EP0719402A1 - Schrotteinschmelz-elektro-lichtbogenofen - Google Patents

Schrotteinschmelz-elektro-lichtbogenofen

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Publication number
EP0719402A1
EP0719402A1 EP95912948A EP95912948A EP0719402A1 EP 0719402 A1 EP0719402 A1 EP 0719402A1 EP 95912948 A EP95912948 A EP 95912948A EP 95912948 A EP95912948 A EP 95912948A EP 0719402 A1 EP0719402 A1 EP 0719402A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric arc
arc furnace
charging
furnace according
charging shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95912948A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Berger
Peter Mittag
Heinrich Auberger
Peter Wimmer
Johann Auer
Alfred Weber
Johannes Steins
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AUBERGER, HEINRICH, ING.
Berger Harald Dipling Dr
Mittag Peter Dipling
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Publication of EP0719402A1 publication Critical patent/EP0719402A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/18—Arrangements of devices for charging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/18—Arrangements of devices for charging
    • F27B3/183—Charging of arc furnaces vertically through the roof, e.g. in three points

Definitions

  • the invention relates to a scrap-melting electric arc furnace, in particular for melting iron-containing scrap and, if appropriate, sponge iron for the production of steel.
  • the energy input from the single arc is concentrated at a point more or less in the middle of the furnace and is still influenced by magnetic influences which act on the arc at high powers
  • the object of the invention is to further develop an electric arc furnace of the type described last in such a way that, despite the high melting capacity, the furnace vessel can be used with a simple shape - which is easy to manufacture.
  • Proven oven vessels i.e. conventional ones with an upper part with a vertical side wall, should also be able to be used. Thermal loads on the side wall of the furnace vessel and the risk of damage to the electrodes when charging the scrap should be minimized or avoided entirely.
  • the charging shaft interior is connected to the furnace interior via an opening provided on the cover and
  • electrodes which are directed obliquely into the furnace interior protrude approximately towards the center of the electric arc furnace.
  • an electric arc furnace in which several electrodes arranged on a pitch circle are arranged near the side wall of the upper part of the electric arc furnace and protrude vertically into the furnace interior through the cover.
  • the electric arc furnace is provided with a shaft attached to the cover, in which the hot furnace gas heats the scrap charged in the shaft.
  • the electrodes are forcibly arranged peripherally surrounding the shaft.
  • a disadvantage of this known electric arc furnace is the enormous thermal load on the side wall of the upper part of the electric arc furnace caused by the electrodes. Arranging the electrodes closer to the center of the furnace suggests difficulties due to scrap pieces falling through the attached shaft.
  • An electric arc furnace is known from PCT application WO 93/13228, the cover of which is penetrated by a charging shaft projecting above the furnace vessel.
  • the charging shaft is off-center of the furnace vessel, which has an elliptical layout arranged Electrodes also project through the cover into the interior of the electric arc furnace, these electrodes also being arranged off-center of the furnace interior.
  • a thermal load on the side wall of the furnace can be reduced compared to the electric arc furnace known from DE-C - 3609 923, but it is not possible to melt the scrap charged via the charging shaft directly by means of an arc, since the scrap cone does not rise up extends to the arcs
  • the furnace vessel is difficult to manufacture due to its elliptical layout.
  • a very flat arc can be generated in the interior of the furnace by the electrodes penetrating the side wall of the upper part or the lid of the furnace vessel. Electrode angles from the horizontal of up to 10 ° are possible, so that the scrap can be melted from top to bottom through the arc.
  • the side wall of the upper part of the electric arc furnace is not exposed to direct heat since the arc primarily radiates heat perpendicular to the axis of the arc.
  • the furnace vessel is designed in a simple manner, in particular of the upper part protruding from the base part, since only openings for the passage of the electrodes have to be provided here.
  • the construction is even easier if the electrodes penetrate the lid of the furnace vessel.
  • there is the advantage of an especially simple design electric arc furnace which enables a high, uniform energy input with low electrode consumption (short glowing electrode length) .At the same time, however, an integrated preheating of the scrap mountain in the furnace vessel is ensured by melt gases rising from the bottom.
  • the electrodes can advantageously be tilted about a horizontal axis by means of electrode support devices, and so on. in particular in a range between 10 and 60 °, preferably between 30 and 60 °, to the horizontal.
  • the electrodes are expediently supported in their longitudinal direction by means of the electrode support device
  • the electrodes used are expediently supported by the electrode support device so that they can be pivoted about a vertical axis. In this way, it is possible to ensure a large area of action of the electrodes with a minimum number of electrodes.
  • the charging shaft is advantageously rigidly connected to the lid of the electric arc furnace, etc. especially when the charging shaft is only slightly tall. This is sufficient in the case of not extremely high production outputs.
  • the charged scrap does not reach into the charging shaft, but forms a truncated cone-shaped pile located exclusively in the furnace interior, which enables the use of the inclined electrode principle
  • the charging shaft can be moved relatively with respect to the cover, the charging shaft being expediently movable laterally, etc. in a direction perpendicular to the longitudinal central axis of the charging shaft or the upright electric arc furnace.
  • the charging shaft can be moved relatively with respect to the cover, the charging shaft being expediently movable laterally, etc. in a direction perpendicular to the longitudinal central axis of the charging shaft or the upright electric arc furnace.
  • a sliding sleeve which can be moved in the direction of the longitudinal central axis of the charging shaft or the electric arc furnace is provided, the lower end of the charging shaft expediently being at a distance is arranged above the cover of the electric arc furnace and the space between cover and charging shaft which can be bridged as a result can be bridged by means of the sliding sleeve It is particularly advantageous here if the extension of the sliding sleeve in the direction of the longitudinal central axis of the charging shaft is greater than the height of the free space between the lid and the charging shaft, because this makes it possible to form scrap cones with different dimensions in the furnace interior, etc. by choosing an appropriate height of the lower edge of the sliding sleeve.
  • the sliding sleeve thus allows the contour of the scrap falling from the charging shaft into the furnace interior to be adjusted when the first partial quantities are being charged.
  • the scrap falling into the furnace interior when charging the first partial quantities from the charging shaft forms a pouring cone which has a repose angle corresponding to the respective physical scrap composition (size of the scrap pieces, type of scrap pieces).
  • This bulk cone can be adjusted to the desired size by lifting and lowering the sliding sleeve in its largest diameter, whereby the scrap on the side wall can be kept below the electrode bushings through the side wall.
  • a preferred embodiment is characterized in that the charging shaft is provided with a charging opening passing through its side wall, which can be closed by means of a charging door, the charging door expediently being displaceable horizontally or vertically from the closed position into an open position and vice versa, and advantageously being water-cooled.
  • the charging shaft is provided with a charging opening passing through its side wall, which can be closed by means of a charging door, the charging door expediently being displaceable horizontally or vertically from the closed position into an open position and vice versa, and advantageously being water-cooled.
  • the charging opening is advantageously equipped on its lower edge with a water-cooled support for a charging device, such as a scrap chute
  • the charging shaft is expediently provided with a charging opening passing through its side wall, to which a conveying device, such as e.g. a conveyor belt opens
  • a further preferred embodiment is characterized in that the charging shaft also has a side wall with a further charging opening to which an addition chute for charging cold or hot feed and / or additives is provided connects, is provided.
  • This makes it possible, for example, to also charge hot sponge iron into the electric arc furnace, for which purpose the hot sponge iron can be delivered to the electric arc furnace in pear-shaped vessels flooded with nitrogen.
  • the vertically projecting electrodes and the electrode structures would make it difficult to overcome difficulties.
  • the charging shaft can expediently be connected to an exhaust pipe at its upper end.
  • the side wall of the charging shaft is provided with a plurality of nozzles for supplying an oxygen-containing gas, a plurality of nozzles advantageously passing through the side wall of the charging shaft and the nozzles being arranged in the form of a ring which peripherally surrounds the side wall.
  • At least one lance supplying an oxygen-containing gas penetrates the wall or the lid of the furnace vessel.
  • the electrodes preferably protrude through the side wall of the upper part.
  • a wall area which tapers upwards is provided between the charging shaft and the part of the side wall thereof which is oriented essentially parallel to the vertical central axis of the electric arc furnace and the electrodes protrude into the furnace interior through openings arranged in this wall area, expediently the wall area tapering upwards is assigned to the cover of the electric arc furnace
  • the upwardly tapering wall area is assigned to the side wall of the electric arc furnace
  • a particularly simple construction in which only a slight displaceability of the sliding sleeve ensures the full tiltability of the furnace vessel is characterized that the sliding sleeve on the lid is arranged such that it can be raised and lowered, the sliding sleeve expediently having approximately the same diameter as the lower end of the charging shaft and the sliding sleeve being arranged on the lid so as to be vertically movable by a maximum of 200 mm, preferably by 50 mm.
  • FIGS. 1 and 2 illustrating a vertical axial section through an embodiment of an electric arc furnace in each case.
  • 3 shows an oblique view of the electric arc furnace shown in FIG. 2, but with the charging shaft moved laterally.
  • FIG. 4 is a side view of a further embodiment of an electric arc furnace
  • FIG. 5 shows the electric furnace shown in FIG. Arc furnace in plan, but on a smaller scale and in a very schematic representation.
  • Fig. 6 shows another embodiment, also in vertical section. 7 to 9 explain the function of a sliding sleeve of an electric arc furnace of the type similar to that shown in Fig. 2, but with an afterburning device.
  • Fig. 10 shows an embodiment of an electric arc furnace, which is also equipped with an afterburning device in vertical section;
  • Fig. 1 1 is the associated floor plan. 12 and 13 illustrate further embodiments in a schematic sectional illustration.
  • a furnace vessel 1 of an electric arc furnace has a trough-shaped recessed base part 2, which is lined with refractory material 3 and is equipped with a bixlen anode 4.
  • the base part 2 is supported on the foundation 5 by means of a tilting axis 6; the tilting is accomplished by means of a pressure medium cylinder 7, which is articulated on the one hand on the foundation 5 and on the other hand on a supporting structure 8 of the base part 2.
  • a container 12 holding the melt 10 or slag 11 can be brought into position.
  • the base part 2 Connected to the base part 2 is an upper part 13 projecting from it with a side wall 15 oriented approximately parallel to the vertical central axis 14 of the electric arc furnace.
  • the side wall 15 can be formed by a water-cooled or fireproof-lined metal jacket.
  • the upper part 13 of the electric arc furnace is closed with an expediently water-cooled cover 16, which is preferably removable by swiveling but also by lifting.
  • a charging shaft 17 is arranged centrally on the lid 16, the charging shaft interior 1 being connected to the through an opening 19 provided on the lid 16 Furnace interior 20 is connected.
  • the vertical central axis 14 of the electric arc furnace is, when the electric arc furnace is upright, identical to the longitudinal central axis of the charging shaft 17.
  • the largest diameter 21 of the slightly conically expanding charging shaft interior 18 is considerably smaller than the diameter 22 of the upper part 13 of the electric -Arc furnace; it is preferably about half the diameter 22 or less.
  • the charging shaft 17 has a charging opening 24 which passes through its side wall 23 and can be closed with a charging door 25.
  • the charging door 25 can be moved along the outside of the charging shaft 17, etc. in the circumferential direction.
  • guide strips 26 are provided on the outside of the charging shaft, on which the charging door 25 is guided by means of rollers 27 or brackets 28.
  • the charging shaft 17 is closed with a removable cover 29, so that the interior 18 of the charging shaft 17 is easily accessible for maintenance work etc.
  • An exhaust pipe 30 connects to the upper end of the charging shaft.
  • Electrodes 31 project through the vertical side wall 15 of the upper part 13 of the electric arc furnace in an approximately radially symmetrical arrangement obliquely downwards into the furnace interior 20. These electrodes are aligned approximately towards the center, ie against the vertical central axis 14 of the electric arc furnace.
  • the electrodes 31 are held by electrode support devices 33 supported on the furnace platform 32. These electrode support devices 33 can be tilted about a horizontal axis, as a result of which the electrode angle ⁇ can be adjusted to the desired dimension with respect to the horizontal.
  • the electrodes 31 can also be moved in their longitudinal direction by means of the electrode support device 33, etc. by means of electrode holders 34 which can be moved on the electrode support device.
  • the electrode support devices 33 can expediently also be pivoted about a vertical axis, so that the electrode tips 35 in the furnace interior 20 can cover a certain area, as can be seen in particular from FIG. 5 by double arrows
  • the charging shaft 17 is rigidly connected to the cover 16, but a simple disassembly of the charging shaft 17 is possible for the purpose of carrying out repair work, replacement of parts etc.
  • the charging shaft is also used the furnace vessel tipped when tapping This embodiment is useful in the event that extremely high production outputs are not required.
  • the charging shaft is only so high that it can only accommodate a lateral charging opening 24, which can be closed with a sliding or movable charging door 25.
  • the scrap is charged through this charging opening 24 into the furnace vessel 1, whereby it forms a truncated cone-shaped pile in the furnace vessel 1 the use of the inclined electrode principle is permitted. In this case, the scrap does not reach the charging shaft.
  • the charging shaft 17 has a substantially greater height and is equipped with one or, as shown in FIG. 2, with two charging openings 24, 24 ′, one above the other, which in turn can each be closed with a charging door 25.
  • the charging doors 25 can be arranged on the charging shaft 17 so as to be movable laterally as well as in the vertical direction; it would also be conceivable to arrange the charging doors 25, as shown in FIG. 6, to be pivotable about a horizontal or vertical axis on the charging shaft 17.
  • the vertical mobility of the charging doors 25 offers the advantage that the charging opening 24 only has to be opened upward by slowly moving the charging door 25 upwards as it corresponds to the instantaneous angle of inclination of a scrap chute 36 delivering the scrap.
  • the clear width of the charging opening 24, 24 ' can be limited to a minimum.
  • the guide rails 37 or guide strips 26, along which the charging doors 25 are movable, are designed so that the charging doors 25 are slightly lifted off in the radial direction from the side wall 23 of the charging shaft 17 and lie as close as possible to the side wall 23 when closed.
  • the lower edge of the charging opening 24 is formed according to the embodiment shown in FIG. 2 by a thick-walled water-cooled bar 38 onto which the scrap chute 36 can be placed without the side wall 23 of the charging shaft 17 being damaged.
  • Racks with geared motors, cable drums or hydraulic cylinders can be used as the movement mechanism for the charging doors 25.
  • the lower end of the charging shaft 17 is at a distance 39 above the cover 16 of the electric arc furnace.
  • the free space thus present between the cover 16 and the charging shaft 17 is bridged by means of a sliding sleeve 40 surrounding the charging shaft 17.
  • the sliding sleeve 40 can move from a lowest position shown in FIG. 2 to a top position, for example shown in FIG. 9 to be spent.
  • the electric arc furnace can thus be tilted independently of the charging shaft 17, as is illustrated in FIG. 9.
  • the charging shaft 17 is advantageous, as can be seen in particular in FIG. 3, can be moved laterally relative to the furnace vessel 1, for which purpose it is fastened on a support structure 41 which can be moved along rails 42 arranged laterally to the side of the electric arc furnace and above it In this case, the charging shaft 17 remains in the vertical position.
  • the necessary space (gap) between the charging shaft 17 and the tiltable furnace vessel 1 can also be created by lifting the charging shaft 17.
  • the furnace interior 20 of the electric arc furnace is easily accessible and, for example, very large pieces of scrap can be introduced directly into the furnace interior 20. Furthermore, when the charging shaft 17 is moved to the side, it is easy to carry out repair and maintenance work in the furnace interior 20, for example on the furnace lining or on the floor anode 4, as well as on the charging shaft 17 moved to the side and on the sliding sleeve 40.
  • the sliding sleeve 40 is expediently designed as a water-cooled “pipe to pipe” construction and is made from thick-walled, heat-resistant pipes.
  • the coils are advantageously arranged vertically so that the charged scrap can slide off easily.
  • the sliding sleeve 40 can also be designed as a water-cooled box construction, the inner jacket plate of the sliding sleeve 40 being made of thick-walled, heat-resistant sheet metal in order to withstand the abrasion caused by the scrap.
  • water-guiding ribs are advantageously arranged in the interior in a horizontal direction, whereby the section modulus is increased and better dimensional stability of the sliding sleeve 40 can be achieved.
  • the coolant flow is from bottom to top, i.e. the lower area, which is exposed to greater heat, comes into contact first with the cooler coolant; the heated coolant rises.
  • the sliding sleeve 40 can be designed as a one-piece closed cylinder jacket or consist of two or more parts which are joined to form a cylinder jacket.
  • the drive for the vertical movement of a sliding sleeve 40 takes place by means of three or more hydraulic cylinders or cable drums, the drive units at a sufficient distance - protected from inadmissible temperature exposure - on the Support structure 41 of the charging shaft 17 are arranged. Chains or bars can serve as a connection between the drive units and the sliding sleeve 40.
  • the sliding sleeve 40 is brought into the lowest position, in which it protrudes into the furnace interior 20. It thus ensures a specific contour 43 of the scrap column 44 running out of the charging shaft 17, the diameter being limited at the foot of the scrap column 44, which tapers apart in a conical shape
  • the charging shaft 17 is filled with scrap, i.e. the scrap column 44 standing on the base part of the electric arc furnace extends into the interior 18 of the charging shaft 17, the charging shaft 17 is fixed and locked with the electric arc furnace in such a way that neither the charging shaft 17 nor the furnace vessel 1 can be moved against one another.
  • the sliding sleeve 40 can be pulled up not only to release the furnace vessel 1 for tilting for the purpose of slagging and for parting off, but also for the purpose of supplying false air between the lower end of the charging shaft 17 and the opening 19 of the cover 16 for the afterburning of those arising during the melting process To achieve CO.
  • a plurality of nozzles 46 are provided on the charging shaft 17 for supplying an oxygen-containing gas for the purpose of afterburning the CO. These nozzles 46 pass through the side wall 23 of the charging shaft 17 and are arranged in the form of a ring 47 or a plurality of surrounding rings 47 which surrounds the side wall 23 of the charging shaft 17 peripherally, and compressed air is preferably supplied as the oxygen-containing gas
  • the flammable gases which are mainly formed by CO
  • the hot post-burned gases are sucked up via the scrap column 44 to the suction line 30, which is connected to the charging shaft 17, and preheat the scrap column 44.
  • charging in the charging shaft 17 can also take place in a continuous manner, for example by means of a continuously operating conveyor belt 49.
  • a vibration conveyor device 50 or a correspondingly strongly inclined sliding surface is expediently provided.
  • a pear-shaped transport vessel 53 is used to introduce hot sponge iron 52 or briquettes formed from sponge iron 52, into which the sponge iron 52 is filled from the direct reduction system. After the iron sponge 52 has been filled in, this transport vessel 53 is flooded with nitrogen, closed at the mouth 54 and brought to the electric arc furnace according to the invention. There it is tilted by 180 ° so that the closed mouth 54 is now at the bottom.
  • the charging shaft 17 has a side wall opening 55 which is used for charging the sponge iron 52, from which an addition chute 56 protrudes obliquely upwards onto this addition chute 56, which is attached to the supporting structure 41 of the charging shaft 17 is supported, the pear-shaped transport vessel 53 is placed, whereupon the mouth 54 of the transport vessel 53 is opened and the sponge iron 52 can get into the furnace interior 20 via the addition chutes 56, etc. using gravity, as illustrated in Figure 6
  • a well-protected arrangement of the electrodes 31 can also be achieved in that they penetrate a part of the lid 16 of the furnace vessel 1 that widens conically outwards.
  • This construction enables particularly good access to the interior of the furnace vessel 1 by the cover 16 together with the charging shaft 17 being movable to the side.
  • the cover 16 with the charging shaft 17, e.g. can be connected to a unit via its supporting structure 41.
  • the cover is preferably lifted on the charging shaft 17 or its supporting structure 41 by means of a hydraulic lifting mechanism.
  • the sliding sleeve 40 is arranged on the cover 16 and can be moved in height by means of the actuating devices 61 designed as pressure medium cylinders, which act on the one hand on the cover 16 and on the other hand on the sliding sleeve 40.
  • the sliding sleeve 40 has approximately the same or a larger diameter as the lower end of the charging shaft 17 and can be raised and lowered by the dimension 62 (FIG. 12 shows the lowered position of the sliding sleeve 40).
  • This dimension 62 is just dimensioned so that the free tiltability of the furnace vessel 1 is guaranteed with charging shaft 17 remaining in place; a measure of about 50 mm is sufficient; however, up to 200 mm are possible.
  • the sliding sleeve 40 thus forms a shaft ring which extends the side wall 23 of the charging shaft 17.

Abstract

Ein Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen soll bei hoher Schmelzleistung eine möglichst einfach Gestalt aufweisen, wobei jedoch durch Elektroden verursachte Wärmebelastungen der Seitenwand und Beschädigungen der Elektroden beim Chargieren von Schrott vermieden werden sollen. Der Elektro-Lichtbogenofen ist durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet: einen eine Schmelze (10) aufnehmenden Bodenteil (2), einen vom Bodenteil (2) aufragenden Oberteil (13) mit einer Seitenwand (15), einen den Oberteil (13) bedeckenden Deckel (16), einen etwa zentrisch zum Oberteil (13) angeordneten Chargierschacht (17) mit erheblich geringerem Durchmesser (21) als der (22) des Oberteils (13), wobei der Chargierschachtinnenraum (18) über eine am Deckel (16) vorgesehene Öffnung (19) mit dem Ofeninnenraum (20) in Verbindung steht und in etwa radialsymmetrischer Anordnung schräg in den Ofeninnenraum gerichtete Elektroden (31) vorgesehen sind, die etwa gegen das Zentrum (bei 14) des Elektro-Lichtbogenofens ragen.

Description

Schrotteinsch elz-Elektro-Lichtbogenofen
Die Erfindung betrifft einen Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen, insbesondere zum Einschmelzen von eisenhaltigem Schrott sowie gegebenenfalls von Eisenschwamm zur Herstellung von Stahl.
Herkömmliche Gleichstrom-Elektro-Lichtbogenöfen zum Einschmelzen von Schrott weisen eine einzige zentrische und senkrecht im Ofengefäß angeordnete Graphitelektrode auf. Dem maximal möglichen Energieeintrag, der vom Sekundärstrom abhängig ist, sind durch den maximal möglichen Durchmesser der Graphitelektrode Grenzen gesetzt
Darüber hinaus ist der Energieeintrag durch den einzigen Lichtbogen auf eine Stelle mehr oder weniger in der Ofenmitte konzentriert und wird noch durch magnetische Einflüsse, die bei hohen Leistungen auf den Lichtbogen wirken, beeinflußt
Beim konventionellen Drehstrom-Lichtbogenofen, wie z.B. gemäß DE-C - 2944269, FR-B - 2 218 397 und DE-A - 32 41 987, wird durch drei im Zentrum auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden ein senkrechter Krater in den Schrott geschmolzen und hernach der übrige Schrott aufgelöst. Die Energie der heißen Abgase steigt durch den leeren Krater ungenützt nach oben und bewirkt eine erhöhte Deckelaufheizung und - wie auch bei konventionellen Gleichstrom- Lichtbogenöfen - eine große glühende Elektrodenlänge, die zu starkem seitlichem Abbrand führt. Außerdem sind für die Elektroden sehr massive Elektrodentragarme und Hubmaste mit schweren Führungen nötig, um die Kräfte und Vibrationen, die auch durch die gefahrenen hohen Ströme ausgelöst werden, zu beherrschen. Diese Einrichtungen sind ein wesentlicher Investitionskostenfaktor, der den konventionellen Drehstrom-Lichtbogenofen immer mehr verteuert und den Betrieb erschwert.
Aus der EP-A - 0548 041 ist ein Elektro-Lichtbogenofen der eingangs beschriebenen Art bekannt, mit dem ein besonders hoher Energieeintrag bei hoher Betriebssicherheit und Verfügbarkeit erzielt werden kann, u.zw. dadurch, daß die Graphitelektrode in einen Unterteil des Ofengefäßes von der Seite her hineinragt, wobei der Unterteil im Bereich der Graphitelektrode eine radial gegenüber dem Oberteil nach außen vorspringende Erweiterung aufweist. Die radiale Erweiterung dient dazu, die Graphitelektrode gegen herabfallendes Chargiergut zu schützen. Dadurch, daß die seitlich eindringenden Graphitelektroden selbst von den heißen Gasen, die durch die Schrottsäule nach oben abgesaugt werden und den Schrott erhitzen, verschont bleiben, ergeben sich kurze glühende Elektrodenlängen sowie ein dementsprechend geringer Abbrand. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Elektro-Lichtbogenofen der zuletzt beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß als Ofengefäß trotz hoher Schmelzleistung ein solches mit einfacher Gestalt - das einfach herzustellen ist - einsetzbar ist. Ebenso sollen bereits bewährte Ofengefäße, also herkömmliche mit einem Oberteil mit senkrechter Seitenwand, Verwendung finden können. Wärmebelastungen der Seitenwand des Ofengefäßes und die Gefahr von Beschädigungen der Elektroden beim Chargieren des Schrotts sollen rninimiert bzw. ganz vermieden sein.
Diese Aufgabe wird bei einem Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:
• einen eine Schmelze aufnehmenden Bodenteil,
• einen vom Bodenteil aufragenden Oberteil mit einer zumindest teilweise im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Seitenwand,
• einen den Oberteil bedeckenden Deckel,
• einen etwa zentrisch zum Oberteil angeordneten Chargierschacht mit erheblich geringerem Durchmesser als der des Oberteils, wobei
• der Chargierschachtinnenraum über eine am Deckel vorgesehene Öffnung mit dem Ofeninnenraum in Verbindung steht und
• in etwa radialsymmetrischer Anordnung schräg in den Ofeninnenraum gerichtete Elektroden etwa gegen das Zentrum des Elektro-Lichtbogenofens ragen.
Aus der DE-C - 3609 923 ist ein Elektro-Lichtbogenofen bekannt bei dem mehrere auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden nahe der Seitenwand des Oberteils des Elektro- Lichtbogenofens angeordnet sind und durch den Deckel senkrecht in das Ofeninnere ragen. Der Elektro-Lichtbogenofen ist mit einem am Deckel aufgesetzten Schacht versehen, in dem das heiße Ofengas den in den Schacht chargierten Schrott erwärmt Die Elektroden sind zwangsweise den Schacht peripher umgebend angeordnet. Nachteilig bei diesem bekannten Elektro-Lichtbogenofen ist die durch die Elektroden verursachte enorme Wärmebelastung der Seitenwand des Oberteiles des Elektro-Lichtbogenofens. Eine Anordnung der Elektroden näher zum Zentrum des Ofens läßt Schwierigkeiten wegen durch den aufgesetzten Schacht herabfallender Schrottstücke erwarten.
Aus der PCT-Anmeldung WO 93/13228 ist ein Elektro-Lichtbogenofen bekannt, dessen Deckel von einem das Ofengefäß überragenden Chargierschacht durchragt wird. Der Chargierschacht ist außermittig des einen elliptischen Grundriß aufweisenden Ofengefäßes angeordnet Durch den Deckel ragen weiters Elektroden in das Innere des Elektro- Lichtbogenofens, wobei diese Elektroden ebenfalls außermittig des Ofeninnenraumes angeordnet sind. Hierdurch kann zwar eine Wärmebelastung der Seitenwand des Ofens gegenüber dem aus der DE-C - 3609 923 bekannten Elektro-Lichtbogenofen reduziert werden, jedoch ist es nicht möglich, den über den Chargierschacht chargierten Schrott direkt mittels eines Lichtbogens einzuschmelzen, da der Schrottschüttkegel sich nicht bis zu den Lichtbögen erstreckt Das Ofengefäß ist infolge seiner elliptischen Grundrißform aufwendig herzustellen.
Erfindungsgemäß hingegen kann dadurch, daß die Elektroden die Seitenwand des Oberteils bzw. den Deckel des Ofengefäßes durchsetzen, ein sehr flacher und den chargierten Schrott direkt beaufschlagender Lichtbogen im Ofeninneren erzeugt werden. Es sind Elektrodenwinkel gegenüber der Horizontalen von bis zu 10° herab möglich, so daß es gelingt den Schrott von oben nach unten durch den Lichtbogen zu schmelzen. Die Seitenwand des Oberteils des Elektro-Lichtbogenofens ist keiner unmittelbaren Hitzeeinwirkung ausgesetzt da der Lichtbogen in erster Linie senkrecht zur Achse des Lichtbogens Wärme abstrahlt Diese Vorteile ergeben sich insbesondere in Verbindung mit dem am Deckel des Oberteils angeordneten Chargierschacht der einen erheblich geringeren Durchmesser als der Oberteil selbst aufweist. Hierdurch gelingt es nämlich, einen zentralen Schüttkegel aus Schrott im Ofeninnenraum zu erzielen, der die schräge Anordnung der Elektroden mit dem oben dargelegten flachen Elektrodenwinkel gegenüber der Horizontalen ermöglicht Der Lichtbogen kann hierdurch in entsprechend großer Entfernung von der Seitenwand des Oberteils des Ofens gehalten werden, so daß eine für die Seitenwand schädliche Wärmebelastung vermieden wird.
Durchsetzen die Elektroden die Seitenwand des Ofengefäßes, ergibt sich eine einfache Gestaltung des Ofengefäßes, insbesondere des vom Bodenteil aufragenden Oberteils, da hier lediglich Öffnungen zum Durchführen der Elektroden vorgesehen werden müssen. Noch einfacher gestaltet sich die Konstruktion, wenn die Elektroden den Deckel des Ofengefäßes durchsetzen. Somit stellt sich erfindungsgemäß der Vorteil eines Elektro-Lichtbogenofens besonders einfacher Bauart ein, der einen hohen gleichmäßigen Energieeintrag bei geringem Elektrodenverbrauch (kurze glühende Elektrodenlänge) ermöglicht Gleichzeitig ist jedoch eine integrierte Vorwärmung des Schrottberges im Ofengefäß durch vom Boden her aufsteigende Schmelzgase gesichert. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß grundsätzlich seit Jahrzehnten bewährte Ofengefäße einfacher Bauart Verwendung finden können. Zur Einstellung eines optimalen Elektrodenwinkels sind die Elektroden mittels Elektrodenstützeinrichtungen vorteilhaft um eine horizontale Achse neigbar, u.zw. insbesondere in einem Bereich zwischen 10 und 60°, vorzugsweise zwischen 30 und 60°, zur Horizontalen.
Zwecks einfacher Handhabung der Elektroden sind die Elektroden zweckmäßig mittels der Elektrodenstützeinrichtung in ihrer Längsrichtung verbringbar abgestützt
Zur Erzielung einer großen Effizienz der eingesetzten Elektroden sind diese zweckmäßig mittels der Elektrodenstützeinrichtung um eine vertikale Achse schwenkbar abgestützt Hierdurch gelingt es, mit einer auf ein Minimum beschränkten Anzahl der Elektroden einen großen Einwirkungsbereich derselben sicherzustellen.
Vorteilhaft ist der Chargierschacht mit dem Deckel des Elektro-Lichtbogenofens starr verbunden, u.zw. insbesondere dann, wenn der Chargierschacht nur eine geringe Höhe aufweist. Dies ist für den Fall nicht extrem hoher Produktionsleistungen ausreichend. Der chargierte Schrott reicht nicht in den Chargierschacht, sondern bildet einen ausschließlich im Ofeninnenraum befindlichen kegelstumpfförmigen Haufen, der die Anwendung des Schrägelektrodenprinzipes ermöglicht
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Chargierschacht gegenüber dem Deckel relativbeweglich, wobei der Chargierschacht zweckmäßig seitlich verfahrbar ist u.zw. in eine Richtung senkrecht zur Längs-Mittelachse des Chargierschachtes bzw. des aufrecht stehenden Elektro-Lichtbogenofens. Hierdurch lassen sich in einfacher Weise auch sehr große Schrottstücke in das Ofengefäß chargieren. Außerdem ergeben sich Vorteile für Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten am Ofengefäß - dieses ist dann besonders leicht zugänglich - und am zur Seite gefahrenen Schacht
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfύhrungsform ist zwischen dem unteren Ende des Chargierschachtes und der am Deckel des Elektro-Lichtbogenofens vorgesehenen Öffnung eine in Richtung der Längs-Mittelachse des Chargierschachtes bzw. des Elektro-Lichtbogenofens verbringbare Schiebemuffe vorgesehen, wobei zweckmäßig das untere Ende des Chargierschachtes im Abstand oberhalb des Deckels des Elektro-Lichtbogenofens angeordnet ist und der hierdurch vorhandene Freiraum zwischen Deckel und Chargierschacht mittels der Schiebemuffe überbrückbar ist Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Erstreckung der Schiebemuffe in Richtung der Längs-Mittelachse des Chargierschachtes größer ist als die Höhe des Freiraumes zwischen Deckel und Chargierschacht weil es dadurch möglich ist, Schrottschüttkegel mit unterschiedlichen Dimensionen im Ofeninnenraum zu bilden, u.zw. durch Wahl einer entsprechenden Höhenlage des unteren Randes der Schiebemuffe.
Die Schiebemuffe gestattet so eine Einstellung der Kontur des aus dem Chargierschacht in den Ofeninnenraum stürzenden Schrottes beim Chargieren der ersten Teilmengen. Der beim Chargieren der ersten Teilmengen aus dem Chargierschacht in den Ofeninnenraum stürzende Schrott bildet einen Schüttkegel, der einen der jeweiligen physikalischen Schrottzusammensetzung (Größe der Schrottstücke, Art der Schrottstücke) entsprechenden Schüttwinkel aufweist. Dieser Schüttkegel kann durch Heben und Senken der Schiebemuffe in seinem größten Durchmesser auf das gewünschte Maß eingestellt werden, wodurch der Schrott an der Seitenwand auf jeden Fall unterhalb der Elektrodendurchführungen durch die Seitenwand gehalten werden kann.
Vorteilhaft ist die Schiebemuffe wassergekühlt und umgibt den Chargierschacht außen peripher und ist außen am Chargierschacht geführt
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet daß der Chargierschacht mit einer seine Seitenwand durchsetzenden Chargieröffnung versehen ist, die mittels einer Chargiertüre verschließbar ist, wobei die Chargiertüre zweckmäßig horizontal oder vertikal von der Schließstellung in eine Offenstellung und umgekehrt verschiebbar ist sowie vorteilhaft wassergekühlt ist. Hierdurch ist ein Chargieren möglich, ohne daß der Schmelzprozeß unterbrochen werden muß und ohne daß ein Austritt von senkrecht aufsteigenden Abgasen während des Chargierens stattfindet
Vorteilhaft ist die Chargieröffnung an ihrer Unterkante mit einer wassergekühlten Auflage für eine Chargiereinrichtung, wie eine Schrottschurre, ausgestattet
Zur Erzielung einer weitgehend kontinuierlichen Chargierung von Schrott ist der Chargierschacht zweckmäßig mit einer seine Seitenwand durchsetzenden Chargieröffnung versehen, an die eine Fördereinrichtung, wie z.B. ein Förderband, mündet
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet daß der Chargierschacht zusätzlich in einer Seitenwand mit einer weiteren Chargieröffnung, an die eine Zugabeschurre für das Chargieren von kalten oder heißen Einsatz- und/oder Zusatzstoffen anschließt, versehen ist. Hierdurch gelingt es, beispielsweise auch heißen Eisenschwamm in den Elektro-Lichtbogenofen zu chargieren, wobei zu diesem Zweck der heiße Eisenschwamm in mit Stickstoff gefluteten birnenförmigen Gefäßen zum Elektro-Lichtbogenofen angeliefert werden kann. Bei konventionellen Elektro-Lichtbogenofen mit senkrechten Elektroden wären hier durch die vertikal aufragenden Elektroden und die Elektrodentragwerke Schwierigkeiten kaum zu überwinden.
Zweckmäßig ist der Chargierschacht an seinem oberen Ende an eine Abgasleitung anschließbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Seitenwand des Chargierschachtes mit mehreren Düsen zur Zuleitung eines sauerstoffhältigen Gases versehen, wobei vorteilhaft eine Vielzahl von Düsen die Seitenwand des Chargierschachtes durchsetzt und wobei die Düsen in Form eines die Seitenwand peripher umgebenden Ringes angeordnet sind. Die im Elektro- Lichtbogenofen beim Einschmelzen und anschließenden Frischen entstehenden großen CO- Gasemengen, die durch Umsetzung von Sauerstoff mit dem im Einsatz enthaltenen Kohlenstoff sowie aus organischen Bestandteilen des Einsatzes entstehen, können hiermit im Elektro- Lichtbogenofen so nachverbrannt werden, daß die dabei entstehende Wärmeenergie dem Schrott zur Vorwärmung dient, ohne daß der Schrott übermäßig oxidiert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durchsetzt mindestens eine ein sauerstoffhältiges Gas zuführende Lanze die Wand oder den Deckel des Ofengefäßes.
Vorzugsweise ragen die Elektroden durch die Seitenwand des Oberteiles.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Chargierschacht und dem im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Teil der Seitenwand desselben ein sich nach oben verjüngender Wandbereich vorgesehen und ragen die Elektroden durch in diesem Wandbereich angeordnete Öffnungen in den Ofeninnenraum, wobei zweckmäßig der sich nach oben verjüngende Wandbereich dem Deckel des Elektro- Lichtbogenofens zugeordnet ist
Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist der sich nach oben verjüngende Wandbereich der Seitenwand des Elektro-Lichtbogenofens zugeordnet
Eine besonders einfache Konstruktion, bei der nur eine geringe Verschiebbarkeit der Schiebemuffe die volle Kippbarkeit des Ofengefäßes gewährleistet ist dadurch gekennzeichnet daß die Schiebemuffe am Deckel heb- und senkbar angeordnet ist, wobei zweckmäßig die Schiebemuffe etwa denselben Durchmesser aufweist wie das untere Ende des Chargierschachtes und die Schiebemuffe um maximal 200 mm, vorzugsweise um 50 mm, höhenbeweglich am Deckel angeordnet ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 einen Vertikal-Achsschnitt durch jeweils eine Ausführungsform eines Elektro- Lichtbogenofens veranschaulichen. Fig. 3 stellt einen Schrägriß des in Fig. 2 dargestellten Elektro-Lichtbogenofens, jedoch mit seitlich verfahrenem Chargierschacht, dar. Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Elektro-Lichtbogenofens, Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 dargestellten Elektro-Lichtbogenofen im Grundriß, jedoch in verkleinertem Maßstab und in sehr schematisierter Darstellung. Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, ebenfalls im Vertikalschnitt. Die Fig. 7 bis 9 erläutern die Funktion einer Schiebemuffe eines Elektro- Lichtbogenofens der Bauart ähnlich der in Fig. 2 dargestellten, jedoch mit einer Nachverbrennungseinrichtung. Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform eines Elektro- Lichtbogenofens, der ebenfalls mit einer Nachverbrennungseinrichtung ausgestattet ist im Vertikalschnitt; Fig. 1 1 ist der zugehörige Grundriß. Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen weitere Ausführungsformen in schematischer Schnittdarstellung.
Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist ein Ofengefäß 1 eines Elektro- Lichtbogenofens einen muldenförmig vertieften Bodenteil 2 auf, der mit Feuerfestmaterial 3 ausgekleidet und mit einer Bixlenanode 4 ausgestattet ist. Der Bodenteil 2 ist am Fundament 5 mittels einer Kippachse 6 kippbar abgestützt; das Kippen wird mittels eines Druckmittelzylinders 7, der einerseits am Fundament 5 und andererseits an einer Tragkonstruktion 8 des Bodenteils 2 angelenkt ist, bewerkstelligt Unterhalb eines Erkerabstiches 9 des Bodenteils 2 ist ein die Schmelze 10 bzw. Schlacke 11 aufnehmender Behälter 12 in Stellung bringbar.
An den Bodenteil 2 schließt ein von diesem aufragender Oberteil 13 mit einer etwa parallel zur vertikalen Mittelachse 14 des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Seitenwand 15 an. Die Seitenwand 15 kann von einem wassergekühlten oder feuerfest ausgekleideten Metallmantel gebildet sein.
Der Oberteil 13 des Elektro-Lichtbogenofens ist mit einem vorzugsweise durch Schwenken, aber auch durch Abheben entfernbaren, zweckmäßig wassergekühlten Deckel 16 verschlossen. Auf dem Deckel 16 ist zentral ein Chargierschacht 17 angeordnet, wobei der Chargierschachtinnenraum 1 über eine am Deckel 16 vorgesehene Öffnung 19 mit dem Ofeninnenraum 20 in Verbindung steht. Die vertikale Mittelachse 14 des Elektro- Lichtbogenofens ist bei aufrecht stehendem Elektro-Lichtbogenofen identisch mit der Längs- Mittelachse des Chargierschachtes 17. Der größte Durchmesser 21 des leicht konisch sich nach unten erweiternden Chargierschachtinnenraumes 18 ist erheblich kleiner als der Durchmesser 22 des Oberteils 13 des Elektro-Lichtbogenofens; er beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des Durchmessers 22 oder weniger.
Der Chargierschacht 17 weist eine seine Seitenwand 23 durchsetzende Chargieröffnung 24 auf, die mit einer Chargiertüre 25 verschließbar ist. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Chargiertüre 25 entlang der Außenseite des Chargierschachtes 17 verfahrbar, u.zw. in Umfangsrichtung. Hierfür dienen an der Außenseite des Chargierschachtes angeordnete Führungsleisten 26, an denen die Chargiertüre 25 mittels Rollen 27 bzw. Halterungen 28 geführt ist.
Der Chargierschacht 17 ist mit einem abnehmbaren Deckel 29 verschlossen, so daß der Innenraum 18 des Chargierschachtes 17 zwecks Instandhaltungsarbeiten etc. leicht zugänglich ist. Am oberen Ende des Chargierschachtes schließt eine Abgasleitung 30 an.
Durch die vertikale Seitenwand 15 des Oberteiles 13 des Elektro-Lichtbogenofens ragen in etwa radialsymmetrischer Anordnung schräg abwärts in den Ofeninnenraum 20 gerichtete Elektroden 31. Diese sind etwa gegen das Zentrum, also gegen die vertikale Mittelachse 14 des Elektro-Lichtbogenofens, ausgerichtet. Die Elektroden 31 werden von an der Ofenbühne 32 abgestützten Elektrodenstützeinrichtungen 33 gehalten. Diese Elektrodenstützeinrichtungen 33 sind um eine horizontale Achse neigbar, wodurch der Elektrodenwinkel α gegenüber der Horizontalen auf das gewünschte Maß eingestellt werden kann. Die Elektroden 31 sind weiters mittels der Elektrodenstützeinrichtung 33 in ihrer Längsrichtung verbringbar, u.zw. mittels an der Elektrodenstützeinrichtung verfahrbarer Elektrodenhalterungen 34. Die Elektrodenstützeinrichtungen 33 sind zweckmäßig auch um eine vertikale Achse verschwenkbar, so daß die Elektrodenspitzen 35 im Ofeninnenraum 20 einen gewissen Bereich bestreichen können, wie dies insbesondere aus Fig. 5 durch Doppelpfeile ersichtlich ist
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines Elektro-Lichtbogenofens ist der Chargierschacht 17 mit dem Deckel 16 starr verbunden, wobei jedoch eine einfache Demontage des Chargierschachtes 17 zwecks Durchführung von Reparaturarbeiten, Austausch von Teilen etc. möglich ist In diesem Fall wird der Chargierschacht mit dem Ofengefäß beim Abstich mitgekippt Diese Ausführungsform ist für den Fall, daß nicht extrem hohe Produktionsleistungen erforderlich sind, zweckmäßig. Der Chargierschacht ist nur so hoch, daß er nur eine seitliche Chargieröffnung 24 aufnehmen kann, die mit einer verschiebbaren oder verfahrbaren Chargiertüre 25 verschließbar ist Der Schrott wird durch diese Chargieröffnung 24 in das Ofengefäß 1 chargiert, wobei er im Ofengefäß 1 einen kegelstumpfförmigen Haufen bildet der die Anwendung des Schrägelektrodenprinzips erlaubt Der Schrott reicht in diesem Fall nicht in den Chargierschacht.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist der Chargierschacht 17 eine wesentlich größere Höhe auf und ist mit einer oder, wie in Fig. 2 dargestellt mit zwei übereinanderiiegenden Chargieröffnungen 24, 24', die wiederum jeweils mit einer Chargiertüre 25 verschließbar sind, ausgestattet. Die Chargiertüren 25 können sowohl seitlich als auch in vertikaler Richtung verfahrbar am Chargierschacht 17 angeordnet sein; es wäre auch denkbar, die Chargiertüren 25, wie in Fig. 6 dargestellt um eine horizontale oder auch vertikale Achse am Chargierschacht 17 verschwenkbar anzuordnen.
Die vertikale Bewegbarkeit der Chargiertüren 25 bietet den Vorteil, daß die Chargieröffnung 24 durch langsames Verfahren der Chargiertüre 25 nach oben nur so weit geöffnet werden muß, wie es dem augenblicklichen Neigungswinkel einer den Schrott anliefernden Schrottschurre 36 entspricht. Die Lichte Weite der Chargieröffnung 24, 24' kann hierbei auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Die Führungsschienen 37 bzw. Führungsleisten 26, entlang der die Chargiertüren 25 bewegbar sind, sind hierbei so gestaltet daß die Chargiertüren 25 beim Öffnen in radialer Richtung von der Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 leicht abgehoben werden und beim Schließen an der Seitenwand 23 möglichst dicht anliegen.
Die Unterkante der Chargieröffnung 24 ist gemäß der in Fig. 2 dargestellten Aταsführungsform von einem dickwandigen wassergekühlten Balken 38 gebildet auf den die Schrottschurre 36 aufgelegt werden kann, ohne daß die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 beschädigt wird. Als Bewegungsmechanismus für die Chargiertüren 25 können Zahnstangen mit Getriebemotoren, Seiltrommeln oder Hydraulikzylinder eingesetzt werden.
Das untere Ende des Chargierschachtes 17 befindet sich im Abstand 39 oberhalb des Deckels 16 des Elektro-Lichtbogenofens. Der hierdurch zwischen dem Deckel 16 und dem Chargierschacht 17 vorhandene Freiraum wird mittels einer den Chargierschacht 17 umgebenden Schiebemuffe 40 überbrückt. Die Schiebemuffe 40 kann von einer untersten, in Fig. 2 dargestellten Position in eine, beispielsweise in Fig. 9 dargestellte, oberste Position verbracht werden. Der Elektro-Lichtbogenofen kann somit unabhängig vom Chargierschacht 17 gekippt werden, wie dies in Fig. 9 veranschaulicht ist.
Der Chargierschacht 17 ist vorteilhaft, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist gegenüber dem Ofengefäß 1 seitlich verfahrbar, zu welchem Zweck er auf einer Tragkonstruktion 41 befestigt ist, die entlang von seitlich des Elektro-Lichtbogenofens und oberhalb desselben angeordneten Schienen 42 verfahrbar ist In diesem Fall verbleibt der Chargierschacht 17 in vertikaler Stellung. Für das Verfahren des Chargierschachtes 17 und zum Kippen des Ofengefäßes kann der nötige Freiraum (Spalt) zwischen dem Chargierschacht 17 und dem kippbaren Ofengefäß 1 auch durch Heben des Chargierschachtes 17 geschaffen werden.
Durch das Zur-Seite-Fahren des Chargierschachtes 17 wird der Ofeninnenraum 20 des Elektro- Lichtbogenofens gut zugänglich, und es können beispielsweise sehr große Schrottstücke direkt in den Ofeninnenraum 20 eingebracht werden. Weiters gelingt es bei zur Seite gefahrenem Chargierschacht 17 in einfacher Weise, Reparatur- und Instandhaltungsarbeiten im Ofeninnenraum 20, beispielsweise an der Ofenausmauerung oder an der Bodenanode 4, sowie am zur Seite gefahrenen Chargierschacht 17 und an der Schiebemuffe 40 durchzuführen.
Die Schiebemuffe 40 ist zweckmäßig als wassergekühlte "Rohr an Rohr"-Konstruktion ausgebildet und aus dickwandigen hitzebeständigen Rohren gefertigt. Die Rohrschlangen sind hierbei vorteilhaft senkrecht angeordnet, damit der chargierte Schrott leicht abrutschen kann.
Die Schiebemuffe 40 kann auch als wassergekühlte Kastenkonstruktion ausgebildet sein, wobei das innere Mantelblech der Schiebemuffe 40 aus dickwandigem hitzebeständigem Blech besteht, um dem durch den Schrott verursachten Abrieb standzuhalten. Hierbei sind vorteilhaft Wasserführungsrippen im Inneren in horizontaler Richtung angeordnet wodurch das Widerstandsmoment erhöht wird und eine bessere Formstabilität der Schiebemuffe 40 erreicht werden kann. Der Kühlmitteldurchfluß erfolgt von unten nach oben, d.h. der der größeren Hitze ausgesetzte untere Bereich kommt zuerst mit dem noch kühleren Kühlmittel in Berührung; das erwärmte Kühlmittel steigt auf.
Die Schiebemuffe 40 kann als einteiliger geschlossener Zylindermantel ausgebildet sein oder aus zwei oder mehr Teilen, die zu einem Zylindermantel zusammengefügt sind, bestehen.
Der Antrieb für das senkrechte Verfahren einer Schiebemuffe 40 erfolgt mittels dreier oder mehrerer Hydraulikzylinder oder Seiltrommeln, wobei die Antriebseinheiten in genügend großem Abstand - geschützt vor unzulässiger Temperaturbeaufschlagung - an der Tragkonstruktion 41 des Chargierschachtes 17 angeordnet sind. Ketten oder Stangen können als Verbindung zwischen den Antriebseinheiten und der Schiebemuffe 40 dienen.
Die Funktion der Schiebemuffe ergibt sich aus den Fig. 7 bis 9, wobei zur Übersichtlichkeit die Elektroden 31 weggelassen wurden:
Gemäß Fig. 7 ist die Schiebemuffe 40 in die unterste Position verbracht, in der sie in den Ofeninnenraum 20 hineinragt. Sie sorgt so für eine bestimmte Kontur 43 der aus dem Chargierschacht 17 auslaufenden Schrottsäule 44, wobei der Durchmesser am Fuß der unten kegelförmig auseinanderlaufenden Schrottsäule 44 begrenzt ist
Sobald der Schrott am Bodenteil 2 des Elektro-Lichtbogenofens aufsteht, wird die Schiebemuffe in die Höhe gezogen, bis sie eine Stellung erreicht, in der die Unterkante 45 der Schiebemuffe 40 mit dem Deckel 16 des Ofengefäßes 1 abschließt. Der vorher von der Schiebemuffe 40 umfaßte Schrott läuft nun etwas aus, ohne jedoch den Fußdurchmesser der Schrottsäule 44 zu vergrößern. Dies ist in Fig. 8 veranschaulicht
So lange der Chargierschacht 17 mit Schrott gefüllt ist, d.h. die am Bodenteil des Elektro- Lichtbogenofens aufstehende Schrottsäule 44 sich in den Innenraum 18 des Chargierschachtes 17 erstreckt, ist der Chargierschacht 17 mit dem Elektro-Lichtbogenofen derart fixiert und verriegelt daß weder der Chargierschacht 17 noch das Ofengefäß 1 gegeneinander bewegt werden können.
Das Hochziehen der Schiebemuffe 40 kann nicht nur zur Freigabe des Ofengefäßes 1 zum Kippen zwecks Abschlacken und zwecks Abstechen erfolgen, sondern auch zu dem Zweck, Falschluft zwischen dem unteren Ende des Chargierschachtes 17 und der Öffnung 19 des Deckels 16 zur Nachverbrennung von während des Schmelzprozesses entstehendem CO zu erzielen. Wie aus den Fig. 7 bis 9 zu erkennen ist sind am Chargierschacht 17 eine Vielzahl von Düsen 46 für die Zuleitung eines sauerstoffhältigen Gases zum Zweck der Nachverbrennung des CO vorgesehen. Diese Düsen 46 durchsetzen die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 und sind in Form eines, die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 peripher umgebenden Ringes 47 bzw. mehrerer umgebender Ringe 47 angeordnet Als sauerstoffhältiges Gas wird vorzugsweise Preßluft zugeführt
Hierdurch erfolgt der Sauerstoffeintrag und damit die Nachverbrennung sehr gleichmäßig über den Querschnitt des Innenraumes 18 des Chargierschachtes 17, und es wird die Ausbildung von sogenannten Nachverbrennungskanälen weitgehend vermieden bzw. verhindert Weiters kann eine übermäßige Oxidation des Schrottes vermieden werden.
Gemäß der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsform sind am Deckel 2 bzw. durch die Seitenwand 15 drei Nachverbrennungslanzen 48 bzw. 48' angeordnet die in den Ofeninnenraum 20 ein sauerstoffhältiges Gas zuführen, so daß es auch hier zu einer Nachverbrennung der beim Schmelz- und Frischvorgang entstehenden brennbaren Gase (die hauptsächlich von CO gebildet sind) kommt Die heißen nachverbrannten Gase werden über die Schrottsäule 44 nach oben zur Absaugleitung 30, die am Chargierschacht 17 angeschlossen ist, gesaugt und wärmen die Schrottsäule 44 vor.
Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, kann das Chargieren in den Chargierschacht 17 auch in kontinuierlicher Weise, beispielsweise mittels eines kontinuierlich arbeitenden Förderbandes 49 vor sich gehen. Zwischen der Chargieröffnung 24 des Chargierschachtes 17 und dem Ende des Chargier-Förderbandes 49 ist zweckmäßig eine Vibrationsfördereinrichtung 50 oder eine entsprechend stark geneigte Rutschfläche vorgesehen.
Zum Einbringen von heißem Eisenschwamm 52 bzw. von aus Eisenschwamm 52 gebildeten Briketts dient ein birnenförmiges Transportgefäß 53, in das der Eisenschwamm 52 aus der Direktreduktionsanlage eingefüllt wird. Dieses Transportgefäß 53 wird nach dem Einfüllen des Eisenschwammes 52 mit Stickstoff geflutet, an der Mündung 54 verschlossen und zum erfindungsgemäßen Elektro-Lichtbogenofen gebracht. Dort wird es um 180° gekippt so daß die verschlossene Mündung 54 nunmehr unten hegt Der Chargierschacht 17 weist eine für das Chargieren des Eisenschwammes 52 dienende Seitenwandöffnung 55 auf, von der eine Zugabeschurre 56 schräg nach oben ragt Auf diese Zugabeschurre 56, die an der Tragkonstruktion 41 des Chargierschachtes 17 abgestützt ist wird das birnenförmige Transportgefäß 53 aufgesetzt, worauf die Mündung 54 des Transportgefäßes 53 geöffnet wird und der Eisenschwamm 52 über die Zugabeschurre 56 in den Ofeninnenraum 20 gelangen kann, u.zw. mit Hilfe der Schwerkraft, wie dies in Fig.6 veranschaulicht ist
Durch die gemäß dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel in der Anzahl von vier vorgesehenen Lichtbögen werden vier Kavernen 57 in den Schrottberg 44 gebrannt Die heißen Schmelzgase werden zunächst nach unten gedrückt und steigen im Schrottberg 44 weitgehend zentral hoch und führen so zur Ausbildung einer Zentralkaverne 58 am oberen Ende des Schrottberges 44. Der Eisenschwamm 52 wird kontinuierlich in die Zentralkaverne 58 des Schrottberges 44 bzw. später auf die Schmelze 10 chargiert Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Menge an Eisenschwamm 52 bzw. an Eisenschwammbriketts chargiert ist Gemäß der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform ist nur der untere Bereich 59 der Seiten wand 15 des Ofengefäßes 1 vertikal ausgerichtet, wogegen der obere Bereich 60 sich nach oben zum Deckel 1 konisch verjüngt. Hierdurch gelingt es, die Elektroden 31 höher oben im Ofengefäß 1. aber trotzdem in der Seitenwand 15 anzuordnen, so daß die Elektrodenspitzen gut vor herabstürzendem Schrott geschützt sind.
Wie aus Fig 13 zu ersehen ist, ist eine gut geschützte Anordnung der Elektroden 31 auch dadurch erzielbar, daß sie einen sich nach unten konisch nach außen erweiternden Teil des Deckels 16 des Ofengefäßes 1 durchsetzen. Diese Konstruktion ermöglicht einen besonders guten Zugang zum Inneren des Ofengefäßes 1, indem der Deckel 16 mitsamt dem Chargierschacht 17 zur Seite fahrbar ist. Hierzu ist der Deckel 16 mit dem Chargierschacht 17, z.B. über dessen Tragkonstruktion 41 , zu einer Einheit verbindbar. Vorzugsweise ist der Deckel mittels eines hydraulischen Hubmechanismus hebbar am Chargierschacht 17 oder dessen Tragkonstruktion 41 angeordnet.
Die Schiebemuffe 40 ist gemäß Fig. 13 am Deckel 16 angeordnet und mittels der als Druckmittelzylinder ausgebildeten Stelleinrichtungen 61, die einerseits am Deckel 16 und andererseits an der Schiebemuffe 40 angreifen, höhenbewegbar. Die Schiebemuffe 40 weist etwa denselben oder einen größeren Durchmesser auf wie das untere Ende des Chargierschachtes 17 und ist um das Maß 62 heb- und senkbar (In Fig. 12 ist die abgesenkte Position der Schiebemuffe 40 veranschaulicht). Dieses Maß 62 ist gerade so bemessen, daß die freie Kippbarkeit des Ofengefäßes 1 bei an Ort und Stelle verbleibendem Chargierschacht 17 gewährleistet ist; es genügt ein Maß von etwa 50 mm; doch sind bis zu 200 mm möglich. Somit bildet die Schiebemuffe 40 einen die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 verlängernden Schachtring.

Claims

Patentansprüche:
1. Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen, insbesondere zum Einschmelzen von eisenh ltigem Schrott (44) sowie gegebenenfalls von Eisenschwamm (52) zur Herstellung von Stahl, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
• einen eine Schmelze ( 10) aufnehmenden Bodenteil (2),
• einen vom Bodenteil (2) aufragenden Oberteil (13) mit einer zumindest teilweise im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse (14) des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Seitenwand ( 15),
• einen den Oberteil ( 13) bedeckenden Deckel (16),
• einen etwa zentrisch zum Oberteil (13) angeordneten Chargierschacht (17) mit erheblich geringerem Durchmesser (21 ) als der (22) des Oberteils (13), wobei
• der Chargierschachtinnenraum (18) über eine am Deckel (16) vorgesehene Öffnung (19) mit dem Ofeninnenraum (20) in Verbindung steht und
• in etwa radialsymmetrischer Anordnung schräg in den Ofeninnenraum gerichtete Elektroden (31 ) etwa gegen das Zentrum (bei 14) des Elektro-Lichtbogenofens ragen.
2. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (31 ) mittels Elektrodenstützeinrichtungen (33) um eine horizontale Achse neigbar sind.
3. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (31 ) gegenüber der Horizontalen in einem Bereich zwischen 10 und 60°, vorzugsweise zwischen 30 und 60°, neigbar sind.
4. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (31 ) mittels der Elektrodenstützeinrichtung (33) in ihrer Längsrichtung verbringbar abgestützt sind.
5. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (31) mittels der Elektrodenstützeinrichtung (33) um eine vertikale Achse schwenkbar abgestützt sind.
6. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit dem Deckel (16) des Elektro- Lichtbogenofens starr verbunden ist (Fig. 1).
7. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß der Chargierschacht (17) gegenüber dem Deckel (16) relativbeweglich ist (Fig. 2, 3).
8. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Chargierschacht (17) gegenüber dem Deckel (16) seitlich verfahrbar ist, u.zw. in eine Richtung senkrecht zur Längs-Mittelachse (14) des Chargierschachtes (17) bzw. des aufrecht stehenden Elektro-Lichtbogenofens (Fig. 2, 3).
9. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem unteren Ende des Chargierschachtes (17) und der am Deckel (16) des Elektro-Lichtbogenofens vorgesehenen Öffnung (19) eine in Richtung der Längs-Mittelachse (14) des Chargierschachtes bzw. des Elektro-Lichtbogenofens verbringbare Schiebemuffe (40) vorgesehen ist (Fig.2).
10. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß das untere Ende des Chargierschachtes (17) im Abstand (39) oberhalb des Deckels (16) des Elektro- Lichtbogenofens angeordnet ist und der hierdurch vorhandene Freiraum zwischen Deckel (16) und Chargierschacht (17) mittels der Schiebemuffe (40) überbrückbar ist
11. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der Schiebemuffe (40) in Richtung der Längs-Mittelachse des Chargierschachtes (17) größer ist als die Höhe (39) des Freiraumes zwischen Deckel (16) und Chargierschacht (17).
12. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Schiebemuffe (40) wassergekühlt ist und den Chargierschacht (17) außen peripher umgibt und außen am Chargierschacht (17) geführt ist
13. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit einer seine Seitenwand (23) durchsetzenden Chargieröffnung (24, 24') versehen ist die mittels einer Chargiertüre (25) verschließbar ist
14. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Chargiertüre (25) horizontal oder vertikal von der Schließstellung in eine Offenstellung und umgekehrt verschiebbar ist
15. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet daß die Chargiertüre (25) wassergekühlt ist.
16. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß die Chargieröffnung (24, 24') an ihrer Unterkante mit einer wassergekühlten Auflage (38) für eine Chargiereinrichtung, wie eine Schrottschurre (36), ausgestattet ist (Fig. 2).
17. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit einer seine Seitenwand (23) durchsetzenden Chargieröffnung (24) versehen ist, an die eine Fördereinrichtung, wie z.B. ein Förderband (48), mündet (Fig. 4, 5).
1 . Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) zusätzlich in einer Seitenwand (23) mit einer weiteren Chargieröffnung (55), an die eine Zugabeschurre (56) für das Chargieren von kalten oder heißen Einsatz- und/oder Zusatzstoffen anschließt, versehen ist (Fig. 6).
19. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit zwei übereinander angeordneten Chargieröffnungen (24, 24'), die mittels je einer Chargiertüre (25) verschließbar sind, ausgestattet ist (Fig. 2).
20. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht an seinem oberen Ende an eine Abgasleitung (30) anschließbar ist
21. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (23) des Chargierschachtes (17) mit mehreren Düsen (46) zur Zuleitung eines sauerstoffhältigen Gases versehen ist (Fig. 7 bis 9).
22. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet daß eine Vielzahl von Düsen (46) die Seiten wand (23) des Chargierschachtes (17) durchsetzt, wobei die Düsen (46) in Form eines die Seitenwand (23) peripher umgebenden Ringes (47) angeordnet sind (Fig. 7 bis 9).
23. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet daß mindestens eine ein sauerstoffhältiges Gas zuführende Lanze die Wand (15) oder den Deckel ( 16) des Ofengefäßes (1) durchsetzt.
24. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (31) durch die Seitenwand (15) des Oberteiles (13) ragen.
25. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Chargierschacht (17) und dem im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse (14) des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Teil der Seitenwand (15) desselben ein sich nach oben verjüngender Wandbereich vorgesehen ist und die Elektπxlen durch in diesem Wandbereich angeordnete Öffnungen in den Ofeninnenraum ragen.
26. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet daß der sich nach oben verjüngende Wandbereich (60) dem Deckel (16) des Elektro-Lichtbogenofens zugeordnet ist.
27. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach oben verjüngende Wandbereich (60) der Seitenwand (15) des Elektro-Lichtbogenofens zugeordnet ist.
28. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Schiebemuffe am Deckel ( 16) heb- und senkbar angeordnet ist
29. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet daß die Schiebemuffe etwa denselben oder einen größeren Durchmesser aufweist wie das untere Ende des Chargierschachtes (17).
30. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet daß die Schiebemuffe um maximal 200 mm, vorzugsweise um 50 mm, höhenbeweglich am Deckel (16) angeordnet ist.
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