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(i) Einsatzgebiet
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Die Erfindung gehört zu den Einrichtungen für kokslose schmelzmetallurgische Verarbeitung von Abfällen der metallurgischen Produktion (Schlacken, Hochofenstaubarten, Ölzunder usw.) sowie von Bunt- bzw. Eisenmetallerzen, die unter anderem schwer schmelzbare Formationen enthalten, und in herkömmlichen Öfen (Hoch-, Schachtofen usw.) schwer zu verarbeiten sind, wie zum Beispiel Titan-Magnetik-Erzen.
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(ii) Stand der Technik
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Bei der Verarbeitung von Abfällen der metallurgischen Produktion in solchen Arten von Öfen wie Hoch-, Schachtöfen und dgl. ist die vorhergehende Vorbereitung des Beschickungsgutes zum Schmelzen (Anreicherung, Brikettierung, Pelettierung und Agglomeration des Beschickungsgutes) erforderlich. Auf diesem Stadium betragen die unwiederbringlichen Verluste von Eisen mehr als 20–25% (der Hauptanteil der Verluste fällt während der Erzanreicherung an). Als Brennstoff ist in solchen Öfen nur teuerer und defizitärer großstückiger Koks einsetzbar. Außerdem beträgt der Staubabgang mit den ausströmenden Gasen gewöhnlich 15% und mehr vom Gewicht des Beschickungsgutes. All das zusammen macht die herkömmlichen Schmelztechnologien bei der Verarbeitung von armen Erzen und technogenen Abfällen ökonomisch unrentabel und ökologisch gefährlich und die Arbeit der Öfen unter diesen Umständen lässt sich schwer automatisieren und wird unkontrollierbar. Andererseits fordert die Verarbeitung solcher eisenarmen Erze wie Titan-Magnetik-Erzen die hochgenaue Steuerung der im Ofen verlaufenden Prozesse.
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Am meisten aussichtsreich vom ökonomischen und ökologischen Standpunkt sind zurzeit die Wanjukow-Öfen und Öfen von ähnlichem Typ, in denen sich kokslose schmelzmetallurgische Verarbeitung von Stoffen vollzieht, die Bunt-, Eisenmetalle und schwer schmelzbare Formationen enthalten. Allerdings weisen solche Öfen eine Reihe von Mängeln auf.
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Während des Schmelzens und der Reduktion von metallurgischen Rohstoffen, besonders denjenigen, die schwer schmelzbare Stoffe enthalten, wie Titan-Magnetik-Erzen, entstehen wesentliche Probleme, die mit der Bildung von schwer schmelzbaren Ansätzen an verschiedenen Ofenteilen verbunden sind, was die Betriebsfähigkeit des Ofens beeinträchtigt oder zu großen Unfällen führt. Ebenfalls kommt es im Laufe des Ofenbetriebs bei der Erhöhung der Schlackenzähigkeit zum mechanischen Einfang des Metalls durch die Schicht der aus der Schmelzwanne herausgelassenen Schlacke, was zu Metallverlusten mit dem Schlackenstrom führt. Um diese Probleme zu vermeiden, muss man über Möglichkeit einer überwachten lokalen Erhitzung an der Grenze der Schlacken- und Metallphase verfügen.
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Außerdem zeigen die aus dem Betrieb von Metallurgieöfen gewonnenen Erfahrungen, dass für deren effiziente Arbeit die kontinuierliche Aufrechterhaltung von Sollwerten des Schlacken- und Metallniveaus, und was noch wichtiger – die Aufrechterhaltung des Niveaus deren Scheidelinie, erforderlich ist.
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Es ist ein Einzonenofen für kontinuierliches Schmelzen von Sulfid-Stoffen in der flüssigen Wanne bekannt, die einen rechteckigen Schacht, ein Senkkastenmantel mit Blasformen, Sohle und Vorrichtungen zum Schlacken- und Steinabstich (Siphons) aufweisen. Der Siphon für den Schlackenabstich ist mit dem Ofenschacht mit Hilfe eines Überlauffensters in der Stirnwand des Ofens verbunden und ist mit den Elektroden ausgerüstet. Die im Siphon willkürlich aufgestellten Elektroden dienen zur Erwärmung, der senkrechten Zirkulation und der Temperaturstabilisierung der oberen Schlackenschicht, deren Höhe der Tieflegung der Elektroden gleich ist. Dabei wird das Niveau des Metalls und der Schlacken in der Wanne durch die Veränderung der Höhe von Abgussschwellen der Siphons für den Abstich von flüssigen Schmelzprodukten reguliert (1316367, F27B17/00, veröffentlicht am 15.03.1988r.).
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Der Mangel dieser Erfindung besteht darin, dass auf der Scheide der oberen und unteren Ebenen (Oberflächen) der flüssigen Metall- und Schlackenschmelze sich schwer schmelzbare Verbindungen ansammeln, was mit der Zeit zur Verwachsung der Wände und Siphonabstichöffnungen führt sowie willkürliche Niveauveränderungen der Metall- und/oder Schlackenschmelze im Siphon nach sich zieht. Im Ergebnis entsteht die Notwendigkeit einer Not- bzw. erzwungenen Abstellung des Ofens.
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Andererseits, ist es unmöglich, eine lokale Erhitzung an der Metall-Schlacken-Grenze im Siphon bei minimalem Verbrauch der Elektroenergie und anderer Brennstoffarten zu erzeugen. Dies gestattet seinerseits nicht, den mechanischen Einfang des Metalls durch die Schicht der aus der Schmelzwanne herausgelassenen Schlacke zu verhindern, was Metallverluste mit dem Schlackenstrom verursacht.
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Noch ein Mangel dieses Ofens ist die Schwierigkeit der Aufrechterhaltung des notwendigen Metall- und Schlackenniveaus im Ofen, da die Idee der Höhenregulierung der Abflussschwellen je nach der Zusammensetzung des Beschickungsgutes in der Praxis unrealisierbar wird. Zum Beispiel ist bei der Verarbeitung von technogenen metallurgischen Abfällen die Veränderungshäufigkeit der Zusammensetzung des Beschickungsgutes sehr hoch und wird nicht kontrolliert, und die Höhenverstellung der Abflussschwellen erfordert wegen ihrer Verwachsung durch schwer schmelzbare Verbindungen die Abstellung des Ofens.
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Die am nächsten liegende technische Lösung ist der Wanjukow-Ofen für kontinuierliches Schmelzen von Stoffen, die Bunt-, Eisenmetalle und schwer schmelzbare Formationen enthalten (das Patent der
Russischen Föderation Nº 2242687 , F27B17/00, veröffentlicht am 20.12.2004). Der Ofen weist eine unten rechteckige und im Oberteil ausgedehnte, mit Senkkasten versehene Wanne auf, quer verlaufende Scheidewände, die den Ofenschacht in die Kammer des Oxydationsschmelzens des Beschickungsgutes und die Kammer für die Reduktion der Schlackenoxyde teilen, wobei die Kammern mit Blasformen ausgestattet sind. Der Ofen weist des Weiteren auf: eine abgestufte Sohle, einen Siphon mit den Öffnungen für den Schlacken- und Metallphasenabstich, Rohre zur Ableitung von Gasen aus der Kammer für Oxydationsschmelzen und der Reduktionskammer, eine Einrichtung für die Beschickung der Reduktionskammer mit Feststoffen, Einrichtung für die Beschickung der Kammer für Oxydationsschmelzen mit Feststoffen. Diese Konstruktion unterscheidet sich dadurch, dass die untere Kante der Scheidewand seitens der Kammer für Oxydationsschmelzen um 5–15 Durchmesser der Blasform der Kammer für Oxydationsschmelzen tiefer als die Achsen dieser Blasformen positioniert ist. Die obere Kante dieser Scheidewand ist um 2,5–4,5 Entfernungen zwischen der Achse der Blasformen der Reduktionskammer einerseits und der Schwelle der Öffnung für den Schlackenabstich andererseits höher angeordnet.
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Die Hauptmängel der oben erwähnten Erfindung sind die Folgenden. Im Laufe des Ofenbetriebs kommt es zur Bildung und Ansammlung von schwer schmelzbaren Verbindungen zwischen den Kanälen für den Schlacken- und Metallabstich, was seinerseits gefährliche Notsituationen hervorrufen kann, zum Beispiel die vollständige Verstopfung des Siphon-Querschnitts. Die lokalen schwer schmelzbaren Stoffe können sich ebenfalls an verschiedenen Elementen des Siphons aufschmelzen oder als Treibstellen ansetzen. Die fehlende Möglichkeit ihrer operativen Entfernung verringert Stabilität und Zuverlässigkeit des kontinuierlichen Ofenbetriebs.
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Außerdem führt die Unmöglichkeit der ständigen oder operativen Temperaturveränderung an der Berührungsgrenze der oberen Metallschicht und der unteren Schlackenschicht in der Siphonwanne zu Metallverlusten, das vom zähflüssigen Schlackenstrom mechanisch fortgetragen wird.
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Die Unmöglichkeit der Durchführung einer kontinuierlichen bzw. regelmäßigen, zum Beispiel in Abständen von 10–15 Minuten, Kontrolle des Metall- und Schlackenniveaus verringert die Steuerbarkeit der technologischen Prozesse in der Ofenwanne.
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Es ist auch nicht möglich, das Eindringen der Schlacke in den Kanal für den Metallabstich auszuschließen, was zu einem Grund für das Zustandekommen des minderwertigen Metalls werden kann und später die zusätzliche Schlackenabsonderung vom dem aus dem Ofen ausgelassenen Metall fordern wird.
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In den lokalen Zonen des Gasableitungsrohres dieses Ofens, wie auch in allen herkömmlichen Schacht-, Hoch- und Wirbelbettöfen, kommt es zur Ansammlung des feindispersen Kohlenstoffes, was zu Explosionen mit großen Zerstörungen und tragischen Folgen für das Bedienungspersonal führen kann.
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Die erfindungsmäßige Ofenkonstruktion ermöglicht die Lösung einer Reihe technischer Aufgaben. Erstens, wird Möglichkeit geboten, zusätzliche Wärme unmittelbar in die Zone des Aufeinandertreffens der oberen Metallschicht und der unteren Schlackenschicht bzw. an die Stellen des Ansammelns der schwer schmelzbaren Verbindungen ununterbrochen oder mit einer praktisch unbegrenzten Häufigkeit hinzuleiten. Dies gestattet, die Schlackenzähigkeit zu verringern und ohne Abstellung des Ofens die Treibstellen der schwer schmelzbaren Stoffen nicht nur an den Wänden sondern auch in allen Zonen des Siphons, an der Sohle und in den Überlaufkanälen zu schmelzen.
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Zweitens, erlaubt die Erfindung, automatisch oder ferngesteuert nach der Anfrage des Operators die Niveauveränderung von Schlacken und Metall in der Siphonwanne zu kontrollieren und die Steuerungsbefehle für Aufrechterhaltung der Sollwerte rechtzeitig zu senden. Die Möglichkeit der direkten Messung des Niveaus des Metalls und der Schlacken ermöglicht deren Abstichs aus der Ofenwanne auf Vollständigkeit zu kontrollieren, infolgedessen verschwindet die Eindringungsgefahr von Schlacken in den Kanal für den Metallabstich.
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Drittens, wird im erfindungsgemäßen Ofen die Möglichkeit der Ansammlung von feindispersen kohlenstoffhaltigen und anderen brennbaren Stoffen in den Gasableitungsrohren ausgeschlossen, welche Gase in den senkrechten Ständern der erwähnten Rohre verbrannt werden und die abgesonderte Wärme wird durch das System der Verdampfungsabkühlung der Ständer für die nachfolgende Nutzung abgeführt.
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Viertens, kann der Siphon des Ofens für die Schlacken- und Metallraffination eingesetzt werden, zum Beispiel für die Entfernung solcher unerwünschten Beimischungen wie Phosphor, Schwefel u. a.
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(iii) Offenbarung der Erfindung
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Die Lösung der höher erwähnten technischen Aufgaben wird dadurch erreicht, dass im Ofen fürs Schmelzen in flüssiger Wanne von Stoffen, die Bunt-, Eisenmetalle und schwer schmelzbare Formationen enthalten, der einen mit Senkkästen ausgestatteten Schacht aufweist, der durch eine quer verlaufende Scheidewand in die Schmelz- und die Reduktionskammer aufgeteilt wird, die mit oberen und unteren Blasformen ausgestattet sind; weiterhin weist der Ofen eine Sohle, mindestens einen Siphon für die Ansammlung und Auslassen des Metalls und der Schlacke durch entsprechende Kanäle, der mindestens ein Fenster im unteren Teil der Stirnwand aufweist; die Vorrichtung zum Laden des Beschickungsgutes und der Feststoffe in die Schmelz- und die Reduktionskammer; mindestens ein in der Ofendecke installiertes Rohr für die Ableitung der Gase, ERFINDUNGSGEMÄSS ist der Siphon zusätzlich mit einer Buchse ausgestattet, die so ausgelegt ist, dass darin eine Elektrode eingeführt und bewegt werden kann; mit einem Block zur Elektrodenmanipulation; mit einer Stromquelle; mit einem Kontroll-, Mess- und Automatikblock; dabei ist das Oberteil der Elektrode mit der Stromquelle und dem Kontroll-. Mess- und Automatikblock verbunden, und der Ausgang des Letzteren ist seinerseits mit dem Eingang des Manipulationsblocks gekoppelt, der durch den Antriebsmechanismus der Elektrode deren senkrechte Pendelbewegung sowie deren Abweichung von der senkrechten Achse gewährleistet.
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Auf der Sohle des Ofens, in der Nähe des Fensters, im unteren Teil der Siphonstirnwand kann eine Erdungseinrichtung installiert werden.
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Die Buchse kann mit einem Ventil ausgerüstet sein.
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Der Siphon kann in seinem oberen Teil einen Kanal für die Gasableitung aufweisen, der mit der über den Blasformen gelegenen Zone des Ofenschachts kommuniziert.
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Das Rohr für die Gasableitung kann einen Ständer zum Nachbrennen von in den Ofengasen enthaltenen brennbaren Stoffen aufweisen.
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Zwischen der Ofendecke und der unteren Kante des Ständers des Gasableitungsrohres kann eine Einrichtung für die Regulierung der Verdünnungsgrades unter der Ofendecke und die Luftzufuhr installiert werden.
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Die Ofensohle Ofens kann eben, abgestuft oder geneigt ausgeführt sein.
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Die quer verlaufende Scheidewand zwischen der Schmelz- und der Reduktionskammer kann ein oder mehrere Fenster aufweisen, die an den unteren Rändern der Scheidewand angeordnet sind.
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(iv) Beschreibung der Zeichnung
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Das Wesen der Erfindung wird anhand der Zeichnung erklärt.
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In der 1 ist der Längsschnitt des erfindungsgemäßen Ofens vorgestellt. Die Konstruktion des Ofens weist auf: einen mit Senkkästen ausgerüsteten Schacht 1; Blasformen der unteren Reihe 2, 3 (die Anzahl der Blasformen hängt von der Größe und der Produktivität des Ofens ab); Blasformen der oberen Reihe 4; die quer verlaufende Scheidewand 5 (dargestellt wird die fensterlose Variante); die Schmelzkammer des Ofens 6; die Reduktionskammer des Ofens 7; den Siphon 8 mit dem Kanal für die Gasableitung 9, verbunden mit über den Blasformen gelegener Zone des Ofens (es kann mehrere Siphons geben, abhängig von der territorialen Lage des Ofens in der Werkhalle und dem Sortiment der hergestellten Erzeugnisse: Schlacke, Metall, Steine etc.); die Stirnwand 10 mit dem Fenster im unteren Teil für den Überlauf der Schmelze aus der Reduktionskammer 7 in den Siphon 8; die Elektrode 11, die in den Siphon durch die Buchse 12 in seinem Dach eingeführt wird; der Manipulationsblock 13 mit Antriebsmechanismus 14 der Elektrode 11; die Stromquelle 15 und den Kontroll-, Mess- und Automatikblock 16 (mit Sensoren), verbunden mit dem oberen Ende der Elektrode 11, dabei ist der Ausgang des Kontroll-, Mess- und Automatikblocks 16 mit dem Eingang des Manipulationsblock 13 verbunden. Der Ofen weist auch das Rohr für die Gasableitung 17 mit dem Ständer 18 für das Nachbrennen der abgeleiteten Gase auf; die Einrichtung für die Regulierung des Verdünnungsgrades unter der Ofendecke und die Luftzufuhr 19; die vom Gehäuse des Ofens isolierte Erdungseinrichtung 20; die Einrichtung zum Laden des Beschickungsgutes oder der Feststoffe in die Schmelzkammer des Ofens 21; die Einrichtung zum Laden der Feststoffe (der Reduktionsmittel) in die Reduktionskammer des Ofens 22.
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(v) Beispiele der Realisation der Erfindung
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Der Ofen funktioniert auf folgende Weise.
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Das Beschickungsgut mit Flusszusätzen und dem Festbrennstoff wird durch die Einrichtung 21 auf die Oberfläche der durch Blasen barbotierte Schlackenschmelze in die Schmelzkammer 6 geladen. Die Barbotage der Schmelze und Oxydierung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes erfolgen mit Hilfe der Zuführung in die Schmelze des sauerstoffhaltigen Blasens durch Blasformen 2 in den Seitenwänden des Ofens, die in der zum vollständigen Verbrennen von brennbaren Komponenten und zur maximalen Wärmeabgabe erforderlichen Anzahl angelegt wurden. Infolge der intensiven Vermischung und der Wärmeentwicklung durch das Brennstoffverbrennen schmilzt das feste Beschickungsgut rasch und bildet homogene Schlacke, die je nach ihrer Ansammlung in Wanne der Schmelzkammer 6 über die obere Kante der, Scheidewand 5 in das Oberteil der Reduktionskammer 7 hinüberließt. Für das Funktionieren dieses Abschnitts des Ofens ist es notwendig, dass die untere Kante der Scheidewand 5 von der Seite der Schmelzkammer her tiefer liegt, als die Achse der Reihe von Blasformen 2, und zwar um 5–15 Durchmesser der Öffnung von Blasformen 2. Bei der Kantentiefe weniger als 5 Durchmesser der Blasformen 2 wird die in die Schmelzkammer geladene Kohle von der Schlacke in die Reduktionskammer fortgetragen und in der Schmelzkammer selbst wird das Verhältnis Kohlenstoff/Sauerstoff und das Wärmebilanz gestört. Infolgedessen kommt es zur Abkühlung der Schlacke und ihrer Festigung in der Schmelzzone. In einigen Fällen, und zwar bei wesentlicher Differenz der durch das technische Reglement vorgeschriebenen Schmelz- und Reduktionstemperaturen der Stoffe, werden durch Blasformen 2 und 3 auch das Erdgas oder andere Energieträger in die Kammern 6 oder 7 zusätzlich eingeblasen.
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Heiße gasförmige Produkte CO, H und andere werden, nachdem sie die obere Fackelreihe der Blasformen 4 erreicht haben, nachgebrannt, dabei geben sie die Wärme an die Partikeln des Materials (der Schlacke usw.) in der barbotierenden Schicht sowie auf den Spiegel der Schlackenschicht in den Wannen der Kammern 6 und 7. In die Oberschicht der barbotierten Schmelze in der Reduktionskammer 7 werden durch die Einrichtung zum Laden der Feststoffe 22 feste kohlenstoffhaltige Stoffe in Form von Kohle gegeben und wenn es gemäß der Materialbilanz des Schmelzens erforderlich, werden zusätzlich Flussstoffe einschließlich Sulfidisatoren beigemengt. Die Kohle wird in der Menge verabreicht, die für die Reduktion von aus Metallen entnommenen Oxiden und für die Kompensation des Wärmeaufwandes erforderlich ist. Die Barbotage der Schmelze wird zur Beschleunigung des Wärme- und Masseaustausches sowie zur Oxydierung des Brennstoffes bis zum erforderlichen Kohlenstoff- (CO) und Wasserstoffgehalt in der Zone der chemischen Reaktion in der Schmelze durch die Zuführung des sauerstoffhaltigen Blasens durch die Reihe von Blasformen 3 aufrechterhalten. Als Ergebnis der Reduktionsreaktion und, wenn notwendig, der Sufidierung in der Reduktionskammer bildet sich die Metall- oder Sulfidphase, deren Tröpfchen zum Boden der Reduktionskammer sinken und aus dem Ofen durch den entsprechenden Kanal ausgelassen werden. Die Schlacke, an Bunt- und Eisenmetalle verarmt, wird durch den Schlackenabstichkanal im Siphon 8 ausgelassen. Die Gase der Reduktionskammer, die CO und H2 enthalten, werden zur Brennstoffeinsparung und Senkung deren Toxizität nachgebrannt, indem das sauerstoffhaltige Blasen durch die Reihe von Blasformen 4 zugeführt wird. Dabei geben die über die Blasformen befindlichen Ofengase, bevor die Wanne des Siphons 8 bis zur Höhe des Schlackenabstichkanals gefüllt wird, dank der Kommunikation des Gasableitungskanals 9 des Siphons 8 mit der oberen Zone der Reduktionskammer des Ofens ihre Wärme an die Elemente des Siphons 8 und die darin befindlichen Schlacken ab. Es schließt, einerseits, das Erstarren des Metalls und der Schlacke im Siphon 8 aus, und, andererseits, schließt es das Entstehen der heftigen thermischen Spannungen aus, sowohl in Futterungsstoffen des Siphons 8 als auch in seinen metallischen Konstruktionselementen.
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In dem Maße wie der Siphon 8 sich mit der Schlacke bis zur Höhe des Schlackenabstichkanals auffüllt, wird der letztere geöffnet und der Schlackenabstich beginnt. Dann, nachdem der Strom zu den Blöcken 16 und 13 gegeben wird, wird mit Hilfe des Blocks 13 die Elektrode 11 durch die Buchse 12 in den Siphon 8 eingeführt. Dabei dringt das Ende der Elektrode 11, indem es das die Durchgangsöffnung der Buchse 12 bedeckende und im Normalzustand geschlossene Ventil (auf der Zeichnung nicht dargestellt) zurückstoßt, in die innere Höhle des Siphons 8 ein. Danach wird auf die Elektrode 11 der Niederspannungsstrom von der Stromquelle 15 gegeben und aufgrund der Verfolgung der Veränderungen des Charakters (Frequenzeigenschaften) sowie der von der Elektrode 11 verbrauchten Stromstärke und Spannung, aber auch durch die Messung des Eintauchens der Elektrode, bestimmt man den zeitlichen Moment der Berührung der Schlackenschicht durch die Elektrode 11 und fixiert man das obere Niveau der Schlacke im Siphon 8. Dann wird das Eintauchen der Elektrode mit Hilfe des Blocks 13 fortgesetzt. Beim Eintritt der Elektrode 11 in die Zone der Grenze zwischen der Metall- und Schlackenschicht wächst der Strom in der Elektrode 11 rapide bis zum Wert, der dem Kurzschluss nah ist, was vom Block 16 fixiert wird, und Block 13 wird die senkrechte Umstellung der Elektrode 11 stoppen. Das entsprechende Gerät im Block 16 wird die Metallhöhe im Siphon aufzeigen. Wegen der Energieeinsparung wird danach der Elektrode 11 in das Regime «der gleitenden Bewegung» versetzt oder man geht in das Regime der Pendelbewegung der Elektrode mit experimentell gewählten Frequenz und Amplitude über. Werden die Schlacke und das Metall durch die entsprechenden Kanäle ununterbrochen ausgelassen, wird das Niveau des Metalls im Siphon 8 mit gewisser Reserve höher als das Niveau des Metallabstichkanals gehalten.
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Während des Betriebs des Ofens bilden sich gewöhnlich schwer schmelzbare Ansätze an verschiedenen Teilen des Siphons 8. Außerdem können einzelne Futterungs- und Umhüllungsstoffe einstürzen und das untere Fenster des Schmelzerückflusses aus der Kammer 7 in die Höhle des Siphons 8 teilweise abdecken oder den Metallabstichkanal verstopfen. In solchen Fällen arbeitet man mit Hilfe des Blocks 13 durch die Abweichung der Elektrode 11 in der Buchse 12 von der Senkrechten auf die Entstehung des elektrischen Bogens zwischen dem unteren Ende der Elektrode 11 und der Erdungseinrichtung 20 hin, was erlaubt, die schwer schmelzbaren Formationen und Ansätze zum Schmelzen zu bringen.
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Nach der Sammlung von experimentell erhobenen Abhängigkeiten zwischen der Ladung der Stoffe, der Reduktionszeit und dem Veränderungstempo des Niveaus von Metall, Schlacken und schwer schmelzbaren Formationen wird in der Zone das Niveau des Metalls in der Wanne des Siphons 8 periodisch angehoben (zum Beispiel durch Verdecken oder vollständige Schließung des Metallabstichkanals) und die schwer schmelzbaren Formationen durch Schlackenkanal des Siphons ausgelassen, danach erfolgt die überwachte Zurücksetzung des Metallniveaus bis zum durch das technologische Reglement vorgegebenen Niveau. Nach der Einstellung der normalen oder reglementierten Werte der Ladungsströme, des Reduktionsgrades, des Niveaus der Schlacke und des Metalls wird auf eine beliebige Weise das Ausmaß der mechanischen Metallverluste mit dem Schlackenstrom bestimmt. Übersteigen diese Verluste die technologisch zulässigen Werte, so wird bei dem vorgegebenen Metallniveau im Siphon 8 auf die Elektrode 11, deren Ende an der Grenze von Metall- und Schlackenschichten positioniert ist, eine solche Spannung gegeben, bei der zwischen den Metall- und Schlackenschichten sich die Wärme freisetzt, die für die Senkung der Schlackenzähigkeit ausreichend ist. Dabei wird der mechanische Einfang des Metalls durch den überhitzten Schlackenstrom bis zu minimalen Ausmaßen herabgesetzt.
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Die Gase, die sich dabei intensiv freisetzen, gelangen durch den Gasableitungskanal 9 unter die Ofendecke und geben ihre Wärme den schwebenden Partikeln der barbotierten Schlackenschicht der Reduktionskammer 7 ab.
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In den Regimes, die keine Notwendigkeit des Einsatzes der Elektrode 11 für das Erreichen der hier beschriebenen positiven Effekte vorsehen, wird die Elektrode aus dem Siphon 8 mit vollständiger oder teilweiser Abschaltung von der Stromquelle 15 herausgenommen. Dies gestattet seinerseits, die Elektroenergie zu sparen und verringert den Verbrauch des Elektrodenmaterials.
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Es muss darauf hingewiesen werden, dass das Vorhandensein der Elektrode 11 zusammen mit Elementen 13, 14, 15 und 16 es ermöglicht, den Siphon gleichzeitig für die Raffination des hergestellten Metalls, Steins oder der Schlacken zu verwenden.
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Das Vorhandensein des Blocks 19 als Bestandteil des erfindungsgemäßen Ofens ermöglicht das Verbrennen von hinausgetragenen feindispersen Partikeln und anderen brennbaren Stoffen im Ständer 18 des Gasableitungsrohres 17, und die Rückführung der Verbrennungsprodukte (Asche usw.) wieder in den Ofen. Aus der sich dabei freisetzenden Wärme bekommt man im Ständer mit Verdampfungsabkühlung den hoch saturierten Dampf. Dies schließt nicht nur die Möglichkeit der Explosionen aufgrund der Ansammlung von feindispersen kohlenstoffhaltigen Partikeln in den ”Schattenzonen” der Gasableitungsrohre aus sondern auch erlaubt es, den hocherhitzten Dampf für die nutzbringende Verwendung zu gewinnen, zum Beispiel für die Elektroenergieerzeugung im Dampferzeuger. Wir möchten auch anmerken, dass das Vorhandensein des Blocks 19 mit geöffneten Luftzufuhrkanälen den Dampf- und Gasdruck auf die Ofenkonstruktionselemente wesentlich abschwächt, sollte infolge eventueller Durchbrüche der kühlenden Senkkästen das Wasser in die Schmelze im Ofen (Temperatur 1500–1900°C) gelangen.
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Auf diese Weise erlaubt die Gesamtheit der kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen Ofens den langfristigen Betrieb des Ofens gemäß dem technologischen Reglement mit der Aufrechterhaltung der minimalen mechanischen Verluste von Metallen zu gewährleisten; gleichzeitig wird die Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit des Ofens infolge der Steuerbarkeit von Schmelzprozessen erhöht; die Effektivität der Wärmenutzung der abgeleiteten Gase erhöht sich.
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Zusammenfassung
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Ofen fürs Schmelzen in flüssiger Wanne von Stoffen, die Bunt-, Eisenmetalle und schwer schmelzbare Formationen enthalten
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Die Erfindung gehört zu den Einrichtungen für schmelzmetallurgische Verarbeitung von Abfällen der metallurgischen Produktion, die insbesondere schwer schmelzbare Formationen enthalten.
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Es wird ein Ofen vorgeschlagen, der einen mit Senkkästen ausgerüsteten Schacht aufweist, der durch die quer verlaufende Scheidewand in die Schmelz- und die Reduktionskammer des Ofens aufgeteilt wird, die mit Blasformen der oberen und der unteren Reihe ausgerüstet sind; eine Sohle; einen Siphon für die Ansammlung und Auslassen von Metall und Schlacken durch die entsprechenden Kanäle mit einem Fenster im unteren Teil der Stirnwand; die Einrichtung zur Ladung des Beschickungsgutes und der Feststoffen in die Schmelz- und die Reduktionskammer; ein Rohr für die Gasableitung. Gemäß der Erfindung ist der Siphon zusätzlich mit mindestens einer Buchse ausgerüstet, wo eine Elektrode eingeführt und bewegt werden kann; einem Block für die Manipulation der Elektrode; einer Stromquelle; einem Kontroll-, Mess- und Automatikblock; dabei ist das Oberteil der Elektrode mit der Stromquelle und dem Kontroll-, Mess- und Automatikblock verbunden, und der Ausgang des Letzteren seinerseits ist mit dem Eingang des Manipulationsblocks gekoppelt, der mittels eines Elektrodenantriebs deren senkrechte Pendelbewegung sowie deren Abweichung von der senkrechten Achse gewährleistet.
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Die Erfindung gestattet, einen langfristigen Betrieb des Ofens mit der Aufrechterhaltung der minimalen mechanischen Metallverluste zu gewährleisten sowie die Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit des Ofens zu erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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