DE4236510C2 - Vorrichtung zum Einschmelzen von Schrott - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Schrott in einem mit Gleichstrom betriebenen Schachtofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Kathoden von Gleichstromlichtbogenöfen werden üblicherweise von einem Tragarm gehalten, der an einer vertikal verfahrbaren Tragsäule befestigt ist. Nachteil dieser Bauweise von Elektrodentragvorrichtungen für Lichtbogenöfen, wie sie beispielsweise aus der Schrift DE 37 01 678 A1 bekannt ist, ist die große freie Elektrodenlänge bei nur geringer Schachthöhe des Ofengefäßes. Je größer die Bauhöhe des Ofengefäßes wird, desto größer ist auch die Gefahr, daß Schrott gegen den freien Teil der Elektrode stürzt, und es hierdurch zu Elektrodenbrüchen sowie zu Kurzschlüssen kommt mit der negativen Folge einer Unterbrechung der Leistungsübertragung.

Darüber hinaus werden diese Öfen regelmäßig diskontinuierlich beschickt, wobei es durch das Öffnen des Deckels und das Wegfahren der Elektroden zu Betriebsunterbrechungen kommt. Die folge hiervon ist nicht nur eine Minderung der Produktion, sondern auch eine Erhöhung des Verschleißes der Ofenelemente einschließlich der Feuerfestauskleidung wie auch der ins Ofengefäß ragenden Kathode.

Aus der Schrift DE-PS 22 10 468 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Stahl in einem Schachtofen bekannt, bei dem im Boden eine zentrisch angeordnete, in das Ofengefäß hineinragende Elektrode vorgesehen ist, mit der das über ihr angeordnete Einsatzmaterial durch einen Lichtbogen aufgeschmolzen wird. Ein Schachtofen dieser Bauart, der zum Einschmelzen von Erz, Pellets und Sinter vorgesehen ist, ist für das Einschmelzen von Schrott kaum geeignet. Zum einen wird sich die erforderliche Leistung nicht in die Beschickung einbringen lassen, zum anderen birgt die von einem Spalt umgebene Bodenelektrode zu hohe Risiken bei den beim Schrottschmelzen üblichen Schmelzbadhöhen.

Weiterhin ist aus der Schrift EP 0 336 920 A2 ein Verfahren zum Chargieren von u. a. Schrott in einem Schmelz- oder Schmelzreduktionsofen bekannt, bei dem die Charge vor dem Einbringen in den Ofen vorgewärmt wird und unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Hierbei wird die Charge der Strahlungswärme und der Prozeßwärme unmittelbar ausgesetzt, u.z. so weit, bis beispielsweise der Schrott seine ferromagnetischen Eigenschaften (Curie-Punkt) verliert und nicht mehr vom elektromagnetischen Feld gehalten werden kann.

Dieser für ein kontinuierliches Verfahren konzipierte Schmelzofen läßt ein beliebiges Zurückhalten der Schrottsäule im Ofenschacht nicht zu.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 84 12 739 U1 ist ein Lichtbogenofen bekannt, bei dem ein Chargiergutvorwärmer vorgesehen ist, welcher als ein das Ofengefäß umgebender Ringschacht ausgebildet ist. Beim Lichtbogenbetrieb und beim Betrieb der zusätzlich ange­ brachten Brenner werden die heißen Ofengase bzw. Verbrennungs­ gase im Gegenstrom zu dem im Chargiergutvorwärmer absinkenden stückigen Einsatzgut über den Gasauslaß abgezogen, und hierdurch wird das Einsatzgut erhitzt. Eine weitere Erhitzung wird durch die Strahlung der Lichtbögen und der Brennerflammen erzielt. Durch den Einsatz eines üblichen Ofenschachtes werden die Elek­ troden über den Deckel aus dem Gefäß herausgeführt und an einem Tragarm befestigt.

Aus der DE-AS 23 42 959 ist ein Lichtbogenofen mit in ein Gefäß eines mit Lichtbogenheizung betriebenen Schachtofens hineinragen­ den Elektroden bekannt, der eine Abstichöffnung für Schlacke und/oder metallische Schmelze im Boden aufweist.

Dabei werden die Elektroden in einem solchen Abstand vom Boden des Schachtofens gehalten, daß sich ein etwa kugelförmiger Aufschmelzraum bildet. Als Chargiergut kommen Erz, Pellets und Sinter oder dergleichen zum Einsatz.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, einen gattungsgemäßen Lichtbogenofen zu schaffen, der mit konstruktiv einfachen Mitteln ein weitgehend kontinuierlichen Betrieb ermöglicht, und bei dem die zum Einschmelzen erforderliche Energie soweit wie möglich ausnutzbar und in dem eine von der Schachthöhe unabhängige wartungsarme Kathode einsetzbar ist. Weiterhin soll ein völlig gleichmäßiges Absinken des Schrotts ermöglicht werden.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Merkmale des Anspruches 1.

Es wird ein Ofengefäß vorgeschlagen, in dessen Zentrum die Elektrode in einem Rohr untergebracht ist. Der kontinuierlich chargierbare Schrott weist in einer Schnittebene rechtwicklig zur Gefäßmittenachse eine ringförmige Fläche auf. Trotz des zentrisch brennenden Lichtbogens kommt es innerhalb der Ringflächen während des Absinkens des Schrottes nicht zu schiefen Schüttungen, so daß die Einzelquerschnitte gleichmäßig eben verbleiben.

Innerhalb des Rohres wird die Halterung der Elektrode in der Weise vorgesehen, daß ein kurzes freies Elektrodenende verbleibt sowie gleichzeitig die Halterung in geschützter Lage angeordnet, wodurch die Elektrode insbesondere der Strahlungswärme des Lichtbogens und der Schmelze nicht ausgesetzt ist. Dieses brucharme Elektrodenende ist dabei unabhängig von der Schachthöhe.

Der Kopf des vorgeschlagenen Schachtofens ist bis auf eine Abdeckelung völlig frei, so daß dort ungehindert von beliebigen Seiten aus chargiert werden kann. Hierdurch wird es möglich, an beliebigen Stellen der Schrottsäule nachzuchargieren und somit eine völlig ebene Schrottsäule zu bilden.

In vorteilhafter Weise können zusätzlich zu der elektrischen Schmelzenergie Brenner für gas- und/oder staubförmige Medien eingesetzt werden.

Die den Ofen verlassenden Rauchgase werden noch im Bereich der Schrottsäule durch einen ringförmig angeordneten Rauchgaskanal aufgesaugt und einer Gasreinigung zugeführt.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Unterbrechung des Abströmens der Schrottsäule vorgesehen, so daß die erforderliche Schlackearbeit ohne ständiges Nachrutschen des Schrottes mit der Folge weiteren metallischen Einschmelzens erfolgt.

Diese Anhaltevorrichtung ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung in Form eines Magneten ausgebildet. Dieser Magnet ist sowohl am Außenmantel des Schachtes angebracht wie auch in dem inneren freien Raum des Rohres. Durch diese Anordnung läßt sich ein Maximum von magnetischer Haltekraft ausbilden, wobei die zu überwindende freie Fläche zwischen beiden Magneten durch die hülsenförmige Ausgestaltung der Schrottsäule zu bekannt gewordenen Ofenbauformen relativ klein ist.

In einer anderen Ausgestaltungsform besteht die Anhaltevorrichtung aus einfachen mechanischen Elementen, die dreh- oder axialbeweglich sind und den Durchtrittsquerschnitt verkleinern. Diese mechanischen Halteelemente in Form von Stäben oder Platten sind durch einfache Antriebe in den Schachtraum des Ofens einbringbar bzw. im Schacht selbst relativ zur Wand hin- und herbewegbar. Einen wesentlichen Teil ihrer Haltearbeit werden die mechanischen Elemente durch Klemmen einzelner Schrotteile gegeneinander erreichen.

Zur Minderung der Verluste der elektrischen Energie wird die Stromzuführung durch einen Verbindungskanal zwischen der Rohrwandung und der Schachtwandung erreicht. Durch die nur geringen vertikalen Veränderungen der Elektrode kann der Längenausgleich der Stromrohre durch eine einfache kreisförmige Führung erreicht werden. Die Anklemmung der Stromzuführung an die Elektrode wird in geschützter Lage von der Elektrodenspitze entfernt vorgenommen.

Die Elektrode wird auf Hubzylindern abgestützt. Da kein Schrott gegen die Elektrode stürzen kann, kommt es auch nicht zur Kurzschlüssen mit der Folge, daß bei dem erfindungsgemäßen Ofen relativ langsame kurzhubige Hydraulikbausteine zum Einsatz kommen können.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Ofengefäß,

Fig. 2 eine Draufsicht.

In der Fig. 1 ist ein Schachtofen (10) schematisch dargestellt mit einem Schacht (11), der durch einen Deckel (12) verschließbar ist. Am Deckel (12) sind Klappen (16) vorgesehen, die zum Beschicken des Ofens geöffnet werden.

Im Untergefäß (13) des Schachtofens (10) befindet sich eine Abstichöffnung (14) für Metall und eine Abstichöffnung (15) für Schlacke. Im Boden des Untergefäßes (13) ist eine Anode (22) angeordnet.

Im Zentrum des Schachtofens (10) ist eine Elektrodentragvorrichtung (30) vorgesehen, die ein Rohr (31) aufweist, welches über Tragarme (32) sich am Schacht (11) des Schachtofens (10) abstützt. An seinem oberen Ende ist das Rohr (31) mit einem Deckel (33) verschlossen. Am unteren Ende des Rohres (31) ist eine zum Untergefäß (13) weisende konische Verjüngung (34) vorgesehen.

Im Innenraum des Rohres (31) sind Abstützelemente (35) vorgesehen, auf denen sich Klemmbacken (24) abstützen.

Mit diesen Klemmbacken (24) wird eine im Inneren des Rohres (31) angeordnete und aus diesem unten herausragende Kathode klemmend gehalten. Diese einer Gleichstromeinrichtung (20) gehörende Kathode (21) wird über Zuleitungen (23) mit elektrischer Energie versorgt. Die Zuleitung (23) wird dabei über eine Umlenkrolle (25) geführt.

Im Bereich der halben Höhe des Schachtes (11) ist eine Vorrichtung (40) zum Anhalten des in den Schacht füllbaren Schrottes vorgesehen. Im rechten Teil des Schachtes (11) ist diese Anhaltevorrichtung (40) in Form eines Außenmagneten (41) und eines Innenmagneten (42) ausgeführt. Auf der linken Schachtseite ist diese Anhaltevorrichtung (40) in Form mechanischer Einrichtungen (43) ausgeführt, die jeweils durch Antriebe (45) bewegbare Stangen (44) bzw. Platten (45) aufweisen. Am Kopf des Schachtofens ist ein den Schacht (11) umgreifender Rauchgaskanal (19) vorgesehen, der mit einer nicht weiter dargestellten Abgasreinigung in Verbindung steht.

Unterhalb des Rauchgaskanales (19) im Inneren des Schachtes (11) ist zwischen dem Rohr (31) und der Wandung des Schachtes (11) eine Verbindungsleitung (17) vorgesehen, durch die die Energieversorgungen für die Abstützelemente (35), die Klemmbacken (24) sowie die Stromversorgung (23) für die Kathode (21) führbar sind.

In der Fig. 2 ist eine Draufsicht des Schachtes (11) <Schnitt AA< dargestellt. Im Zentrum des Schachtes (11) ist die Kathode (21) angeordnet, die durch die Klemmbacken (24) gehalten wird. Im Schnitt dargestellt sind drei Tragarme (32), die einenends am Rohr (31) und anderenends am Schacht (11) befestigt sind.

Von den vorgeschlagenen Anhaltevorrichtungen (40) ist in der Fig. 2 ausschließlich die mechanische Einrichtung (43) in Form von durch Antriebe (46) axial verstellbare Stangen (44) dargestellt.

Claims (8)

1. Lichtbogenofen mit einer in ein Gefäß eines mit Gleichstrom betriebenen Schachtofens hineinragenden Kathode, mit einer im Gefäßboden vorgesehenen Anode, einem am Kopf des Schachtofens vorgesehenen, den Schacht umgreifenden Rauchgaskanal, der an eine Einrichtung zum Absaugen von Rauchgas angeschlossen ist, sowie Abstichöffnungen für Schicht und/oder metallische Schmelze, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kathode (21) von einer Elektrodentragvorrichtung (30) gehalten wird, die als konzentrisch zur Gefäßmittenachse (1) angeordnetes Rohr (31) ausgebildet ist,
• - daß das Rohr (31) sich an seinem oberen Ende über Tragarme (32) am Schacht (11) abstützt und an seinem unteren Ende eine konische Verjüngung (34) aufweist, und
• - daß im Rohr (31) Abstützelemente (35) für die Kathode (21) vorgesehen sind, die eine Lageänderung der Kathode (21) in axialer Richtung (I) ermöglichen.

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützelemente (35) mindestens drei mit flammsicherer Hydraulikflüssigkeit betriebene Stellzylinder sind.

3. Lichtbogenofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der halben Höhe des Schachtes (11) eine Vorrichtung (40) vorgesehen ist, mit der absinkender Schrott anhaltbar ist.

4. Lichtbogenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhaltevorrichtung (40) ein mindestens aus zwei Teilen bestehender in einer Schnittebene in Schacht (11) befindlicher Magnet (41, 42) ist, dessen einer Teil (41) an der Außenwand des Schachtofens (10) den Schacht umgreifend und dessen anderer Teil (42) an der Innenwand des Rohres (31) angeordnet ist.

5. Lichtbogenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhaltevorrichtung (40) eine mechanische Einrichtung (43) ist, die Stangen (44) oder Platten (45) aufweist, welche in das Innere des Schachtes (11) bewegbar sind.

6. Lichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (44) oder die Platten (45) axial beweglich am Schacht (11) befestigt sind und durch außerhalb des Schrottstromes angeordnete Antriebe (46) in die Schrottdurchtrittsfläche hineinführbar sind.

7. Lichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (44) oder Platten (45) drehbeweglich am Schacht (11) und/oder am Rohr (31) befestigt und gegen die im Schacht befindliche Schrottsäule preßbar sind.

8. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (31) und der Wand des Schachtes (11) eine Verbindungsleitung (17) vorgesehen ist, durch die eine elektrische Zuleitung (23) und Zuführeinrichtungen zur Energieversorgung der Stützelemente (35) sowie der Antriebe (46) führbar sind.