Verfahren zum Betrieb elektrischer Schmelzöfen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb elektrischer Schmelzöfen, die z.B. geschlossen oder halbgeschlossen sind.
Im schweizerischen Patent Nr. 252229 ist ein Ver fahren zum Sammeln von Gasen aus elektrischen Reduktionsöfen beschrieben, wobei jede Elektrode von einem Gassammelbehälter zur Sammlung unverbrann- ter Gase umgeben ist. Während des Betriebes wird die Beschickung im allgemeinen unter dem unteren Rand des Behälters in den Schmelzkrater hinabrutschen. Dieses Verfahren bewirkt, dass die Beschickung ausser halb des Behälters locker und porös verbleibt. Die Beschickung an der Aussenseite des Behälters dichtet dessen unteren Rand gut ab, so dass das Gas nicht durch die Beschickung ausserhalb des Behälters ent weichen kann.
Im allgemeinen wird der Gasbehälter so angeordnet, dass der Abstand zwischen demselben und der Elektrode etwa 20-30 cm beträgt. Oben wird er gegen die Elektrode oder die Elektrodenfassung gut abgedichtet. Der Behälter soll vorzugsweise so hoch im Ofen angebracht werden, dass die Elektrode die erwünschte Eintauchtiefe in der Beschickung erhält.
Wie vollständig die Beschickung in den die Elek trode umgebenden Ofenkrater hinabrutscht, hängt davon ab, wie weit der Krater im Vergleich zum Ab stand des Behälters von der Elektrode und im Verhält nis zum Charakter der Beschickung während des Schmelzvorganges offenbleibt. Falls das Herabrutschen nicht gleichmässig genug erfolgt, ist dieses Offenbleiben des Kraters Stauungen oder Brückenbildungen zuzu schreiben. Destillationsprodukte aus den unteren Par tien der Beschickung werden dann ungehindert mit den Ofengasen entweichen können.
Diese Destillations- produkte werden sich in vielen Fällen an der wasser gekühlten Elektrodenfassung oder am Gasbehälter kondensieren, wodurch eine elektrischleitende Ver bindung zwischen dem Gasbehälter und der Elektrode bzw. der Elektrodenfassung, entstehen kann. Die De stillationsprodukte werden sich auch in den Gas abzugsrohren absetzen und früher oder später die Gasabsaugung erschweren. Diese Nachteile werden den Aufwand des Ofens an Materialien und elektrischer Kraft erhöhen und eine grosse Beanspruchung der Elektrodenausrüstung und des Gasbehälters ergeben.
Diese Verhältnisse, die auch bei offenen Öfen wohl bekannt sind, können durch Stochern oder sonstige mechanische Bearbeitung der Beschickung korrigiert werden. Eine derartige Bearbeitung darf aber nicht ohne Kontrolle erfolgen. Bei zu häufigem und zu kräf tigem Stochern wird die Beschickung im Schmelz krater so dicht zusammengestaut, dass das elektrische Leitvermögen der Beschickung erhöht und die Elek trode nach oben verstellt wird. Gleichzeitig wird die Porosität der Beschickung reduziert. Dies alles bewirkt einen schlechten Betrieb und reduzierten Schmelz ertrag.
In offenen Öfen kann man den Schmelzverlauf stets beobachten und durch Stochern oder ähnliches ein greifen, wenn man sieht, dass der Ofen z.B. bläst .
Bei den beschriebenen elektrischen Schmelzöfen mit Gasbehältern kann man aber nicht beobachten, was im Schmelzkrater vor sich geht. Der Ofen kann im Schmelzkrater selbst blasen , ohne dass man darauf aufmerksam wird. Man kann auch nicht sehen, an welcher Seite der Elektrode das Blasen vorkommt. Um einen zufriedenstellenden Betrieb zu erzielen, ist es deshalb wichtig, einen brauchbaren Indikator für den Zustand im Schmelzkrater zu finden, um den Ofen nach dessen Anweisung zu betreiben.
Es wurde nun ein Verfahren entwickelt, das einen gleichmässigen und zufriedenstellenden Ofenbetrieb gewährleistet. Als Indikator dienen die Schwankungen der Temperatur des Ofengases, die vorzugsweise kon- tinuierlich registriert wird. Wenn der Ofen gleichmässig und sicher arbeitet, wird das Gas ohne Druckanstieg durch die Poren der Beschickung entweichen. Das Gas gibt dann einen wesentlichen Teil seines Wärmegehaltes an die Beschickung ab. Die Temperatur wird dann gleichmässig und relativ niedrig sein. Bei den meisten Schmelzvorgängen wird sie, je nach den Verhältnissen, etwa 300 bis etwa 800 C betragen. Diese Temperatur wird Normaltemperatur genannt. Jede Steigerung der Temperatur über diese Normaltemperatur hinaus zeigt an, dass die Verhältnisse im Schmelzkrater anormal sind.
Wenn die Gastemperatur steigt, besteht schlechte Wärmeabgabe, was andeutet, dass sich Hohlräume bilden, worin sich das Gas sammelt, und von welchen dasselbe eventuell sogar explosionsartig entweicht, wenn der Druck gross genug ist, um den Widerstand der Beschickung zu überwinden. Die Temperatur schwankungen ergeben somit ein ausgezeichnetes Bild der Verhältnisse im Schmelzkrater.
Das beigefügte Diagramm zeigt eine Temperatur kurve, die in Verbindung mit einem bekannten elek trischen Schmelzofen für die Erzeugung von 45%igem FeSi erstellt worden ist. Wie man daraus ersieht, schwankte die Gastemperatur in diesem Falle zwischen etwa 500 und 850 C. Es wurde während dieser Zeit nicht im Ofen gestochert. Bei etwa 850 C begann man zu stochern, so dass die Beschickung in den Schmelz krater hinabgeschoben wurde. Die Gastemperatur sank dann unmittelbar auf 500-600 C, stieg dann aber, während des weiteren Schmelzvorganges, langsam wieder an.
Durch regelmässiges Stochern, z.B. mit Hilfe eines mechanischen Stochergerätes, kann man den Ofen in Abhängigkeit der an mindestens einer Stelle gemessenen Temperatur betreiben, ohne die Materialien im Schmelzkrater zu ' dicht zusammen zupressen. Je geringer die Schwankungen der Gas temperatur sind, je besser und gleichmässiger arbeitet der Ofen.
Falls die Beschickung von selbst im Schmelzkrater zusammenrutscht, wird auch dies in der Temperatur kurve registriert, da die Temperatur auch dann sinken wird. Dies geht auch aus der Fig. 1 hervor, wo die Höchsttemperaturen bei etwa 700 C gezeigt sind, in Fällen, wo die Beschickung automatisch ohne Stochern zusammengesunken ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betriebe elektrischer Schmelzöfen, in welchen in der Schmelz zone entstehendes Gas in unverbrannter Form ge sammelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stochern der Beschickung in Abhängigkeit von einer an wenigstens einer Stelle des Ofens gemessenen Tem peratur durchgeführt wird.
Es ist von geringerer Bedeutung, wo z. B. im Gas system die Temperaturmessung erfolgt.
Auch in offenen Schmelzöfen kann man aus den Schwankungen z. B. der Gastemperatur zur Ver besserung des Betriebes Nutzen ziehen. Solche Öfen kann man mit blossem Auge beobachten. Eine auto matische Registrierung der Ofentemperatur kann aber ein gutes Bild darüber abgeben, ob der Ofen, z. B. bei Nacht, zufriedenstellend überwacht worden ist. Es genügt dann oft, die Temperaturschwankungen im Rauchabzug zu beobachten.
In einem elektrischen Schmelzofen sind die Ver hältnisse nicht jederzeit in allen Teilen des Ofens die selben. Es können z. B. in einem Teil des Ofens Gas hohlräume vorkommen, während das Herabsinken in anderen Teilen ganz zufriedenstellend erfolgt. Falls man die Gastemperatur am Gasaustritt misst, können diese Ungleichmässigkeiten nicht lokalisiert werden.
Die Gastemperatur wird jedoch auch auf das Kühl wasser im Gasbehälter einwirken. Wenn die Gas temperatur steigt, wird auch die Kühlwassertemperatur steigen, falls die Wasserzuführung gleichmässig erfolgt. Es ist deshalb auch möglich, das Stochern in Abhängig keit der gemessenen Kühlwassertemperatur vorzuneh men.
Der Gasbehälter wird im allgemeinen in mehreren Abschnitten mit separaten Kühlwassersystemen aus gerüstet. Misst man die Austrittstemperatur des Kühl wassers für jeden Abschnitt getrennt, wird man leicht nicht nur die Temperaturschwankungen im Schmelz krater, sondern auch die Stellen, wo sich eventuelle Hohlräume befinden, feststellen können, wonach man genau an diesen Stellen stochern kann. In dieser Weise vereinfacht sich die Stocherarbeit bedeutend, und man kann unnötiges Stochern vermeiden.
Um zuverlässige Anzeigen zu erhalten, ist es wichtig, dass die Kühlwassermenge konstant gehalten wird. Diese kann man z.B. in der Weise regeln, dass man das Kühlwasser durch einen Behälter hindurch gehen lässt, der in angemessener Höhe über dem Ofen angebracht ist, wodurch der Wasserdruck konstant gehalten wird.
Man kann auch die Temperaturkontrolle mit Hilfe von ein oder mehreren wassergekühlten Rohren vor nehmen, die inwendig am unteren Rand des Behälters angebracht sind. Die Wassermenge durch die Rohre wird z. B. mit Hilfe von ein oder mehreren Pumpen konstant gehalten, und die Temperatur wird am Aus trittsende jedes Rohres gemessen. Wenn die Wasser temperatur eine experimentell festgelegte Grenze er reicht, ist die Wärmeabgabe von Gas an die Beschik- kung schlecht. Dies zeigt, wie oben beschrieben an, dass der Ofen bläst und dass gestochert werden muss.
Bei Anwendung eines wassergekühlten Rohres für jeden Behälterabschnitt kann ziemlich genau fest gestellt werden, an welcher Stelle im Ofen das Blasen vorkommt, indem das Wasser in dein betreffenden Rohr eine kräftige Temperatursteigerung zeigen wird.
Eine solche Ausführung eines beispielsweisen Ofens zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 2 veranschaulicht, wo 1 den Ofen selbst, 2 die Elektrode und 3 die Elektrodenfassung bezeichnet. 4 ist der Gasbehälter, der die Elektrode umgibt, und 5 das Schmelzbad. 6 ist der Krater rings um den unteren Teil der Elektrode und 7 bezeichnet die Beschickung. 8 ist ein Absaugrohr für Ofengas und 9 zeigt , wie die Wasserrohre am unteren Rand des Gas- Behälters angebracht werden können. Zu- und Austritt des Wassers in Verbindung mit den Rohren ist nicht gezeigt. Die Rohre sollen so angebracht werden, dass sie keinen direkten Kontakt mit der Beschickung haben.
Durch die Anwendung der hier beschriebenen be sonderen Rohre, die unter dem unteren Rand des Be hälters 4 oder innerhalb desselben wie gezeigt ansetzen, werden sich besonders grosse Ausschläge am Tempera turmesser für den Gasstrom ergeben. Gleichzeitig werden die Rohre dem unteren Teil des Gasbehälters einen besonderen Schutz gewähren.
Das hier beschriebene Verfahren zur Regulierung des Ofenbetriebes kann auch in ganz geschlossenen Öfen verschiedener Ausführung verwendet werden, so z. B. beim Betrieb geschlossener Öfen gemäss dem nor wegischen Patent Nr. 70129. Man wird dadurch die Betriebsverhältnisse um jede einzelne Elektrode und sogar in jedem einzelnen Teil des Elektrodenbereiches beobachten können.