AT390246B - Verfahren zum elektrischen schmelzen von nichtmetallischem material und elektrischer schmelzofen - Google Patents

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Description

Nr. 390 246
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Schmelzen von nichtmetallischem Material durch Einbringen des Materials in einen mit Kohlenstoff ausgekleideten Schmelztiegel und Schmelzen des Materials durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes durch dasselbe.
Weiters betrifft die Erfindung einen elektrischen Schmelzofen zum Schmelzen von nichtmetallischem Material, mit einem mit Kohlenstoff ausgekleideten Schmelztiegel, der gegenüber der äußeren Atmosphäre verschlossen ist, mit einer Öffnung in dem Schmelztiegel zum Einspeisen von zu schmelzendem Material in den Schmelztiegel, mit wenigstens einer Elektrode in dem Schmelztiegel zum Schmelzen des Materials durch Hindurchleiten des elektrischen Stromes durch dasselbe.
Seit der Mitte des vorigen Jahrhunderts wird für Wärme- und Schallisolierzwecke Mineralwolle aus einer Vielzahl von Rohmaterialien, wie Hochofenschlacke von der Kupfer-, Blei- und Stahlerzeugung, hergestellt Um Mineralwolle herzustellen, werden diese Materialien in einem mit Brennstoff betriebenen Kupolofen geschmolzen, wobei Kupolöfen allerdings primitive Einrichtungen darstellen, die nur eine geringfügige Qualitätssteuerung zulassen, eine beträchtliche Luftverschmutzung zur Folge haben und deren Betrieb in den vergangenen Jahren zunehmend teurer geworden ist weil die Kosten für Koks, mit dem Kupolöfen in erster Linie betrieben wurden, steil angestiegen sind.
Sorgfältige und ausgedehnte Untersuchungen der Reaktionen in großen Kupolöfen, beispielsweise Hochöfen, und Untersuchungen im Hinblick auf optimale Werte für alle Parameter sowie die enorme Vergrößerung der Anlagen (gewisse kürzlich geschaffene Einheiten überschreiten 10 0001 Eisen pro Tag oder 71 pro Minute) haben zu einer vorhersehbaren Qualität und einer wirtschaftlichen Herstellung geführt
Im Gegensatz hiezu sind die kleinen Kupolöfen, die etwa 5 t pro Stunde verarbeiten und weltweit benutzt werden, um Nichtmetalle zu schmelzen, welche zu Mineralwolle verarbeitet werden, klein und arbeiten mit schlechtem Wirkungsgrad. Eine wirtschaftliche Herstellung war nicht möglich, weil Mineralwolle sehr voluminös ist und über große Entfernungen nicht transportiert werden kann, ohne eine vernünftige Grenze der Frachtkosten zu übersteigen. Außerdem sind die Vorrichtungen, die bei den meisten Anlagen benutzt werden, um den geschmolzenen Strom von Schlacke, der aus den Kupolöfen austritt, zu Fasern zu verarbeiten, im allgemeinen auf 51 pro Stunde und pro Anlage bei der heutigen Praxis beschränkt, und sie sind in einer Gruppe pro Ofen angeordnet.
Infolgedessen ist der typische Kupolofen, der gegenwärtig dazu verwendet wird, Nichtmetalle zu schmelzen und Mineralwolle herzustellen, mit einem wassergekühlten Stahlzylinder mit 1,8 m bis 2,1 m Durchmesser und einer Höhe von 4,5 m bis 7,5 m ausgestattet. Diese Öfen haben ihrer Natur nach einen geringen thermischen Wirkungsgrad und sie stellen eine hohe Umweltbelastung dar und verursachen hohe Betriebskosten. Die Mengen von teilchenförmigem Material, Schwefel und Schwefeloxiden in dem Rauch, der aus Kupolöfen austritt, erfordert ein hohes Vorsorgekapital und hohe Wartungskosten im Hinblick auf die Einstellung unter Berücksichtigung der Tatsache, daß nur 51 pro Stunde geschmolzen werden.
Der wichtigste Nachteil der Kupolöfen besteht darin, daß keine Steuerung der Qualität des Erzeugnisses möglich ist Die Verweilzeit jeder Charge im geschmolzenen Zustand ist sehr klein und beträgt im allgemeinen nur Sekunden und in gewissen Fällen höchstens Minuten. Eine Modifizierung der Abzapftemperatur kann nur durch Chargenzusätze zufriedenstellend erlangt werden, indem beispielsweise Sand zugesetzt wird, um den Schmelzpunkt herabzusetzen. Eine Erhöhung der Schmelzrate kann nur dadurch erlangt werden, daß die zugeführte Gebläseluftmenge vergrößert wird, was eine Änderung der Verweilzeit und der Abzapftemperatur zur Folge hat.
Die Fähigkeit einer Spinnvorrichtung zur Umwandlung des größten Teils des Kupolofenproduktes in ein hochwertiges Produkt ist eine Funktion der Oberflächenspannung des geschmolzenen Stromes, welche von der Temperatur, chemischen Zusammensetzung und Viskosität abhängig ist. Die Unmöglichkeit, im Kupolofen diese Variablen zu steuern, führt zu einem schlechten Allgemeinverhalten. Gelegentlich führt, wenn optimale Fasereizeugungsbedingungen angestrebt werden, eine Kombination von Kupolofen und Spinnvorrichtung zu ein»’ höheren Ausbeute an einem Erzeugnis mit hoher Qualität aus dem schmelzflüssigen Material und dies zeigt, daß selbst durch eine geringfügige Steuerung der Schlüssel-Schmelzvariablen eine beträchtliche Verbesserung erzielbar ist
Die Oberflächenspannung ist ein kritischer Parameter im Faserbildungsprozeß. Das Aufbrechen des Schlackenfilms in Fasern ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Das Spinnrad erzeugt einen ebenen Film aus flüssiger Schlacke (10), welcher rechtwinkelig durch einen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit getroffen wird. Dadurch wird der Schlackenfilm (10) ausgelenkt und er wird ein» aerodynamischen Instabilität unterworfen, die die Entwicklung von Wellen bewirkt, welche mit »höhter Amplitude mit mehr oder weniger tangentialer Orientierung fortschreiten.
Am vorderen Rand des Films wird eine halbe oder eine volle Wellenlänge des geschmolzenen Materials durch den Stoß des Luftstromes (12) getroffen und es erfolgt ein Zusammenziehen in Fäden (14) unter dem Einfluß der Oberflächenspannung. Was dann mit diesen Fäden geschieht, d. h. ob sie in eine nützliche Faser (16) umgewandelt werden oder in Ausschußteile (18), hängt im hohen Grade von der Temperatur-Viskositäts-Beziehung ab.
Da das Rohmaterial, insbesondere Hochofenschlacke, meist als Abfall anfällt und Mineralwolle guter Qualität ein hohes Isolationsvermögen zeigt, sind zahlreiche Versuche in den letzten 20 Jahren unternommen worden, um ein zufriedenstellendes Schmelzverfahren zu ermitteln. Diese Versuche basierten grundsätzlich auf der Benutzung -2-
Nr. 390 246 elektrischer Öfen, die mit einer Widerstandsbeheizung, einer Lichtbogenbeheizung oder einer Induktionsbeheizung versehen waren, um die Charge zu schmelzen, u. zw. im Hinblick darauf, unter Kontrolle von Strömungsrate, Temperatur und Zusammensetzung ein geschmolzenes Material zu einem konkurrenzfähigen Preis bereitzustellen.
Alle diese Versuche sind fehlgeschlagen, u. zw. nicht deshalb, weil das elektrische Schmelzen von Schlacke S selbst besonders schwierig ist, sondern deshalb, weil die Behandlung nach einem gesteuerten Verfahren mit konventionellen elektrischen Öfen sich als unwirtschaftlich erwiesen hat.
Die zum Schmelzen von 1 t Hochofenschlacke in einem S t/h-Kupolofen benötigte Energie kann etwa 2052 kWh betragen. Wegen des Fehlens einer Temperatursteuerung und einer Steuerung hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung und der Rate des Abzugs der Kupolöfen wird durchschnittlich 45 % des 10 geschmolzenen Materials als Ausschuß vergeudet. Demgemäß liegt die zum Schmelzen von 11 des Produktes benötigte Energie bei etwa 3664 kWh.
Unter idealen Bedingungen beträgt demgegenüber die gesamte Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von 11 Eisen-Hochofenschlacke auf die Abzugstemperatur zu erhöhen, etwa 450 kWh. Da der Wirkungsgrad einer modernen thermischen Station bestenfalls 37 % beträgt und Übertragungsverluste nach dem 15 Ort des Schmelztiegels weitere 10 % ausmachen, beträgt der Gesamtenergiebedarf zur Temperaturerhöhung von 1 t Schlacke auf die Abzugstemperatur unter idealen Bedingungen 1319 kWh. Deshalb wird in einem herkömmlichen 5 t/h-Elektroofen mit einem thermischen Wirkungsgrad von 70 % eine Energiequelle benötigt, die 1876 kWh pro zu schmelzender Tonne liefert. Unter der Annahme, daß die Verbesserung in der Steuerung der Abzugstemperatur der chemischen Zusammensetzung und der Abzugsrate gegenüber herkömmlichen elektrischen 20 Schmelzöfen eine Verbesserung des gebrauchsfähigen Mineralwolleproduktes von gegenwärtig 55 % auf 65 % erreichen läßt, dann ergibt sich ein Energiebedarf für diese elektrische Schmelzvorrichtung von 2872 kWhA Enderzeugnis.
Zusammenfassend kann gesagt weiden, daß der Energiebedarf pro Tonne Mineralwolle-Erzeugnis etwa 20 % mehr für die gegenwärtig benutzten Kupolöfen erfordert als bei herkömmlichen elektrischen Schmelzverfahren. 25 Ökonomisch ausgedrückt bedeutet dies, daß bei $ 170 pro Tonne Koks und den durchschnittlichen Kosten von $ 0,028 pro kWh in den USA im Jahre 1979 die Einsparung der Energiekosten für herkömmliche elektrische Schmelzverfahren gegenüber einem Kupolofenschmelzen etwa $ 10 pro Tonne Schmelze oder $ 18 pro Tonne Endeizeugnis als Einsparung ergaben.
Ein elektrischer Schmelzofen der eingangs angegebenen Art und ein Gefäß für einen derartigen Schmelzofen 30 sind aus der US-A-3 973 076 bekannt. Die bekannte Konstruktion ist in erster Linie zum Schmelzen von Schlacke mit einem Mindestgehalt von 10 % Kalziumfluorid, insbesondere mit der Zusammensetzung von 40 % Kalziumfluorid, 30 % Kalziumoxid und 30 % Aluminiumoxid oder mit einer Zusammensetzung von etwa 70 % Kalziumfluorid und 30 % Aluminiumoxid bestimmt. Das kippbare Gefäß hat eine Auskleidung aus Graphitringen oder -ziegeln in zwei Schichten, wobei die horizontalen Fugen in den beiden Schichten 35 gegeneinander versetzt sind, und einen fest montierten Deckel mit drei Öffnungen. Durch die mittlere, große Öffnung sind Graphitelektroden zur Stromzuführung in das Gefäßinnere absenkbar und die beiden anderen Öffnungen dienen für den Anschluß eines Zuftihrrohres und einer Abgasleitung. Im Verbindungsbereich zwischen Gefäßmantel und Deckel ist an einer Stelle des Umfanges eine ständig offene Ausgießschnauze ausgebildet und die Zuführöffnung ist nicht mit einer Schleuse versehen. Eine Abschließmöglichkeit gegen die äußere 40 Atmosphäre bzw. eine Überwachung der Ofenatmosphäre ist hiebei nicht vorgesehen und eine Entnahme von geschmolzenem Material ist nur nach Unterbrechung des Schmelzvorganges, Ausfahren der Graphitelektroden durch die mittlere Deckelöffnung nach oben und anschließendes Kippen des Gefäßes möglich.
Unglücklicherweise gehen die vorher angegebenen Energiekosteneinsparungen durch die hohen Kosten der feuerfesten Auskleidungen in herkömmlichen elektrischen Öfen wieder verloren, weil die geschmolzene Schlacke 45 und das Vorhandensein von freiem Sauerstoff alle bekannten feuerfesten Auskleidungssysteme erodiert, sogar Kohlenstoff-Auskleidungen und Graphitauskleidungen. Kohlenstoffmaterialien oxidieren oder brennen aus, u. zw. zunehmend schnell, wenn die Temperaturen über 500 °C ansteigen. Beispielsweise verliert industrieller Graphit 6 % seines Gewichtes durch Oxidation, wenn er bei 600 °C während 2,5 h in Luft belassen wird. Der Schmelzpunkt von Hochofen-Eisenschlacke beträgt je nach Zusammensetzung 1370 bis 1540 °C und die 50 Badtemperatur in dem Ofengefäß gemäß der US-A-3 973 076 liegt im Bereich zwischen 1540 und 1590 °C.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und einen Schmelzofen zum elektrischen Schmelzen von nichtmetallischem Material in einem mit Kohlenstoff ausgekleideten Schmelztiegel zu schaffen, wobei eine lange Lebensdauer der Tiegelauskleidung erreicht und eine Beeinträchtigung des schmelzflüssigen Materials durch die Atmosphäre vermieden werden soll. 55 Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung im wesentlichen gekennzeichnet durch ständiges Kontrollieren der Atmosphäre innerhalb des Schmelztiegels durch Entfernen von Sauerstoff aus diesem und Verhindern, daß atmosphärische Gase in den Schmelztiegel eindringen, wenn das nichtmetallische Material in diesen eingebracht wird, sowie Ableiten des schmelzflüssigen Materials aus dem Schmelztiegel über eine Öffnung im unteren Teil des Schmelztiegels. 60 Die Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist gemäß der Erfindung im wesentlichen gekennzeichnet durch eine mit dem Schmelztiegel verbundene Vorrichtung zum Entfernen von Sauerstoff aus dessen Innerem, eine mit der Speiseöffnung verbundene Speiseschleuse zum Einspeisen von Material in den Schmelztiegel, ohne -3-
Nr. 390 246
Sauerstoff in diesen einzuleiten, und ein in dem unteren Teil des Schmelztiegels angeordnetes Ofenloch zum Ableiten von schmelzflüssigem Material.
Die Erfindung löst die den bekannten Systemen anhaftenden Probleme. Dies wird erreicht durch eine Atmosphärensteuerung für den nach außen hin abgeschlossenen Schmelztiegelraum, wodurch atmosphärischer Sauerstoff ausgeschlossen wird und dadurch die Möglichkeit geschaffen wird, kohlenstoffhaltige Materialien als wirtschaftliche feuerfeste Auskleidung mit langer Standzeit zu benutzen. Dank des tief liegenden Ofenloches läßt sich der Schmelztiegel unbeweglich anordnen und es ist wahlweise ein chargenweiser oder ein kontinuierlicher Betrieb möglich.
Dar verschlossene Schmelzofen ist thermisch sehr gut isoliert, wodurch thermische Wirkungsgrade zwischen 80 und 85 % bei einem 5 t-Schmelzofen erreicht werden können, was eine entsprechende Verminderung des Energiebedarfs und der Betriebskosten mit sich bringt.
Die Menge von Rauch, die durch einen vollständig abgeschlossenen Schmelzofen geliefert wird, aus welchem atmosphärische Luft entfernt ist, beträgt nur einen kleinen Bruchteil des Rauchs, der von der Gegenstromluftführung bei Kupolöfen herrührt. Infolgedessen reduzieren sich die Kosten für die Rauchgasbehandlung bei dem neuen Schmelzofen im Vergleich zu herkömmlichen Schmelzöfen beträchtlich.
Die Charge wird über eine atmosphärische Schleuse in ein Schmelzbad eingebracht, welches eine etwa einstündige Produktionscharge bildet. Die resultierende Verweilzeit von 30 bis 60 min macht den Schmelzofen in Verbindung mit dem vollvariäblen Energieeingang und den Beschickungs- und Abzugsraten und der gesteuerten Atmosphäre geeignet im Hinblick auf eine sehr genaue Steuerung der Abzugstemperatur, der chemischen Zusammensetzung und der Behandlungsdauer, wodurch eine vorhersehbare Oberflächenspannung und Viskosität und entsprechende Verbesserungen der Produktqualität erreicht werden.
Dar neuartige Schmelzofen ermöglicht sogar die Verarbeitung von Ausschuß, der durch die Kupolöfen nicht verarbeitet werden kann, so daß sich eine erhebliche Ersparnis an Rohmaterial und Abfall-Behandlungskosten ergibt.
Die gemeinsame Wirkung der erwähnten Vorteile führt zu einer beträchtlichen Energieeinsparung und demgemäß zu einer hohen Kosteneinsparung des Betriebs. Mit einer vernünftigen Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung, einem Wirkungsgrad des Ofens von 85 %, einem Spinnanteil von 75 % und einer vollen Wiederverarbeitbarkeit von Ausschuß fällt der Energiebetrag pro Tonne des Endproduktes von 3664 kWh bei einem Kupolofen auf2052 kWh und die Betriebskosten werden um mehr als $ 40 pro Tonne Endprodukt gesenkt, wenn man die Kosten aus dem Jahre 1979 zugrunde legt.
Der erfindungsgemäße Schmelzofen ist in der Lage, einen weiten Bereich von Materialien zu schmelzen, und zwar von nichtmetallischen Werkstoffen bis zu metallischen Werkstoffen, und es kann eine geeignete Arbeitsauskleidung benutzt werden, und es können die verschiedensten Schmelzverfahren benutzt werden, einschließlich Wechselstrom oder Gleichstrombeheizung, und es kann mit einer einzigen Elektrode oder mit mehreren Elektroden gearbeitet werden, oder es kann mit Lichtbogenschmelzung gearbeitet werden, oder mit untergetauchtem Lichtbogen, oder mit Widerstandserhitzung, oder Induktionsbeheizung.
Zur Veranschaulichung der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung eine Ausführungsform dargestellt, die gegenwärtig bevorzugt ist; es ist jedoch klar, daß die Erfindung nicht auf die spezielle Anordnung und Konstruktion beschränkt ist, welche in der Zeichnung dargestellt ist.
Figur 1 zeigt schematisch die Art und Weise, in der der Schlackenfilm in Einzelfasem aufgebrochen wird, wie dies oben beschrieben wurde,
Figur 2 eine Ansicht eines elektrischen Schmelzofensystems gemäß der Erfindung, mit einstellbarer Atmosphäre, und
Figur 3 eine Schnittansicht des in Figur 2 dargestellten Ofens.
Im folgenden wird im einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen, in der gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren benutzt werden, um gleiche Elemente zu kennzeichnen. Figur 2 zeigt eine allgemeine Ansicht eines elektrischen Schmelzofensystems gemäß der Erfindung mit Steuerung der Atmosphäre, und dieses System ist allgemein mit dem Bezugszeichen (20) gekennzeichnet.
Das System (20) weist einen elektrischen Schmelzofen (22) auf, dessen Einzelheiten insbesondere in Verbindung mit Figur 3 beschrieben werden. Der Ofen (22) wird von einem Trägenahmen (24) über Schwenkzapfen (26) getragen. Unter dem Trägerrahmen (24) sind mehrere Belastungszellen angeordnet, so daß das Gewicht des Ofens (22) und des ihm zugeordneten Aufbaus gemessen werden können. Hierdurch wird es offensichtlich möglich, das Gewicht des innerhalb des Ofens befindlichen Materials zu bestimmen, in dem das Taragewicht vom gemessenen Gesamtgewicht abgezogen wird.
Im unteren Abschnitt des Ofens (22) ist ein Abzapfloch (30) angeordnet, welches erforderlichenfalls benutzt werden kann, um das geschmolzene Material innerhalb des Ofens aus diesem abzuziehen. Unter dem Abzapfloch (30) befindet sich ein Trog (32), der das geschmolzene Material einer Vier-Rad-Form (34) zuführt. Das geschmolzene Material (bei dem jetzt beschriebenen Ausführungsbeispiel Schlacke) wird dann in Isolations-Mineralwolle umgewandelt, wobei herkömmliche Techniken benutzt werden, wie sie oben beschrieben wurden. Wenn andere Materialien als Schlacke im Ofen geschmolzen werden, oder wenn es erwünscht ist andere Produkte herzustellen als Isolations-Mineralwolle, dann wird natürlich der Trog (32) und die Form (34) weggelassen und durch andere Einrichtungen ersetzt. -4-
Nr. 390 246 Über dem Ofen (22) befindet sich ein Elektrodenaufhängesystem (36). Wie im folgenden im einzelnen beschrieben, trägt das Elektrodenaufhängesystem (36) nicht nur die Elektroden, die zum Schmelzen des Materials innerhalb des Ofens (22) benutzt werden, sondern wirkt auch als Abdeckorgan zur Abdichtung des Inneren des Ofens (22) gegenüber der äußeren Atmosphäre. Die elektrische Energie von der Spannungsquelle (38) wird den S Elektroden innerhalb des Elektrodenaufhängesystems (36) über flexible Leitungen (40) geliefert, die durch eine abgedichtete Durchführung (42) in der Seite des Elektrodenaufhängesystems (36) hindurchtreten.
Das dem Ofen (22) zum Schmelzen zuzuführende Material wird in einem oder mehreren Aufgabetrichtem (44) gesammelt. Wenn mehr als ein Aufgabetrichter (44) benutzt wird, dann können unterschiedliche Materialien in den verschiedenen Aufgabetrichtem gespeichert werden. Jeder Aufgabetrichter (44) weist eine 10 Waage (46) auf, die unter dem Aufgabetrichter angeordnet ist, so daß exakte Mengen von den verschiedenen Materialien abgemessen werden können, die dem Ofen zugeführt werden sollen.
Wenn die richtigen Mengen der Materialien in den Waagen (46) angeordnet sind, dann wird das Gatter (48) am Boden der Waagen geöffnet und das Material wird auf einer ersten Fördervorrichtung (50) abgelegt. Das Material auf der Fördervorrichtung (50) wird dann einer zweiten Fördervorrichtung (52) zugeführt, die das 15 Material nach oben nach der Oberseite des Ofens (22) fördert
Dann wird das Material in das Innere des Ofens (22) über einen Einlaß (54) und einen damit verbundenen Aufgabetrichter (56) gefördert. Wenn jedoch das Material in den Ofen (22) gefördert wird, und insbesondere wenn der Ofen kontinuierlich statt chargenweise beschickt wird, ist es erforderlich zu verhindern, daß atmosphärische Gase über die Einlaßöffnung (54) in den Ofen eintreten. 20 Dies wird durch eine Zuführungsblockierung (58) erreicht, die ein Ventil (60) am oberen Teil und ein Ventil (62) am unteren Teil aufweist. Bei geschlossenem Ventil (62), wodurch der Einlaß nach dem Ofen (22) abgedichtet ist, und geöffneten Ventil (60) wird das Material in die Zuführungsabsperrvorrichtung (58) eingeführt. Dann wird das Ventil (60) geschlossen, und das Innere der so gebildeten Zuführungsschleuse wird mit inertem Gas, beispielsweise Stickstoff, ausgespült. Es könnten stattdessen auch andere inerte Gase benutzt 25 werden, und es ist auch möglich eine Vakuumquelle an die Schleuse anzuschließen, um nur die atmosphärischen Gase aus dem Inneren abzuziehen. Wenn dies geschehen ist, dann wird das untere Ventil (62) geöffnet, und das Material aus der Zuführungsschleuse (58) tritt in den Ofen (22) durch den Aufgabetrichter (56) und die Einlaßöffnung (54) ein.
In der Nähe des oberen Teils des Ofens (22) befindet sich außerdem eine Ausblasöffnung (64). Die 30 Ausblasöffnung (64) steht mit dem Inneren des Ofens (22) in Verbindung und ist an eine horizontal verlaufende Ausblasleitung (66) angeschlossen. Mit dem Mittelpunkt der Leitung (66) steht über einen flexiblen Schlauch (70) eine Vakuumpumpe (68) in Verbindung. Benachbart zu dem freien Ende der Leitung (66) befindet sich ein einstellbares Venturirohr (72), das durch ein Gebläse (74) gespeist wird, das an den Schornstein (76) angeschlossen ist. 35 Beim Anfahren des Ofens (22) ist es erwünscht, daß Austreten schädlicher Gase in die Atmosphäre innerhalb des Ofens im wesentlichen vollständig auszuschalten. Dies wird dadurch bewirkt, daß ein Ventil (78) am freien Ende der Ausblasleitung (66) geschlossen wird, und daß dann eine Vakuumpumpe (68) läuft, bis der Druck innerhalb des Ofens auf den gewünschten Wert vermindert ist Danach wird die Vakuumpumpe (68) abgeschaltet und der Ofen wird wieder mit inertem Gas, z. B. Stickstoff, angefüllt und zwar etwas über dem atmosphärischem 40 Druck. Nachdem der Ofen läuft, kann das Ventil (78) geöffnet und das Gebläse (74) angestellt werden. Dann wird das Venturirohr (72) so eingestellt, daß Dampf aus dem Inneren des Ofens (22) abgezogen wird, während jedoch Sauerstoff und andere schädliche atmosphärische Gase nicht zurückströmen können. Bei Benutzung des Venturirohrs (72) werden geringe Mengen von Stickstoff aufgebaut, und in gewissen Fällen kann die Atmosphäre innerhalb des Ofens (22) in engen Grenzen unter Verwendung der Vakuumpumpe (68) eingestellt 45 werden.
Im folgenden wird aus Figur 3 der Zeichnung Bezug genommen.
Hieraus ist ersichtlich, daß der Ofen (22) im wesentlichen kugelförmig gestaltet ist und eine im wesentlichen kugelförmig gestaltete feuerfeste Auskleidung (80) aufweist, die zum Zwecke des Schmelzens von Schlacke vorzugsweise aus Kohlenstoff besteht. Hinter der Kohlenstoffauskleidung (80) befindet sich eine 50 Rückauskleidung (82), die vorzugsweise aus einer hoch-feuerfesten Tonerde besteht. Weiter außen befindet sich eine feuerfeste Isolation (84), und eine weitere Isolationsschicht (86) besteht vorzugsweise aus einem Material, z. B. geschäumter Tonerde. Die Außenschicht des Ofens (22), die die Isolationsschicht (86) abdeckt, besteht aus einer Stahlkugel (88).
Das geschmolzene Material, beispielsweise Schlacke gemäß dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel ist bei 55 (90) dargestellt, und diese Schlacke füllt etwa die Hälfte des Schmelztiegels innerhalb des Ofens (22) aus.
Wegen der extrem hohen in Betracht kommenden Temperaturen ist es wichtig, daß das geschmolzene Material (90) niemals mit irgendeinem Material in Berührung kommt, welches diesen Temperaturen nicht standhalten kann. Aus diesem Grunde weist der innere Abschnitt der Einlaßöffnung (54) ein Kohlenstoffrohr (92) auf, und ein ähnliches Kohlenstoffrohr (94) liegt am inneren Ende der Ausblasöffnung (64). Hinter den 60 Kohlenstoffrohren (92) und (94) befinden sich wassergekühlte Stahlrohre (96) bzw. (98). In gleicher Weise ist das Abzapfrohr (30) mit einem Graphitrohr (100) und mehreren wassergekühlten Stahlkörpem (102) und (104) in der Nähe des Graphitrohres (100) versehen. Ein Pfropfen (106) schließt das Ende des Abzapflochs -5-

Claims (8)

  1. Nr. 390 246 (30) ab. Der Schmelztiegel des Ofens (22) besitzt am obersten Teil eine Öffnung. Diese Öffnung wird durch einen mehrlagigen Deckel (108) abgeschlossen. Die unterste Lage (110) des Deckels (108) besteht vorzugsweise aus Kohlenstoff und besitzt einen abgestuften Querschnitt (112), der mit dem abgestuften Abschnitt (114) am oberen Ende des Schmelztiegels zusammenpaßt. Die übrigen Lagen des Deckels (108) über der Graphitlage (110) bestehen vorzugsweise aus den gleichen Materialien wie sie beschrieben wurden in Verbindung mit den Wänden des Schmelztiegels des Ofens (22). Der Deckel (108) weist mehrere Löcher (116) und (118) auf. Diese Löcher sind den Elektroden (120) und (122) angepaßt, die vorzugsweise aus Graphit bestehen. Da wenigstens eine Lage des Deckels (108) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, muß ein ringförmiger Zwischenraum zwischen jeder Elektrode und der Wand des Durchfiihrungsloches des Deckels freigelassen werden. Das oberste Ende jeder Elektrode ist an einen Kreuzkopf, beispielsweise einen Kreuzkopf (124) angeschlossen. Die Kreuzköpfe werden ihrerseits durch mehrere Kugelschrauben (126) getragen, die bei Drehung durch den Antriebsmotor (128) den Kreuzkopf und daher die Elektroden nach oben oder nach unten bewegen, wenn dies erforderlich ist. Den Elektroden (120) und (122) kann die Spannung über flexible Kabel, Gleitkontakte oder andere bekannte Mittel zugeführt werden. Wenn der Deckel (108) die Oberseite des Ofens (122) abschließt, dann erzeugt er allein nicht eine vollständig luftdichte Abdichtung. Diese Abdichtung wird durch einen Stahlzylinder (130) bewirkt, der das Elektrodenaufhängesystem (36) vollständig umschließt und einen Teil hiervon bildet. Der untere Abschnitt des Zylinders (130) weist einen Flansch (132) auf, der mit einem Flansch (134) am oberen Ende der Hülse (88) des Ofens (22) zusammenwirkt. Diese Flansche und andere Rahmenabschnitte des Ofensystems, die einer übermäßigen Überhitzung unterworfen sind, werden vorzugsweise mit Wasser gekühlt. Wie bekannt, wird beim Schmelzen dar Schlacke Eisen (oder andere Metalle in der Schlacke) reduziert, und da das Eisen schwerer ist als die geschmolzene Schlacke sammelt es sich am Boden des Ofens, wie bei (136) dargestellt. Infolge der Konstruktion des Ofens kann dieser insgesamt um einige Grad im Gegenuhrzeigersinn gemäß Figur 3 um die Schwenkzapfen (26) verschwenkt werden, wenn es erforderlich ist das geschmolzene Metall (136) abzuziehen. In dieser gekippten Stellung kann das geschmolzene Metall (136) durch das Anzapfloch (30) oder durch ein getrenntes, für diesen Zweck vorgesehenes Anzapfloch abgezogen werden. In Figur 3 sind zwei Elektroden (120) und (122) dargestellt. Es ist jedoch klar, daß dies nur zur Veranschaulichung geschieht. Es ist auch möglich, drei Elektroden in einem Mehlphasensystem oder eine einzige Elektrode zu benutzen, und dann die Kohlenstoffauskleidung (80) als zusätzliche Elektrode heranzuziehen. Außerdem kann Wechselstrom oder Gleichstrom benutzt werden, und das Schmelzen kann durch Lichtbogenschmelzen, durch einen eingetauchten Lichtbogen oder durch Widerstandserhitzung erfolgen. Außerdem ist es möglich, die Erfindung auch in Verbindung mit Induktionsschmelzvorrichtungen anzuwenden. Die Erfindung kann in anderen spezifischen Ausführungsformen verwirklicht werden ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, und demgemäß wird auf die folgenden Ansprüche im Hinblick auf den Schutzumfang der Anmeldung verwiesen. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum elektrischen Schmelzen von nichtmetallischem Material durch Einbringen des Materials in einen mit Kohlenstoff ausgekleideten Schmelztiegel und Schmelzen des Materials durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms durch dasselbe, gekennzeichnet durch ständiges Kontrollieren der Atmosphäre innerhalb des Schmelztiegels durch Entfernen von Sauerstoff aus diesem und Verhindern, daß atmosphärische Gase in den Schmelztiegel eindringen, wenn das nichtmetallische Material in diesen eingebracht wird, sowie Ableiten des schmelzflüssigen Materials aus dem Schmelztiegel über eine Öffnung im unteren Teil des Schmelztiegels.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der entfernte Sauerstoff durch ein Inertgas ersetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtmetallisches Material Schlacke eingesetzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Schmelztiegel abgeleitete schmelzflüssige Schlacke in Mineralwollefasem umgewandelt wird. -6- Nr. 390 246
  5. 5. Elektrischer Schmelzofen zum Schmelzen von nichtmetallischem Material, mit einem mit Kohlenstoff ausgekleideten Schmelztiegel, der gegenüber der äußeren Atmosphäre verschlossen ist, mit einer Öffnung in dem Schmelztiegel zum Einspeisen von zu schmelzendem Material in den Schmelztiegel, mit wenigstens einer 5 Elektrode in dem Schmelztiegel zum Schmelzen des Materials durch Hindurchleiten des elektrischen Stroms durch dasselbe, gekennzeichnet durch eine mit dem Schmelztiegel verbundene Vorrichtung (68) zum Entfernen von Sauerstoff aus dessen Innerem, eine mit der Speiseöffnung verbundene Speiseschleuse (58) zum Einspeisen von Material in den Schmelztiegel, ohne Sauerstoff in diesen einzuleiten, und ein in dem unteren Teil des Schmelztiegels angeordnetes Ofenloch (30) zum Ableiten von schmelzflüssigem Material. 10
  6. 6. Schmelzofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel im wesentlichen kugelförmig ist.
  7. 7. Schmelzofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (120, 122) eine an 15 sich bekannte Kohlenstoffelektrode ist.
  8. 8. Schmelzofen nach Anspruch 5, 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine unter dem Ofenloch (30) angeordnete Spinnvorrichtung (34) zum Umwandeln des aus diesem austretenden schmelzflüssigen Materials in Mineralwollefasem. 20 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 25 -7-
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