DE2926345A1

DE2926345A1 - Verfahren zum erhitzen und schmelzen einer materialfuellung in einem schmelzofen und brenner fuer die verbrennung fluessigen brennstoffs

Info

Publication number: DE2926345A1
Application number: DE19792926345
Authority: DE
Inventors: Milton Edward Berry; Ronald Lee Pariani
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1979-06-29
Publication date: 1980-01-24
Also published as: SE7905726L; AT370866B; AU533538B2; BE877320A; BR7904157A; IT7949597A0; CA1131016A; JPS5531294A; GB2029956B; IN152475B; ES482068A1; MX151749A; SE442241B; ATA455579A; FR2429966B1; IT1119791B; GB2029956A; FR2429966A1; DE2926345C2; AU4852079A

Description

PATENTANWÄLTE Dr.-lng. Wolff t

4. ν <, w ν τ *#

Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.-lng. Held Dipl.-Phys. Wolff

ZUGELASSEN VOR DEM DEUTSCHEN UND EUROPÄISCHEN PATENTAMT

Lange Str. 51, D -7000 Stuttgart

Tel. (0711) 29 6310 u. 29 72

Telex 07 22312 (patwo d)

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Deutsche Bank AG, 14/28630 BLZ 60070070

26. Juni 1979

48O833ers

Reg.-Nr. 125 961

SOUTHWIRE COMPANY, 126 Fertilla Street, Carrollton, Georgia 30117 /USA

Verfahren zum Erhitzen und Schmelzen einer Materialfüllung in einem Schmelzofen und Brenner für die Verbrennung flüssigen Brennstoffs.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Brenner zum Erhitzen und Schmelzen einer Materialfüllung in einem Schmelzofen, insbesondere zum Erhitzen und Schmelzen von Nichteisenmaterial unter Benutzung eines flüssigen Brennstoffs.

Stand der Technik ist es, verschiedene Arten vertikaler öfen zum Schmelzen verschiedener Typen von Chargenmaterialien unter einer Vielzahl verschiedener Betriebsver-

/nCTO Telefonische Auskünfte und

909884/0678 Aufträge sind nur nach schriftlicher

Bestätigung verbindlich

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hältnisse zu benutzen, vergleiche beispielsweise ÜS-PSen

2 203 163, 2 815 278, 2 G86 304, 3 148 973, 3 199 977,

3 603 571 und 3 958 919. Die US-PSfen 3 715 203, 3 788 623 und 3 809 378 zeigen im wesentlichen spezielle Arten von Ofenanordnungen, die insbesondere für das Schmelzen von Nichtexsenmetallen nützlich sind.

Zu dem Brenner und deren spezielle Konstruktionsformen betreffenden Stand der Technik gehören verschiedene Typen von Brennern, die dazu ausgelegt sind, um unter einer gro-Ben Vielzahl bestimmter Anwendungsarten und Begleiturnständen für das Erhitzen von Materialchargei Verwendung zu finden, die durch die verschiedensten individuellen Eigenschaften gekennzeichnet sind.Beispiele derartiger Brenner finden sich in den US-PSn 2 605 180, 3 701 517 und 3852 021.

Auf Grund der Preiserhöhungen der letzten Zeit und des verbreiteten Mangels an reineren gasförmigen Brennstoffen ist es jedoch wünschenswert geworden, die Möglichkeit zu haben, verschiedene Qualitäten von Heizölen mit derartigen Brennern in der Weise verbrennen zu können, daß die richtige Wärmezufuhr erreicht werden kann, wie sie für das Erhitzen und Schmelzen einer Materialcharge innerhalb eines Schmelzofens erforderlich ist. Es wurden vielerlei Versuche dahingehend unternommen, einen wirksamen Brenner für flüssigen Brennstoff zu schaffen, vergleiche beispielsweise US-Psan2 632 501, 2 697 910, 2 698 050, 2 711 214 und 3 366 469. Weitere Versuche, die auf den Bau von Brennern für flüssige Brennstoffe abzielen, finden sich in den US-PSan2 205 983, 2 333 531, 2 632 300, 2 725 929, 3 042 105, 3 558 119, 3 749 548, 3 758 263, 3 777 983, 3 947 226, 3 980 415, 3 986 815 und 4 025 282.

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Trotz dieses bemerkenswert umfangreichen Standes der Technik, der sich auf Brenner-Ofen-Anordnungen für flüssige Brennstoffe bezieht, ist es jedoch, soweit bekannt ist, bislang ein ungelöstes Problem geblieben, dass Brenner für flüssige Brennstoffe bisher nicht in der Lage sind, den gesamten flüssigen Brennstoff, bevor er mit der Materialcharge innerhalb des Ofens in Kontakt kommt, wirkungsvoll zu verdampfen und im wesentlichen vollständig zu verbrennen. Beim Erhitzen und Schmelzen von Nichteisenmetallen, wie Kupfer und Aluminium, bekommt die Verdampfung und im wesentlichen vollständige Verbrennung des flüssigen Brennstoffs, bevor er die Materialcharge kontaktiert, eine besonders wichtige kritische Bedeutung, und zwar bezüglich des Beibehaltens der Steuerung der metallurgischen Güte der Schmelze. Wenn nämlich Tröpfchen flüssigen Brennstoffs tatsächlich mit den verhältnismäßig kühlen Oberflächen des zu schmelzenden Materials in Kontakt kommen, entnimmt die Schmelze bevorzugt Sauerstoff aus dem Gasstrom, so daß flüssiger Brennstoff unverbrannt bleibt, was zur Folge hat, daß die geschmolzene Charge mit Sauerstoff und etwas unverbranntem flüssigem Brennstoff verunreinigt ist. Diese Kontaminationen der Charge werden um so schwerwiegender, je geringer die Qualität des Heizöls wird, das zum Beheizen eines derartigen Ofens benutzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und einen Brenner aufzuzeigen, die es ermöglichen, billige, mindere Qualitäten flüssiger Brennstoffe zum Erhitzen von Nichteisenmaterialien zu benutzen, ohne daß die Schmelze mit den Flüssigbrennstoffen verschmutzt wird, die brennend entweichen, bevor sie die zu schmelzende Materialcharge berühren.

Der das Verfahren und den Brenner betreffende Aspekt der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale

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des Patentanspruchs 1 bzw. die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung' werden flüssiger Brennstoff, Zerstäuberluft und Verbrennungsluft miteinander vermischt und kombiniert, bevor man die Mischung in eine Brennkammer einströmen läßt, die innerhalb eines feuerfesten Blocks ausgebildet ist und innerhalb deren die Mischung turbulent vermischt wird, um die Verdampfung der Mischung sicherzustellen, damit die im wesentlichen vollständige Verbrennung der Mischung innerhalb der Brennkammer stattfindet, wenn die verdampfte Mischung in der Brennkammer anschließend gezündet wird, um die Wärme zur Verfügung zu stellen, die erforderlich ist, um die Charge aus Nichteisenmaterial im Ofen zum Schmelzen zu bringen, während gleichzeitig eine Verunreinigung der Charge aus Nichteisenmaterial mit unverdampftem, flüssigem Brennstoff verhindert wird und somit die metallurgische Güte der erhitzten und geschmolzenen Charge aus Nichteisenmaterial erhalten bleibt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. IA einen schematisiert gezeichneten

Längsschnitt des unteren Teils eines Schachtofens zum Schmelzen von Nicht

eisenmaterialien unter Anwendung des Verfahrens und von Brennern gemäß der Erfindung;

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Fig. IB eine teils aufgeschnitten gezeichnete Seitenansicht des Abzugskamins des Ofens gemäß Fig. IA;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ofen gemaß der Linie 2-2 von Fig. 3;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2 und

Fig. 4 einen Längsschnitt eines für flüssi-

gen Brennstoff vorgesehenen Brenners gemäß einem Ausführungsbeispiel der

Erfindung.

In der Zeichnung ist _mit B ein Brennersatz der hier aufzuzeigendes Brennersatzes den Art als Ganzes bezeichnet. Die Brenner/B werden zum Verbrennen flüssigen Brennstoffs für das Beheizen eines Ofens F benutzt, um eine Charge aus Nichteisenmaterial zu erhitzen und zu schmelzen/ beispielsweise eine Charge aus Kupfer oder Aluminium, ohne im Ofen F die Charge mit dem flüssigen Brennstoff zu verunreinigen. Die Brenner weisen im wesentlichen einen feuerfesten Block R , der am Ofen F anbringbar ist, eine am feuerfesten Block R angeordnete Ventileinrichtung V, einen Mischtrichter M, der zwischen dem feuerfesten Block R und der Ventileinrichtung V ausgebildet ist, sowie eine Brennkammer C auf, die innerhalb des feuerfesten Blocks vorgesehen ist, wobei

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innerhalb der Brennkammer C eine Turbulenzeinrichtung T ausgebildet ist. Falls nicht anderweitig angegeben, sind die Bestandteile des hier aufzuzeigenden Brenners vorzugsweise aus Stahl oder anderen hochfesten, geeigneten Werkstoffen gefertigt, die im Stande sind, beträchtlichen Beanspruchungen und Belastungen standzuhalten, ohne zu versagen.

Der Brenner ist so ausgebildet, daß er am Ofen F anbringbar ist. Der Ofen F kann von beliebiger geeigneter Art oder Konstruktion sein. Bei dem zum Zwecke der Erläuterung gezeigten Ausführungsbeispiel,auf das die Erfindung in keiner Weise beschränkt ist, handelt es sich bei dem Ofen F um einen in Fig. IA und Fig. IB mit 10 bezeichneten Schachtofen. Der Schachtofen 10 weist in typischer Weise einen Abzugskamin 10a, einen Beschickungsteil 10b, einen Erhitzungsteil 10c und einen Abstichteil 1Od auf. Am oberen Ende des Abzugskamins 10a ist beim Ausführungsbeispiel eine Kaminhaube 1Oe angeordnet, und der· Abzugskamin 10a seinerseits ist oberhalb des Beschickungsteils 10b des Schachtofens 10 angeordnet.

Der Beschickungsteil 10b des Ofens F weist eine Beschikkungsöffnung 1Of auf, die in der Seitenwand des Beschikkungsteils 10b ausgebildet ist. Eine Aufgaberampe 10g für die Aufnahme des Chargenmaterials ist im inneren Teil des Schachtofens 10 in der Nähe des Beschickungsteils 10b angeordnet, wobei sich die Aufgaberampe 1Og zu der Beschickungsöffnung 1Of hin nach aufwärts erstreckt. Ein geeigneter, eils Ganzes mit 12 bezeichneter Förderer mit einem Förderband 12a und Förderrollen 12b ist in der Nähe der Aufgaberampe 10g für das Chargenmaterial so angeordnet und angebracht, daß eine Materialcharge in der unten noch näher zu beschreibenden Weise zu der Aufgabe-

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rampe 10g in Richtung eines Pfeils 14 mittels des Förderers 12 transportiert werden kann.

Der Erhitzungsteil 10c des Schachtofens 10 ist unterhalb des Beschickungsteils 10b gelegen und erhält das Chargenmaterial von der Aufgaberampe 10g. Der Erhitzungsteil 10c weist im wesentlichen einen oberen Schmelzbereich 10h und einen unteren Schmelzbereich 1Oi auf. Der Brennersatz B ist vorzugsweise am unteren Schmelzbereich 1Oe des Ofens F (Fig. 3) angeordnet und umfaßt Brenner 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 und 30. Eine den Brennersatz B betreffende, eingehendere Besprechung erfolgt weiter unten.

Wie am deutlichsten aus Fig. 3 zu ersehen ist, handelt es sich bei dem Erhitzungsteil 10c des bevorzugten Ausführungsbeispieles um eine mehrlagige Konstruktion. Eine äußere Schale 1Oj des Ofens F ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem geeigneten Stahlwerkstoff oder einem anderen hochfesten Werkstoff ausgeführt, der dazu geeignet ist, starke Beanspruchungen und Belastungen zu ertragen, wie sie typischerweise bei derartigen öfen F auf Grund der hohen Gewichtsbelastung des Chargenmaterials in Verbindung mit den hohen, herrschenden Temperaturen auftreten. Vorzugsweise befindet sich gießbarer, hoch mit Tonerde angereicherter, feuerfester Beton 10k als Ring zwischen der äußeren Schale lOj und einer Lage aus Feuerziegel 10 1. Die Lage aus Feuerziegel 10 1 befindet sich zwischen dem feuerfesten Beton 10k und einer Lage aus Kreisziegeln 10m. Die Kreisziegel 10m sind vorzugsweise aus Siliziumcarbid und bilden im Erhitzungsteil lOc des Schachtofens 10 eine innere Kammer 1On. Die mehrlagige Konstruktion aus Kreisziegeln 10m, Feuerziegeln 10 1, feuerfestem Beton 10k und äußerer Schale 1Oj bildet eine wirksame thermische Barriere für die hohen Heizterapera-

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türen, die bei den üblichen Heiz- und Schmelzvorgängen auftreten,und ist außerdem imstande, die dabei auftretenden mechanischen Belastungen aufzunehmen.

Der Abstichteil iod des Ofens F befindet sich in der
Nähe von dessentinterem Ende. Der Abstichteil 1Od weist vorzugsweise eine geneigte Abstichrinne 10 ο auf, die
mit der inneren Kammer 1On des unteren Schmelzbereichs lOi des Erhitzungsteils 10c des Schachtofens in Verbindung steht. Vorzugsweise ist die Abstichrinne 10 ο
aus geeigneten Thermoziegeln 10p hergestellt, vorzugsweise aus einem Siliziumcarbid-Material, wobei die Abstichrinne 10 ο nach außen/abwärts geneigt verläuft und an einem Abstichtrog 32 mündet, dem das geschmolzene
Chargenmaterial zugeführt wird. Der Ofen F ist auf einem ihn tragenden Fundament 34 in geeigneter Weise gelagert.

Es ist ersichtlich, daß der Ofen F,wie er oben beschrieben wurde, nur einer von verschiedenen Ofentypen ist,die für das Durchführen des hier aufzuzeigenden Verfahrens und die Verwendung des aufzuzeigenden Brennersatzes B
verwendbar sind, d.h. andere Typen von öfen dürfen und können Verwendung finden.

Der hier aufzuzeigende Brennersatz B ist zur Verbrennung flüssigen Brennstoffs mit Zerstäuberluft und Verbren-

nungsluft vorgesehen, um eine Charge aus Nichteisenmaterial innerhalb des Ofens F zu erhitzen und zu schmelzen, ohne die Charge mit flüssigem Brennstoff zu verunreinigen. Wie am besten aus Fig. 4 zu ersehen und bereits erwähnt/ist, weist der Brenner des Brennersatzes B einen feuerfesten Block R, eine Ventileinrichtung V, einen

Mischtrichter M und eine Brennkammer C auf, in der eine

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Turbulenzeinrichtung T ausgebildet ist, wie es sämtlich nachstehend näher besprochen werden wird. Zum Zwecke der Erläuterung wird nachfolgend der als Ganzes mit 16 bezeichnete Brenner (Fig. IA und 3) in allen Einzelheiten vollständig besprochen. Die Brenner 18, 20, 22, 24, 26, 28 und 30 sind in ihren Einzelteilen identisch, so daß es keiner zusätzlichen Erläuterung dieser Brenner bedarf.

Der Brenner 16 des Brennersatzes B weist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, einen feuerfesten Block R auf, der vorzugsweise aus einem einen hohen Tonerdeanteil aufweisenden feuerfesten Werkstoff gefertigt ist. Der feuerfeste Block R weist einen Körper 36 auf, der am Ofen F in der Nähe des unteren Schmelzbereichs 1Oe des Schachtofens 10 anbringbar ist. Der Körper 36 weist vorzugsweise einen Einlaßteil 36a, einen Auslaßteil 36b und eine Brennkammer 36c auf, die in dem Körper 36 zwischen dem Einlaßteil 36a und dem Auslaßteil 36b ausgebildet ist. Die Brennkammer 36c ist so geformt, daß sie eine Kammerwandung 36d besitzt, die eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt hat, wobei die Kammerwandung 36d sich vom Einlaßteil 36a gegen den Auslaßteil 36b hin radial erweitert.

Die Turbulenzeinrichtung T ist vorzugsweise innerhalb der Brennkammer C des Brenners ausgebildet, um eine Turbulenz innerhalb der Brennkammer C hervorzurufen. Zu der Turbulenzeinrichtung T gehört mindestens eine Turbulenzlippe, Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Turbulenzlippen 36e und 36f im Verlauf der Kammerwandung 36d ausgebildet. Die Turbulenzlippen 36e und 36f sind so geformt, daß sie sichfcadial nach auswärts an der

Kammerwandung 36d , gesehen vom Einlaßteil 36a aus, erstrecken

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und Zwecken dienen, die unten angegeben und eingehender besprochen werden.

Der Brenner des Brennersatzes B weist außerdem die Ventileinrichtung V auf, die am feuerfesten Block R in der Nähe von dessen Einlaßteil 36a angeordnet ist. Die Ventileinrichtung V weist ein als Ganzes mit 38 bezeichnetes Nadelventilgerät auf. Das Nadelventilgerät 38 weist ein Ventilgehäuse 38a, eine Brennstoffkammer 38b, eine Kammer 38c für Zerstäuberluft sowie ein Nadelventil 38d auf.

Das Ventilgehäuse 38a des Nadelventilgerätes 38 ist am feuerfesten Block R in der Nähe von dessen Einlaßteil 36a anbringbar. Die

Brennstoffkammer 38b, die Kammer 38c für Zerstäuberluft und eine Kammer 38e für Verbrennungsluft sind sämtliche innerhalb des Ventilgehäuses ausgebildet.

Die Brennstoffkammer 38b der Ventileinrichtung V ist für die Aufnahme flüssigen Brennstoffs vorgesehen, der in der Richtung eines Pfeiles 40 in die Brennstoffkammer 38b fließt. Die Kammer 38c für Zerstäuberluft ist für die Aufnahme von Zerstäuberluft vorgesehen, die in Richtung eines Pfeiles 42 in die Kammer 38c für Zerstäuberluft einströmt. Die Kammer 38e für Verbrennungsluft erhält Verbrennungsluft zugeführt, welche in Richtung eines Pfeiles 44 in die Kammer 38c für Verbrennungsluft einströmt. Die Kammern 38b, 38c und 38e stehen sämtliche mit nicht gezeigten Zuführleitungen in Verbindung, die den erforderlichen Brennstoff und/oder die Luft liefern, wie es für den richtigen Betrieb des Brennersatzes erforderlich -ist. In an sich bekannter Weise kann das Dosieren des Brennstoffes und/oder der Luft in den Zuführleitungen mittels geeigneter Dosierventile (die nicht gezeigt sind) vorgenommen werden, die in den Zuführleitungen angeordnet sind.

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Das Nadelventilgerät 38 weist das innerhalb des Ventilgehäuses 38a angeordnete Nadelventil 38d auf. Das Nadelventil 38d weist einen Nadelteil 38f und einen mit Gewinde versehenen Schaftteil 38g auf. Eine innere Rippe 38h trennt die Brennstoffkammer 38b und die Kammer 38c für Zerstäuberluft innerhalb des Ventilgehäuses 38a voneinander und bildet außerdem einen Träger für einen geeigneten Ventilhalterblock 38i zur beweglichen Anordnung des Nadelventils 38d innerhalb der Brennstoffkammer 38b. Der mit Gewinde versehene Schaftteil 38g des Nadelventils 38d steht in Gewindeeingriff mit einem passenden Gewinde, das innerhalb des Ventilhalterblocks 38i ausgebildet ist, so daß eine longitudinale Einstellbewegung des Nadelventils 38d in dessen Längsrichtung möglich ist. Eine geeignete Einstellung des Nadelventils 38d kann vorgenommen werden, indem in einen Schlitz 38k eingegriffen wird, der am Ende des mit Gewinde versehenen Schaftteils 38g ausgebildet ist und der über eine Einstellöffnung 38j zugänglich ist, die im Ventilgehäuse 38a des Nadelventilgerätes 38 vorgesehen ist.

Ein geeigneter Durchgang (der nicht gezeigt ist) ermöglicht, daß die in der Kammer 38c befindliche Zerstäuberluft und der in der Brennstoffkammer 38b befindliehe flüssige Brennstoff miteinander in der Brennstoff kammer 38b in Berührung kommen können. Wenn das Nadelventil 38d sich in der voll geschlossenen Stellung befindet, berührt der Nadelteil 38f des Nadelventils 38d einen .Nadelventilsitz 38 1, der in einer Düse 38m vorgesehen ist, die innerhalb des Ventilgehäuses 38a angeordnet ist. Die Düse 38m trennt die Kammer für Verbrennungsluft 38e und die Brennstoffkammer 38b innerhalb des Ventilgehäuses 38a voneinander. Geeignete

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Drehung des Nadelventils 38d ermöglicht das Regulieren des Luft-Brennstoff-Verhältnisses durch Regulieren der Mischung von flüssigem Brennstoff und Zerstäuberluft mit der Verbrennungsluft innerhalb der Kammer 38e für Verbrennungsluft, aus der heraus das Gemisch in die Brennkammer C abgegeben wird. Die Ventileinrichtung V reguliert somit das Vermischen von flüssigem Brennstoff und Zerstäuberluft mit Verbrennungsluft, bevor die Mischung in die Brennkammer C gelangt.

Der Brennersatz B weist außerdem den Mischtrichter M auf, der als Venturimischer 46 zwischen dem Einlaßteil 36a des feuerfesten Blocks R und der Ventilexnrichtung V ausgebildet ist. Der Venturimischer 46 erhält den zerstäubten flüssigen Brennstoff von der Ventileinrichtung V und vermischt denselben mit der Verbrennungsluft aus der Kammer 38e. Die vorzugsweise elliptische Querschnittsform des Venturimischers 46 ergibt eine Drosselung am Venturimischer 46 für das Vermischen des zerstäubten flüssigen Brennstoffs mit Verbrennungsluft aus der Kammer 38e. Anschließend wird die Mischung zur Brennkammer C geführt. Im wesentlichen das gesamte Vermischen von flüssigem Brennstoff, Zerstäuberluft und Verbrennungsluft geschieht in der Nähe des Venturimischers 46 des Mischtrichters M. Die elliptische Querschnittsfläche des Venturimischers hilft mit, den beträchtlichen Geräuschpegel zu senken, der üblicherweise bei Brennern bekannter Art auftritt.

Die Brennkammer C der Brenner des hier aufzuzeigenden Brennersatzes B erhält die Mischung aus flüssigem Brennstoff, Zerstäuberluft und Verbrennungsluft, um im wesentlichen die gesamte Mischung darin zu verbrennen und die Wärmeenergie für das Erhitzen und Schmelzen der

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Charge aus Nichteisenmaterial in dem Ofen F zur Verfügung zu stellen. Die Turbulenzeinrichtung T weist, wie oben besprochen, die Turbulenzlippen 36e und 36f, die innerhalb der Karruarwandung 36d der Brennkammer 36c ausgebildet sind, auf und stellt die Verdampfung und die im wesentlichen vollständige Verbrennung der Mischung sicher, wenn diese innerhalb der Brennkammer C gezündet wird.

Die Brenner des Brennersatzes B v/eisen außerdem eine Venturi-Austrittsdüse 48 auf, die dem Auslaßteil 36b der Brennkammer C benachbart angeordnet ist. Vorzugswei^· se hat die Venturi-Austrittsdüse 48 einen kleineren Durchmesser als der benachbarte Auslaßteil 36b der Brennkammer 36c und verläuft mit sich verringerndem Durchmesser, wobei die Venturiverengung 48a mit ihrem kleinsten Durchmesser sich in der Nähe des auslaßseitigen Endteils 48b befindet. Das Endteil 48b der Venturiaustrittsdüse 48 erstreckt sich unmittelbar zur inneren Kammer 1On des Erhitzungsteils 10c des Schachtofens 10. Die Venturiaustrittsdüse 48 weist eine Querschnittsfläche von im wesentlichen elliptischer Form auf, wie es auch beim Mischtrichter M der Fall ist ,und hilft demgemäß mit, die beträchtlich hohen Werte des Geräuschpegels zu verringern, wie sie üblicherweise bei derartigen Brennern auftreten, die Lebensdauer des feuerfesten Blocks R zu verlängern und hilft auch mit, den Gegendruck in der Brennkammer C zu verringern, um die Verdampfung des flüssigen Brennstoffs zu fördern.

Das hervorstechendste Problem, das bei bekannten Flüssigbrennstoff-Brennern zum Heizen eines Ofens für das Schmelzen einer Charge aus Nichteisenmaterial, beispielsweise von Kupfer oder Aluminium, zu Trage tritt, besteht

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darin, sicherzustellen, daß keine unaufbereiteten Brennstofftröpfchen mit den verhältnismäßig kühlen Oberflächen der Charge aus Nichteisenmaterial in Berührung kommen. Bei einem solchen Kontakt nehmen die verhältnismäßig kühlen Oberflächen des Chargenmaterials bereitwillig Sauerstoff aus der strömenden Gasmischung auf, so daß flüssiger Brennstoff unverbrannt bleibt und eine Verunreinigung des Chargenmaterials mit Brennstoff tröpfchen die Folge ist, wodurch die Unversehrtheit und metallurgische Güte der Schmelze beeinträchtigt wird. Dementsprechend ist es sehr wünschenswert, sicherzustellen, daß keine Tröpfchen flüssigen Brennstoffs, zusätzlich zu irgend-welchen Ablagerungen von Ruß oder Kohlenstoff, mit irgend einem Teil der Charge aus Nichteisenmaterial in Kontakt kommen können.

Beim Betrieb des hier aufgezeigten Brennersatzes B schließt der feuerfeste Block R/der die Brennkammer C im Inneren enthält, die meisten der Verbrennungsprozesse innerhalb der Brennkammer C ein, so daß die Ver- brennungsprozesse also nicht innerhalb der inneren Kammer 1On des Schachtofens 10 stattfinden. Die Benutzung einer derartigen Brennkammer C verhindert, daß sich Ablagerungen aus Kohlenstoff und anderen Verbrennungsprodukten auf der Charge des Nichteisenmaterials in dem Ofen F ablagern können, wie dies üblicherweise der Fall war, wo flüssige Brennstoffe, beispielsweise Heizöle, mit den verhältnismäßig kühlen Oberflächen des Chargenmaterials in Kontakt kommen^ bevor eine vollständige Verbrennung stattgefunden hatte .Die Ventileinrichtung V und der Mischtrichter M stellen beim hier aufgezeigten Brenner eine richtig eingestellte und dosierte Mischung aus Flüssigbrennstoff und Zerstäuberluft mit Verbrennungsluft beim Eintritt in die '

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Brennkammer C sicher. Die Turbulenzeinrichtung T innerhalb der Brennkammer C stellt die Verdampfung und im wesentlichen vollständige Verbrennung der Mischung innerhalb der gezündeten Brennkammer C sicher, um eine Verunreinigung der Charge aus Nichteisenmaterial im Ofen mit nicht verdampftem flüssigen Brennstoff zu verhindern und dadurch die metallurgische Güte der Charge aufrechtzuerhalten. Die Formgebung sowohl des Mischtriehters M als auch der Venturi-Austrittsdüse 48 helfen mit, eine Verringerung des Gesamtgeräusches zu erreichen, das üblicherweise bei derartigen Brennern auftritt. Im wesentlichen die gesamte Verbrennung erfolgt innerhalb der Brennkammer C, so daß das Problem von Flüssigkeitströpfchen, welche tatsächlich mit der Charge aus Nicht- eisenmaterial in Berührung kommen könnten, aus der Welt geschafft ist. Als Folge davon wird es möglich gemacht, verschiedene Sorten flüssiger Brennstoffe minderer Güte, beispielsweise verschiedene Sorten von Heizölen, zum Schmelzen von Chargen aus Nichteisenmaterialien, wie Kupfer und Aluminium, in wenig schlackenerzeugender Weise zu benutzen, dergestalt, daß die Schmelze für das Durchführen von Gießvorgängen geeignet ist. Sorgfältig gesteuerte Mengen flüssigen Brennstoffs und Zerstäuberluft zusammen mit Verbrennungsluft werden dem Brennersatz B zugeführt, wo der Brennstoff zerstäubt und innerhalb der Brennkammer C schnell verbrannt wird, aus der er sodann mit hoher Geschwindigkeit in die innere Kammer 1On des Ofens F hinein ausgestoßen wird, wo das Schmelzen der Charge aus Nichteisenmaterial stattfindet.

Eine sorgfältige Steuerung der metallurgischen Eigenschaften wird durch sorgfältige Kontrolle der Verbrennungsprodukte erreicht. Die Verbrennungsprodukte ihrerseits steuert man wiederum durch Überwachen der Volumenströme und/oder Einrichtungen zur Gasanalyse {was sämtlich nicht gezeigt ist) bei jedem einzel-

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nen der Brenner. Richtige Auswahl des Brennstoffs und der Brennstoffgüte und das Kombinieren des Brennstoffs mit den richtigen Mengen von Zerstäuberluft und Verbrennungsluft bewirken, daß die Mischung außerhalb der Ventileinrichtung V, jedoch nicht innerhalb des Ofens F, sondern vielmehr innerhalb der Brennkammer C, verbrennt. Die Brennkammer C fördert das turbulente Mischen des enthaltenen flüssigen Brennstoffs und sammelt jedweden eventuell bei der Verbrennung entstehenden Ruß, um dadurch zu verhindern, daß die Charge aus Nichteisenmaterial innerhalb des Ofens F verunreinigt wird.

Wie in Fig. 2- gezeigt, findet für jeden Ofen F ein Brennersatz B aus mehreren Brennern Anwendung. Außerdem sind vorzugsweise einige der Brenner, beim Ausführungsbeispiel die Brenner 22, 24, 26 und 28, so gerichtet, daß ihre Längsachsen nicht durch die longitudinale Zentrallinie des Ofens F hindurchgehen, sondern vielmehr mit dieser Linie einen Winkel bilden, der in Fig. 2 mit 50 bezeichnet ist. Diese schräge Ausrichtung einiger der Brenner hat die Wirkung, die Turbulenz innerhalb des Ofens F zu erhöhen,/aas Erhitzen der enthaltenen Materialcharge zu fördern. Die Materialcharge wird erhitzt, geschmolzen und sodann am unteren Ende des Ofens F am Abstichteil 1Od ausgegeben, wo die Schmelze in die Abstichrinne 10 ο geführt wird und aus dem Ofen F heraus in den Abstichtrog 32 gelangt, um für einen geeigneten Gießprozeß anschließend zur Verfügung zu stehen.

Beim Durchführen des hier angegebenen Verfahrens gelangt der flüssige Brennstoff in die Brennstoffkammer 38b, während gleichzeitig ein Vermischen mit der in die Kammer 38c zugeführten Zerstäuberluft stattfindet, um den flüssigen Brennstoff vor der Verbrennung zu zerstäuben. Das

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Nadelventil 38d reguliert das Vermischen zerstäubten flüssigen Brennstoffs mit der Verbrennungsluft, dient also zum Einstellen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses. Der zerstäubte flüssige Brennstoff und die Verbrennungsluft vereinigen sich nach dem Mischen in der Nähe des Mischtrichters M, der zwischen der Ventileinrichtung V und dem feuerfesten Block R ausgebildet ist. Anschließend strömt die Mischung aus flüssigem Brennstoff/ Zerstäuberluft und Verbrennungsluft aus dem Mischtrichter M in die Brennkammer C, die im feuerfesten Block R ausgebildet ist, wo die Mischung turbulent vermischt und mittels der Turbulenzeinrichtung verbessert wird, die innerhalb der Brennkammerwandung 36d der Brennkammer C ausgebildet ist, um die Verdampfung der Mischung für eine im wesentlichen vollständige Verbrennung der Mischung innerhalb der Brennkammer C sicherzustellen. Das turbulente Mischen umfaßt außerdem das Lenken eines Teils der Mischung gegen mindestens eine Turbulenzlippe 36e und/oder 36f, die in der Kammerwandung der Brennkammer c ausgebildet sind, um den turbulenten Mischvorgang innerhalb der Brennkammer C zu verstärken. Danach wird die verdampfte Mischung in der Brennkammer gezündet, um Wärme für das Schmelzen der Charge aus Nichteisenmaterial in dem Ofen zur Verfügung zu stellen, während gleichzeitig eine Verunreinigung der Charge aus Nichteisenmaterial im Ofen F mit nichtverdampftem flüssigem Brennstoff verhindert wird, um die metallurgische Güte der Charge aus Nichteisenmaterial, das geschmolzen werden soll, aufrechtzuerhalten. Schließlich wird die verbrannte Mischung aus der Brennkammer C durch die Venturi-Austrittsdüse 48 hindurch ausgestoßen, welche zur Geräuschminderung, zur Verringerung des Gegendrucks in der Brennkammer C und dadurch zum Erzielen weiter verbesserter Verdampfung des flüssigen Brennstoffs dient und außerdem mithilft, die Lebensdauer des feuerfesten Blocks R zu verlängern.

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Das angegebene Verfahren zum Erhitzen einer Charge aus Nichteisenmaterial mit flüssigem Brennstoff und der aufgezeigte Brennersatz B zur Durchführung des Verfahrens stellen daher eine Verbesserung dahingehend dar, daß in vorteilhafter Weise kostensparende Brennstoffe minderer Sorten verwendet werden können, während gleichzeitig von Nichteisenmetallen eine Schmelze ohne Verunreinigungen und von hoher metallurgischer Güte erzielt wird.

Die obige Darlegung und Beschreibung der Erfindung bezieht sich nur auf illustrative, der Erläuterung dienende Beispiele, und es sind die verschiedensten Abwandlungen bezüglich Größe, Form und Werkstoffen sowie bezüglich der Einzelheiten der dargestellten Konstruktion möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

2326345 Patentansprüche

1. Verfahren zum Erhitzen und Schmelzen einer Charge aus Nichteisenmaterial in einem Ofen unter Verwendung von flüssigem Brennstoff, Zerstäuberluft und Verbrennungsluft, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) Vermischen des flüssigen Brennstoffs und der Zerstäuberluft innerhalb einer Ventileinrichtung, um den flüssigen Brennstoff vor der Verbrennung zu zerstäuben;

b) Vereinigen des zerstäubten flüssigen Brennstoffs mit der Verbrennungsluft in der Nähe eines Mischtrichters, der zwischen der Ventileinrichtung und einem Einlaßteil eines feuerfesten Blocks ausgebildet ist;

c) Einführen der Mischung aus flüssigem Brennstoff, Zerstäuberluft und Verbrennungsluft aus dem Bereich des Mischtrichters in eine in dem feuerfesten Block ausgebildete Brennkammer;

d) turbulentes Vermischen dieser Mischung mittels einer an der Kammerwandung der Brennkammer ausgebildeten Turbulenzeinrichtung, um das Verdampfen der Mischung für eine im wesentlichen vollständige Verbrennung der Mischung innerhalb der Brennkammer sicherzustellen und

e) Zünden der verdampften Mischung in der Brennkammer, um Wärme für das Erhitzen und Schmelzen der Charge aus Nichteisenmaterial zur Verfügung zu stellen, während gleichzeitig eine Verunreinigung derselben im Ofen durch nichtverdampften flüssigen Brennstoff verhindert und somit die metallurgische Güte des Nichteisenmaterials der Charge beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim turbulenten Vermischen ein Teil der Mischung ge-

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gen mindestens eine sich radial nach auswärts erstreckende Lippe gelenkt wird, die an der Kammerwandung der Brennkammer ausgebildet ist, um darin die turbulente Vermischung zu verstärken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrannte Mischung aus der Brennkammer durch eine am feuerfesten Block angeordnete Venturi-Austrittsdüse ausgestoßen wird, deren Durchmesser geringer ist als derjenige des benachbarten Abschnitts der Brennkammer.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausstoßen eine Venturiaustrittsduse verwendet wird, deren Durchmesser,von der Brennkammer ausgehend,in Strömungsrichtung bis zu einer am Ende der Venturi-Austrittsdüse gelegenen engsten Stelle abnimmt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vereinigen des zerstäubten, flüssigen Brennstoffs mit der Verbrennungsluft im Bereich eines Venturimischers durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen des flüssigen Brennstoffs mit der Zerstäuberluft durchgeführt wird, indem der flüssige Brennstoff in eine Brennstoffkammer eingeführt wird, die in einem am feuerfesten Block angebrachten Ventilgehäuse ausgebildet ist, dass Zerstäuberluft in eine im Ventilgehäuse ausgebildete Kammer für Zerstäuberluft eingeführt wird und daß das Verhältnis der Mischung von flüssigem Brennstoff und Zerstäuberluft mit einem Nadelventil eingestellt wird, das im Ventilgehäuse angeordnet ist und mit der Brennstoffkammer und der Kammer

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für Zerstauberluft in Verbindung steht.

7. Brennereinrichtung zum Verbrennen flüssigen Brennstoffs mit Zerstäuberluft und Verbrennungsluft für das Erhitzen und Schmelzen einer Charge aus Nichteisenmaterial innerhalb eines Ofens/ ohne die Charge mit dem flüssigen Brennstoff zu verunreinigen, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) einen feuerfesten Block (R), der am Ofen (FJ anbringbar ist und einen Einlaßteil (36a), einen Auslaßteil (36b) und eine im Inneren des Blocks (R) ausgebildete Brennkammer (C, 36c) aufweist, die zwischen dem Einlaßteil und dem Auslaßteil gelegen ist;

b) eine am feuerfesten Block (R) in der Nähe von dessen Einlaßteil (36a) angeordnete Ventilexnrichtung (V) "mit Kammern (38b, 38c, 38e) zur getrennten Aufnahme von flüssigem Brennstoff, Zerstäuberluft bzw. Verbrennungsluft, wobei die Ventilexnrichtung zum Regulieren und Mischen des flüssigen Brennstoffs mit der Zerstauberluft dient, um den flüssigen Brennstoff vor der Verbrennung zu zerstäuben;

c) ein Mischtrichter (M) , der zwischen dem Einlaßteil (36a) des feuerfesten Blocks und der Ventilexnrichtung (V) ausgebildet ist und dem der zerstäubte Brennstoff von der Ventxleinrichtung sowie die Verbrennungsluft ebenfalls von der Ventilexnrichtung her für die am Mischtrichter (M) erfolgende Vermischung derselben zugeführt wird, um die so gebildete Mischung aus flüssigem Brennstoff, Zerstäuberluft und Verbrennungsluft vom Mischtrichter (M) in die Brennkammer (C, 36c) einzugeben und

d) eine in der Brennkammer ausgebildete Turbulenzeinrichtung (T) zum Erzeugen einer Turbulenz innerhalb der Brennkammer, um die Verdampfung und

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damit die im wesentlichen vollständige Verbrennung der Mischung innerhalb der Brennkammer/ wenn diese ge zündet ist, sicherzustellen,

8. Brennereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Turbulenzeinrichtung (T) mindestens eine Turbulenzlippe (36e, 36f) aufweist, die in der Kammerwandung (36d) der Brennkammer (36c) als, gesehen vom Einlaßteil (36a) der Brennkammer (36c) aus, radial nach auswärts verlaufander Wandungsteil der Kammerwandung (36d) ausgebildet ist.

9. Brennereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet/ daß die Kammerwandung (36d) eine im wesentlichen kegeIstumpfförmige Gestalt hat, wobei sich der Durchmesser vom Einlaßteil (36a) gegen den Auslaßteil (36b) hin erweitert.

10. Brennereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichet, daß eine Venturiaustrittsdüse (48) vorgesehen ist,deren Durchmesser geringer ist als derjenige des Auslaßteils (36b) der Kammerwandung (36d) des angrenzenden Teils der Brennkammer (36c),um das Verbrennungsgeräusch zu verringern und die Lebensdauer des feuerfesten Blocks (R) zu verlängern.

11. Brennereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser der Venturiaus-

trittsdüse (48), ausgehend von der Brennkammer (36c)_/ bis zu einer Venturiverengung (48a) verringert, die sich am Endteil (48b) der Venturi-Austrittsdüse (48) befindet.

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12. Brennereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischtrichter ein Venturimischer (46) vorgesehen ist, der zwischen der Ventileinrichtung (V) und dem Einlaßteil (36a) der Brennkammer (36c) ausgebildet ist, in der das hauptsächliche Mischen des flüssigen Brennstoffs, der Zerstäuberluft und der Verbrennungsluft stattfindet.

13. Brennereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung

(V) ein Nadelventilgerät (38) aufweist, das ein am feuerfesten Block (R) angeordnetes Ventilgehäuse (38a), eine im Ventilgehäuse (38a) ausgebildete Brennstoffkammer (38b) zum Aufnehmen des flüssigen Brennstoffs, eine im Ventilgehäuse (38a) ausgebildete zweite Kammer (38c) zum Aufnehmen von Zerstäuberluft und ein im Ventilgehäuse (38a) angeordnetes Nadelventil (38d) aufweist, das mit der Brennstoff kammer (38b) und der Kammer (38c) für Zerstäuberluft in Verbindung steht, um das Vermischen derselben zu steuern.

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