Kupolofen; kaltwindbetrieben

Das Bild zeigt den Aufbau eines Kaltwind- Kupolofens. Er ist auf einem Ofenfuß flureben aufgestellt. Der Ofenmantel aus Stahlblech ist feuerfest ausgekleidet und bildet den Ofenschacht. Auf einer Gichtbühne über Flur erfolgt die Beschickung (Begichtung) des Ofens. Den Ofenboden bildet die zur Abstichrinne geneigte Sohle. Die Abstichrinne ist durch einen Tonstopfen im Stichloch verschlossen. Erst beim Abstich des flüssigen Eisens wird das Stichloch geöffnet. Über der Sohle befindet sich der sogenannte Herd, der mit Füllkoks aufgefüllt ist. Im Herd sammelt sich das flüssige Eisen, das in der Zone oberhalb der Winddüsen geschmolzen wird. Der Kaltwind gelangt durch die Windleitung in einen ringförmigen, den Ofen umschließenden Windkasten oder in eine dem Windkasten entsprechende Ringleitung und von dort zu den Winddüsen, auch Blasformen oder Windformen genannt. Die heißen Ofengase (Gichtgas) ziehen durch den Ofenschacht nach oben in den Kamin ab. Nach geltenden gesetzlichen Vorschriften zur Reinhaltung der Luft müssen die Gichtgase entstaubt werden.

Zum Anzünden des Ofens ist eine Öffnung im Herd vorgesehen. Die Vorwärmung vor Inbetriebnahme geschieht mittels Gas- oder Ölbrenner, die durch eine Vorwärmöffnung eingeführt werden. Das Entleeren des Ofens nach Betriebsende erfolgt durch Öffnen der Bodenklappen.

Der Schmelzprozess läuft wie folgt ab: Die durch die Begichtungsöffnung eingeworfenen Chargen füllen den Ofenschacht etwa bis in die Höhe der Gichtbühne. Die aufsteigenden heißen Ofengase erwärmen den Eisensatz, der durch das kontinuierliche Schmelzen allmählich in den Ofenschacht abgleitet. Nach Erreichen der Schmelzzone (etwa 300 bis 400 mm über den Düsen) wird das Eisen flüssig und tropft durch das Koksbett, das von der Füllkokssäule von der Sohle bis zur Schmelzzone gebildet wird, wobei es überhitzt wird. Die Höchsttemperatur wird ungefähr in Düsenhöhe erzielt. Das überhitzte Eisen sammelt sich im Herd und fließt nach Öffnen des Stichlochs über die Abstichrinne ab. Zusammenfassend betrachtet, durchwandert somit das Eisen die Vorwärmzone im Ofenschacht, dann die Schmelzzone über den Düsen, anschließend die Überhitzungszone in Düsenhöhe und schließlich die Herdzone, bevor es den Ofen durch das Stichloch verlässt. Zur Trennung des Eisens von der Schlacke dient der Siphon.

Die Ofenatmosphäre ist in der Herdzone neutral, in der Überhitzungszone oxidierend und im oberen Ofenteil reduzierend. Der Übergang der Oxidationszone in die Reduktionszone findet ungefähr im Bereich nahe der Schmelzzone statt. Durch das Einblasen des Windes wird der zur Koksverbrennung erforderliche Luftsauerstoff zugeführt. Die Oxidationszone beginnt daher in Düsenhöhe. Das Verbrennungsprodukt ist Kohlendioxidgas (CO2), das dann durch den Kokskohlenstoff zum Teil reduziert wird und mit dem gebildeten Kohlenmonoxid (CO) einem druck- und temperaturabhängigen Gleichgewichtszustand zustrebt. Mit fortschreitender Abkühlung des Gichtgases beim Durchströmen des Ofenschachtes nimmt der CO-Gehalt wieder ab. Das Gichtgas hat beim Verlassen des Kamins eine Zusammensetzung von etwa 18 % CO2, 1 % CO2, 0,3 % O2, Rest N2. Durch Erhöhung der Windmenge wird die Oxidationszone bis in die Schmelzzone hinein ausgeweitet, sofern nicht auch der Kokssatz entsprechend erhöht wird.

Bei Kaltwindbetrieb ist bekannt, dass hohe Rinneneisentemperaturen nur schwer erreichbar sind und dann nur mit erhöhtem Kokssatz und Steigerung der Windmenge auf Kosten der Schmelzleistung. Außerdem kann Stahlschrott nur in geringen Mengen eingesetzt werden, und für die Analysengenauigkeit des Rinneneisens müssen verhältnismäßig breite Toleranzen zugestanden werden.

Taschenbuch der Gießerei-Praxis

Jährlich aktualisierte Ausgabe des Nachschlagewerks für das Gießereiwesen.