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.
Method of operating electric melting furnaces The invention relates to a method of operating electric melting furnaces, e.g. are closed or semi-closed.
In Swiss Patent No. 252229, a method for collecting gases from electric reduction furnaces is described, each electrode being surrounded by a gas collecting container for collecting unburned gases. During operation, the charge will generally slide down into the melt crater below the lower rim of the container. This process ensures that the load outside the container remains loose and porous. The charge on the outside of the container seals its lower edge well so that the gas cannot escape through the charge outside the container.
In general, the gas container is arranged so that the distance between it and the electrode is about 20-30 cm. At the top it is well sealed against the electrode or the electrode holder. The container should preferably be placed so high in the furnace that the electrode has the desired immersion depth in the load.
How completely the charge slips down into the furnace crater surrounding the electrode depends on how far the crater remains open in comparison to the distance between the container and the electrode and in relation to the character of the charge during the melting process. If the sliding down does not take place evenly enough, the fact that the crater remains open is due to congestion or bridging. Distillation products from the lower parts of the charge will then be able to escape unhindered with the furnace gases.
In many cases, these distillation products will condense on the water-cooled electrode holder or on the gas container, which can lead to an electrically conductive connection between the gas container and the electrode or the electrode holder. The distillation products will also settle in the gas exhaust pipes and sooner or later make gas evacuation more difficult. These disadvantages will increase the material and electrical power required by the furnace and place great stress on the electrode equipment and the gas container.
These conditions, which are also well known in open ovens, can be corrected by poking or other mechanical processing of the load. However, such processing must not be carried out without control. If you poke too often and too vigorously, the charge in the crater is so tightly packed that the electrical conductivity of the charge increases and the electrode is moved upwards. At the same time the porosity of the feed is reduced. All of this causes poor operation and reduced melt yield.
In open furnaces you can always observe the melting process and intervene by poking or something similar if you see that the furnace is e.g. blows.
In the case of the electric melting furnaces with gas containers described, one cannot observe what is going on in the melting crater. The furnace can blow itself in the melting crater without noticing it. Nor can it be seen on which side of the electrode the bubble is occurring. Therefore, in order to achieve satisfactory operation, it is important to find a useful indicator of the condition in the melt crater to operate the furnace as directed.
A process has now been developed that ensures smooth and satisfactory furnace operation. The fluctuations in the temperature of the furnace gas, which are preferably recorded continuously, serve as indicators. If the furnace works smoothly and safely, the gas will escape through the pores of the charge without increasing the pressure. The gas then gives off a substantial part of its heat content to the charge. The temperature will then be uniform and relatively low. In most melting processes, it will be around 300 to around 800 C, depending on the conditions. This temperature is called the normal temperature. Any increase in temperature above this normal temperature indicates that the conditions in the melt crater are abnormal.
When the gas temperature rises, there is poor heat dissipation, which indicates that cavities are formed in which the gas collects and from which it may even explode if the pressure is high enough to overcome the resistance of the feed. The temperature fluctuations thus give an excellent picture of the conditions in the melt crater.
The attached diagram shows a temperature curve that has been created in connection with a known electric melting furnace for the production of 45% FeSi. As can be seen from this, the gas temperature fluctuated in this case between about 500 and 850 C. During this time no poke was made in the oven. At around 850 C, poking began so that the charge was pushed down into the crater. The gas temperature then fell immediately to 500-600 C, but then slowly rose again during the further melting process.
Through regular poking around, e.g. With the help of a mechanical poking device, the furnace can be operated depending on the temperature measured at at least one point, without the materials in the melting crater being too tightly pressed together. The lower the fluctuations in gas temperature, the better and more evenly the furnace works.
If the charge collapses by itself in the melting crater, this is also registered in the temperature curve, since the temperature will then also drop. This is also evident from FIG. 1, where the maximum temperatures are shown at around 700 ° C., in cases where the load has automatically collapsed without poking.
The inventive method for operating electric melting furnaces, in which gas produced in the melting zone is collected in unburned form, is characterized in that the feed is poked as a function of a temperature measured at at least one point in the furnace.
It is of lesser importance where e.g. B. in the gas system the temperature measurement takes place.
Even in open melting furnaces, the fluctuations z. B. the gas temperature to improve the operation of Ver benefit. Such ovens can be observed with the naked eye. An automatic registration of the oven temperature can give a good picture of whether the oven, e.g. B. at night, has been satisfactorily monitored. It is then often sufficient to observe the temperature fluctuations in the smoke vent.
In an electric furnace, the conditions are not always the same in all parts of the furnace. It can e.g. B. in one part of the furnace gas cavities occur, while the sinking in other parts is quite satisfactory. If the gas temperature is measured at the gas outlet, these irregularities cannot be localized.
However, the gas temperature will also affect the cooling water in the gas container. If the gas temperature rises, the cooling water temperature will also rise if the water supply is uniform. It is therefore also possible to poke depending on the measured cooling water temperature.
The gas tank is generally equipped in several sections with separate cooling water systems. If you measure the outlet temperature of the cooling water separately for each section, you will not only be able to determine the temperature fluctuations in the melt crater, but also the places where there may be cavities, which you can poke around for. In this way, the poking work becomes much easier and you can avoid unnecessary poking around.
To get reliable readings it is important that the amount of cooling water is kept constant. You can e.g. regulate in such a way that the cooling water is allowed to pass through a container which is placed at a suitable height above the furnace, whereby the water pressure is kept constant.
You can also take the temperature control with the help of one or more water-cooled pipes that are attached to the inside of the lower edge of the container. The amount of water through the pipes is z. B. kept constant with the help of one or more pumps, and the temperature is measured at the end of each pipe occurs. If the water temperature reaches an experimentally set limit, the heat transfer from gas to the feed is poor. As described above, this indicates that the oven is blowing and that poking is necessary.
By using a water-cooled pipe for each section of the tank, it can be determined fairly precisely at which point in the furnace the blowing occurs, as the water in the pipe in question will show a sharp increase in temperature.
Such an embodiment of an exemplary oven for carrying out the method according to the invention is illustrated in FIG. 2, where 1 denotes the oven itself, 2 the electrode and 3 the electrode holder. 4 is the gas container surrounding the electrode and 5 is the weld pool. 6 is the crater around the lower part of the electrode and 7 indicates the charge. Fig. 8 is an extraction pipe for furnace gas and Fig. 9 shows how the water pipes can be attached to the lower edge of the gas container. The inlet and outlet of the water in connection with the pipes is not shown. The pipes should be installed in such a way that they do not come into direct contact with the feed.
By using the special tubes described here, which start under the lower edge of the Be container 4 or within the same as shown, there will be particularly large deflections on the temperature meter for the gas flow. At the same time, the pipes will give the lower part of the gas tank special protection.
The method described here for regulating the operation of the furnace can also be used in completely closed furnaces of various designs, e.g. B. when operating closed ovens according to Norwegian patent no. 70129. You will be able to observe the operating conditions around each individual electrode and even in each individual part of the electrode area.