Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 19. 12 maj 1953 - Kupolugnar för varmluftsdrift, av Alberts Upmalis
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
12 maj 1953
407
Kupolugnar för varmluftsdrift
Diplomingenjör Alberts Upmalis, Liége
621.745.342 : 662.925.2
Kupolugnen är en för smältning av gjutjärn avsedd
cylindrisk schaktugn, som fylls uppifrån med smältgods och
bränsle allteftersom det smälta järnet tappas ur nertill och
fyllningen sjunker neråt. Förbränningsluften blåses in
nertill, och förbränningen sker ovanför
inblåsningsmunstyc-kena. Beroende på den uppnådda
förbränningstemperaturen, ligger den egentliga smältzonen någonstans i
närheten av den högsta temperaturen. Det flytande järnet
droppar ner över den obrända koks som finns under
in-blåsningsmunstyckena och samlas tillsammans med den
flytande slaggen på bottnen i ugnen, varifrån det töms ut.
Förbränningsgaserna och smältgodset går alltså mot
varandra i ugnen, förbränningsgaserna uppåt och smältgodset
neråt. En kupolugn är alltså den bästa lösningen för att
utnyttja avgasvärmet, så länge det rör sig om det fria
värmet. Det fria värmet från en kupolugn kan alltså
utnyttjas vid varje önskad temperatur, under förutsättning
att denna temperatur är högre än den aktuella
temperaturen på beskickningen, om man dessutom har en lämplig
höjd på ugnen. Trots detta är dock kupolugnens termiska
verkningsgrad låg. Detta är troligen orsaken till att man
redan på ett tidigt stadium övervägde varmluftsdrift, och
1834 var en varmluftskupolugn i drift i Saynerhütte.
Dessa tidiga försök har emellertid råkat i glömska.
Nya försök gjordes först under tiden mellan de båda
världskrigen. Dessa arbeten ledde till olika konstruktioner,
som med större eller mindre framgång försökte lösa de
invecklade problemen. Ett framsteg i utvecklingen av
ugnarna innebar endast sådana konstruktioner som kunde
tillvarata både det kemiskt bundna och det fria värmet i
avgaserna.
Reaktioner och värmebalans
Reaktionsförloppet i kupolugnens nedre del
karaktäriseras av en förbränningszon, en reduktionszon och en
smält-zon, fig. 1. I höjd med luftmunstyckena finns ännu hela
den inblåsta mängden syre kvar. Från denna punkt och
uppåt sker förbränningen av koksen enligt ekvationen
G + 02 = C02. Temperaturen stiger mycket fort i
förhållande till mängden förbrukad 02. Likaså ökar mängden
C02 mot gränsvärdet 21 % utan att dock uppnå detta. Den
i praktiken högsta C02-halten som kan uppnås ligger
mellan 17 och 18 »/o vid ca 1 650°C.
Samtidigt sätter reduktionen C + CO„ = 2 CO in och
börjar spela en allt viktigare roll. Denna förbrukar värme och
minskar därför den i förbränningszonen uppnådda högsta
temperaturen.
Det vid koksförbränningen frigjorda värmet förbrukas
vid reduktionen av C02 till CO, för överhettning av järnet
och slaggen och slutligen till förvärmning av
beskickningen.
Att få tillförlitliga analyser på gasen i en kupolugn är
mycket svårt. Det räcker inte med att endast ta gasprov på
olika höjder, därför att gasens sammansättning är mycket
olika även i ugnens genomskärning. Efter ett stort antal
mätningar har man kommit till att gaserna i en
kupolugn innehåller 10—23 */o C02 och 18—13 % CO.
Förutsätter man att avgastemperaturen i ugnen är ca 450°C,
uppgår samtliga värmeförluster i kupolugnsavgaserna till
ca 540 kcal/m3 (0°C, 760 Torr) vid 13 «/o CO och till 690
kcal/m3 vid 18 °/o CO.
En beräkning ger vid handen, att koks vid fullständig
förbränning till C02 skulle ge 900 kcal/m3, varav enligt
ovanstående 540—690 kcal/m3 skulle avgå genom kupol-
ugnens skorsten. Härav framgår att driften vid en
kupolugn av hittills vanlig typ är ett stort slöseri med bränslet.
Man har dock lyckats nedbringa koksförbrukningen till
10 eller 9 kg/100 kg järn vid kalluftskupolugnar, men
endast mycket sällan och med en ytterst noggrann
övervakning av driften.
Vid de gjorda beräkningarna har vattenångans inverkan
icke beaktats. Med förbränningsluften följer avsevärda
mängder vattenånga med in i ugnen, och därför
förekommer även reaktionerna C + H20 = CO + H2 och CO + ILO
= co2 + h2.
Vidare oxideras smärre mängder järn, kisel, mangan osv.,
och slutligen tillkommer också reaktioner mellan bränsle,
flussmedel och förbränningsprodukterna. En del av dessa
reaktioner är värmeförbrukande, en del värmeavgivande.
Tillsammans har de ett visst inflytande på den
metallurgiska reaktionen, medan de i anläggningens värmebalans
endast betyder några få procent.
Värmebalansen i en kalluftskupolugn kan enligt
erfarenheten uppställas på följande sätt:
Tillfört värme
Bränsle ............................................................................................................96,3 "V»
Förbränningsvärme i metaller ..........................................................3,0 °/e
Kalluft vid 20°C ........................................................................................0,7 •/•
100,0 */»
Bortfört värme
I flytande järn vid 1 350°C ................................................................29,0 ®/o
I slagg ............................................................................................................3,0 •/»
Strålnings- och andra förluster ........................................................8,0 *!o
I avgaser: fritt värme ................................ 17 °/o
kemiskt bundet värme ....................43 ^/o 60,0 •/»
100,0 ®/o
Anläggningens termiska verkningsgrad uppgår alltså till ca
29 */o. Enbart avgasförlusterna uppgår till 60 °/o, därav
17 °/o i fritt och 43 °/o i bundet värme. Härav framgår att
det finns möjligheter till stora värmebesparingar genom
att man utnyttjar det bundna avgasvärmet.
Luftförvärmning och bränslebesparing
För ungefär 20 år sedan övergick en amerikansk
industrikoncern till varmluftsdrift vid 12 ugnar. Den utgående
gasen hade efter förbränningskammaren 935°C temperatur
och den avkyldes i luftförvärmaren till 315°C. Luften
uppvärmdes i genomsnitt till 280°C. Vid anläggningarna
sparade man 15—20 "/o genom varmluft och 10—15 °/o genom
ökad förbränning. Kraftåtgången blev mindre tack vare
mindre luftmängd och lägre tryck. Luftförbrukningen blev
25 *>/o lägre och trycket 50 c/o lägre.
Den genomsnittliga bränslebesparingen för de olika
anläggningarna beräknades till mellan 20 och 40 °/o. Till en
början, då luften uppvärmdes till 50Ö°C, lär dock
besparingen ha varit avsevärt högre. Av driftstekniska orsaker
övergavs emellertid de höga lufttemperaturerna och man
arbetade i fortsättningen med ca 280°C.
De i Europa använda lufttemperaturerna är genomgående
högre, vid aducergods 350—100°C och vid högvärdigt tack-
Fig. 1. Förlopp i kupolugnens nedre del.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
