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Verfahren und Vorrichtung zum Schnellchargieren von Stahlwerksöfen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schnellchargieren
von Stahlwerksöfen mit Schrott unter Verwendung einer auf die begrenzte Ofenöffnung
ausgerichteten, geneigten Rutsche.
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Eine bekannte Vorrichtung zum Chargieren eines Stahlwerkofens besteht
aus einem auf einem Schienenfahrgestell um eine horizontale Längsachse schwenkbar
gelagerten Gefäß mit rechteckigem Grundriß, dessen Boden aus zwei trichterförmig
von den unteren Längskanten des Gefäßes aufeinander zu verlaufenden, beweglichen
Teilen besteht. Beide Teile sind mit Seitenwänden versehen, die über die Querfläche
des Gefäßes hinausgreifen und über die sie an der der Ofenöffnung abgewandten Seite
an den Gefäßwandungen angelenkt sind. Die untere Längskante des dem Ofen zugewandten
Bodenteils liegt normalerweise auf der Oberseite des anderen Bodenteils auf, während
die etwas tiefer liegende Längskante des anderen -Bodenteils auf einem darunter
angeordneten, seitlich zur Ofenöffnung hin verschiebbaren Zuführtrog ruht. Während
des Chargierens des in dem Gefäß enthaltenen Schrottes in die Ofenöffnung wird das
Gefäß um seine horizontale Lagerachse hin und her geschwenkt, wobei der Schrott
zwischen den beiden Bodenteilen schubweise hindurchgleitet und von dem unteren Bodenteil
bei jedem Hub auf die Ofenöffnung zu und in diese hineingeschoben wird.
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Eine derartige Vorrichtung weist einmal den Nachteil auf, daß sie
außerordentlich kompliziert gebaut ist und insbesondere sehr viele bewegliche Einzelteile
enthalt. Da der anfallende Schrott meistens aus mehr oder weniger ungleichförmigen
Teilen besteht, ist somit leicht die Gefahr gegeben, daß die beweglichen Teile der
Vorrichtung sich mit den Schrotteilen verklemmen und der Abgabevorgang aufgehalten
wird. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß den Schrotteilen
bei jedem Schubvorgang zu wenig Energie erteilt wird, so daß sie lediglich hinter
die die Ofenöffnung begrenzende Wand geschoben werden, dann dort herunterfallen
und sich dort häufen. Es ist daher ein weiterer Arbeitsgang erforderlich, durch
den der Schrott weiter in den Ofen und damit in die Schmelze hineingebracht wird.
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Es ist weiterhin bekanntgeworden, in Konverterhallen Zufuhrschurren
derartig fest einzubauen, daß sie, vom Boden einer Bühne ausgehend, schräg nach
unten durch eine Wand eines für den Abzug der Konvertergase bestimmten Kamins hindurch
in Richtung auf die Öffnung des in einer bestimmten Stellung befindlichen Konverters
verlaufen. Eine Schurre, die in dieser Weise zweimal durch eine Wand geführt ist,
weist den Nachteil auf, daß sie nur verhältnismäßig kleine Schrotteile weiterzugeben
vermag, da sich andernfalls die Schrotteile allzu leicht in den Wandungen verklemmen.
Ein vorheriges Zerkleinern der Schrotteile ist jedoch nicht wirtschaftlich.
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Bei einer Vorrichtung zum Vorwärmen von Kalk durch die Abgase eines
Konverters ist es bekannt, eine Schüttrinne zu benutzen, deren Seitenwände auf die
Mündung des Konverters hin konvergieren. Der in etwa faustgroßen Brocken angelieferte
Kalk wird zunächst mit Hilfe von Haltesieben in der Schüttrinne gespeichert. Nach
Vorwärmen des Kalkes durch die Abgase des Konverters werden die Haltesiebe umgelegt,
so daß der Kalk in den Konverter hineinfällt. Dabei dienen die konvergierenden Seitenwände
lediglich als Hilfsmittel zum Einführen in die verhältnismäßig enge Öffnung des
Konverters.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Schnellchargieren von Stahlwerksöfen anzugeben, wodurch
die Nachteile der bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Art behoben
werden und wodurch insbesondere der Vorgang des Chargierens wesentlich abgekürzt
und der Schrott mit Sicherheit in die Schmelze des Stahlwerkofens befördert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß Schrott am oberen Ende auf die anfänglich leere, nach oben und zum Austragsende
hin offene und zum Austragsende konvergierende Rutsche mit einer Wucht aufgegeben
wird, die im Zusammenwirken mit der Beaufschlagung der Schrottteile untereinander
und der Rutschenwandung durch diese Teile zu einer Ausrichtung der Schrotteile in
Rutschenlängsrichtung während des Gleitens auf der Rutsche führt, wobei die anfängliche
Wucht so groß gewählt wird, daß der Schrott auf der Rutsche stets in Gleitbewegung
gehalten wird und beim Verlassen der Rutsche ein zum Übertritt in den Ofen ausreichendes
Moment besitzt.
Dadurch wird einmal erreicht, daß der Chargiervorgang
zeitlich beträchtlich verkürzt wird. Insbesondere wird durch die so bewirkte Ausrichtung
der größeren Schrotteile verhindert, daß während des Chargierens Stauungen auftreten
und so der Vorgang verzögert wird. Weiterhin werden die Schrotteile derartig beschleunigt,
daß sie mit Sicherheit in die Schmelze des Ofens gelangen. Darüber hinaus wird durch
die Beschleunigung des Zufuhrv organges das Abkühlen der Auskleidung- des Stahlwerkofens
weitgehend vermieden, was sich wiederum in günstiger Weise auf die Lebensdauer der
Auskleidung auswirkt.
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Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
der Schrott beim Chargieren größerer Schrottmengen in Teilmengen intermittierend
aufgegeben, wobei der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Teilmengen am Aufgabeende
größer als die durch die Ausrichtung während des Gleitens eintretende Verzögerung
gewählt wird.
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Dadurch wird erreicht, daß der auf die Rutsche aufgegebene Schrott
jederzeit in ausreichender Weise die Möglichkeit hat, sich nicht nur nach oben oder
nach vorn, sondern auch nach hinten auszudehnen und dadurch der Rutschenform anzupassen,
ohne daß bereits nachrutschender Schrott den Ausrichtvorgang verhindert.
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Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung mit einer
geneigten Rutsche zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Rutsche in Längsrichtung
zum Austragsende hin und in Querrichtung muldenartig konvergierende Seitenwände
besitzt und am Aufgabeende breiter als die größte Abmessung irgendwelcher zu überführender
Schrotteile und am Austragsende schmaler als die größte Abmessung mindestens einiger
Schrotteile ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Vorrichtung ist ein zur Zufuhr des
Schrottes zu der Rutsche bestimmter kippbarer Behälter mit einer Mehrzahl von relativ
zueinander geneigten Auflageflächen versehen, die nacheinander stärker als der Beharrungswinkel
des Schrottes geneigt werden, wenn der kippbare Behälter stetig zur Rutsche hin
gekippt wird. Dadurch wird das erfindungsgemäße intermittierende Aufgeben des Schrottes
auf die Rutsche bewirkt.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. In diesen Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines in gestrichelten Linien angedeuteten
sauerstoffbeblasenen Konverters und einer Chargiervorrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht
auf die Chargiervorrichtung in abgesenkter Stellung, Fig. 3 einen Schnitt nach der
Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht gemäß der Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5
einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 2 und Fig. 6 eine Teilansicht einer Zapfenlagerung
gemäß einer bevorzugten- Ausführungsform der Erfindung. In den Zeichnungen bezeichnet
das Bezugszeichen 10
den Konverter in der Blasstellung, das Bezugszeichen
11 den Konverter in der geneigten Stellung und das Bezugszeichen
12 den Pfannenkran, welcher über dem Konverter 10 und der Chargierbühne 13,
auf dem die Chargiervorrichtung 14 läuft, angeordnet ist. Der Pfannenkran
12 dient dazu, die Chargierpfannen mit geschmolzenem Metall zu befördern.
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Die Chargiervorrichtung 14, welche auf Schienen 15 und 16 läuft,
besteht aus einem Wagen oder einer Basis 17, welcher von rechteckförmig zusammengefügten
horizontalen Trägern gebildet wird und Räder 18, 19,
20 und 21 aufweist, die
in entsprechend dimensionierten Lagern gelagert sind. Auf dem Wagen 17 befinden
sich vertikale Ständer 22, 23, 24 und 25, welche durch horizontale Querträger 26,
27, 28 und 29 untereinander verbunden sind. Zwischen den Ständern 22 und 23 und
zwischen den Ständern 24 und 25 sind Diagonalträger 30 und 31 in solcher
Weise angeordnet, daß ihr Neigungswinkel größer ist als der Beharrungswinkel, unter
dem der Stahlschrott noch in seiner Ruhelage verharren kann. Durch umfangreiche
Versuche konnte der günstigste Winkel zwischen 25 und 3Q° ermittelt werden. Zwischen
den Diagonalträgern 30 und 31 befindet sich eine Mehrzahl von dicht
beieinander liegenden Querträgern, die für eine sehr starre Unterstützung und Ausrichtung
der Rutsche 32 sorgen.
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Die Ausrichtungsrutsche 32, in der sich der Schrott niemals in stationärem
Zustand befindet und in der er, bevor er in den Konverter gelangt, ausgerichtet
wird, hat einen dreieckförmigen Boden 33, dessen Spitze in der Nähe des Austragsendes
37 der Rutsche liegt.
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Auf dieser Rutsche 32 gleitet der Schrott mit erheblicher Wucht abwärts.
Die Seitenwände 34 und 35 begrenzen die Lage des Schrottes, welcher an dem Ende
36 aufgegeben wird und am Austragsende 37 abläuft, und sorgen für dessen Ausrichtung,
so daß der Schrott in den Konverter 11 geschleudert wird.
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Die Seitenwand 34, der Boden 33 und die Seitenwand 35 stellen ein
trogartiges Gebilde dar, das zwischen der Seitenwand 34 und dem Boden 33 und zwischen
der Seitenwand 35 und dem Boden gekrümmt ist. Die Seitenwände der Rutsche
32 konvergieren insbesondere in konischer Weise zum Austragsende 37 hin. Die Krümmungen
zwischen den Seitenwänden 34 und 35 einerseits und dem Boden 33 andererseits sind
überall mit dem gleichen Krümmungsradius ausgeführt, doch vermindert sich der Abstand
zwischen den Punkten, an denen die Krümmung in den Boden 33
übergeht, vom
Aufgabeende 36 bis in die Nähe des Austragsendes 37 ständig, wo letztlich der Boden
in einen Punkt ausläuft, so daß ein Halbkreis entsteht, von dem die Seitenwände
34 und 35 in vertikaler Richtung abgehen oder einen nach oben divergierenden Verlauf
nehmen, so daß die Öffnungen am Aufgabeende 36 und am Austragsende 37 in Bodennähe
enger sind als an der Oberseite.
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Da der Durchmesser der Mündung von üblichen Konvertern etwa 2 m beträgt,
wird in der Praxis der Krümmungsradius in der Größe zwischen 45 und 90 cm gewählt.
Die Rutsche 32 besteht aus einem sehr verschleißfesten Werkstoff, wie beispielsweise
stark kohlenstoffhaltigem Stahl oder Manganstahl. Der Bogen 33 und die Seitenwände
34 und 35 werden verstärkt, um der hohen Beanspruchung durch den fallenden und gleitenden
Schrott widerstehen zu können.
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Jenseits der Ständer 23 und 25, welche in der Mitte der Längsachse
des Wagens 17 angeordnet sind, befindet sich der Ladebehälter 38, der in
der Einfüllstellung in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Der Behälter
38 besteht vorzugsweise aus einem flachen Boden 39, einer mit Stufen versehenen
Schrägfläche 40, Seitenwänden 41 und 42, einer Rückwand 43 und einem Abgabeende
44. An der Unterseite des Bodens 39 und der Schrägfläche 40 sind zur Verstärkung
Gruppen von Querträgern 45 und 46 angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
schließen die Querträger 45 mit den Querträgern 46 einen stumpfen Winkel ein. Die
Seitenwände41 und 42 sind in vertikaler Richtung an den Querträgern 45 und 46 befestigt
und können auch vorzugsweise (nicht dargestellt) in Richtung
auf
das Abgabeende 44 geringfügig divergieren. An den Seitenwänden 41 und 42 sind außen
zur Versteifung vertikale Verstärkungen angebracht. Die Rückwand 43 verschließt
die entsprechenden Enden der Seitenwände 41 und 42 am Ende des Wagens 17. Zur Verstärkung
sind an der Rückwand 43 Knotenbleche angeordnet.
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Die abgestufte Schrägfläche 40, welche gegenüber dem Boden 39 einen
stumpfen Winkel bildet, weist eine Mehrzahl von sägezahnähnlich ausgebildeten Stufen
auf, die mit den Bezugszeichen 47, 48 und 49 versehen sind. Gegenüber der Neigung
des ersten Teils der Schrägfläche 40 weist die Stufe 47 einen geringeren Neigungswinkel
gegenüber der Horizontalen auf (s. Fig. 5). Der Neigungswinkel der beiden folgenden
Stufen 48 und 49 gegenüber der Horizontalen ist ebenfalls kleiner als der der jeweils
vorhergehenden Stufe. Die gegenüber der Horizontalen von dem ersten Teil der Schrägfläche
40, der Stufe 47, der Stufe 48 und der Stufe 49 gebildeten Winkel, welche bei einem
stetigen Kippen des Behälters 38 die Abgabe des Schrottes steuern, sind mit den
Bezugszeichen h, L, lIT und N bezeichnet. Die Zufuhr ist beendet, wenn der
Behälter 38 in seiner Extremstellung steht, die in den Fig. 1 und 5- mit gestrichelten
Linien eingezeichnet ist.
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Der Behälter 38 ist mit Zapfenlagern 50 und 51 verschwenkbar gelagert.
Diese Lager befinden sich vorzugsweise an den Ständern 23 und 25.
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Mit zwei Strömungsmittelantrieben 52 und 53 wird das für die Kippung
des Behälters 38 erforderliche Drehmoment erzeugt. Diese Antriebe können beliebige,
auf dem Markt verfügbare Hy draulikanordnungen sein. Der Motor 54 und die Pumpe
55 liefern den erforderlichen Strömungsmitteldruck zur Betätigung der Antriebe 52
und 53.
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Die Lagerzapfen 56 und 57 sind an den Seitenwänden 41 und 42 des Behälters
38 angebracht und über die Hebelarme 58 bzw. 59 mit den Antrieben 52 bzw. 53 verbunden.
Der auf dem Wagen 17 angeordnete Tank 60 speichert das Druckmittel. Auf der Oberseite
des Wagens 17 und unterhalb der Rutsche 32 ist ein .Motor 61 angeordnet, der über
ein Untersetzungsgetriebe 62 und Antriebszahnräder 63 das Laufrad 20 antreibt, um
die gesamte Chargiervorrichtung 14 zum Konverter hin und von ihm fort zu bewegen.
Der Führerstand 64 befindet sich zwischen der Rutsche 32 und dem Behälter 38. Die
Energiezufuhr für die Chargiervorrichtung erfolgt über ein Kabel, welches auf einer
Kabeltrommel 65 angeordnet ist.
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Im Betrieb wird der Konverter nach Fortnahme der Beheizung in die
geneigte, punktiert angedeutete Stellung 11 bewegt und die Chargiervorrichtung 14
in die in Fig. 1 dargestellte Stellung gebracht, indem man eine geeignete, nicht
dargestellte elektrische Steuerung bedient. Durch Betätigung eines nicht dargestellten
Steuerventils wird den Antrieben 52 und 53 Strömungsmittel zugeführt, so daß sich
die Hebelarme 58 und 59 auf einem bogenförmigen Weg, entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung,
bewegen und den Behälter 38 kippen. Vom Aufgabeende 44 des Behälters 38 fließt,
sobald der Winkel K größer geworden ist als der Beharrungswinkel des Schrottes,
die erste Schrottmenge zum Aufgabeende 36 der Rutsche 32. Der übrige Teil des Schrottes
bleibt aber in ruhendem Zustand, selbst wenn der erste Teil der Schrägfläche 40
des Behälters 38 einen Winkel einnimmt, der größer ist als der Beharrungswinkel.
Wenn der Behälter 38 weiter gekippt wird, verläßt die nächste Schrottmenge die Stufe
47, sobald der Winkel L größer ge-,vorden ist als der Beharrungswinkel. Bei noch
weiterer Kippung des Behälters 38 fließen die weiteren Schrottmengen von den Stufen
48 bzw. 49 ab, sobald die Winkel M bzw. N größer geworden sind als der Beharrungswinkel
des Schrottes. Diese graduelle, intermittierende Speisung, die durch die Neigungswinkel
der verschiedenen Stufen gesteuert wird, ist von ganz besonderer Bedeutung, da die
Ausrichtung des Schrottes in der Rutsche 32 nur erfolgen kann, wenn bestimmte wichtige
Faktoren berücksichtigt werden. Ohne Ausrichtung kann kein Schrott von dem Behälter
38, welcher die gesamte Schrottcharge enthält, in den Konverter eingebracht werden,
da das Aufgabeende 44 wesentlich größer ist als die Mündung des Konverters.
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Es ist eine bekannte Tatsache, daß ein beliebiger Körper, der nachfolgend
mit b bezeichnet werden soll und dessen Anfangsgeschwindigkeit Null ist, auf einer
schiefen Ebene durch die Komponente der Schwerkraft, die parallel zur Ebene verläuft,
abzüglich der hindernden Reibungskräfte, abwärts bewegt wird. Wenn der Körper b
nicht über eine schiefe Ebene gleitet, deren Neigungswinkel größer ist als der Beharrungswinkel
von b, heißt dies, daß die hindernden Reibungskräfte größer sind als der Antrieb
der Schwerkraft. Diese Reibungskräfte bei einer konvergierenden Rutsche, die stärker
geneigt ist als der Beharrungswinkel von b, werden nicht nur verursacht durch die
Reibung an der Rutsche, sondern auch durch die Keilwirkung, die man im allgemeinen
als Verklemmen bezeichnet. Umfangreiche Versuche mit einer Rutsche 32 mit einem
Gewicht von 22 t haben gezeigt, daß zur Beseitigung des Verklemmens und damit zur
entsprechenden Ausrichtung des Schrottes, welcher Bekannterweise äußerst unangenehm
zu handhaben ist, die nachfolgenden Punkte berücksichtigt werden müssen: 1. Die
Rutsche 32 ist zu Beginn jedes neuen Abgabevorganges leer, d. h., sie enthält keinen
Schrott in stationärem Zustand. Wenn Schrott in ihr vorhanden wäre und weiterer
Schrott vom Behälter 38 zugeführt wird, würde der neue Schrott den in der Rutsche
32 noch vorhandenen Schrott verkeilen und den Abfluß in solchem Maße stören, daß
die Verstopfung in der Rutsche32 nur noch zu beseitigen ist, indem man den Schrott
mit Schweißbrennern zerteilt.
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2. Der Schrott muß gleich zu Beginn eine sehr starke Beschleunigung
erfahren, damit er gleich beim Beginn der Gleitbewegung ausgerichtet wird und beim
Reiben und Auftreffen an den Krümmungen der Rutsche 32 noch genügend kinetische
Energie hat, um alle Störungen durch Verdrehen, Verkanten oder Verbiegen zu beseitigen
und am Austragsende 37 ausgerichtet abzufließen.
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3. Die Rutsche 32 ist mit dem wirksamsten Neigungswinkel zu versehen,
welcher durch Versuche ermittelt wird.
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4. Die Rutsche 32 konvergiert in Längsrichtung zum Abgabeende 37 hin,
um den Schrott in Längsrichtung auszurichten.
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5. Die Rutsche 32 ist mit einer besonderen Krümmung auszubilden, die
die Reibung zwischen den beaufschlagten Oberflächen stark vermindert und auch die
Gleichgewichtszustände in dem Schrott verändert, um das Drehen, Verkanten und Verwinden
des Schrottes zu fördern.
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6. Der Behälter 38 muß der Rutsche 32 den Schrott intermittierend
zuführen, damit der Rutsche 32 vor der nächsten Zufuhr genügend Zeit zu ihrer Entleerung
verbleibt, da sonst mit Sicherheit Verklemmungen zu erwarten sind. In der Praxis
hat sich herausgestellt, daß, wenn innerhalb gewisser
Zeit zuviel
Schrott zugeführt wird, in der Rutsche zu wenig Platz zum Verdrehen, Verkanten und
Verwinden verbleibt. Wenn jedoch zwischen aufeinanderfolgenden Zuführungen ein Zwischenraum
von nur 3 Sekunden verblieb, trat keine Verklemmung auf.
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7. Der Boden 33 der Rutsche 32 ist flach, um die Möglichkeit einer
Verkeilung in vertikaler Richtung zu vermeiden, die leicht auftreten kann, wenn
im Schrott Träger oder gebündeltes Material vorhanden sind.
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B. Die Seitenwände 34 und 35 der Rutsche 32 divergieren nach oben
bzw. konvergieren nach unten, um die in dem Schrott vorhandene Wucht nicht durch
Verklemmungen zu vermindern, wenn der Schrott vor der Ausrichtung an den Seitenwänden
der Rutsche hochsteigt.
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Die hier vorliegende Vorrichtung ist in der Lage, eine Charge von
20 t Schrott in etwa 1 Minute in den Konverter einzubringen. Das Anheben des Behälters
38 erfolgt stetig, doch ergibt sich die Zufuhr des Schrottes auf Grund der Stufen
in kurzen, aufeinanderfolgenden Intervallen. Die Zeit, die die Rutsche 32 benötigt,
um eine Zufuhrmenge auszurichten und den ausgerichteten Schrott abzugeben, ist veränderlich
und richtet sich nach der Art des Schrottes, sie übersteigt aber niemals 3 Sekunden.
Nachdem der Behälter 38 die in punktierten Linien angedeutete Stellung erreicht
hat, wird er durch die Bedienung eines nichtdargestellten Steuerventils in die Beladestellung
abgesenkt und die Chargiervorrichtung 14 vom Konverter fort zum Vorratsbunker gefahren,
um eine neue Schrottladung aufzunehmen.
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Es ist ersichtlich, daß die Verkippung des Behälters abweichend von
der beschriebenen Ausführungsform in verschiedener Weise, beispielsweise durch Zylinder,
Zahnradsegmente, Kräne, Winden u. dgl., vorgenommen werden kann. Anstatt am Wagen
17 einen Fahrantrieb vorzusehen, kann auch ein Traktor, eine Lokomotive u. dgl.
verwendet werden, um die Chargiervorrichtung 14 vom Beladeraum vor die Konverter
zu fahren. Des weiteren kann der Behälter 38 an dem übrigen Teil der Chargiervorrichtung
abnehmbar angebracht sein, um ihn mit einem Kran oder ähnlichen :Mitteln von der
Chargiervorrichtung fort oder zu ihr hin zu bewegen, wenn nicht die vollständige
Chargiervorrichtung auf der Chargierbühne 13 hin und her gefahren werden soll. Falls
es erwünscht ist, den Behälter 38 abnehmbar anzubringen, kann eine Lagerzapfenanordnung
66 vorgesehen werden, wie sie die Fig. 6 zeigt, um das Aufsetzen des Behälters 38
auf den Wagen 17 und das Abnehmen zu erleichtern.