DD142491A3

DD142491A3 - Plasmaschmelzofen

Info

Publication number: DD142491A3
Application number: DD77199770A
Authority: DD
Inventors: Konrad Primke; Peter Papsdorf; Klaus-Peter Trautmann; Guenter Pohle
Original assignee: Konrad Primke; Peter Papsdorf; Trautmann Klaus Peter; Guenter Pohle
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1980-07-02
Also published as: GB1597699A; FR2396252A1; JPS5417540A; DE2821453A1; HU180495B; SE7806408L; IT1105336B; DE2821453C3; DE2821453B2; SU926477A1; FR2396252B1; US4263468A; CS218001B1; RO75360A; PL207924A1; YU147778A; IT7850086A0

Description

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Plasmaschmelzofen

Anwendungsgebiet...der Erfindung

Die Erfindung "betrifft einen Plasmaschmelzofen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitetem Leichtmetallschrott«

Charakt er i s ti k d e r_ Jbek arm lejijtechn i se hen Ii ö s un g en

Plasmaschmelzeinrichtungen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen sind bereits bekannt. So wurde gemäß DL-YiT SO 402 eine Plasmasehmelzeinrichtung vorgeschlagen, bei v/elcher der Erwärmungs- oder SinschraelzVorgang und die darauf folgende Prozeßphase in zwei oder mehreren, jedoch miteinander in Verbindung' stehenden Prozeßgefäßen durchgeführt wird. Das Priraär-Prozeßgefäß und das oder die naangeordneten Sekundär-Prczeßgefäße werden über einen oder mehrere Verbindimgs-' kanäle vereint. Sie sind so gestaltet, daß die Prozeßgefäße um die vertikale Achse gekippt werden können. Prozeßgefäße als auch Verbindungskanäle können mit einer oder mehreren Gegenelektroden ausgerüstet sein. Das Primär-Proseßgefäß ist mit einer bekannten Beschickungseinrichtung, die entweder im Deckel oder seitlich am Prozeßgefäß angeordnet sein kann, ausgerüstet«

Weiterhin ist ein Mehrkammer-Plasma-Induktionsschmelzofen mit mehrgeteiltem, hermetisch schließenden Deckel bekannt, "bei dem die Geometrie der Plasmaschmelzkammer der Energie abgabe des Plasmabogens angepaßt ist, wobei das Plasmatron im .Winkel zur Schmelzgutoberflache oder in einer Ausbuchtung der Plasmaschmelzkammerwand angeordnet ist.- Plasma- und Induktionsschmelzkammer sind durch einen Kanal verbunden und können zusammen oder getrennt gekippt werden (DL-WP 109 787) · Ein anderer Plasmaschmelzofen, bei dem die Plasmatrons unterhalb der festen Schmelzgutoberfläche angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengefäß aus mindestens zwei eine Einheit bildenden Ofeninnenräumen besteht, die eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Die Plasmatrons sind in einem entsprechenden Winkelbereich zur Ofenachse in Ofennischen angeordnet. Darüber hinaus sind die Ofengefäßteile separat oder zusammen kippbar bzw. entleerbar,und der Deckel des Ofengefäßes ist mit einer Chargiereinrichtung versehen (DL-WP 109 789). Bei einer prinzipiellen Ausführungsform dieses Ofengefäßes sind für das Sammeln der Schmelze zusätzlich eine oder mehrere Arbeitskammern durch öffnungen mit dem Schmelzofen verbunden.

Alle genannten Ofentypen weisen entsprechende Zusatzheizungen auf.

Diese bekannten Plasmaschmelzeinrichtungen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen weisen verschiedene Nachteile auf. So wird aufgrund der !Tatsache, daß sie aus mehreren miteinander in Verbindung stehenden Prozeßgefäßen bestehen, die Plexibilität der Technologie des Schmelzbetriebes eingeschränkt, obwohl die Arbeit im Schmelzbetrieb es erforderlich macht, das erschmolzene Metall entweder sofort nach dem Erschmelzen abzugießen oder einer Schmelzbehandlungseinrichtung und/oder einem Mischer- zur Einstellung der benötigten Legierung zuzuführen«,

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Die im DL-WP 109 7&? getroffene Festlegung, daß in einem Abstand von ca. 150 ram vom Plasmatron die abgegebene Energie bereits auf etwa 10 fo absinkt und im wesentlichen nur vom Piasmatrontyp abhängig ist, kann aufgrund durchgeführter Untersuchungen nicht bestätigt v/erden (Rother, W*; Bergmann, Y.; Kulessa, R.-; Petzold, G. - Energiebilanz eines Plasmabogens XIX. Intern. Wiss. Kolloquium, TH Ilmenau 1974, Heft 2, S. 65 - 70).

Hierbei wurde von einer grundsätzlich falschen Annahme der Energieabgabe des Plasmabogens ausgegangen. Dementsprechend fehlt auch den daraus gezogenen Schlußfolgerungen für die der Energieabgabe des Plasmabogens angepaßte Ofengeometrie jede reale Grundlage. Ein weiterer Nachteil bereits bekannter Plasmaschmelzeinrichtungen besteht darin, daß bei den notwendigerweise großen SchrottSchütthöhen, die in der Größenordnung der Plasmabogenlänge liegen, ein stabiles Brennen des Plasmabogens in der Schrottschüttung nicht zu erreichen ist. Der Plasmabogen brennt nur sehr unruhig und wird durch die Blaswirkung des eigenen Magnetfeldes häufig ausgeblasen.

Schließlich besteht ein weiterer Nachteil der bekannten Plasmaschmelzeinrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen darin, daß sie über keine Einrichtungen verfügendie das Eindringen der dem Schrott anhaftenden Premdstoffe wie feuchtigkeit, Öl, Schmutz usw. in die Schmelze verhindern. Durch diese Premdstoffe wird die Qualität des erschmolzenen Metalls stark herabgesetzt.

,Ziel ,der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Plasmaschmelzofen zu entwickeln, mittels welchem eine Erhöhung der Metallausbeute bei gleichseitiger Verbesserung der Qualität des erschmolzenen Metalls erreicht wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Plasma-Schmelzeinrichtung zum Schmelzen von Metallen, insbesondere ssum Einschmelzen von aufbereitetem Leichtmetallschrott, zu schaffen₉ die aus einem Prozeßgefäß besteht, den strukturellen Besonderheiten des einzuschmelzenden Materials und dem Ni ed er schmelz verhalten des Plasmabogens entspricht, einen optimalen Energieeintrag in das aufzuschmelzende Metall gewährleistet und gleichseitig den Anteil der in die Schmelze gelangenden Fremdanhaftungen am Einsatzmaterial minimiert,

Irfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der oder die Plasmabrenner mit übertragenen Plasmalichfbögen so angeordnet werden, daß der oder die Fußpunkte des oder der Plasmabögen im Bereich des Überganges des Sehrottschüttkegels in den Ofensumpf liegen* Die Anordnung erfolgt senkrecht oder unter einem Winkel zwischen 0° und 60° zur Senkrechten in der Längsachse geneigt. Bei Verwendung von mehreren Plasmabrennern werden diese swecks Bewegung des Schmelzbades, die zu einer weiteren Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit und sum Abbau größerer Temperaturdifferenzen führt, senkrecht oder unter einem Winkel von 0° bis 60 in der Querachse des Plasmaofens angeordnet· Zur Erzielung einer gleichmäßigen Metalltemperatur im Ofensumpf und sur Steigerung der Aufschmelzgeschwindigkeit ist eine elektromagnetische Rühreinrichtung unmittelbar unter dem Fußpunktbereich des oder der Plasmalichtbogen vorgesehen« Oie Energieübertragung auf das Einsatsmaterial erfolgt durch Strahlung der Plasmabogensäule auf den Schrottschlittkegels durch Leitung und Konvektion im Bereich des Fußpuak-fces des Plasmatoogens auf den Ofensumpf, durch Konvektion des hocherhitzten flüssigen Ofensumpfes aus dem Bereich des Faßpunktes des Plasma-

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bpgens in den Schrottschüttkegel mit Hilfe der elektromagnetischen Rühreinrichtung und durch Konvektion des Plasmagases durch die Schrottschüttung im Schüttkegel und im Schacht. Das Verhältnis von Schachthöhe H zum Schachtdurchmesser D eines einem bekannten wannenförmigen Ofengefäßes aufgesetzten bekannten Schachtes ist größer oder gleich Eins.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1: Längsschnitt durch den Plasmaofen; Pig. 2: Querschnitt B-B durch den Plasmaofen? Pig. 3i Schnitt C-C durch den Plasmaofen.

Wie aus Pig. 1 ersichtlich, besteht der Plasmaofen aus einem bekannten wannenförmigen Ofengefäß 1 mit auf gesetztem senkrechten oder leicht gegen die Senkrechte geneigten bekannten Schacht 2. Das Verhältnis von Schachthöhe H sum Schachtdurchmesser D ist größer oder gleich Eins« Der Piasmaschsielzofen wird über eine am oberen Ende des Schachtes 2 befindliche gasdichte Beschickungseinrichtung 3 kontinuierlich oder quasikontinuierlich mit dem zu schmelzenden Material 4 beschickt. Der sich im Ofenraum ausbildende Schrottschüttkegel 5 geht in den Ofensumpf 6 über. Der oder die Plasmabrenner 7 sind so angeordnet, daß der oder die Pußpunkte des oder der Plasmabögen 8 im Bereich des Überganges des Schrottschüttkegels 5 i** öen Ofensumpf 6 liegen. Dadurch sind die im unmittelbaren Bereich des Plasmabogens liegenden Schrottschütthöhen gering, wodurch ein ruhiges und stabiles Brennen der Plasmabögen 8 erreicht wird. Die Plasmabrenner 7 sind senkrecht oder unter einem Winkel oC 1 zwischen 0° und 60° sur Senkrechten in der Längsachse angeordnet«

Wie in Pig. 2 dargestellt, können bei Verwendung mehrerer Plasmabrenner 7 diese weiterhin in einem Winkel ^ 2 zwischen O⁰ und 60° zur Senkrechten in der Querachse und nach Fig. 3 in einem Winkel oO 3 zwischen 0° und 90° zur Längsachse des Plasmaschmelzofens angeordnet sein«, Durch die geneigte Anbringung der Plasmabrenner 7 wird infolge der kinetischen Energie der Plasmabögen 8 eine Bewegung des Schmelzbades erzielt, die zu einer Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit und zum Abbau größerer Temperaturdifferenzen im Of en-Bumpf 6 führte

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Metalltemperatur im Ofensumpf 6 und zur Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit ist unmittelbar unter dem Fußpunktbereich des oder der Plasmabögen 8 im Bereich des Ofensumpfes 6 eine elektromagnetische Rühreinrichtung 9 vorgesehen. Das durch die Schrottschüttung strömende heiSs Plasmagas 10 wird am oberen Ende des Schachtes 2 unterhalb der gasdichten Beschickungseinrichtung 3 abgenommen und einem bekannten Gaskühler 11 zugeführt, wodurch die mitgeführten Fremdstoffe wie Öl und Wasser abgeschieden werden, während der infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit mitgeführte Staub im Zyklon 12 abgeschieden wird. Das gereinigte Abgas 13 kann somit ohne Umweltbelastung in die Atmosphäre abgegeben werden.

Das erschmolzene Metall kann kontinuierlich über einen gegen den Ofeninnenraum abgedichteten Überlauf 14 oder mit Hilfe einer elektromagnetischen Förderrinne 15 diskontinuierlich zwecks weiterer Verarbeitung entnommen v/erden«

Claims

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1. Plasmaschmelzofen 211m kontinuierlichen Schmelzen von Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitetem Leichtmetallschrott, mittels Plasmabrenner, wobei das Ofengefäß wannenförmig ausgebildet ist, eine elektromagnetische Rühreinrichtung, einen zur kontinuierlichen Entnahme der Schmelze dienenden Überlauf oder zur diskontinuierlichen Entnahme dienende elektromagnetische Förderrinne aufweist und mit einem aufgesetzten senkrechten oder leicht gegen die Senkrechte geneigten Schacht mit an dessen oberem Ende befindlicher gasdichter, kontinuierlicher oder quasikontinuierlicher Beschickungseinrichtung versehen ist und dem Ofen zur Reinigung des Abgases ein Abgaskühler und Zyklon nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Plasmabrenner (7) mit übertragenen Plasmalichtbögen (8) so angeordnet sind, daß der oder die Fußpunkte des oder der Plasmalichtbögen (8) im Bereich des Übergangs des Schrott-Bchüttkegels (5) in den Ofensumpf (6) liegen, die elektromagnetische Rühreinrichtung (9) unmittelbar unter dem Fußpunktbereich des oder der Plasmalichtbögen (8) angeordnet ist und das Verhältnis von Schachthöhe H zum Schachtdurchmesser D des dem Ofengefäß aufgesetzten Schachtes größer oder gleich Eins ist·

2· Plasmaschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Plasmabrenner (7) senkrecht oder unter einem Winkel von 0 bis 60 zur Senkrechten in der Längsachse des Plasmaofens angeordnet sindo

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3. Plasmaschmelzofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Plasmabrenner (7)
senkrecht oder unter einem Winkel von 0° bis 60° zur Senkrechten in der Querachse des Plasmaofens angeordnet sind.

4c Plasmaschmelisofen nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Plasmabrenner (7) in einem Winkel von 0° bis 90° sur Längsachse des
Plasmaofens angeordnet sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen