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Rühranordnung für metallurgische Schmelzöfen
Es ist bekannt, in metallurgischen Schmelzöfen oder Mischern eine Uniuhrung des Bades durch eine unter dem Ofenboden angeordnete Rührvorrichtung herbeizuführen, die aus einem mehrphasigen, mit Wechselstrom von sehr niedriger Frequenz gespeisten Spulensystem mit magnetischem Kern besteht, d. h. mit einer Frequenz, die erheblich unter der Netzfrequenz liegt. Dieser"Induktive UmrShrer"erzeugt ein in der Phasenfolge fortschreitendes Feld, das Ströme in der Schmelze induziert ; durch Wechselwirkung dieser Ströme mit dem Feld der Spule werden in der Schmelze Kräfte erzeugt, die die Schmelze den Ofenboden entlang in der Richtung der Phasenfolge treiben.
Auf der beigefügten Zeichnung wird in Fig. 1 die bisher übliche Anordnung bei Schmelzöfen mit Umrührem gezeigt, während die Fig. 2 - 6 verschiedene Anordnungen der Umri'hrer nach der vorliegenden Erfindung zeigen. Auf der Zeichnung bezeichnet 1 den Ofenherd mit der Einsatzöffnung oder den Einsatzöffnungen 2 und dem Stichloch 3. Der oder die Umrührer sind mit 4 bezeichnet und sind auf der Zeichnung gestrichelt angegeben, da sie unter dem Ofen liegen. B bezeichnet die Stelle oder die Stellen im Ofen oder in der Schmelze, an denen der Bodenstrom sich wendet und in den Oberflächenstrom übergeht, während S die Stelle bezeichnet, an der der Oberflächenstrom in einen Bodenstrom übergeht.
Die in die Umrührer eingezeichneten Pfeile geben die Wanderricbtung des magnetischen Kraftfeldes an, während die ausgezogenen Kurven die Strömungsrichtung an der Oberfläche des Bades bezeichnen. Die Erfindung betrifft eine Rühranordnung für metallurgische Schmelzöfen oder Mischer runder oder langgestreckter und im wesentlichen rechteckiger Grundrissform, mit einem oder mehreren unterhalb des Ofenboden angeordneten, mit Strom sehr niedriger Frequenz gespeisten, langgestreckten, m einphasigen Umrührern und besteht darin, das die Längsachse des oder wenigstens eines dr Umrührer seitlich verschoben aus einer Symmetrieebene bzw.
aus der Längssymmetrieebene des Ofens oder Mischers angeordnet ist, so dass in dem vom Umrührer bestrichenen Teil der Schmelze eine ungeteilte Strömung erzeugt wird.
Die folgenden Figuren zeigen Ausführungsformen nach de Erfindung.
Fig. 2 zeigt die Anordnung eines einfachen Umrührers in einem axial-symmetrischen Ofen und Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Umrührers in einem langgestreckten Ofen. Die Figuren 4a und 4b zeigen die Stromverhältnisse bei einem langgestreckten Ofen mit ei Umrührem ure mit verschiedener Wanderrichtung des magnetischen Feldes. Die Fig. 5a - 5d zeigen eine Anordnung nach der Erfindung bei einem axial-symmetrischen Ofen mit zwei Umruhrern und Fig. 6 die Anordnung von vier Umrührern bei einem langgestreckten Ofen.
Die bisher verwendeten Umrührer waren um eine alle Phasen schneidende lotrechte Längssymmetrieebene symmetrisch aufgebaut und es wurde nur ein Umrührer benutzt, der immer so im Verhältnis zum Ofen angeordnet war, dass die genannte Symmetrieebene symmetrisch mit Rücksicht auf den Schmelzraum sich erstreckt. Dadurch war beabsichtigt, dass sich die Strömung der Schmelze symmetrisch an beiden Seiten der Symmetrieebene des Umrührers ausbilden sollte.
War beispielsweise der Schmelzraum, wie in den meisten Lichtbogenöfen, axial-symmetrisch, so enthielt die Längssymmetrieebene des Umrührers immer die Ofenachse und das Strömuagsbild an der Badfläche bildete sich ungefähr nach Fig. 1 aus, wenn die Bodenkräfte in Richtung von der Einsatzöffnung gegen das Stichloch gerichtet waren. Die Oberflächenströmung, die man beobachten kann, ist nämlich nicht gleich der von den Kräften hervorgerufenen, sondern man sieht nur die Rückströmung von der Misch-
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zone B, an welcher Stelle die Bodenströmung nach oben tritt, bis zur Zone S, wo die Rückströmung wieder von der Bodenströmung nach unten geführt wird.
Dieser Strömungstyp wird selbstverständlich auch nicht geändert, wenn Ofen und Umrührer im Verhältnis zueinander drehbar gemacht werden, da ja die Drehung immer um die Ofenachse erfolgt. Relativ zum Ofen verdreht sich ja nur der Durchmesser B-S und damit auch das Strömungsbild, das sich aber sonst nicht ändert.
In langgestreckten Öfen, wie Roheisenmischern oder Martinöfen, sind die Verhältnisse dieselben, gleichgültig, ob die Längssymmetrieebene des Umrührers die Längsachse oder die kurze Achse des Schmelzraumes enthält.
Es hat sich nun gezeigt, dass beachtliche Vorteile gewonnen werden können, falls der Umrührer aus der oben beschriebenen Symmetrielage ein Stück seitlich verschoben wird, d. h. senkrecht zu der eigenen Längssymmetrieebene, so dass er nicht mehr den Schmelzraum halbiert. Hiedurch wird nämlich auf der einen Seite der Längssymmetrieebene des Umrührers der Raum, der für das Rückströmen der Schmelze von der Mischzone B bis zur Beschleunigungszone S dient, vergrössert, statt der zwei kleinen Wirbel, die sich in der Oberflkchenströmung der Schmelze nach Fig. 1 links und rechts von der Strecke B-S ausbilden, beobachtet man nun hauptsächlich einen grossen Wirbel nach Fig. 2, der das ganze Bad in Rotation versetzt.
Wählt man den Strömungstyp nach Fig. 2, so geschieht es nicht, um eine bessere Mischung der Bodenschicht mit derOberflächenschicht der Schmelze zu erhalten ; wenn man die Mischung intensiver machen will, ist es günstiger, die Anordnung nach Fig. 1 beizubehalten und ab und zu die Phasenfolge umzukehren und damit die Mischungszone um 1800 zu versetzen. Dagegen ist der neue Strömungstyp gemäss Fig. 2 dem älteren während der Abschlackungsperiode überlegen. Der eine, das ganze Bad erfassende grosse Wirbel streicht nämlich direkt an der Einsatzöffnung vorbei und führt mit grosser Geschwindigkeit die Schlacke von der ganzen Badfläche zu dieser Öffnung, so dass die Schlacke automatisch abflie- ssen kann, wenn der Ofen etwas gegen die Einsatzöffnung hin geneigt wird. In der Anordnung nach Fig. 1
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In langgestreckten Öfen geringer Grösse, z. B.
Martin-Öfen etwa in der Grössenanordnung von über zehn Tonnen, ist der Schmelzraum so eng (z. B. 2 1/2 m bei 20 Tonnen), dass bei symmetrischer Anordnung des Umrührers unter der grossen Achse des Schmelzraumes die Rückströmung (Oberflächenströmung) der Schmelze (die eine entgegengesetzte Richtung wie die Bodenströmung hat), einen zu grossen Strömungswiderstand hat, weil der Querschnitt für die Rückströmung unzureichend ist. Bei solchen Öfen ist es deshalb zweckmässig, den Umrührer in der Längsrichtung des Ofens, z. B. an der Stichlochseite der Längssymmetrieebene, anzuordnen, denn die andere Hälfte des Schmelzraumes soll so wenig wie möglich von den Kräften des Umrührers beeinflusst werden, da sie ja für den Rückstrom vorgesehen ist (s. Fig. 3).
Um die Verhältnisse in der linken und rechten Ofenhälfte möglichst gleich zu machen, ist es zweckmässig, ab und zu die Phasenfolge und dadurch die Strömungsrichtung während der Raffinierung sowie während der Abschlackung umzukehren.
Bei grossen, langgestreckten Öfen, z. B. Martin-Öfen von etwa 50 Tonnen, kann es zweckmässig sein, wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt, zwei oder mehrere Umrührer in Reihe nacheinander anzuordnen.
Werden mehrere Umrüluer unter dem Ofen angeordnet, ist es naheliegend, sie in der Längssymmetrieebene des Ofens anzuordnen ; nach der vorliegenden Erfindung werden die Umriihrer aber an der Seite dieser Symmetrieebene vorgesehen, z. B. unter der Stichloch-Seite des Schmelzraumes, wobei sie mit gleicher oder entgegengesetzter Phasenfolge gespeist werden. Wenn bei entgegengesetzter Phasenfolge die Schmelze in der linken und rechten Ofenhälfte nach aussen entlang der Rückseite des Ofens getrieben wird, entstehen Mischzonen B am linken und rechten Ende des Ofens und die Schlacke wird von der Rückströmung zu den Einsatzöffnungen auf der Vorderseite des Ofens getrieben (s. Fig. 4a).
Wird die Phasenfolge für beide Umrührer umgeschaltet, werden die Mischzonen B zur Ofenmitte hin versetzt, wohin auch die Schlacke getrieben wird, um im weiterenströmungsverlauf mit der Rückströmung nach aussen zu wandern und an allen Einsatzöffnungen voròeizustreichen (Fig. 4b). Werden beide Phasenfolgen abwechselnd benutzt, so wird die Schmelze auch in sehr grossen Öfen sehr gut gemischt, wodurch gleichzeitig die Abschlackung bedeutend erleichtert wird. Natürlich hindert nichts, dass auch in diesem Falle die Umrührer senkrecht zu ihrer Längssymmetrieebene verschiebbar sind.
Schliesslich kann es aus Standardisierungs- und Twansportgründen vorteilhaft sein, z. B. bei sehr grossen Lichtbogenöfen oder Mischern oder Martin-Öfen ab einem gewissen Durchmesser nicht mehr die Umrührer zu vergrössern, sondern statt dessen mehrere Umrührer vorzusehen. Bei einem grossen Lichtbogenofen können also zwei kleine Umrührer einander gegenüber mit einem gewissen Abstand zwischen ihren Längs-
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symmetrieebenen angeordnet werden und auch symmetrisch zur Ofenachse oder zu einer der Symmetrieebenen des Ofens.
Zusammen mit der Umschaltung der Phasenfolge erhält man beispielsweise vier Kombinationen nach den Figuren 5a, b, c, d mit Mischzonen an vier verschiedenen Stellen und nach Fig. 5c bzw. d ausserdem die Möglichkeit, eine Rotation des Bades im Uhrzeigersinn, bzw. gegen denselben zu erhalten. In Martin-Öfen von über hundert Tonnen (z. B. mit einer Badfläche von 6 x 15 m für 500 Tonnen) geht man vielleicht zu vier Umrührern nach Fig. 6 über, um die Dimensionen jedes Umrührers zu begrenzen und um die Mischzonen gleichmässiger über den sehr grossen Schmelzraum zu verteilen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rühranordnung für metallurgische Schmelzöfen oder Mischer runder oder langgestreckter und im wesentlichen rechteckiger Grundrissform, mit einem oder mehreren unterhalb des Ofenbodens angeordneten, mit Strom sehr niedriger Frequenz gespeisten, langgestreckten, mehrphasigen Umrührern, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des oder wenigstens eines der Umrührer (4) seitlich verschoben aus einer Symmetrieebene bzw. aus der Längssymmetrieebene des Ofens oder Mischers angeordnet ist, so dass in dem vom Umrührer bestrichenen Teil der Schmelze eine ungeteilte Strömung erzeugt wird.