der Achse 5 des Ofens 2 erstrecken. Der Flansch 18 an dem Wasserzufuhrende der ersten koaxialen Hülle 14 reicht dichter an die Achse 5 des Ofens 2 heran als der Flansch 19 am Wasserausstoßende der zweiten koaxialen Hülle 15.

309838/1000

Derjenige Abschnitt der feuerfest ausgekleideten Haube 8, welcher das Äuslaßende 7 des Ofens 2 umgibt, stimmt in der Form mit den Hüllen H und 15 überein und liegt in dichtem Abstand zu diesen, so daß die Innenfläche der Haube 8 nicht durch Kaltluft ungünstig gekühlt wird, welche durch den dadurch hergestellten Raum in die Haube 8 eintritt. An der Haube 8 ist an der Stelle, wo diese den Ofen'2 umgibt, ein ringförmiger flanschartiger Abschnitt 30 befestigt, welcher in Richtung der Ofenachse 5 vorsteht. Der Planschabschnitt 30 wirkt mit einem radialen Vorsprung 31 an der zweiten Hülle 15 zusammen, um eine Dichtung zwischen dem Ofen 2 und der Haube 8 zu bilden.

Ein ringförmiger Sammler 20 umgibt den Ofen 2 und das Ende 7 des Ofens 2. Der Sammler 20 ist nicht an dem Ofen 2 befestigt, sondern ist auf der Ofenlagerstruktur montiert, welche ortsfest bleibt. la Querschnitt ist der Sammler 20 ü-förmig ausgebildet und weist Abschnitte auf, die sich von den äußersten Enden des U erstrecken und aufeinander zu vorstehen, um teilweise die Öffnung des ü einzuschließen.

An der Ofenstruktur sind ferner Wasserzufuhrleitungen 21 befe-' stigt, welche in Abständen um den Ofen 2 angeordnet sind. Jede Leitung 21 weist eine Düse 22 an einem Ende auf und ist an eine Druckwasser zufuhr von einer Ringhauptleitung am anderen Ende angeschlossen. Jede Düse 22 ist in einem Winkel von ungefähr 70 ° zu einer Linie parallel zur· Achse 5 des Ofens 2 gerichtet, so daß das Kühlwasser mit einer wesentlichen Bewegungskomponente in Drehrichtung des Ofens 2 geleitet wird. Sowohl die Düsen 22, als auch der Sammler 20 sind außerhalb des durch die Ofenhaube 8 umgebenen Bereiches angeordnet.

Bei der Eisenherstellung enthält der Drehofen 2 ßine Schicht geschmolzenen Eisens, welche gegen die feuerfeste Auskleidung 6 gehalten wird. \Eine Schicht geschmolzener Schlacke und als Feststoffe vorliegender teilweise reduzierter Stoffe, welche eine geringere Dichte als das Eisen aufweisen, liegt oberhalb der Oberfläche des Eisens. Wärme wird dem Ofen 2 durch

309838/1000

Verbrennung von Brennstoff zugeführt, welcher mittels eines in das Einlaßende des Ofens 2 eingesetzten Brenners verbrannt wird, und fernerhin durch die Verbrennung der Ofengase, um die Energie für die Reaktionen des Ofeninhaltes zu liefern. Geschmolzenes Eisen und Schlacke fließt allmählich längs des Ofens 2, um unter Zentrifugalkraft von dem Auslaßende 7 in die Haube 8 ausgestoßen zu werden. Das geschmolzene Eisen und Stahl laufen an den Wandungen der Haube 8 herunter und längs des abfallenden Bodens 9, um in die Auffanggießwanne 11 zu laufen. Die durch den verbrannten Brennstoff erzeugten Abgase gelangen durch die Haube 8 und in die Abgasleitung 12, von wo sie zu einem Kamin über entsprechende Gasreinigung3anlagen geleitet werden.

Wasser wird kontinuierlich unter Druck durch die Leitungen zugeführt und tritt über die Düsen 22 mit einer wesentlichen Bewegungskomponente in Drehrichtung des Ofens 2 aus. Das Wasser weist fernerhin eine Bewegungskomponente in einer Richtung parallel zur Achse 5 des Ofens auf. Der Wasserdruck wird in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Ofens eingestellt. Sobald das Wasser in Berührung mit der Trommel 4 gelangt, wird durch die Zentrifugalkräfte die Neigung erzeugt, das Wasser von dem Ofen 2 nach außen abzuschleudern. Die erste Hülle 14- und ihr dazugehöriger Plansch 18 jedoch verhindern, daß sich das Wasser von der Trommel 4- wegbewegt, und führen zum Aufbau einer Drucksäule des Wassers aufgrund der vorhandenen Zentrifugalkraft. Dadurch wird Wasser unter Druck in den Raum zwischen der Außenfläche 13 des Ofens 2 und der ersten Hülle 14 gezwungen und längs der Oberfläche 13 geführt. Das Wasser wird durch die erste Hülle 14 daran gehindert, unmittelbar von der Oberfläche 13 unter Zentrifugalkraft abgeschleudert zu werden. Das Wasser fließt dann durch den Spalt zwischen dem Ende der ersten Hülle 14 und der ringförmigen Platte 17 und fließt schließlich zwischen der ersten Hülle und der zweiten Hülle 15 in eine Richtung, welche der Strömungsrichtung zwischen der Außenfläche 13 und der ersten Hülle 14 entgegengesetzt ist.

309838/1000

Der an der zweiten Hülle 15 befestigte Plansch 19 ermöglicht es, daß das Wasser mehr oder weniger radial aus dem Öfen 2 abgegeben wird. Der Plansch 19 bildet ferner eine Einrichtung, um die Drucksäule des Wassers zu steuern, so daß die erforderliehe Wasserströmung zum Kühlen längs den Außenflächen 13, 17 und 15 des Ofens 2 erfolgt.

Das aus dem Ofen 2 abgegebene Wasser wird in den TT-förmigen Sammler 20 abgeschleudert, wo die sich von den äußersten Enden des U erstreckenden und aufeinander zu vorstehenden Abschnitte verhindern, daß das Wasser von dem oberen Teil des Sammlers zurückgeschleudert wird. Das Wasser läuft dann in dem Sammler 20 nach unten und wird an dessen Unterende abgeführt.

Das Kühlwasser kann durch konventionelle und übliche Vorrichtungen gekühlt werden und nach erfolgter Kühlung in das Kühlsystem des Ofens im Kreislauf zurückgeführt werden, falls dies für erforderlich gehalten wird. Der mittlere Abschnitt der Außenfläche des Ofens kann durch einen Zwangsstrom von Kaltluft oder durch zusätzliche Wasserstrahlen, die um den Ofen herum angeordnet sind, gekühlt werden.

Die Außenfläche des Endabschnittes des Ofens kann, obwohl sie als vollständig zylindrisch veranschaulicht ist, in Richtung der Ofenaehse oder von dieser weg geneigt ausgebildet sein.

Der Abstand der koaxialen Hüllen hängt von der Betriebstemperatur des Ofens, dem Durchmesser des Ofens und den Materialien ab, aus denen die feuerfeste Auskleidung des Ofens und die Außenfläche des Ofens hergestellt sind. Diese Paktoren bestimmen die Kühlwassermengen, die erforderlich sind, um eine ausreichende Kühlung des Ofenendes zu gewährleisten.

Durch die Erfindung wird somit insbesondere eine ausgesprochen zufriedenstellende Einrichtung zum Kühlen der Enden von Drehöfen geschaffen, welche sich in heiße Umgebungen erstrecken.

309838/100Ό

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

309838/1000

Claims

Patent a.n.a ρ r ü c h e .

1. Metallurgische Ofenanlage mit einem Drehofen, welcher eine Außenfläche und eine ortsfeste'Lagerstruktur, Leitungen und Düsen zum Zuführen und Richten einer Kühlflüssigkeit längs der Außenfläche des Ofens, sowie Einrichtungen zum Führen der Flüssigkeit längs der Außenfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (22) in einem Winkel zu einer Linie parallel zur Achse (5) des Ofens gerichtet angeordnet sind, derart, daß die Kühlflüssigkeit mit einer wesentlichen Bewegungskomponente in Drehrichtung des Ofens (2) geleitet wird.

2. Ofenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Führen der Flüssigkeit eine erste Hül- * Ie (14) und eine zweite Hülle (15) koaxial zu dem Ofen (2) aufweist, und daß beide Hüllen C4). und (15) starr mit der Außenfläche (13) des Ofens (2) verbunden sind, wobei die Anordnung derart getroffen ist_? daß die Kühlflüssigkeit zwischen der Außenfläche (13) und der ersten Hülle (.14) in einer Richtung und dann zwischen der ersten Hülle (14) und . der zweiten Hülle (15) in. entgegengesetzter Richtung fließt.

3. Ofenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hülle (H) einen Flansch (18) an ihrem Flüssigkeitszufuhrende aufweist, welcher sich nach innen in Richtung der Achse (5) des Ofens (2) erstreckt, um im Betrieb eine Drucksäule von Flüssigkeit zu erzeugen, welche die Kühlflüssigkeit zwingt, zwischen der Außenfläche (13) und der ersten Hülle (14) und anschließend zwischen der ersten Hülle (14) und der zweiten Hülle (15) unter Wirkung der Zentrifugalkraft zu fließen.

4. Ofenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hülle (15) einen Flansch (19) an ihrem Flüesigkeitsauslaßende aufweist, welcher sich nach innen in Richtung

309838/1000

der Achse (5) des Ofens (2) erstreckt, wo"bei der Flansch (18) der ersten Hülle (H) sich dichter an die Achse (5) des Ofens (2) als der Plansch (19) der zweiten Hülle (15) erstreckt.

5. Ofenanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Sammler (20) mit U-förmigem Querschnitt an der Lagerstruktur montiert ist und den Ofen (2) umgibt, um die Kühlflüssigkeit zu sammeln, welche von der Außenfläche (13) des Ofens (2) abgegeben wird.

6. Ofenanlage nach .einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenanlage eine ortsfeste Ofenhaube (8) aufweist, welche ein Ende des Ofens (2) umgibt und dazu dient, das von dem Ofen (2) abgegebene geschmolzene Material zu sammeln.

7. Ofenanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (13) an einem Ende des Ofens (2) einen Durchmesser aufweist, welcher größer ist als der der Außenfläche (4) des mittleren Abschnittes des Ofens (2).

303838/1000