DE19517151C1 - Verfahren zum Schmelzen von Metallschrott und elektrischer Lichtbogenofen zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Me­ tallschrott im Innenraum eines elektrischen Lichtbogenofens, der mindestens eine Elektrode aufweist, bei dem während des Betriebes des elektrischen Lichtbogenofens über eine Einblas­ einrichtung in unmittelbarer Nähe der mindestens einen Elek­ trode ein Gas so in den Lichtbogenofen eingeblasen wird, daß es in der unmittelbaren Umgebung der jeweiligen Elektrode nach unten in den Ofenraum strömt.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrischen Lichtbo­ genofen mit einem Herd und einem Deckel sowie mindestens ei­ ner durch den Deckel in den Ofenraum ragenden Elektrode, wo­ bei mindestens eine in der Nähe der mindestens einen Elek­ trode im Deckel vorgesehene Einrichtung zum Einblasen von Gas in den elektrischen Lichtbogenofen vorgesehen ist.

Ein Verfahren sowie ein elektrischer Lichtbogenofen der ein­ gangs genannten Art sind in dem Hauptpatent 44 32 924 im einzelnen beschrieben. Mit diesem Verfahren sowie dem dazugehörigen Lichtbogenofen ist es in vorteilhafter Weise möglich, die zugeführte Energie in vorteilhafter Weise zu nutzen und durch geeignete Führung der Gasströme zu erreichen, daß der Wirkungsgrad beim Schmelzverfahren signifikant erhöht wird.

Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, daß es wünschens­ wert ist, den Schmelzvorgang bzw. das Schmelzverfahren dahin­ gehend zu unterstützen, daß der Wirkungsgrad weiter verbes­ sert und zugleich die Lebensdauer des elektrischen Lichtbo­ genofens bzw. seiner Elektrode oder Elektroden verlängert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Lichtbogenofen der eingangs genannten Art dahinge­ hend zu optimieren, daß der Wirkungsgrad verbessert und zugleich die Lebensdauer des Lichtbogenofens, insbesondere seiner Elektroden verlängert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, daß zusammen mit dem Gas ein pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmaterial einge­ blasen wird. Diese Maßnahme ist in vorteilhafter Weise dazu geeignet, das Schmelzverfahren in seiner Wirksamkeit zu unterstützen.

Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgese­ hen, daß ein pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmate­ rial eingeblasen wird, das aus Kohlenstoff besteht oder Koh­ lenstoffverbindungen enthält.

Alternativ oder zusätzlich ist bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren vorgesehen, daß ein pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmaterial eingeblasen wird, das Kalkverbindungen ent­ hält.

Wenn ein solches pulverförmiges oder feinkörniges Feststoff­ material zusammen mit dem Gas eingeblasen wird, trägt dies in vorteilhafter Weise dazu bei, daß der Elektrodenabbrand ver­ ringert wird, denn es kann auf diese Weise Elektrodenmaterial nachgeliefert werden, beispielsweise Kohlenstoff, da die Elektroden üblicherweise aus Kohlenstoff bestehen.

Weiterhin kann es beim Einblasen einer starken Gasströmung geschehen, daß die sich bildende schaumförmige Schlacke von den jeweiligen Elektroden weggeblasen wird. Durch die Zugabe von geeigneten Feststoffmaterialien, insbesondere Kalkverbin­ dungen kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, daß die schäumende Schlacke im Elektrodenbereich aufrechterhalten wird, so daß im Innenraum des Lichtbogenofens homogene Ver­ hältnisse herrschen und ein besonders hoher Wirkungsgrad beim Schmelzen erzielt wird.

Der elektrische Lichtbogenofen zeichnet sich gemäß der Erfin­ dung dadurch aus, daß der Einrichtung zum Einblasen von Gas Zuführungseinrichtungen für pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmaterial zugeordnet sind, derart, daß dieses Feststoffmaterial gemeinsam mit dem Gas einblasbar ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lichtbogenofens ist vorgesehen, daß der Einrichtung zum Einblasen von Gas Zuführungseinrichtungen für Kohlenstoff, Kohlenstoffverbindungen und Kalkverbindungen in pulverförmiger oder feinkörniger Form zugeordnet sind.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lichtbogenofens ist vorgesehen, daß die Einrichtungen zum Einblasen von Gas Ver­ wirbelungseinrichtungen aufweisen, derart, daß das pulverför­ mige oder feinkörnige Feststoffmaterial homogen verteilt ge­ meinsam mit dem Gas einblasbar ist.

Die Menge des pulverförmigen oder feinkörnigen Feststoffmate­ rials wird so eingestellt, daß die Wirkung der eingeblasenen Gasströmung nicht beeinträchtigt wird, derart, daß sich die gewünschte Zirkulation längs der jeweiligen Elektrode nach unten, von dort radial nach außen durch das zu schmelzende Material, anschließend längs der Innenwand des Lichtbogen­ ofens und im oberen Bereich dann radial nach innen ausbildet.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt

• - einen Querschnitt durch einen Lichtbogenofen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Man erkennt einen Lichtbogenofen 5a, der eine Gehäusewand 10 mit einer Basis 30 sowie einer oberen Wand aufweist, die bei­ spielsweise einen Deckel 20 aufweisen kann. Die gesamte Ge­ häusewand ist an der Innenseite mit einer Schicht oder Aus­ kleidung 80 aus feuerfestem Material versehen.

Von der Oberseite des Lichtbogenofens 5a ragt eine Elektrode 40 durch eine Elektrodenöffnung bzw. einen Spalt 55 in den Innenraum des Lichtbogenofens 5a hinein. In der Nähe der Elektrode 40 sind Einblaseinrichtungen in Form von Einblasdü­ sen oder Injektoren 90 angedeutet, die in dem Deckel 20 ange­ ordnet sind, aber auch unmittelbar im oberen Bereich des Lichtbogenofens 5a vorgesehen sein können.

Im Innenraum des Lichtbogenofens 5a erkennt man ferner einen Vorrat an Metallschrott 70, der teilweise bereits geschmolzen ist, wie es bei dem Bezugszeichen 75 angedeutet ist. Im obe­ ren Bereich des Lichtbogenofens 5a ist ein Abgasauslaß 60 vorgesehen, durch den Gas nach außen entweichen kann.

Im Betrieb eines derartigen Lichtbogenofens 5a wird ein ge­ eignetes Gas durch die Einblasdüsen oder Injektoren 90 einge­ blasen, wie es mit den Pfeilen E angedeutet ist. Die Injekto­ ren oder Einblasdüsen 90 können als Rohre oder in Form von sonstigen geeignet geformten Öffnungen ausgebildet sein, die ein Gas in den elektrischen Lichtbogenofen 5a einblasen.

Der Druckgradient, der durch das Einblasen des Gases nach un­ ten in den Lichtbogenofen 5a hervorgerufen wird, erzeugt einen Impuls bzw. eine Strömungsbewegung in der Richtung, die allgemein mit den Pfeilen F angedeutet ist. Das Gas, welches in dieser Richtung F strömt, dringt in den Schrott 70 ein und überträgt dadurch Wärmeenergie auf den Schrott 70. Der auf diese Weise vorgeheizte Schrott 70 schmilzt schneller als in einem herkömmlichen Lichtbogenofen. Infolgedessen wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Schrott gleichmäßig und in effizienter Weise mit geringeren Wärmeenergieverlusten schmilzt.

Die durch das Einblasen des Gases in den Lichtbogenofen 5a auf diese Weise erzeugte, im Querschnitt kreisförmige Bewe­ gung bewirkt außerdem einen Unterdruck unter der Elektroden­ öffnung bzw. dem Spalt 55 um die Elektrode 40 herum, mit der Folge, daß Gasemissionen durch die Elektrodenöffnung 55 nach außen reduziert werden. Weiterhin ist es so, daß Gas, welches durch den Abgasauslaß 60 nach außen entweicht, wie es mit dem Pfeil G angedeutet ist, bereits mit dem Schrott 70 in Kontakt gewesen ist und diesen durchströmt hat, so daß es einen we­ sentlichen Beitrag seiner verwendbaren Wärmeenergie an diesen abgegeben hat.

Auch wenn vorstehend in dem Lichtbogenofen 5a nur eine Elek­ trode 40 vorgesehen ist, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern auch an­ wendbar auf einen elektrischen Lichtbogenofen, der mehrere Elektroden aufweist und der beispielsweise mit Drehstrom ar­ beitet und dann drei Elektroden aufweist.

Die Auslegung und Konfiguration der Injektoren oder Einblas­ düsen 90 ist bei dem Verfahren und dem Lichtbogenofen gemäß der Erfindung so getroffen, daß die Gasströmungen erzeugt werden, die in der Zeichnung mit den Pfeilen E und F bezeich­ net sind, um die gewünschten Vorteile zu erzielen. Die genaue Position der Injektoren 90 und deren Anzahl ist nicht kri­ tisch. Wahlweise können die Injektoren in der Nähe der jewei­ ligen Elektrode parallel zu dieser einblasen; in anderen Fäl­ len ist es zweckmäßig, daß die Injektoren unter einem gewis­ sen Winkel zu der jeweiligen Elektrode angeordnet sind, um das Gas einzublasen und die nach unten gerichtete Gasströmung um die jeweilige Elektrode 40 herum und an dieser entlang zu erzielen, damit sich aufgrund der Einblasströmung E dann die kreisförmige Strömung F in dem Lichtbogenofen ausbildet.

Wird das vorstehend beschriebene Verfahren fortgesetzt, nach­ dem der Schrott 70 geschmolzen ist, so kann das Verfahren in vorteilhafter Weise auch dazu dienen, die Temperatur von ge­ schmolzenem Metall 75 zu erhöhen, nämlich dadurch, daß die Temperatur der Atmosphäre im Innenraum des elektrischen Lichtbogenofens 5a erhöht und die Geschwindigkeit der Gas­ strömung von dem elektrischen Lichtbogenplasma radial nach außen zum Umfang des Lichtbogenofens 5a aufrechterhalten wird. Die Verbrennung von Gasen im Innenraum des Lichtbogen­ ofens 5a kann dabei in vorteilhafter Weise unterstützt wer­ den, wenn ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder Sauerstoff selbst eingeblasen wird.

Insbesondere ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zusammen mit dem durch die Injektoren bzw. Einblasdüsen 90 eingebla­ sene Gas ein pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmate­ rial eingeblasen wird, um das Schmelzverfahren in seiner Wirksamkeit zu unterstützen. In der Zeichnung sind entspre­ chende Zuführungsbehälter oder Zuführungsrohre mit den Be­ zugszeichen 91, 92 und 93 angedeutet, die über eine Zufüh­ rungsleitung 94 an die jeweilige Einblasdüse 90 angeschlossen sind.

Insbesondere kann es sich bei den pulverförmigen oder fein­ körnigen Feststoffmaterialien um solche handeln, die aus Koh­ lenstoff bestehen oder Kohlenstoffverbindungen enthalten oder die Kalkverbindungen enthalten. Diese Feststoffmaterialien tragen in vorteilhafter Weise dazu bei, den Elektrodenabbrand der jeweiligen Elektrode 40 zu verringern, weil auf diese Weise Elektrodenmaterial nachgeliefert werden kann, wenn bei­ spielsweise die Elektroden aus Kohlenstoff bestehen.

Die Zuführung von Kalkverbindungen ist in diesem Zusammenhang zweckmäßig, um die Ausbildung von schäumender Schlacke im Elektrodenbereich aufrechtzuerhalten bzw. zu unterstützen. Selbstverständlich wird die anteilige Menge der zugeführten pulverförmigen und feinkörnigen Feststoffmaterialien so ge­ wählt, daß die Ausbildung der zirkulierenden Gasströmung ge­ mäß den Pfeilen E und F nicht beeinträchtigt wird.

Weiterhin ist es bei einem derartigen Lichtbogenofen zweckmä­ ßig, entweder in der Zuführungsleitung 94 oder in der Ein­ blasdüse bzw. dem Injektor 90 selbst Verwirbelungseinrichtun­ gen vorzusehen, um einen möglichst gleichmäßigen Eintrag der pulverförmigen oder feinkörnigen Feststoffmaterialien zu ge­ währleisten.

Claims (6)

1. Verfahren zum Schmelzen von Metallschrott (70) im Innenraum eines elektrischen Lichtbogenofens (5a), der mindestens eine Elektrode (40) aufweist, bei dem während des Betriebes des elektrischen Lichtbogenofens (5a) über eine Einblaseinrichtung (90) in unmittelbarer Nähe der minde­ stens einen Elektrode (40) ein Gas so in den Lichtbogenofen (5a) eingeblasen wird, daß es in der unmittelbaren Umgebung der jeweiligen Elektrode (40) nach unten in den Ofenraum strömt, nach Patent 44 32 924, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem Gas ein pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmaterial eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmaterial eingeblasen wird, das aus Kohlenstoff besteht oder Kohlen­ stoffverbindungen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmaterial eingeblasen wird, das Kalkverbindungen enthält.

4. Elektrischer Lichtbogenofen (5a) mit einem Herd (10, 30) und einem Deckel (20) sowie mindestens einer durch den Deckel (20) in den Ofenraum ragenden Elektrode (40), wobei mindestens eine in der Nähe der mindestens einen Elektrode (40) im Deckel (20) vorgesehene Einrichtung (90) zum Ein­ blasen von Gas in den elektrischen Lichtbogenofen (5a) vorgesehen ist, nach Patent 44 32 924, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung (90) zum Einblasen von Gas Zuführungs­ einrichtungen (91, 92, 93, 94) für pulverförmiges oder feinkörniges Feststoffmaterial zugeordnet sind, derart, daß dieses Feststoffmaterial gemeinsam mit dem Gas einblasbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung (90) zum Einblasen von Gas Zuführungs­ einrichtungen (91, 92, 93, 94) für Kohlenstoff, Kohlen­ stoffverbindungen und Kalkverbindungen in pulverförmiger oder feinkörniger Form zugeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (90) zum Einblasen von Gas Verwir­ belungseinrichtungen aufweisen, derart, daß das pulver­ förmige oder feinkörnige Feststoffmaterial homogen verteilt gemeinsam mit dem Gas einblasbar ist.