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Verfahren zur Herstellung von Stahl in elektrischen Öfen. Alle elektrischen
Öfen, die der Herstellung von Stahl dienen, mögen sie mit einem Lichtbogen oder
mit kombinierten Bogen oder auch mit Lichtbogen und Widerstand arbeiten, und die
bisher in den verschiedensten Ausführungen zur Anwendung gekommen sind, haben eine
sehr kurze Dauer. Die besten - dieser Öfen erreichen wohl schwerlich den hundertsten
Abstich, ohne daß sie ausbesserungsbedürftig werden. Die Teile, die am meisten schlecht
werden, sind die Fußpfeiler, die Türen und die Decke. In vielen Fällen muß sogar
das Ofenfutter (die Sohle nicht miteinbegriffen) schon nach fünfzig Abstichen erneuert
werden.
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Bekanntlich ist es nach jeder Stillsetzung des Ofens erforderlich,
ihn vor der ersten Beschickung auf die Betriebstemperatur zu bringen, was man gemeinhin
mit den Worten ausdrückt: »den Ofen erhitzen, bis er starr ist«. Zu diesem Zwecke
muß die Erhitzung auf Koks vorerst sehr langsam (etwa binnen 15 bis
18 Stunden) eingeleitet werden, denn die Höhenschicht der Ofendecke, durch
die die Elektroden durchgeführt sind, wird durch die Wärmeausstrahlung des Bogens
plötzlich auf die kritische Temperatur der sauren Steine gebracht, die zum Bersten
kommen, weshalb es auch bisher unvermeidlich war, daß schon vor dem ersten Abstich
die Decke sich in einer Tiefe von q.o bis 6o mm abnutzt. Hierauf ist die apsehnliche
Verminderung der Lebensdauer der Ofendecken zurückzuführen.
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Der Zeitverlust, die Kosten der Ausbesserungen (Handarbeit, Neuanschaffung
von feuerbeständigem Material, Koks usw.) vermindern in beträchtlichem Grade die
gewerbliche Ertragsfähigkeit der elektrischen Ofen, zumal in der Gegenwart, wo.
der Kostenpreis für elektrische Energie erheblich gestiegen ist.
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Hiernach leuchtet es ein, daß ein Verfahren, durch welches die Dauerhaftigkeit
der elektrischen Öfen erhöht werden kann, von nicht zu unterschätzender fortschrittlicher
Bedeutung ist. Das vorliegende Verfahren begründet sich einerseits auf die elektrische
Leistungsfähigkeit der Flammen und anderseits auf das schwäche Wärmevermögen der
Gase. Es ist bekannt, daß, wenn man den Strom durch eine gasförmige Schicht mit
dem gewöhnlichen Druck hindurchführt, der auf eine hohe Temperatur gebrachte Leiter
durch den Strom erhalten bleibt (Voltascher Lichtbogen). Andererseits weiß man,
daß bei gewöhnlicher Temperatur das Gas ein schlechter Elektrizitätsleiter ist,
wogegen es bei hoher Temperatur zu einem guten Leiter wird.
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Diese beiden bekannten Erscheinungen finden ihre Nutzanwendung in
dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren, dessen Hauptvorgänge darin
bestehen, von der Mitte der Elektroden aus. dem Lichtbogen verschiedene Stoffe zuzuführen,
und zwar: F. Für die Oxydationsperiode eine Menge beliebigen Gases (Leuchtgas, Generatorgas
oder Öl) mit einer ausreichenden Menge Luft zur Erzeugung einer Flamme mit vollständiger
Verbrennung oder auch eine in einem für Brennflüssigkeiten (schwere Öle) geeigneten
Brenner erzeugte Flamme.
a. Für die Reduktionsperiode (Periode der
Entschwefelung oder der hohen Temperatur) eine größere Menge des Brennstoffes für
die gleiche Menge Luft wie @ vordem, um eine Flamme mit nicht vollständiger Verbrennung
zu erhalten und dadurch eine große Menge Rauch oder Gas zu entwickeln, die in Form
einer athermanen Hülle die Ofenwandung vor der hohen Temperatur des Lichtbogens
schützen.
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Das Verfahren läßt sich jedem bestehenden elektrischen Ofen mit Lichtbogen
für die Stahlerzeugung leicht anpassen.
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Auf der Zeichnung ist die zur Ausübung des Verfahrens dienende Einrichtung
in einem Ausführungsbeispiel wie folgt dargestellt: Fig. i zeigt .den senkrechten
Schnitt eines entsprechend ausgerüsteten Ofens.
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Fig.2 zeigt die Schnittansicht eines Elektrodenteils, der vorteilhaft
mit einem Brenner für schweres Öl versehen ist.
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Es bezeichnet i den Ofen, 2 den Schmelzraum und 3 den Flußstahl. Die
Kanäle q. im Ofen dienen sowohl als Füllöffnung wie für den Abzug der Gase. Die
Schließtüren können gegebenenfalls verkittet sein, um einen luftdichten Abschluß
zu erhalten. In der Decke 5 sind zwei Öffnungen für den Einlaß der Elektroden 6,
die rings um die letzteren einen freien Ringraum 7 lassen, den die Rauchgase bei
ihrem Entweichen ausfüllen, damit jeder Wärmeverlust vermieden wird. Die Elektroden
6 sind hohl, und an jede von ihnen ist eine doppelte Rohrleitung für den Brennstoff
und die Luft so angeschlossen, daß die Anordnung einem Brenner -oder Lötrohr gleichkommt.
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In der Fig. 2 ist beispielsweise ein für den gedachten Zweck geeigneter
Brenner für schweres Öl dargestellt. Dieser Brenner besteht aus einem in die mittlere
Aushöhlung der Elektrode 6 eng angepaßten Rohr 8, dessen oberes Ende ein Trichter
9 sein kann. Dieses Rohr 8 ist auf einem Teil seiner Länge mit Öffnungen io versehen,
die der Luft Zutritt zu der das Rohr 8 umschließenden Kammer i i verschaffen. Alles
sonstige Zubehör des -elektrischen Ofens, wie die Stromentnahme, die Elektrodenträger
mit Wasserumlauf, das Kühlgehänge, die Wendevorrichtung des Ofens, können von der
gebräuchlichen Art sein, weshalb sie in der Zeichnung fortgelassen sind.
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Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:
Es sei der Zustand angenommen, worin der Ofen »starr« ist und der zu seiner Erhitzung
verwendete Koks entfernt worden ist; dann wird er beispielsweise mit Stahlspänen
beschickt. Unter jede Elektrode setzt man vorteilhaft, um die Entzündung zu erleichtern,
ein wenig Koks. Nach einigen Minuten des Betriebes, während welcher Zeit der Lichtbogen
in Fluß gekommen ist und Beständigkeit zeigt, führt man in diesen einen Gasluftstrom
oder auch die Flamme eines Brenners ein, und man regelt die Flamme so, daß sie das
Ende der Elektrode umstreicht --und überdies ein wenig noch deren Außenfläche beleckt
(Fig. i). Zunächst wächst der Widerstand des Lichtbogens, aber diese Erscheinung
hält nur einige Sekunden an und verschwindet alsdann. In diesem Augenblick wird
der durch die Flamme verstärkte Bogen ein solcher, daß er dreimal länger ist als
ein solcher, der im Betrieb ohne Gas bei gleicher Stromintensität entstehen würde.
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Gegen das Ende des Schmelzvorganges, etwa 15 bis 2o Minuten vor der
Reinigung, wird der Grad der Oxydation des Bades beobachtet, und man stellt nun,
j e nach dem Fall, eine oxydierende oder neutrale Flamme her, wodurch es sich erübrigt,
der Schlacke ein oxydierendes Mittel (z. B. Glühspan) im Übermaß beizufügen, was
bisher hinsichtlich der Erhaltung des Ofens nicht ohne Nachteile war.
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Sobald die Schmelzung beendigt ist, betindet sich das Bad in der günstigsten
Verfassung für die vorzunehmende Reinigung, die alsdann in üblicher Weise - geschehen
kann. Ist auch diese beendigt, so setzt man ein Gemisch von Kalk und Flußspat zur
Bildung einer Schlacke für die Desoxydation und Entschwefelung zu.
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Von Vorteil ist es stets, die Schlacke schnell zu bilden, die in der
Feinperiode von hoher Temperatur ist, und ferner, da diese Schlacke reduzierend
und entschwefelnd wirken soll, muß sie sehr arm an Metalloxyd und reich an Kalk
sein. Solche Bedingungen können aber nicht erfüllt werden, ohne die Temperatur zu
erhöhen, was wiederum schädlich für den Ofen ist. Deshalb ist es wohl selten möglich,
diesen Bedingungen gerecht zu werden, ohne daß die Decke und die Wände des Ofens
vernichtet werden.
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Gemäß vorliegendem Verfahren führt man nach dem für die Feinperiode
bestimmten Zusatz in .den Lichtbogen Luft und Gas im Überschuß ein; einen Teil davon
verzehrt der Bogen und der Rest entweicht in den Ofen, um gegen die Wände und .die
Decke eine athermane Schutzhülle zu bilden, demzufolge man die Badtemperatur wohl
über die Abstichtemperatur entsprechend der zu erzeugenden Stahlart steigern kann.
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Während aller Vorgänge bleibt die Schlacke weiß und gut schmelzend
ohne irgendwelche Gefahr für den Ofen.
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In den gegenwärtigen Vorrichtungen macht man einen Zusatz von Kohlenstaub
oder
pulverisiertem Siliziumeisen. Bei der dem vorliegenden Verfahren
dienenden Einrichtung ist dieser Zusatz unnötig, weil man in den Bogen einen Überschuß
von Gas einführt, welcher bei seiner Verbrennung viel Rauch (oder fein verteilte
Kohle) entwickelt, der auf die Schlacke einwirkt.
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Durch das beschriebene Verfahren ist man imstande, die Lebensdauer
der elektrischen Ofen in einem Verhältnis von etwa 3 : i zu verlängern, so daß man
dreihundert Schmelzgänge ohne Reparaturen vollziehen lassen kann. Es ist festgestellt,
daß bei einem Stahlherd die Dauer des Ofens eine doppelte ist, wie bei einem basischen
Roheisenherd. Das Verfahren bietet eine Anzahl von Vorteilen, deren wesentlichste
die folgenden sind: z. Der Verbrauch der Elektroden vermindert sich, weil a) die
den Bogen speisenden Gase einen Teil der zu ihrer Bildung unerläßlichen Stoffe ausmachen,
b) die Gashülle, die sich auf die Ofendecke erstreckt, ein Kühler für den in dieser
Höhe gelegenen Teil der Elektroden ist, begünstigt durch den rings um die Elektroden
vorgesehenen Spalt, der von den Gasen ausgefüllt wird.
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2. Der Stromverbrauch wird verringert, weil a) alle Ursachen des Wärmeverlustes,
die sowohl auf die Türen wie auf die für die Durchführung der Elektroden in der
Decke vorgesehenen Öffnungen zurückzuführen sind, fortfallen, b) der Ofen weniger
oft stillgesetzt zu werden braucht und folglich weniger Hitze erforderlich ist,
um ihn auf die Betriebstemperatur zu bringen, c) die sich entlang der innern Ofenbekleidung
hinziehende Gashülle einen Wärmeschutz bildet, der den Verlust an Wärme durch Ausstrahlung
auf ein erheblich geringeres Maß beschränkt.
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3. Der Verbrauch an feuerfesten Bestandteilen wird vermindert in dem
Verhältnis von 3 : z, da der Ofen in den Stand gesetzt ist, dreihundert Schmelzgänge
ohne deren Erneuerung zu vollführen.
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q.. Der Verbrauch an Kühlwasser für die Elektrodenträger und die über
der Decke schwebenden Kühlgehänge vermindert sich, weil diese Vorrichtungen auf
eine niedrigere Temperatur gebracht sind wie die der Ofen bekannter Ausführung.
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Bemerkt wird übrigens, daß die Verwendung von hohlen (rohrartigen)
Elektroden bei elektrischen Ofen bekannt ist, jedoch haben sie bisher anderen Zwecken
als dem vorbeschriebenen gedient.