DE192681C

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Publication number: DE192681C
Application number: DENDAT192681D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 192681 KLASSE 21 h. GRUPPE -ΘΓ

Bei dem gewöhnlichen Hochofenprozesse muß, wie bekannt, der Kohlenzusatz gegenüber dem Erze so groß gehalten werden, daß der Brennstoff sowohl für die Reduktion des Erzes als auch für die Schmelzung des reduzierten Metalles genügt. Die hierbei durch die Verbrennung des Brennstoffes erzeugte Hitze kann indessen nicht so hoch erhalten werden, daß das ausreduzierte Eisen in reinem Zustand erhalten wird, sondern es ist für die Schmelzung erforderlich, daß das Eisen einen ziemlich großen Kohlengehalt aufnimmt, so daß es in Roheisen übergeführt wird und dadurch einen niedrigeren Schmelzpunkt erhält. Es ist schon in Vorschlag gebracht worden," zur Ermöglichung einer direkten Herstellung von Schmiedeeisen aus Erz in den unteren Teil des Hochofens elektrische Energie einzuführen, um die für die Schmelzung des reduzierten Eisens erforderliche Temperatursteigerung zu bewirken, ohne daß das Eisen so viel Kohle aufzunehmen braucht, daß Roheisen gebildet wird, sowie gleichzeitig dadurch, daß das ausreduzierte geschmolzene Metall unter Einwirkung der zugeführten elektrischen Energie auf hoher Temperatur erhalten wird, eine Reinigung des Metalls zu erzielen.

Die bisher in Vorschlag gebrachten Verfahren zur Zuführung der elektrischen Energie haben sich jedoch nicht als genügend praktisch erwiesen, indem sie nicht das Konzentrieren einer so großen Energiemenge ermöglichen , wie sie hier zur Erreichung eines günstigen Ergebnisses erforderlich ist. Läßt man z. B. bei Schachtöfen die schmelzende oder geschmolzene Masse den Leitungswider-. stand eines elektrischen Stromkreises niedriger Spannung bilden, so wird der Querschnitt der Schmelzmasse auch bei einer beträchtliehen Hinausziehung der Länge des Schmelzherdes so bedeutend, daß die Strommenge, welche der erforderlichen Energieentwicklung entspricht, zu groß ausfällt, um praktisch erzeugt werden zu können. Andererseits sind bei der für Hochöfen vorgeschlagenen Transformatoranordnung in der bisher bekannten Ausführungsform die Bedingungen für die Erzielung einer gleichförmigen Erhitzung der geschmolzenen Masse nicht in genügender Weise vorhanden.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun. einen Ofen dieser Art, bei welchem das Zuführen der elektrischen Energie in einer völlig zufriedenstellenden Weise und in derartigem Umfang stattfindet, daß die zur Erreichung des betreffenden Prozesses erforderliche Temperatur erreicht werden kann. Die Erfindung ist ebenso wie die Schneidersche Konstruktion darauf gegründet, daß die elektrische

Energie der geschmolzenen Masse durch Induktion mittels eines wechselnden Magnetfeldes zugeführt wird. Von der älteren Konstruktion unterscheidet sich die vorliegende Erfindung jedoch dadurch, daß die ganze Masse gleichförmig induziert wird, wodurch das geschmolzene Metall gleichmäßig erhitzt und die Erzielung eines gleichförmigen Produktes gesichert wird. Dies

ίο wird durch eine besondere Konstruktion des Ofens ermöglicht, indem dieser gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgeführt wird, daß dessen Herd, wie bei den bisherigen Tiegel-Induktionsöfen, einen geschlossenen Kreis gleichförmigen oder nahezu gleichförmigen Querschnitts bildet und als induzierter Teil eines elektrischen Transformators oder Generators angeordnet ist, dessen Eisenkern den genannten geschlossenen Kreis durchsetzt. Hierdurch kann in dem Herdmaterial selbst, wenn dieses elektrisch leitend ist, oder in der geschmolzenen Metallmasse ein das Schmelzbad erhitzender Sekundärstrom induziert werden, der den für die Durchführung des betreffenden Prozesses erforderlichen Wärmezuschuß liefert.

Da die obere Fläche des Schmelzbades gänzlich oder zum wesentlichen Teil unbedeckt ist, so ist es einleuchtend, daß sich diese Wärme aufwärts in die darüberliegenden nicht geschmolzenen Teile der Beschickung verbreitet und dadurch einerseits die Schmelzung des ausreduzierten Metalles beschleunigt, ehe es einen größeren Kohlengehalt aufgenommen hat, andererseits auch zur Beschleunigung der Reduktion beiträgt.

Die hier angegebene Vorrichtung ist sowohl für Hochöfen, bei denen ein wesentlicher Teil der Wärmeentwicklung durch

Verbrennung eines Überschusses von Brennstoff mittels eines Gebläses, wie auch für andere Schachtöfen beliebiger Konstruktion mit oder ohne Gebläse verwendbar, bei welchen die elektrisch zugeführte Wärme die

wesentlichste Rolle spielt. Bei öfen dieser letzteren Art kann die Beschickung bei Behandlung von Erzen zweckmäßig derart ausgeführt werden, daß die Kohlenmenge gerade dem für die Reduktion erforderlichen Betrage entspricht, wobei die in dem Herde entwickelte Wärme sich aufwärts verbreitet und sowohl für' die Reduktion als für die Schmelzung des ausreduzierten Metalles verwertet wird. Die entweichenden Gas.e, welche in diesem Falle zum wesentlichsten Teil aus Kohlenoxyd bestehen, können in bekannter Weise in den über der Reduktionszone liegenden Teilen des Schachtes verbrannt werden, um die Beschickung vorzuwärmen, oder auch aufgesammelt und für andere Zwecke benutzt werden.

In gewissen Fällen kann es hier zweckmäßig sein, die inneren Teile des Herdes in bekannter Weise aus einem elektrisch leitenden Material herzustellen, so daß diese einen Tiegel oder geschlossenen Kreis um das geschmolzene Metall bilden und gleichfalls von den den zentralen Teil des Herdes durchsetzenden magnetischen Kraftlinien induziert werden, wodurch eine Vergrößerung der Wärmeentwicklung ermöglicht wird.

Die Erfindung ist beispielsweise in der beiliegenden Zeichnung in einigen Ausführungsformen veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι einen senkrechten Schnitt eines Hochofens nach dieser Erfindung,

Fig. 2 einen wagerechten Schnitt desselben nach der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt desselben nach der Linie III-III in Fig. 2. .

Fig. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt einer anderen Ausführungsform eines Hochofens bzw. Schachtofens gemäß dieser Erfindung.

Fig. 5 stellt einen senkrechten Schnitt einer dritten Ausführungsform eines Schachtofens mit Transformatoranordnung gemäß dieser Erfindung dar.

Fig. 6 ist ein wagerechter Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt senkrecht zu dem in Fig. 5 dargestellten. Der in Fig. 5 dargestellte Schnitt ist nach der Linie V-V in Fig. 7 und der in Fig. 7 dargestellte ist nach der Linie VII-VII in Fig. 5 genommen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 ist der Ofenschacht 1 ringförmig' gestaltet, und zwar in der ganzen Höhe des Ofens, indem in ihm ein zentraler Kern 2 vorgesehen ist.' Unten ist dieser Kern hohl, und in einer gewisssen Entfernung über dem Boden ist ein gleichfalls hohles Gewölbe 3 zwischen dem Kern und der Ofenwand vorgesehen. Gerade unter dem genannten hohlen Gewölbe ist im Ofenboden ein Kanal vorgesehen, der mit dem unteren Ende des Kanals in dem zentralen Kern in Verbindung steht. In dem auf diese Weise gebildeten U-förmigen, von dem Ofenraum durch das Mauerwerk wärmeisolierten Kanäle ist ein Eisenkern 4 der bei Transformatoröfen gewöhnlichen Anordnung angebracht; er ist mit einer Primärwicklung 5 versehen, die durch Wechselstrom geeigneter Frequenz gespeist wird und auf dem äußeren Schenkel des Eisenkernes, wie dargestellt, oder auf einer der übrigen oder gegebenenfalls auf sämtlichen Seiten des Eisenkernes angeordnet werden kann. Wie ohne weiteres ersichtlich, bildet der Ofenherd hier einen

geschlossenen Kreis um den zentralen Teil des Eisenkernes, so daß das im Herde gesammelte geschmolzene Metall den sekundären Kreis eines Transformators bildet, dessen übrige Teile von dem Eisenkern 4 und der Primärwicklung 5 gebildet sind. Der Herd wird in gewöhnlicher Weise mit Abstichöffnungen 6 und 7 für das Metall bzw. die Schlacke versehen, wobei die Öffnung 6 ein wenig über der Sohle des Herdes angebracht werden soll, so daß nach jedem Abstich ein geschlossener Leiter genügenden Querschnitts zur Aufnahme der Energie des elektrischen Ofens immer im Ofen zurückbleibt. Soll der Ofen unter gleichzeitiger Zufuhr von Wind verwendet werden, so kann er mit Gebläsedüsen entsprechender Anordnung versehen werden. Die Beschickung wird oben in bei Schachtöfen gewöhnlicher Weise eingeführt, und der Betrieb ist kontinuierlich. Die Wirkungsweise im übrigen ist aus der obigen Beschreibung ohne weiteres ersichtlich. Wenn eine genügende Menge geschmolzenen Metalles angesammelt worden ist, wird Abstich gemacht, und es ist ersichtlich, daß wegen der verhältnismäßig langen Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Abstichen, während welcher das geschmolzene Metall auf einer hohen Temperatur erhalten wird, dasselbe einer wirksamen Raffinierung ausgesetzt wird, so daß ein Produkt hoher Qualität bei zweckmäßiger Beschickung erhalten werden kann.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform uuterscheidet sich von . der in Fig. 1 bis 3 dargestellten hauptsächlich dadurch, daß der zentrale' Kern 2 nur in dem unteren Teile .des Schachtes angeordnet ist. Im übrigen ist die Transformatoranordnung dieselbe wie die oben angegebene.

Die in Fig. 5 bis 7 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von den obigen dadurch, daß der Herd wie auch der Schacht von rechteckigem Querschnitt ist, sowie dadurch, daß der Transformator mit doppeltem Eisenkern zwecks Erreichung einer symmetri- ' sehen Anordnung ausgeführt ist. Der Schacht ist außerdem in zwei gleiche, von einander durch eine Zwischenwand 8 getrennte Teile 9, 10 geteilt, die nur unten miteinander durch den rechteckigen, einen geschlossenen Kreis bildenden Herd in Verbindung stehen. Die Zwischenwand 8 kann in dem weitesten Teile des Schachtes gegebenenfalls weggelassen werden.

Wie leicht ersichtlich, kann die Erfindung bei jeder beliebigen Konstruktion des Schachtes verwendet werden, wenn nur der untere Teil derart ■ ausgeführt wird, daß er einen geschlossenen Kreis bildet, welcher ein Induzieren des in demselben gesammelten geschmolzenen Matalles bzw. des Herdmateriales selbst mittels eines oder mehrerer, den Herd durchsetzender magnetischer Kreise ermöglicht.

Um eine zu starke Erhitzung des Eisenkernes zu verhindern, kann man bei sämtlichen Ausführungsförmen eine Kühlung mittels Luft oder Wasser oder anderer geeigneter Kühlmittel anwenden, die man durch oder um den Eisenkern strömen läßt. Wenn ein längs der ganzen Höhe des Ofenschachtes hinziehender zentraler Mauerwerkskern im Ofen verwendet wird, wird dieser zweckmäßig hohl gestaltet, wie beispielsweise in Fig. ι dargestellt ist, um einen an den den Eisenkern enthaltenden Raum sich anschließenden Lüftungskanal zu erhalten, welcher wie ein Schornstein wirkt und eine genügende Menge kalter Luft zwecks Kühlung des Eisenkernes durchlassen . kann, wodurch mechanische Einrichtungen zu diesem Zwecke gegebenenfalls überflüssig werden.

Es ist ersichtlich, daß die Verwendung dieser öfen nicht auf die Reduktion von Eisenerz beschränkt ist. Sie können beispielsweise auch mit Vorteil zur kontinuierlichen Schmelzung und Raffinierung von Roheisen mit geeigneten Zusätzen von Schrot oder Erz oder anderer Gemische zwecks Herstellung schmiedbaren Eisens oder Stahls hoher go Qualität verwendet werden. Sie dürften außerdem überhaupt für Reduktion beliebiger Metalloxyde verwendbar sein, bei denen das Metall in flüssigem Zustande bei der Reduktion erhalten wird, beispielsweise Aluminium, indem der auf elektrischem Wege zugeführte Wärmezuschuß die Erreichung jedes beliebig hohen Temperaturgrades ermöglicht, der für die Durchführung metallurgischer Prozesse erforderlich ist. Auch für Zinkschachtöfen kann die Erfindung benutzt w.erden, wenn beispielsweise ein beliebiger geschlossener Leiter, der bei den etwa vorkommenden Temperaturen nicht zerstört oder vergast wird, auf dem Boden des Ofens zwecks Aufnahme der elektrisch zugeführten Wärme angebracht wird.

Claims

Patent-Ansprüche:

I. Schachtofen zur kontinuierlichen Verarbeitung von Erzen und anderen Stoffen, bei welchem die zur Reduktion und zum Schmelzen erforderliche Wärme durch in der Schmelzmasse induzierte Ströme erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Herd als eine wagerechte, in sich geschlossene Rinne von

gleichförmigem oder annähernd ■ gleichförmigem Querschnitt ausgebildet ist, die in bekannter Weise von einem mit Primärspule versehenen Eisenkern umfaßt wird.
2. Schachtofen gemäß Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß die im mittleren Teile des Herdes vorgesehene, zur Aufnahme des Eisenkerns dienende Höhlung des Mauerwerkes mit einem durch den Schacht aufwärts verlaufenden Kanal in Verbindung steht, in welchem die erwärmte Luft aufsteigt und kalte, den Eisenkern kühlende Luft nachsaugt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen,