DE8412739U1 - Lichtbogenofen mit Chargiergutvorwärmer - Google Patents

Lichtbogenofen mit Chargiergutvorwärmer

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Description

84/0103
Beschreibung t
Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenofen mit wenigstens einem seitlich am Ofengefäß angeordneten, schachtförmigen Chargiergutvorwärmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei dem durch die US-PS 3 441 651 bekanntgewordenen Lichtbogenofen dieser Art ist der Innenraum des Chargiergutvorwärtners mit dem Innenraum des Ofengefäßes durch eine etwa in mittlerer Höhe des Ofengefäßes vorgesehene Verbindungszone verbunden, die einerseits dazu dient, die beim Schmelzprozeß entstehenden heißen Ofengase in eine im Chargiergutvorwärmer gebildete Säule aus Einsatzmate-
»5 rial ein- und im Gegenstrom zu dem absinkenden Einsatzmaterial hindurchzuleiten, dieses vorzuwärmen und andererseits als Austragöffnung für das erhitzte Chargiergut im Bodenbereich des Chargiergutvorwärmers. Mittels eines hydraulisch betMtigbaren Schiebers kann der vorgewärmte unterste Abschnitt der Chargiergutsäule durch die Verbindungszone in den Ofenherd befördert werden. Eine am Chargiergutvorwärmer oben angebrachte Chargiervorrichtung erlaubt eine kontinuierliche Zufuhr des Chargiergutes und ein in der Nähe hiervon angebrachter Gasauslaß einen Abzug der im Wärmetausch mit dem Chargiergut innerhalb der Chargiergutsäule abgekühlten Ofengase.
Bei diesem Lichtbogenofen kann für die Vorwärmung des Chargiergutes im wesentlichen nur die fühlbare Wärme der heißen Ofengase ausgenutzt werden. Da die Zufuhr des Einsatzmaterials schubweise erfolgt, sind die Einschmelzbedingungen starken Schwankungen unterworfen, die sich nachteilig auf den Wirkungsgrad und die Zusammensetzung der Schmelze auswirken.
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Durch die EP-A1-56 773 ist ein Lichtbogenofen mit einer seitlichen Ausbuchtung bekanntgeworden; deren Sohle höher liegt als die Sohle des Herdes. In diesen ausgebuchteten Teil wird das Einsatzgut chargiert und als Haufwerk auf der erhöhten Sohle gelagert. Durch den oberen
Teil dieses Haufwerks werden die heißen Ofengase hindurchgeleitet, außerdem ist das Haufwerk der Strahlungshitze des Lichtbogenofens ausgesetzt und wird hierdurch erwärmt. Auch hier wird durch einen Schieber das vorerhitzte Ein- »0 satzgut aus dem untersten Abschnitt des Haufwerks schubweise in den Ofenherd befördert. Die Sohle der seitlichen Ausbuchtung des Ofens ist zum Ofenherd hin abfallend ausgebildet.
Da bei diesem Lichtbogenofen das eingebrachte Chargiergut zum Ofengefäß hin freiliegt, wird die Höhe des Haufwerks durch den natürlichen Schüttwinkel des Einsatzgutes begrenzt und der für den Wärmetausch zur Verfügung stehende Weg der heißen Ofengase durch das Einsatzgut entsprechend verkürzt. Außerdem führt das schubweise Einbringen des Einsatzgutes in den Ofenherd zu stark schwankenden Betriebsbedingungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Lichtbogenofen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 den möglichen Wärmetransport in die Chargiergutsäule zu vergrößeren und damit die Aufheizzeit des Chargiergutes zu verkürzen. Außerdem soll ein kontinuierlicher Materialfluß aus dem Chargiergutvorwärmer in den Ofenherd und damit sollen *" · gleichmäßigere Betriebsbedingungen ermöglicht werden.
Temperaturschwankungen und Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung des Schmelzbades sollen herabgesetzt werden.
" Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 1
gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird das Chargiergut nicht nur durch Strahlung und die Chargiergutsäule durchströmendes heißes Ofengas erhitzt/ sondern ein zusätzlicher Wärmefluß über die unterste Zone der im flüssigen Sumpf stehenden Chargiergutsäule ermöglicht. In dieser Zone findet ein intensiver Stoff- und Wärmeaustausch statt, der durch die im Ofenherd stets auftretende Badbewegung verursacht wird. Die im Bereich des Ofenherdes durch die Lichtbögen überhitzte Schmelze gibt auf diese Weise in dieser Zone Wärme ab, wodurch das bereits vorerhitzte Material in dieser Zone aufgeschmolzen wird. Der Fest/Flüssigübergang in dieser Zone findet kontinuierlich statt, so daß das Material aus der Chargiergutsäule dem flüssigen Schmelzbad kontinuierlich zufließt und damit die Betriebsbedingungen weitgehend konstant gehalten werden können. In der Zone des Fest/Flüssig-Ubergangs finden darüberhinaus chemisch-metallurgische Umsetzungen wie Schlackenbildung, Aufkohlung etc statt, die durch gezielte Zufuhr von Sauerstoff, Kohle oder Zuschlägen begünstigt werden können. Es können somit nicht nur die thermischen Bedingungen im Ofenherd konstant gehalten und auf einen optimalen Arbeitspunkt eingestellt werden, sondern auch größere Schwankungen der Zusammensetzung der Schmelze verhindert bzw. die Zusammensetzung der Schmelze gesteuert werden.
Vorzugsweise werden auf den unteren Bereich des Innenraums des ashachtförmigen Chargiergutvorwärmers gerichtete Brenner und/oder Düsen vorgesehen, durch die der untere Bereich der Chargiergutsäule zusätzlich erhitzt werden kann bzw. Sauerstoff, Kohle oder sonstige Zuschläge zur Tempera tür steuerung und Steuerung der Zusammensetzung des
Schmelzbades eingebracht werden können.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von acht Figuren näher erläutert. Es zeigen: 5
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen senkrechten
Schnitt durch einen Lichtbogenofen mit einem seitlich am Ofengefäß angeordneten, im Querschnitt rechteckigen Chargiergutvorwärmer, 10
Fig. 2 eine Draufsicht, teilweise geschnitten, der Ausführungsform nach Fig. 1,
Fig. 3 und 4 in den Fig. 1 und 2 entsprechenden Ansichten eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 und 6 in den Fig. 1 und 2 entsprechenden Ansichten eine dritte Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 7 und 8 in den Fig. 1 und 2 entsprechenden Ansichten eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
Das in den Fig. 1 und 2 in einem senkrechten Schnitt und in einer Draufsicht bei abgenommenem Ofendeckel dargestellte Ofena^gregat enthält einen Lichtbogenofen 1 aus einem Ofengefäß 2 und einem abnehmbaren Deckel 3, durch den drei Elektroden 4 hindurchgeführt sind. Das Ofengefäß 2 ist durch einen Ofenherd 5 aus einer feuerfesten 3Q Ausmauerung und durch vorzugsweise flüssigkeitsgekUhlte Wandelemente 6 gebildet. Seitlich am Ofengefäß 2, das im vorliegenden Fall,wie Fig. 2 zeigt, einen runden Querschnitt aufweist, ist ein schachtförmiger chargiergutvorwärmer 7 angeordnet, dessen Innenräum 8 in einem an sei-
nen Boden 9 eingrenzenden Bereich durch eine Verbindungszone 10 mit dem Innenraum 11 des Ofengefäßes 2 verbunden ist. Der Chargiergutvorwärmer 7 weist in seinem oberen Bereich eine gasdichte Beschickungseinrichtung 12, z.B.
einen Doppelglockenverschluß bekannter Bauart, sowie einen Gasauslaß 13 auf.
Im unteren Bereich ist der Innenraum 8 des schachtförmigen Chargiergutvorwärmers 7 wenigstens auf der der Verbindungszone 10 gegenüberliegenden Seite stufenartig erweitert, so daß zwischen dem natürlichen Schüttwinkel des Einsatzgutes 15 und dem erweiterten Wandabschnitt ein Hohlraum 17 gebildet ist, der durch eine Arbeitsöffnung 18 im erweiterten Wandabschnitt 16 zugänglich ist.
Außerdem münden in den Hohlraum zwei Brenner 19, und es können hier Düsen zum Einblasen von Sauerstoff oder Feststoffen vorgesehen sein. Weitere Brenner 20 bzw. Düsen zum Einblasen von Gasen wie Sauerstoff oder von Feststoffen, wie Kohle oder Zuschläge, sind im Bereich der Verbindungszone 10 vorgesehen.
Das in den Chargiergutvorwärmer 7 chargierte Einsatzgut 15 kann aus Metallschrott, insbesondere Stahlschrott, und anderen Eisenträgern wie stückigem Roheisen, Eisenschwamm sowie Zuschlägen bestehen. Es bildet im Chargiergutvorwärmer 7 eine als Chargiergutsäule 21 bezeichnete gasdurchlässige Schüttsäule. Die im Lichtbogenofen 1 gebildete Metallschmelze (Sumpf) ist irit 22, der Schmelz-Spiegel mit 23 bezeichnet. Der Schmelzspiegel ist in zwei Höhen dargestellt, nämlich einmal zu Beginn des Schmelzprozesses (unterer Pegel) und einmal kurz vor dem Abstich (oberer Pegel).
Der Boden 9 des Chargiergutvorwärmers 7, der vorzugsweise zum Ofenherd 5 hin abfallend ausgebildet ist, ist so
tief angeordnet, daß sich über einen wesentlichen Teil des Einschmelzprozesses ein im Ofenherd gebildeter flüssiger Sumpf 22 in die unterste Zone 24 der Chargiergutsäule 21 erstreckt und hier einen unmittelbaren Stoff- und konduktiven Wärmeaustausch ermöglicht. Der Schmelzspiegel 23 muß also über einen wesentlichen Teil des Prozesses höher als der Boden 9 des Chargiergutvorwärmers 7 liegen. Der Lichtbogenofen 1 soll zu diesem Zweck vorwiegend mit einem flachen Bad, d.h. mit einem Bad geringer Höhe, betrieben werden. Im Boden des Ofenherdes 5 ist ein exzentrischer Bodenabstich 25 (siehe Fig. 2) vorgesehen. Das Ofengefäß 2 ist im vorliegenden Fall kippbar ausgebildet. Die Kippebene, d.h. die Ebene, in der die Kippbewegung erfolgt, ist mit 27 bezeichnet. Der Chargiergutvorwärmer 7 ist in einer quer zur Kippebene des Ofengefäßes verlaufenden Richtung angeordnet.
Im folgenden wird der Einschmelzprozeß mit dem Ofenaggregat gemäß Fig. 1 beschrieben.
20
Durch die Chargiervorrichtung 12 wird das feste stückige Einsatzgut 15 in den Chargiergutvorwärmer chargiert, bis sich eine ausreichende Säule 21 gebildet hat, die allerdings unterhalb des Gasauslasses 13 enden soll. Falls <jer ofenherd 5 vom vorhergehenden Einschmelzprozeß noch einen Metallsumpf 22 enthält, der bis in den Fuß der Chargiergutsäule 21 reicht, kann sofort der Lichtbogenbetrieb aufgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Brenner 20 und gegebenenfalls die Brenner 19 der untere Bereich der Chargiergutsäule 21 zum Schmelzen gebracht und hierdurch der flüssige Metallsumpf gebildet bzw. vergrößert werden. Es ist auch möglich, zur Bildung des flüssigen Metallsumpfes die erforderliche Menge an Chargiergut mittels eines Schrottkorbes oder aus dem un-
'5 teren Abschnitt dor Chargiergutsäule 21 mittels eines-
I I I I ■ β ·
hydraulisch oder pneumatisch betätigten Schiebers 26 in das Ofengefäß 2 zu befördern und hier durch die Lichtbögen zu schmelzen.
Beim Lichtbogenbetrieb und beim Betrieb der Brenner 19 bzw. 20 werden die heißen Ofengase bzw. Verbrennungsgase im Gegenstrom zu dem im Chargiergutvorwärmer absinkenden stückigen Einsatzgut über den Gasauslaß 13 abgezogen und hierdurch das Einsatzgut erhitzt. Eine weitere Erhitzung wird durch die Strahlung der Lichtbögen und der Brennerflammen erzielt. Um die Strahlungswärme der Lichtbögen optimal auszunutzen, wird die Verbindungszone 10 in Richtung des maximalen Strahlungsbereiches eines Lichtbogens, also an der Stelle eines sogenannten "hot spots" angeordnet, oder es werden wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Lichtbogenelektroden 4 einseitig in Richtung des Chargiergutvorwärmers 7 innerhalb des Ofengefäßes 2 angeordnet.
Sobald der flüssige Metallsumpf 22 die in Fig. 1 dargestellte Höhe erreicht hat, erfolgt in der untersten Zone 24 der Chargiergutsäule 21 ein intensiver Stoff- und Wärmeaustausch, der durch die Badbewegung begünsigt wird. In dieser Zone können auch gewünschte metallurgische Um-Setzungen stattfinden und durch gezielte Zufuhr von Sauerstoff, Kohle oder Zuschlägen in dem durch die Brenner 19 und 20 angedeuteten Bereich oder durch dem Chargiergut beigemischte Zuschläge gesteuert werden. In der untersten Zone 24 schmilzt das Einsatzgut 15 auf und das verflüssigte Material wird kontinuierlich mit dem Metallbad vermischt und im Ofenherd 5 weiter erhitzt. Gleichzeitig mit dem Aufschmelzprozeß sinke das Einsatzgut 15 der Schüttsäule 21 nach unten, um in der untersten Zone ebenfalls aufgeschmolzen zu werden. Zur Begünstigung dieser Absinkbewegung erweitert sich der Querschnitt 8 des
Innenraums des Chargiergutvorwärmers 7 nach unten.
Wenn eine ausreichende Menge an Einsatzgut eingeschmolzen ist und das Bad die erforderliche Zusammensetzung und Temperatur hat, erfolgt der Abstich über die im Boden des Lichtbogenofens vorgesehene Abstichvorrichtung 25. Vorzugsweise wird hierbei ein Teil des Metallsumpfes im Ofengefäß für den nächsten Einschmelzprozeß zurückgehalten.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Ofengefaß nur ein schachtförmiger Chargiergutvorwärmer 7 zugeordnet. Es .können längs des Umfangε des Ofengefäßee auch mehrere Chargiergutvorwärmer angeordnet sein, wobei diese und die zugehörige Verbindungszone in Richtung der maximalen Strahlungsbereiche (hot spots) der Lichtbögen liegen sollen, um die Strahlungshitze maximal ausnutzen zu können. Außerdem kann der Chargiergutvorwärmer anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispiel gewählten rechteckigen Querschnittes einen runden, ovalen, quadratischen oder, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, einen ringsegmentförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Fig. 3 und 4 zeigen in einem senkrechten Schnitt und in einer Draufsicht eine zweite Ausführungsform, bei der der Chargiergutvorwärmer als ein das Ofengefäß 31 umgebender Ringschacht 32 ausg'ebildet ist, dessen Innenraum 33 durch eine sich über den Umfang des Ofengefäßes 31 erstreckende Verbindungszone 34 mit dem Innenraum 35 des Ofengefäßes 31 verbunden ist. Der Deckel des Lichtbogenofens ist mit 36, die Elektroden sind mit 37 bezeichnet. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind auch hier im oberen Bereich des als Ringschacht 32 ausgebildeten Chargiergutvorwärmers Beschickungseinrichtungen 38 und längs
des Umfangs verteilte Gasauslässe 39 vorgesehen, die in eine Ringleitung 40 münden/ aus der über einen Stutzen das Gas abziehbar ist. Außerdem sind im Bereich der Verbindungszone 34 längs des Umfangs verteilte Brenner 42
S angeordnet, die gegen den unteren Abschnitt der Chargiersäule gerichtet sind.
•Die Fig. 5 und 6 zeigen in schematischer Darstellung einen Längsschnitt und eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Diese entspricht im wesentlichen der ersten Ausführungsform. Hier ist der Ofendeckel 51 des Lichtbogenofens 52 in einem Teilbereich durch einen schrägen Kanal 53 ersetzt, der zum schachtförmigen Chargiergutvorwärmer 54 führt. Im Bereich des schrägen Kanals 53 ist die Wand des schachtförmigen Chargiergutvorwärmers 54 als gasdurchlässiger Trennwandabschnitt 55 ausgebildet, d.h., dieser Abschnitt weist Durchtrittsöffnungen 56 für die heißen Ofengase auf, wodurch über einen größeren Querschnitt der Chargiergutsäule 57 die heißen Ofengase in diese Säule eingeleitet werden können.
Die Fig. 7 und 8 zeigen in einem Längsschnitt und in einer Draufsicht eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Diese entspricht im wesentlichen der zweiten Ausführungsforra. Der Chargiergutvorwärmer 81 ist hier ringsegmentförmig ausgebildet und durch eine ringsegmentförmige Verbindungszone 82 mit* dem Innenraum 83 des Ofengefäßes 84 verbunden. Im oberen Bereich des Chargiergut-Vorwärmers 81 sind Gasauslässe 85 und Beschickungseinrichtungen 86 vorgesehen. Außerdem sind im Bereich der Verbindungsζone 82 Brenner 87 angeordnet, die gegen den unteren Bereich der Chargiergutsäule 88 gerichtet sind.

Claims (15)

nsprüche
1. Lichtbogenofen mit wenigstens einem seitlich am Ofengefäß angeordneten, schachtförmigen Chargisrgutvorwärmer, dessen Innenraum in einem an seinen Boden angrenzenden Bereich durch eine Verbindungszone mit dem Innenraum des Ofengefäßes verbunden ist, durch die Chargiergut aus dem unteren Abschnitt einer im Chargiergutvorwärmer vorhandenen Chargiergutsäule dem Ofen her zuführbar und heiße Ofengase in den Chargiergutvorwärmer einleitbar sind,
der Chargiergutvorwärmer außerdem in seinem oberen Bereich eine Beschickungseinrichtung für das Chargiergut und einen Gasauslaß für das im Wärmeaustausch mit dem Chargiergut abgekühlte Ofengas aufweist,
dadurch gekennzeichnet , daß der Boden des Chargiergutvorwärmers so tief angeordnet ist, daß sich bei Bildung eines flüssigen Sumpfes im Ofenherd dieser in den Chargiergutvorwärmer erstreckt und in der untersten Zone der Chargiergutsäule einen unmittelbaren Stoff- und konduktiven Wärmeaustausch ermöglicht.
2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet / daß der Boden des Chargiergutvorwärmers zum Ofenherd hin abfallend ausgebildet ist.
RadeäestraD· « 8000 Mllnctifln 40 Telefon (08?) MWOVM5A04 TaIn 5212313 Telegramme Patentconiult
Sonnenbeiger StraBe 43 42gow}e'f^den TeIeIo^(OeJJI) 56W45/S41998 Telex 4164237 Telegramme PslenlconiuM
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3. Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -
-X zeichnet, daß der Neigungswinkel, unter dem der
Boden abfällt, zwischen 6 und 30° liegt.
5
4. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Chargier-
gutvorwärmer und die Verbindungszone in Richtung des maximalen Strahlungsbereichs eines Lichtbogens oder m« rerer Lichtbogen des Lichtbogenofens angeorar>üt sind.
10
5. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt des Innenraums des schachtförmigen Chargiergutvorwärmers rund, oval, rinysegmentförmig oder eckig ausgebildet ist.
15
6. Lichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Ofengefäß kippbar ausgebildet ist.
7. Lichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargiergutvorwärmer in einer quer zur Kippebene des Ofengefäßes verlaufenden Richtung angeordnet ist.
8. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß unmittelbar oberhalb des Bodens des Chargiergutvorwärmers ein Schieber vorgesehen ist.
9. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet- , daß der Chargiergutvorwärmer als ein das Ofengefäß umgebender Ringschacht ausgebildet ist.
35
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10. Lichtbogenofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß in Richtung der maximalen Strahlungsbereiche der Lichtbögen des Lichtbogenofens Verbindungszonen vorhanden sind.
11. Lichtbogenofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Ringschachtes durch eine sich über den Umfang des Ofengefäßes erstrekkende Ringzone mit dem Innenraum des Ofengefäßes verbunden ist.
12. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11/ dadurch gekennzeichnet , daß sich der Querschnitt des Innenraums des Chargiergutvorwärmers nach unten erweitert.
13. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein auf den unteren Bereich des Innenraums des Chargiergutvorwärmers gerichteter Brenner vorgesehen ist.
14. Lichtbogenofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner im Bereich
der Verbindungszone angeordnet ist. 25
15. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungszone vom Innenraum des Ofengefäßes zum Innenraum des Chargiergutvorwärmers schräg nach oben führend erweitert ist und in dem erweiterten Bereich eine mit Gasdurchtrittsöffnungen versehene Trennwand zur Aufrechterhaltung einer Chargiergutsäule angeordnet ist.
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