DD220200A1 - Anordnung zur konduktiven erwaermung elektrisch leitender fluide - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur konduktiven Erwaermung elektrisch leitender Fluide, insbesondere zur Ueberhitzung von fluessigem Gusseisen in der Abstichrinne eines Kupolofens. Ziel der Erfindung ist eine Anordnung, bei der mit geringem anlagentechnischen Aufwand ein hoher energetischer Wirkungsgrad erzielt wird sowie der Verschleiss und die Stoeranfaelligkeit verringert werden. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Anordnung zur Ueberhitzung von fluessigem Gusseisen zu schaffen, bei der ein grossflaechiger Stromuebergang auf das Fluid gewaehrleistet, die Waermeerzeugung und Uebertragung von der Durchflussleistung des Fluids unabhaengiger gemacht und die den Pincheffekt beguenstigenden hohen Stromdichten bei kleinen Durchflussleistungen vermieden werden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass an einer Anordnung, die aus zwei im Abstand zueinander in der Abstichrinne eines Kupolofens angeordneten Elektroden besteht, zwischen denen sich ein geschlossener Kanal befindet, die dem Fluessigeisenstrom zugewendete Oberflaeche des Kanals als eine waermegedaemmte, elektrisch leitende Schicht mit hohem elektrischen Widerstand, bevorzugt einem solchen mit fallender Temperatur-Widerstandskennlinie ausgestattet ist. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung . , '

Anordnung zur konduktiven Erwärmung elektrisch leitender Fluide.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur konduktiven Erwärmung elektrisch' leitender Fluide, insbesondere überhitzung von flüssiges Gußeisen in der Abstichrinne .eines Kupolofens. , . '. '.· . : .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In dem SU-Urheberschein 150 595 wird eine Rinne für die direkte elektrische Zusatzheizung von Gußeisen beim Ausfließen aus eines Schachtofen beschrieben. Hierbei wird der dem Sekundärkreis eines Transformators entnommene Heizstrom durch zwei in die Gießrinne im Abstand eingebettete Elektroden auf das als elektrischer Widerstand . dienende Gießmetall übertragen. Zur Vermeidung des Pinchef fektes ist die Rinne im Bereich zwischen den Elektroden als geschlossener Kanal ausgebildet.

Diese Erfindung wurde 1961 angemeldet. Trotz des langen, · seither verstrichenen Zeitraumes sind- jedoch praktisch betriebene Einrichtungen dieser Art nicht bekannt- geworden. Als Ursache hierfür sind.Probleme bei der Zu- und Ableitung des Heizstromes im Bereich der Elektroden, der

Elektrodenverschleiß, ihre Abdichtung, wie auch die, insbesondere bei schwankendem Gießmetalldurchsatz, ungenügende Unterdrückung des Pincheffektes (Einschnürung des Metallstroms bei hohen Stromdichten) anzusehen. Die nicht erfolgte Realisierung dieses Erfindungsgedankens Verwundert umsomehr, als von modernen Schmelzanlagen zu- . nieist ein Gießmetall mit hoher Ausgangstemperatur verlangt wird· Eine Forderung, die mit Schacht-(Kupol)-öfen nur schwer erfüllbar ist.

So berichtet Pranz leumann in der Zeitschrift "Gießerei" 69 (1982), Ir. 18, Seite 501 ff und Ir. 20, Seite 559 ff über den "Kupol- und Induktionsofenprozeß aus der Sicht der Energieumsetzung und des Energiebedarfs¹¹. Dabei wird auf bisherigenErkenntnissen und Erfahrungen aufbauend

vergleichend festgestellt,₄ daß ·

- der mit Gießereischmelzkoks, betriebene Schachtofen (Kupolofen) als Kalt- oder Heißwindausführung mit oder ohne Sekundärluftanlagen einen relativ guten Wirkungsgrad mit durchschnittlich 60 % als Einschmelzaggregat.-'· 20' bis ca. 1300 ⁰G aufweist, aber der gleiche Schachtofen , als Überhitzungsaggregat für die zum Vergießen notwendige Überhitzung von z.B. 1400 ⁰C auf 1500 ⁰C nur noch den sehr unvorteilhaften Wirkungsgrad von ca. 5>5 % ' -. sichert. , . :

- der ebenda auch beschriebene kokslose mit Gas oder Öl ... beheizte Kupolofen gegenwärtig nur zum Einschmelzen zu verwenden ist und die Überhitzung von ca. 1300 ⁰C bis ca. 1500 ⁰G grundsätzlich in einem getrennten induktiv beheizten Überhitzungsaggregat vorzunehmen ist.

- es wegen der» relativ guten Energieumsetzung beim Einschmelzen im Schachtofen und schlechten Energieausnutzung bei der überhitzung im.gleichen Aggregat naheliegt zu duplizieren, d.h. Aufschmelzen im Kupolofen ¹¹ und überhitzen im Induktionsrinnen-/ oder -tigelofen.

- der GeSamtenergieverbrauch, bezogen auf die jeweiligen Ausgangsprimärenergieträger, d.h. Kohlen für Gießereischmelzkoks und Kohlen für Elektroenergieherstellung, eines vollelektrischen Schmelzbetriebes größer ist

als der eines Kupolofenschmelzbetriebes und dieser wieder ist größer als der Gesamtenergieverbrauch eines ¹ Duplexschmelzbe triebe s.

Daraus ist u.a. abzuleiten, daß energieökonomisch eine elektrische Überhitzung im Induktionsrinnen- oder

-tigelofen nach dem Aufschmelzen im Kupolofen vorteilhaft 1st.

Dieser Peststellung stehen die bekannten hohen Ausrüstungs· und Investaufwendungen zur Erreichung dieses energieökonomischen Vorteils entgegen.

Ziel der Erfindung ,

Die Erfindung stellt sich das Ziel, eine Anordnung insbe- ·' ,sondere zur Überhitzung von flüssigem Gußeisen zu schaf-'

fen, bei der mit geringem anlagentechnischen und Kostenaufwand ein hoher energetischer Wirkungsgrad erzielt wird •. sowie der Verschleiß und damit die Betriebskosten und die Störanfälligkeit verringert werden. ·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Anordnung zur , konduktiven Erwärmung elektrisch leitender Fluide, insbesondere zur Überhitzung von flüssigem Gußeisen in der Abstichrinne eines Kupolofens zu schaffen, bei der ein großflächiger Stromübergang auf das Fluid gewährleistet, die Wärmeerzeugung und Übertragung von der Durchflußlei-'25 stung des Fluids unabhängiger gemacht und die den Pincheffekt begünstigenden hohen Stromdichten bei kleinen Durchflußleistungen vermieden werden.

Das Wesen der Erfindung an einer Anordnung insbesondere zur Überhitzung von flüssigem Gußeisen in der Abstichrinne eines Kupolofens mit in der Abstichrinne im Abstand voneinander angeordneten, mit einer Stromquelle verbundenen Elektroden, zwischen denen sich die oder ein Teil der Abstichrinne in Form eines geschlossenen Kanals befindet,

besteht darin, daß die dem Flüssigeisenstrom zugewendete .. .Oberfläche des Kanals zwischen den Elektroden als eine nach außen wärmegedämmte, elektrisch leitende Schicht mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand ausgebildet ist, die bevorzugt eine fallende ?emperatur-Widerstandskennlinie aufweist und daß die elektrisch leitende Schicht mit den Elektroden stromleitend verbunden ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die elektrisch leitende Schicht als geschlossene Röhre mit kreisförmigem Querschnitt auszubilden, die mit den Elektroden lösbar verbunden ist. .

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung hat zum Inhalt, die elektrisch leitende Schicht aus mehreren trennbaren Teilen zu bilden sowie diesen einen nichtkreisförmigen Querschnitt zu geben oder diese als Rinne mit oder ohne Abdeckung auszubilden. ·

Der von der Stromquelle über die Elektroden der elektrisch leitenden Schicht der Abstichrinne zugeführte elektrische Strom tritt .im Bereich der Kontaktfläche in das flüssige Gußeisen über und bewirkt in diesem einen Stromfluß, der parallel zu dem in der elektrisch leitenden Schicht verläuft und eine primäre konduktive Aufheizung des Gießmetalls verursacht. Hierbei ist für den fraglichen. Arbeitstemperaturbereich die Yerteilung der Stromdichte in beiden elektrischen leitern maßgebend für die Größe der ' · zeitabhängigen Erwärmung, so daß primär durch die direkte -Widerstandsaufheizung das durchfließende Flüssigmetall weiter erwärmt wird' und dieses gleichzeitig eine sekundäre Aufheizung durch Absorption von Wärmestrahlung von der inneren, nicht vom Flüssigmetall benetzten Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht erfährt sowie auch eine Tertiäraufheizung durch Konvektion und Wärme- ' leitung durch die von ihm benetzte Kontaktfläche eintritt und unabhängig von Durchsatzschwankungen des Flüssigmetails eine quasi konstante Leistungsaufnahme mit der diesen ,Flüssigmetallstrom kanalisierenden Röhre vorteilhaft gewährleistet ist. ' . .

Die elektrische Parallelschaltung von Gießrinne und Plussigmetallstrom verhindert bzw. mindert in vorteilhafter Weise das Auftreten von Einschnürungen und damit Störungen des Plüssigmetallstromes im Bereich der Überhitzungseinrichtung durch den Einfluß des elektrischen Stromes (Pincheffekt).

Die durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich werdende großflächige Ausgestaltung der Übergangssteilen für den '.. ' elektrischen Strom im Bereich der Übe rhi t Zungseinrichtung vermindert in erwünschter Weise den Verschleiß an diesen Stellen.

Ausführungsbeispiel ^: . ·

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel .-·.. an Hand der Zeichnung näher erläutert. Ss zeigen

Pig· 1i einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung, in schematischer Darstellung,

. . . . - Fig. 2: den angegebenen Querschnitt durch Fig. 1,

Pig. 3: bei den beispielhaft'zugrundegelegten Grenzdaten die Abhängigkeiten von überhitzungstemperaturdifferenz, Schmelzleistung, flüssigeisenstrom und eingesparter Koksmenge. .

Mit-Pig. 1 und Pig. 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung dargestellt. Sie besteht aus einer elektrisch leitenden Schicht 1, hier als rohrförmiger, aus Graphit bestehender elektrischer Leiter ausgebildet, die in wärmedämmendes ' Material 2a und 2b eingebettet ist, und einschließlich diesem die Abstichrinne 3 bildet, die der bekannten Abstichrinne eines Kupolofens bezüglich der Punktion der Plüssigeisenableitung vom Abstichloch zur Pfanne oder zum Vorherd entspricht.

In der elektrisch leitenden Schicht T sind im definierten Abstand z.B. zwei mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbundene Elektroden 4a, 4b so angeordnet, daß ' vorzugsweise lösbare Verbindungen 5a, 5b bestehen und dennoch der Stromübergang in diesem Pail über die Kontakt-

flächen 6a, 6b, 6c, 6d ohne nennenswerte Verluste gewährleistet ist, weil z.B. die Kontaktflächen 6b, 6d als Gewinde ausgeführt sind und die Kontaktflächen 6a sowie 6c mit einer Abflachung 17 der·elektrisch leitenden Schicht korrespondieren. . " . '- '..'.

über die z.B. von Lichtbogenöfen bekannten oder anderen bekannten Klemmkontakten für Elektroden 7a, 7b mit Wasserkühlmöglichkeit wird die Elektroenergie dem Kopf der stromzuführenden Elektroden 4a, 4b zugeführt.

.Sobald ein Strom über die Stromzuführungen 7a, 7b und die Elektroden 4a, 4b durch die elektrisch leitende Schicht fließt, wird dieses System aus dem z.B. Raumtemperaturniveau aufgeheizt. . \

Um zu verhindern> daß die Stromzuführungen 7a, 7b durch Wärmeleitung aufgeheizt werden, sind bekannterweise z.B. Wasserkühler 8a, 8b um die stromzuführenden Elektroden 4a, 4b angeordnet. Gleichermaßen sind die Stromzuführun- V gen 7a, 7b mit Wasserkühlung ausgerüstet.

' Vor Abstich des, Kupolofens 'wird die elektrisch leitende Schicht (Graphit) T in der beschriebenen Weise erwärmt.. Der von der nicht dargestellten Abstichöffnung des Kupolofens in der Rinne 10 zufließende Flüssigeisenstrom 9 bildet im Bereich zwischen den Elektroden 4a, 4b einen parallelen Widerstand zu der elektrisch leitenden Schicht Der Widerstand von Flüssigeisen steigt mit zunehmender Temperatur, so daß der Flüssigeisenstrom 9 auf dem Weg über die elektrisch leitende Schicht 1 infolge konduktiver Erwärmung aufgeheizt wird. Eine weitere Erwärmung erfährt der Flüssigeisenstrom auf diesem Wege durch Strahlungsemission der nicht vom Flüssigeisenstrom 9 benetzten ί inneren Oberfläche 11 der elektrisch leitenden Schicht 1 sowie durch Konvektion zwischen dieser und der Kontaktfläche 12 des Flüssigeisenstromes 9 mit der elektrisch leitenden Schicht 1, so daß er entsprechend überhitzt in Richtung des Auslasses 13 zur Pfanne oder zum Vorherd abfließt. .

Die beispielsweise als Röhre ausgebildete elektrisch leitende. Schicht 1 kann, wennein durch strömungsmechanische

Einflüsse hervorgerufener Verschleiß das erforderlich , macht, nach Entfernung des abdeckbar gestalteten wärme- · dämmenden Materials 2a und Lösen der Verbindungen 5a, 5b mit den Elektroden 4a, 4b entfernt und durch eine neue ersetzt werden. . ,

Mit Hilfe der Fig. 3 wird die überhitzung des Flüssigeisens und damit der Substitutionseffekt hinsichtlich primärer Energieträger, insbesondere Koks, an einem Beispiel dargestellt, wobei als Prämissen gesetzt bzw. er-·. rechnet wurden:

- Die elektrische Gesamtleistungsaufnahme der elektrisch

^ leitenden Schicht 1 und der Elektroden 4a, 4b sowie ,

' ι · ·..' . . ι

^v~" * des Flüssigeisenstroms 9 beträgt 110 kW.

-- . . ' . ·

-· Davon nimmtίder Flüssigeisenstrom 9 direkt 80 kW auf. und erreicht die Temperatur der elektrisch leitenden

Schicht T mit 1400 ⁰C. ' ·.

- Es liegen I = 8 U und U .« 14 V an 'den Stromzuführungen 7a, 7b an.

. "" - ' Die elektrisch-leitende Schicht 1 ist als-Rohr mit \, _: einem Außendurchinessef 130 mm Und einem Innendurchmesser 40 mm bei einer Länge von 1200 mm oder alternativ mit einem Außendurchmesser 150 mm und einem Innendurchmesser 40 mm bei einer Länge von 1500 mm ausgebildet ;" und hat eine Arbeitstemperatur von 2000 ⁰C.

Als erfindungsgemäße Effekte l'asse'n sich in Fig. 3 able . sen, daß ' ^ .-' . ;.

- bei einer Schmelzleistung Dg des Kupolofens von zum Beispiel 7,0 t/h über die Hilfslinie 14a und 14b und die Kurve 14 der Flüssigeisenstrom 9 einen Durchmesser dp von ca. 16 mm annimmt.

- bei der genannten Schmelzleistung über die Hilfslinie 14a und die Kurve 15 eine Überhitzung von 43 K auf 1448 ⁰C festzustellen ist.

' - bei der genannten Schmelzleistung über die Hilfslinie 14a, 15a und 16a eine Kokseinsparung von 24^; kg/t Flüssigeisen erreicht wird.

Diese Ergebnisse .aus,-Hg· 3 wurden der Überschaubarkeit halber nur für die-Primäraufheizung durch den ?/iderstand des ilüssigmetallstromes 9 dargestellt'und weitere Warmegewinne aus der Sekundäraufheizung der Strahlung und 5. Tertiär aufheizung durch Konvektian nicht berücksichtigt¹·

Unter Berücksichtigung dieser Effekte und unter Abzug der WarmeVerluste stellt sich eine Gesamtkokseinsparung von 28 kg/t Jlüssigeisen ein· ·'

Claims (6)

Erfindungsanspruch '

1. Anordnung zur konduktiven Erwärmung von elektrisch, leitenden Fiuiden, insbesondere zur Überhitzung von flüssigem Gußeisen in der Abstichrinne eines Kupolofens mit in der Abstichrinne im Abstand voneinander angeordneten, mit einer Stromquelle verbundenen Elektroden, zwischen denen sich die oder ein Teil der Abstichrinne in ibrm eines geschlossenen Kanals befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ilüssigeisenstrom (9) zugewendete Oberfläche (11) des Kanals zwischen den Elektroden (4a, 4b) als eine nach außen wärmegedämmte,
elektrisch leitende Schicht (1) mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand, bevorzugt eine solche mit fallender Temperatur-Widerstandskennlinie ausgebildet ist·

2· Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (1) als geschlossene Eöhre mit zweckmäßig gewählter Wanddicke'ausgebildet ist·

3· Anordnung nach den Punkten' 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Röhre ausgebildete.elektrisch leitende Schicht (1) einen beliebigen, nicht kreisförmigen Quer-¹ schnitt aufweist·

4·· Anordnung nach den Punkten 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die als Eöhre ausgebildete elektrisch leitende Schicht (1) aus mehreren trennbaren Teilen besteht·

5· Anordnung nach den Punkten 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (1) lösbar mit den Elektroden (4a, 4b) verbunden ist· ,

6· Anordnung nach den Punkten 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß die als Söhre ausgebildete elektrisch leitende Schicht (1) im Bereich der Verbindung (^a, 5*0 eine Abflachung (17) aufweist und als Schraubverbindung ausge-^; bildet ist, die gegenüber den Elektroden (4a, 4b) einen eine großflächige Kontaktfläche (6a, 6b) bildenden Absatz aufweist·

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen