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Vorrichtung zur Rauchgasabführung an Elektroöfen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Rauchgasabführung an Elektroöfen mit einer ringförmigen Kammer,
welche auf dem Elektroofendeckel aufsitzt, die Elektrode an der Stelle ihres Austrittes
aus dem Ofen koaxial umgibt und an der Innenseite einen Saugschlitz aufweist, welcher
mit einem Absaugraum im Innern der Kammer in Verbindung steht.
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Elektroöfen, wie sie heute in großem Umfang zu metallurgischen Zwecken
verwendet werden, besitzen mindestens eine Elektrode, wobei zwischen Elektrode und
Ofen bzw. Schmelzgut ein Lichtbogen gezündet wird. Bei den auf diese Weise durchgeführten
Schmelzprozessen entstehen gewöhnlich große Rauchgasmengen, die teilweise aus dem
Schmelzgut und teilweise aus dem Abbrand der Elektrode stammen können. Die Abführung
dieser Rauchgase stellt ein erhebliches Problem dar, wobei eine möglichst vollständige
Erfassung der Rauchgase nicht nur zum Schutz des Bedienungspersonals gegen die toxischen
Anteile der Rauchgase (CO aus dem Abbrand von Kohleelektroden), sondern auch wegen
des meist erheblichen Staubgehaltes und der dadurch bedingten Notwendigkeit der
Entstaubung der Abgase vor Austritt in die Atmosphäre erforderlich ist. Es sind
schon Vorschläge gemacht worden, um bei offenen Elektroöfen durch Anordnung einer
beweglichen Rauchhaube dieses Problem zu lösen. Bei geschlossenen Elektroöfen hat
man schon im Deckel des Ofens Öffnungen zur Abführung der Rauchgase vorgesehen,
wobei diese Öffnung jedoch von der Elektrodeneinführung unabhängig und getrennt
angeordnet war. Diese getrennte Anordnung hat verschiedene betriebliche Nachteile,
insbesondere die praktische Unmöglichkeit der vollständigen Verhinderung des Rauchaustrittes
an den Elektroden. Obwohl es an sich möglich wäre, durch entsprechende Erhöhung
der Absaugleistung dieses Entweichen von Rauchgas an den Elektroden zu verhindern,
kann damit das Eindringen von Luft in den Ofen erfolgen, das aus mehreren Gründen,
unter anderem wegen der Gefahr des Abbrandes der Elektrode am Elektrodenschaft,
nachteilig ist. Auch hat es sich gezeigt, daß die Strömungsverhältnisse bei den
bekannten Rauchabführungen nicht immer sehr günstig sind.
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Es ist auch schon eine Vorrichtung zum Ansaugen und Abführen der Abgase
aus einem Elektroofen bekanntgeworden, die eine ringförmige Kammer aufweist, welche
unmittelbar auf dem Ofen aufsitzt und die Elektrode an der Stelle ihres Austritts
aus dem Ofen koaxial umgibt. Diese als Abgassammelmanschette bezeichnete Kammer
ist mit einer Reihe von bogenartigen Durchbrechungen versehen, welche, ebenso wie
der die Elektrode umgebende ringförmige Luftspalt, dazu dienen, Frischluft aus dem
Umgebungsraum des Ofens anzusaugen. In nachteiliger Weise müssen bei dieser bekannten
Vorrichtung zusätzlich zum abzuführenden Rauchgas erhebliche Mengen Frischluft mitangesaugt
werden, was eine infolge des vergrößerten Gasvolumens erhöhte Belastung der Absaugvorrichtung
ergibt und außerdem zu einer unkontrollierbaren Abkühlung der abgesaugten Rauchgase
führt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nun die zuvor genannten Nachteile
der bekannten Rauchgasabführungen, besonders an geschlossenen Elektroöfen, beseitigen
und weitere Vorteile ermöglichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungsquerschnitt des Absaugraumes vorzugsweise linear zunimmt und daß
die ringförmige Kammer als mit einem Saugschlitz und einem Anschluß für eine Absaugleitung
versehenes geschlossenes Gehäuse ausgebildet ist.
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Während alle bekannten Vorrichtungen zusätzlich zum Rauchgas große
Mengen aus dem Umgebungsraum ansaugen sollen, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
das Ansaugen von Frischluft dadurch vermieden, daß die ringförmige Kammer ein Gehäuse
ist, welches bis auf den Ansaugschlitz und die Verbindung mit dem Gasableitungssystem
geschlossen ist.
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Durch die weitere Maßnahme, daß der Strömungsquerschnitt des Absaugraumes
in Strömungsrichtung linear zunimmt, wird ein gleich starker Sog an allen Stellen
des Absaugschlitzes erzielt. Bei den bekannten
Vorrichtungen war
ein gleichmäßiger Sog von untergeordneter Bedeutung, da bei den vergleichbaren Vorrichtungen
stets erhebliche Mengen Frischluft mitangesaugt wurden, so daß das gesamte abgesaugte
Gasvolumen unter Umständen ein mehrfaches des abgeführten Abgasvolumens betrug.
Unter diesen Umständen kommt den Strömungsverhältnissen am Absaugschlitz keine so
große Bedeutung zu wie beim Gegenstand der Erfindung. Wird, wie es gemäß dem Stand
der Technik üblich ist und auch bei der schon besprochenen Absaugvorrichtung mit
Abgassammelmanschette zutrifft, den Strömungsverhältnissen im Absaugraum und am
Saugschlitz keine entsprechende Beachtung gewidmet,-so führt dies zu einer ringförmigen
Kammer, die einen praktisch gleichbleibenden Strömungsquerschnitt besitzt. Dadurch
ergibt sich zwangläufig ein unterschiedlicher Sog am Saugschlitz, und zwar in Abhängigkeit
vom Abstand zwischen einer gegebenen Stelle am Saugschlitz und der Absaugleitung.
Insbesondere wird bei gleichbleibendem Strömungsquerschnitt an denjenigen Teilen
des Saugschlitzes, welche der Absaugleitung am nächsten liegen, ein erheblich stärkerer
Sog auftreten als an den entfernt von der Absaugleitung liegenden Stellen des Saugschlitzes.
Soll nun eine vollständige Erfassung der Rauchgase ohne zusätzliches Ansaugen von
Frischluft aus dem Außenraum erreicht werden, so muß der Sog an allen Teilen des
Saugschlitzes praktisch gleich sein, was durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung erreicht ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Erfassung des Rauches
unmittelbar über der Stelle seiner stärksten Entwicklung bzw. an der Stelle der
höchsten Rauchdichte, die dadurch bedingt ist, daß an der Stelle des Eintauchens
der Elektrode in die Beschickung eine besonders kräftige Rauchentwicklung auftritt
und daß um die Elektrode herum eine durch die Wärmeentwicklung verursachte, nach
oben führende Strömung herrscht. Der normale Auftrieb der Rauchgase an der Elektrode
trägt daher direkt als Komponente zur Rauchabführung bei.
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Vorzugsweise wird zum Betrieb von Elektroöfen für jede Elektrode des
Ofens je eine solche Vorrichtung zur Rauchabführung angeordnet.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen in einer bevorzugten
Ausführungsform beispielsweise näher erläutert werden. Dabei zeigt F i g.1 einen
Querschnitt durch die Vorrichtung in Anordnung um die Elektrodeneinführung eines
geschlossenen Elektroofens und F i g. 2 einen Schnitt durch diese Vorrichtung gemäß
Fig.1.
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Im einzelnen zeigt F i g. 1 den Deckel 1 des Elektroofens und die
kreisförmige Öffnung 2 für die Einführung der Elektrode. Die Vorrichtung 3 zur Rauchabführung
besteht aus einem ringförmigen Gehäuse 4 und einem Rauchableitungskanal 5. Der Flansch
6 verbindet diesen Kanal mit dem Ableitungssystem 7. Der ringförmige Gehäuseteil
4 ist in der kreisförmigen Öffnung 2 des Elektroofens angebracht. Der untere Teil
8 des Gehäuses ragt in die Öffnung 2 hinein und schützt damit teilweise die Öffnung
2. Zwischen dem oberen Teil 9 des ringförmigen Gehäuseteiles 4 und dem unteren Teil
8 ist ein Ringspalt 10 ausgebildet, durch den die im Raum 11 vorhandenen Rauchgase
in das Ableitungssystem 7 geleitet werden. Um die Absetzung von Feststoffteilen
aus den Rauchgasen bei der Ableitung zu verhindern, soll die Strömungsgeschwindigkeit
der abgeführten Rauchgase möglichst gleichbleibend und so groß sein, daß die erforderliche
Mitführung der Feststoffteile (Schleppgeschwindigkeit) gewährleistet ist. Der Mindestwert
dieser Geschwindigkeit ist von einer Reihe Faktoren, besonders aber von der Art,
der Größe und der Verteilung des speziellen Feststoffes (Staub), abhängig. Bei Elektroöfen
zur Eisenverarbeitung und dem dabei entstehenden Staub beträgt die Mindestgeschwindigkeit
des Gasstromes 10 m/sec. Es können zusätzlich auch geeignete Mittel, wie z. B. Vibratoren,
zur Verhinderung des Absetzens von Feststoffen an den Wandungen des Gehäuses verwendet
werden.
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Damit eine gleichmäßige Geschwindigkeit der abströmenden Gase erzielt
wird, ist der Strömungsquerschnitt im ringförmigen Teil 4 so bemessen, daß
er in radialer Aufteilung linear in Strömungsrichtung zunimmt. Dies ist in der Ausführungsform
gemäß F i g. 1 dadurch gewährleistet, daß von der Stelle des engsten Strömungsquerschnittes
zum größten Strömungsquerschnitt der obere Teil des Gehäuseteiles 9 sich in Form
einer halben Schraubenwindung nach oben erweitert. Die Breite des Ringspaltes
10 zwischen dem oberen Gehäuseteil 9 und dem unteren Gehäuseteil 8 soll unter
Berücksichtigung der verfügbaren Gasabsaugleistung auf die Rauchgasentwicklung im
Ofen abgestimmt sein.
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Beim Betrieb eines Elektroofens bildet sich um die Elektrode ein Kraftfeld,
welches in einem metallischen und magnetischen Material Induktionsströme erzeugt,
die zu Störungen führen können. Da als Material für die Rauchabführung neben antimagnetischen
Materialien, wie keramisches (feuerfestes) Material, bzw.. antimagnetisches Metall,
wie Messing, auch Eisen wegen seiner günstigen thermischen Beständigkeit und relativ
geringer Kosten in Frage kommt, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine
Zwischenlage aus antimagnetischem Material vorgesehen sein, die der Ausbildung von
Induktionsströmen entgegenwirkt. Vorzugsweise wird dazu an der engsten Stelle des
Strömungsquerschnittes des ringförmigen Gehäuses 4 eine Schicht aus antimagnetischem
Material angebracht, welche die beiden Gehäusehälften, d. h. in F i g. 1 die vor
und hinter der Zeichenebene liegenden Teile des Gehäuses, mindestens teilweise voneinander
trennt. Diese Schicht kann auch den Strömungskanal selbst in zwei Hälften teilen.
Dies bringt strömungsmechanische Vorteile mit sich, wenn diese Trennwand genau im
Ort der geringsten Strömungsgeschwindigkeit liegt.
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Wenn als Material für die Vorrichtung ein Metall gewählt wird, das
den jeweils gegebenen thermischen Belastungen nicht gewachsen ist, wird vorzugsweise
eine Kühlvorrichtung vorgesehen. In Abweichung von der Darstellung F i g. 1 ist
dazu das Gehäuse 3 doppelwandig als Kühlmantel ausgebildet, wobei in den zwischen
den beiden Wänden verbleibenden Raum ein Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser,
durchgeleitet werden kann.
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In F i g. 2 ist ein Schnitt nach II-II gemäß F i g. 1 dargestellt.
Die äußere Ofenwand 12 trägt die Rauchabsaugevorrichtung 13. Im Zentrum des Raumes
14 ist durch die gestrichelte Linie 15 der Querschnitt der Elektrode angedeutet.
Zwischen Elektrode und dem ringförmigen Teil des Gehäuses ist ein Luftspalt 16 frei.
Dieser Luftspalt kann mittels eines losen Ringes abgedichtet werden, wenn gewährleistet
ist, daß ein
Kurzschluß zwischen Elektrode und Masse ausgeschlossen
ist. Da jedoch die Abdichtung zwischen Elektrode und Ofen ein bisher nicht befriedigend
gelöstes Problem darstellt, soll gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
das Dichtungsproblem dadurch gelöst werden, daß zwischen der Elektrode und dem sie
umgebenden Gehäuse der Rauchabführung ein Steuermittel, wie z. B. Druckfühler, angeordnet
ist, das auf Gasströmung anspricht. Dadurch wird es möglich, die Absaugeleistung
automatisch so zu steuern, daß die Strömungsgeschwindigkeit in dem Spalt
16 zwischen Elektrode und Gehäuse praktisch Null ist. Eine Strömungsgeschwindigkeit
Null an dieser Stelle bedeutet, daß weder Gas aus dem Ofen noch Luft in den Ofen
einströmt. Da im praktischen Betrieb bei Verwendung mehrerer Elektroden, beispielsweise
3 bzw. 6 Elektroden pro Ofen, unterschiedliche Strömungsbedingungen in den einzelnen
Absaugleitungen unter Umständen nur schwierig zu vermeiden sind, wird daher vorzugsweise
jede Rauchabführung an den einzelnen Elektroden mit- einer eigenen Entstaubungsanlage
bzw. Absaugvorrichtung verbunden, wobei die Absaugleistung jeweils durch den Druckfühler
der betreffenden Absaugvorrichtung gesteuert wird. Dadurch soll erreicht werden,
daß auch bei mehreren Elektroden der Lufteintritt bzw. der Gasaustritt an den Elektroden
wirkungsvoll unterbunden wird.