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Elektrodenlichtbogenofen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektrodenlichtbogenofen mit kreisförmigem Ofenraum, insbesondere zum Erzeugen höchstwertiger Stähle durch Schmelzen von Metallen, der von oben gefüllt wird und dessen Füllöffnung durch einen Deckel verschlossen ist, der vor bzw. nach jedem Füllen abgehoben und wieder aufgelegt wird. Um den Scheitel dieses Deckels sind in Ringlinie die Öffnungen, üblicherweise drei Öffnungen, für den Durchgang der Elektroden angeordnet. Die zentrale Lage der Elektroden sowohl zum Ofen als auch zum Einsatzgut bewirkt die Kreisform des Ofens.
Solche Öfen dienen dazu, durch Schmelzen von Metallen (Schrott und Roheisen) im Feinungsprozess hochwertige und höchstwertige Stähle zu erzeugen.
In den letzten Jahren ist der Elektrodenlichtbogenofen von den ursprünglich kleinen Öfen mit einem Fassungsvermögen von 2 bis 10 t Stahl zu Ofen mit einem Fassungsvermögen von 80 bis 150 t Stahl und darüber entwickelt worden.
Bei dieser Entwicklung zum Grossraum-Elektrodenlichtbogenofen wurde, bedingt durch die zentrale Lage der Elektroden zum Ofen und zum Einsatzgut, die Kreisform für den Ofen mit der bisher üblichen zylindrischen Seitenwandung beibehalten. Lediglich der Ofenquerschnitt wurde vergrössert.
Eine Vergrösserung des Ofens in senkrechter Richtung hat nachteilige Folgen, beispielsweise erhöhten Elektrodenabbrand, Mehrverbrauch an feuerfestem Wandbaumaterial, schlechterer Wärmebaushalt im Ofen usw. Deshalb ist man bestrebt, Öfen möglichst grossen Durchmessers, bis zu 5000 mm, bei geringer Ofenraumhöhe zu entwickeln.
Bei dieser Vergrösserung unter Beibehaltung der zylindrischen Ofenseitenwandung wirkt sich aber mit zunehmendem Ofenquerschnitt der zwischen dem Böschungskegel des von oben her, üblicherweise mittels Chargierkorbes, in dem Ofenraum eingebrachten Schmelzgutes und dem oberen Teil der zylindrischen Seitenwandung sich ergebende freie Raum in bezug sowohl auf die Ofennutzung als insbesondere auch auf die Haltbarkeit des abhebbaren Deckels infolge der in diesen Raum sich frei auswirkenden Strahlwärme des Schmelzbades nachteilig aus. Auch ergeben sich für den Ofendeckel Spannweiten, die für die Bauweise von abhebbaren Deckeln und für ihre Haltbarkeit im Betrieb kaum noch tragbar sind.
Mit dem erfindungsgemässen Vorschlag werden diese Nachteile vermieden, u. zw. dadurch, dass die Seitenwandung des Ofens in ihrem oberen Teil oberhalb der in der Seitenwandung liegenden Öffnungen entweder etwa dem Böschungswinkel des Einsatzgutes entsprechend zum Ofeninnem geneigt ist oder mit einem zum Ofeninnern gerichteten Bogen abgerundet ist, wobei die Steine dieses oberen Teiles der Seitenwandung an der Ofenarmatur aufgehängt oder sonstwie befestigt sind.
Mit dieser Bauweise des Elektrodenlichtbogenofens ist das Profil des Ofeninnenraumes im Oberteil des Ofens dem Gutkegel im wesentlichen angeglichen, somit der bisher freie, zum Ofendeckel hin offene und damit nachteilige Ofenraum ausgefüllt. Darüber hinaus bildet dieser obere Teil der Seitenwandung infolge seiner Neigung zur Schmelzbadoberfläche eine besonders wirkungsvolle, die Ofenleistung wesentlich steigernde Wärmerückstrahlfläche.
Mit Hilfe dieser intensiven Wärmerückstrahlung wird einmal zu Beginn der Ofencharge das bei Öfen grossen Durchmessers am Rande des Guteinsatzes stehengebliebene, von dem zentralen Lichtbogen bzw. der sich ergebenden Schmelze nicht mehr erfasste zusammengeklebte Gut (Schrott) unmittelbar mit eingeschmolzen, zum andern gegen Ende der Ofencharge eine Förderung des Bad-Feinungsprozesses zur Erzeugung höchstwertiger Stähle durch Steigerung der Schlackentemperaturen wiederum bis in die Randpartien der Schmelze hinein erzielt.
Diese vorteilhafte Wärmerückstrahlung wird noch dadurch gesteigert, dass der obere Teil der OfenSeitenwandung mit dem zum Ofeninnern gerichteten Bogen abgerundet ist.
Weiterhin bewirkt die erfindungsgemässe Ausbildung des oberen Teiles der Qfen-Seitenwandung aber auch, dass die bisher zwischen Gut-Böschungskegel und Ofen-Seitenwandung liegende freie Deckelfläche gegen die intensive Wärmestrahlung der Schmelze abgedeckt ist.
Bei der bisherigen zylindrischen Ofenwandung wirkte diese Wärmestrahlung sich gerade auf den infolge des Gewölbedruckes stark beanspruchten, nahe dem Deckelwiderlager liegenden Teil des Deckel-
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gewölbes nachteilig aus. Schon ein geringes Abschmelzen des Gewölbemauerwerkes führte unter der Ein- wirkung des Gewölbedruckes zum frühzeitigen Einstürzen des Deckelgewölbes. Ausserdem setzt der bei
Deckeln grosser Spannweite bestehende hohe Gewölbedruck die Druckfeuerbeständigkeit der für die
Deckelgewölbe üblichen Silikasteine herab, so dass Öfen mit Deckeln grossen Durchmessers sehr vor- sichtig betrieben werden müssen. Dadurch ergeben sich Einengungen in der Betriebsweise der Öfen.
Eine Entlastung des Deckelgewölbes durch Aufhängen der Deckelausmauerung scheiterte bisher nicht nur an der benötigten grossen Menge von Stahlträgern und ihrer Unterbringung über der Deckelfläche, sondern auch daran, dass diese metallenen Aufhängeglieder sich den Elektroden zum Teil so weit nähern, dass ein Lichtbogen überschlägt oder vagabundierende Ströme auftreten, die ein einseitiges Kreisen des
Lichtbogens an den Elektroden und dadurch einen einseitigen Verschleiss des feuerfesten Wand- und
Deckelmauerwerkes verursachen.
Mit dem erfindungsgemässen Vorschlag werden insbesondere für Elektrodenlichtbogenöfen grossen
Ofendurchmessers die vorstehend erläuterten Nachteile wirksam vermieden, ohne dass das nutzbare Ofen- volumen verringert wird.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines in der vorgeschlagenen Weise ausge- bildeten Elektrodenlichtbogenofens. Es zeigen Fig. l einen senkrechten Schnitt durch den Ofen nach der
Linie a-b der Fig. 2, Fig. 2 einen waagrechten Schnitt nach der Linie c-d der Fig. 1. Der im Grundriss kreisförmige, von der senkrechten oder nahezu senkrechten Seitenwandung 1 begrenzte Ofenraum enthält in seinem unteren Teil die Schmelzwanne 2. In der Seitenwandung 1 liegen die beiden Arbeitsöffnungen 3 und 4 und der für das erschmolzene Metall dienende Ausguss 5.
Der Ofen wird durch die in der Ofenoberfläche liegende Öffnung 6 beschickt. Das zu schmelzende Metall (Schrott und Roheisen) wird mit Hilfe eines durch die Öffnung 6 geführten Chargierkorbes in den Ofen eingebracht. Dieser Korb besitzt einen von aussenher bedienbaren, sich öffnenden Boden. Die Form dieses Korbes ist im Querschnitt dem nach der Erfindung verringerten Durchmesser der Öffnung 6 angeglichen. Zur Erreichung des für den Ofeninhalt erforderlichen Gut-Fassungsvermögens ist er höher als üblich ausgebildet.
Das in den Ofen eingebrachte, meist sperrige Gut lagert sich im Ofenraum kegelförmig etwa gemäss der mit 9 angedeuteten Begrenzung. Der zwischen dem Gutkegel 9 und der bisher senkrechten Wandung 1 vorhanden gewesene freie Ofenraum ist nunmehr durch die erfindungsgemässe, oberhalb der Seitenwandöffnungen 3,4, 5 angeordnete Abschrägung oder Abrundung 10 ausgefüllt. Die Neigung und das weite Hineinragen machen diese Abschrägung oder Abrundung zu einer das Schmelzen des Gutes wirksam unterstützenden Rückstrahlfläche für die vom bereits eingeschmolzenen Gut abstrahlende Wärme.
Weiterhin verringert diese Ausbildung der Ofenwandung den Durchmesser der oberen Ofenöffnung 6, gleichzeitig damit auch die Spannweite des diese Öffnung schliessenden Deckels 7.
Die erfindungsgemässe Abschrägung oder Abrundung 10 kann beispielsweise durch an einem metallenen Traggerüst 11 angehängte Wandsteine gebildet werden. Das Traggerüst selbst kann dabei auf dem senkrechten Teil der Ofenwandung 1 abgestützt und bzw. oder an der Ofenpanzerung angehängt werden.
Zweckmässig bildet dieses Traggerüst auch das Auflager für den Deckel 7. Dadurch wird die Abschrägung oder Abrundung 10 nicht mit dem Gewicht des Deckels 7 belastet. Ausserdem schützt die unterhalb des Deckels endende Abschrägung oder Abrundung 10 die nahe vor dem Widerlager befindliche, stark druckbelastete Deckelausmauerung vor nachteiliger Wärmestrahlung. Zur Erzielung einer möglichst weit- gehenden Verkleinerung des Deckeldurchmessers kann der Deckel 7 aber auch auf das tragfähige Mauerwerk der Abschrägung oder Abrundung 10 aufgelegt werden.
Für die der Strahlwärme des geschmolzenen Gutes besonders ausgesetzte Abschrägung oder Abrundung 10 werden zweckmässig Steinqualitäten gewählt, die einerseits hohen und höchsten thermischen Beanspruchungen widerstehen, anderseits eine'intensive Wärmerückstrahlung ausüben, beispielsweise Zirkoncristobalitsteine oder Magnesitsteine. Letztere können mit Metallzwischenlagen verlegt werden oder blechummantelt sein. Die Steine können sich mit einer Steinform über die ganze Strecke des abgeschrägten oder abgerundeten Wandteiles 10 erstrecken. An Stelle einer solchen Steineinheit können aber auch zwei sich gegenseitig verhängende Steine angewendet werden. Vorteilhaft wird für das dem Ofenraum abgewendete Ende dieser Steine wärmeisolierendes Steinmaterial gewählt. Hiezu können die durchgehenden Steine mit einem angeschuhten Isoliersteinteil versehen sein.
Bei den beiden sich gegenseitig verhängenden Steinen kann der rückwärtige Stein aus Isoliermaterial bestehen. Isoliermaterial kann Schamotte sein. Die geringe Wärmeleitfähigkeit dieses Materials gewährleistet einen günstigen Wärmehaushalt des Ofens und steigert die Wärmerückstrahlung des abgeschrägten oder abgerundeten Wandteiles.
Die Aufhängung des Wandteiles 10 ermöglicht eine gute Zugänglichkeit zu diesem Wandteil von der Ofenaussenseite her, damit auch ein leichtes und schnelles Auswechseln abgenutzter Steine auf Teilstrecken des Ofenumfanges, gegebenenfalls eine vollständige Erneuerung dieses Wandteiles. Wandreparaturen ergeben sich des öfteren nahe unterhalb des Deckelgewölbes, u. zw. dadurch, dass von deminfolge der Temperatureinwirkung besonders beanspruchten Deckelgewölbe geschmolzene Silikamasse auf die mit basischem Steinmaterial zugestellte Wand 10 abtropft und sie durch chemische Einwirkung zerstört.
Solche vorzeitigen Zerstörungen können dadurch vermieden werden, dass für die obere Steinlage des Wandteiles 10 ein sich sowohl dem sauren Schmelz als auch dem basischen Steinmaterial gegenüber indifferent verhaltendes Steinmaterial verwendet wird, beispielsweise Chromerz.
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Durch das Verhängen werden die Steine des Wandteiles 10 in ihrer Lage so gehalten, dass sie weder beim Kippen des Ofens rutschen noch durch Ankleben am Deckel bei dessen Anheben abgehoben werden.
Dies gilt besonders für die als obere Steinschicht vorgeschlagenen Chiomerzsteine, die im Betrieb nicht miteinander verschweissen.
Nach einer andern Ausführungsweise kann das den abgeschrägten oder abgerundeten Wandteil bildende Mauerwerk zusammen mit dem Gewölbemauerwerk des Deckels 7 den abhebbaren Ofendeckel bilden. Der nunmehr aus dem Deckelgewölbe 7 und dem Mauerwerk 10 bestehende Deckel liegt dann auf dem Wandmauerwerk 1 auf. Das Deckelgewölbe 7 liegt bei dieser Ausführungsform auf dem Mauerwerk des Wandteiles 10 auf und bildet mit diesem die abhebbare Einheit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrodenlichtbogenofen mit kreisförmigem Ofenraum, insbesondere zum Erzeugen höchstwertiger Stähle durch Schmelzen von Metallen, der von oben gefüllt wird und dessen Füllöffnung durch einen Deckel verschlossen ist, der vor bzw. nach jedem Füllen abgehoben und wieder aufgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandung (1) des Ofens in ihrem oberen Teil oberhalb der in der Seitenwandung liegenden Öffnungen (3, 4, 5) entweder etwa dem Böschungswinkel (9) des Einsatzgutes entsprechend zum Ofeninnern geneigt ist oder mit einem zum Ofeninnern gerichteten Bogen abgerundet ist, wobei die Steine dieses oberen Teiles der Seitenwandung an der Ofenarmatur aufgehängt oder sonstwie befestigt sind.