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Runder Drehstrom-Elektroofen mit einem Vierelektrodensystem, insbesondere
Reduktionsofen für die elektrothermische Zinkgewinnung Die Erfindung betrifft einen
runden oder annähernd runden dreiphasigen Elektroofen, insbesondere einen Reduktionsofen
für die elektrothermische Zinkgewinnung, mit einem Schlackenbad als Widerstand,
der mit vier durch die Ofendecke geführten Elektroden ausgerüstet ist.
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In Elektroöfen mit Schlackenbädern, insbesondere bei Zinkreduktionsöfen,
ist im allgemeinen die Ausmauerung in der Höhe des Schlackenbades, ganz besonders
aber in der Zone des Schwermetallsumpfes, einem starken Verschleiß sowohl durch
chemischen Angriff als auch im Falle des Zinkreduktionsofens durch mechanische Zerstörung
infolge von Zinkinfiltration unterworfen. Sowohl der chemische Angriff als auch
die Zinkinfiltration können, da sie zum größten Teil an den Mauerfugen beginnen,
durch eine starke Fugenpressung teilweise oder vollständig unterbunden werden. Die
Fugenpressung kann in dem Mauerwerksverband von Rundöfen ungleich größer gemacht
werden als in eckigen Öfen, weil bei Rundöfen die Mauerwerkskräfte allein durch
Zugkräfte im Ofenpanzer abgefangen werden, während hingegen die bei eckigen Öfen
auftretenden Kräfte nur unzureichend durch kostspielige biegesteife Armierungen
kompensiert werden müssen. Als Rundöfen in diesem Sinne sind auch annähernd runde
Öfen, z. B. elliptische Öfen, anzusprechen, bei denen noch auf eine biegesteife
Armierung verzichtet werden kann. Bei vergleichbaren Betriebsbedingungen haben wegen
der höheren Fugenpressung runde und annähernd runde Öfen eine erheblich längerer
Lebensdauer als eckige Öfen. Wenn trotz dieses Vorteils der längeren Lebensdauer
Rundöfen nicht allgemein angewendet werden, dann ist gerade bei Elektroöfen mit
Schlackenbädern, insbesondere bei Reduktionsöfen für die elektrothermische Zinkgewinnung,
der Grund darin zu suchen, daß die bisher angewandten elektrischen Schaltungsarten
für die Elektroden entweder für Rundöfen nicht anwendbar oder daß mit ihnen keine
optimalen Betriebsbedingungen zu erzielen sind.
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Bei Elektroöfen mit Schlacken- oder Salzbädern, die durch eingetauchte
Elektroden beheizt werden, ist der elektrische Widerstand nicht in allen Teilen
des Bades gleich. Um trotz dieses örtlich und zeitlich unterschiedlichen Widerstandes
des Schlackenbades eine bestimmte elektrische Energie in das Bad einzubringen, ist
eine möglichst unabhängige Spannungsveränderung zwischen den einzelnen Elektroden
und Stromveränderung in den einzelnen Elektroden erforderlich.
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Es ist bekannt, daß diese elektrischen Forderungen allein optimal
nur durch eine Sechselektrodenanordnung erfüllt werden können. Bei dieser Schaltungsart
sind jeweils zwei Elektroden an einen Einphasenregeltransformator angeschaltet.
Die drei Einphasenregeltransformatoren sind primärseitig symmetrisch an das Drehstromnetz
angeschlossen. Bei vollständig geschlossenen Reduktionsöfen sind für diese Schaltung
sechs Deckeldurchbrüche für die Elektroden erforderlich, außerdem setzt diese Schaltung
einen langgestreckten Rechteckofen voraus.
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Es sind langgestreckte Öfen, insbesondere Glasschmelzöfen, bekannt,
in denen die Anzahl der Elektroden von sechs auf fünf in einer Reihe stehender Elektroden
dadurch reduziert werden konnte, daß die Elektroden an die jeweils um 2 n/n gegeneinander
phasenverschobenen Spannungen eines Mehrphasensystems angeschlossen sind, und die
dadurch gekennzeichnet sind, daß die Spannung jeder Phase für sich veränderbar ist
und die an einem aufgeteilten Eckpunkt des Spannungs-n-Eckes entstehende resultierende
Spannung an zwei eine zusätzliche Heizstrecke bildende Elektroden gelegt ist. Auch
diese Schaltungsart ist nicht ohne weiteres in Verbindung mit einem Rundofen verwendbar.
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Der Nachteil der sechs bzw. fünf Deckendurchbrüche wird bei einer
ebenfalls bekannten Dreielektrodenanordnung zur Stromübertragung auf Salzbäder oder
ähnliche Flüssigkeitsbäder vermieden. Die Elektroden haben in diesem Fall zwei oder
mehrere Anschlußstellen längs der Elektroden, von denen mindestens eine unterhalb
des Badspiegels liegt. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß während des
normalen Betriebes mindestens eine der unter dem Badspiegel liegenden Anschlußstellen
in Parallelschaltung mit mindestens einer über dem Badspiegel liegenden Anschlußstelle
mit der Stromquelle verbunden ist. Diese Schaltung ist aber nicht
für
Bäder geeignet, bei denen ein starker Elektrodenabbrand stattfindet.
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Ferner ist bekannt, daß auch mit einer normalen Dreielektrodendrehstromanordnung
unter Verwendung eines entsprechenden Vierschenkeldrehstromtransformators oder bei
Verwendung von drei Einphasenregeltransformatoren die Phasenspannung verändert werden
kann. Der Nachteil dieser Anordnung liegt in der Tatsache, daß man die Phasenspannung
nur in kleinen Grenzen ändern kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehstrom-Elektroofen mit
einem Vierelektrodensystem und einem Schlackenbad als Widerstand, insbesondere einen
Reduktionsofen für die elektrothermische Zinkgewinnung, und ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Ofen rund oder annähernd rund, z. B. elliptisch, mit einem Verhältnis des
längsten zum kürzesten Wandabstand zur Ofenachse kleiner als 1,2 ausgebildet ist
und daß die vier Elektroden elektrisch an die vier Anschlüsse angeschaltet sind,
die man erhält, wenn man die drei Sekundärwicklungen zu einer an einer Stelle offenen
Dreieckschaltung zusammenschaltet. Sie gestattet erstmalig die Benutzung eines Elektroofens
mit großer Fugenpressung, der gleichzeitig mit einem Elektrodensystem ausgestattet
ist, das alle Nachteile der oben angeführten Schaltungen nicht hat.
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Die höhere Fugenpressung führt zu einer größeren Lebensdauer des Mauerwerks.
Die Verwendung von drei Energiefeldern bei nur vier Elektroden ermöglicht eine sehr
gleichmäßige Erwärmung der Schlakkenbadoberfiäche, wodurch insbesondere bei Zinkreduktionsöfen
eine für das Verfahren vorteilhafte homogene Abreaktion der Mischung auf der ganzen
Oberfläche erreicht wird.
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Bei kurzfristig auftretenden Unterschieden des Übergangswiderstandes
von den einzelnen Elektroden zum Schlackenbad erlaubt die in weiten Grenzen mögliche
Variation der Spannungen an den einzelnen Feldern stets die jeweils erforderliche
Energie einzubringen.
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Ein beispielhaftes Schema der erfindungsgemäßen Anordnung der vier
Elektroden in einem Rundofen ist in der Abbildung dargestellt.
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Die vier Elektroden 1 bis 4 sind an die Sekundärspulen von z. B. drei
Einphasenregeltransformatoren I bis III angeschlossen. Primärseitig sind die Transformatoren
symmetrisch an das Drehstromnetz angeschaltet. Bei dieser Anschaltungsart ist es
möglich, die Spannung zwischen den Elektroden 1 und 2, 2 und 3 sowie 3 und 4 in
weiten Grenzen zu verändern. Wird z. B. die Sekundärspannung am Transformator II
geändert, dann ändert sich nur die Spannung zwischen den Elektroden 2 und 3; die
Spannung zwischen den Elektroden 1 und 2 bzw. 3 und 4 bleibt unverändert. Bei Änderung
der Eintauchtiefe der Elektroden wird durch Elektrode 1 der Strom in 1 und 2, durch
Elektrode 4 der Strom in 3 und 4 verändert. Nur bei Verstellung der Elektroden 2
oder 3 ändert sich der Strom in zwei Stromkreisen, und zwar bei Verstellung der
Elektrode 2 der Strom in den Elektroden 1, 2 und 3 und bei Verstellung der Elektrode
3 der Strom in 2, 3 und 4.
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Die Hauptenergiefelder befinden sich zwischen den Elektroden 1-2,
2-3 und 3-4. Sind die drei Phasenspannungen gleich, dann. ist die Spannung zwischen
den Elektroden 1 und 4 gleich Null Volt und der Strom in den Elektroden 2 und 3
ist um das "-fache größer als der Strom in den Elektroden 1 und 4, d. h., die an
zwei offenen Enden angeschlossenen. Elektroden 1 und 4 können einen kleineren Querschnitt
haben als die beiden anderen Elektroden. Die geometrische Anordnung der Elektroden
braucht nicht unbedingt symmetrisch zu sein. Der Achsenabstand zwischen den Elektroden
1-2, 2-3 und 3-4 soll etwa gleich groß sein, während der Abstand zwischen den Elektroden
1 bis 4 in gewissen Grenzen variiert werden kann. Der Achsenabstand dieser beiden
Elektroden soll aber mindestens die Hälfte des Abstandes der anderen Elektroden
betragen, weil bei unsymmetrischer Belastung auch zwischen den Elektroden 1 bis
4 eine Spannung auftritt. In einem Grundriß sind also die Achsen der Elektroden
auf den Eckpunkten eines Trapezes angeordnet, bei dem Grundlinie und Seitenlinien
etwa gleich lang sind und die vierte Strecke als Abstand zwischen den Elektroden,
an denen die beiden freien Enden der Transformatoren angeschaltet sind, nicht kürzer
als die halbe Grundlinie ist.