DE1951824B2

DE1951824B2 - CRUCIBLE FURNACE FOR MELTING METALLIC FELT

Info

Publication number: DE1951824B2
Application number: DE19691951824
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1969-10-15
Publication date: 1972-04-20
Also published as: DE1951824A1

Description

Die Erfindung betrifft einen durch elektrische Gasentladungen beheizten Tiegelofen zum Schmelzen von metallischem Schmelzgut, insbesondere von Schrott und Eisenschwamm.The invention relates to a crucible furnace for melting which is heated by electrical gas discharges of molten metal, especially scrap and sponge iron.

Zum Einschmelzen von Schrott und Eisenschwamm mittels Elektroenergie bedient man sich üblicherweise des E-Lichtbogenofens. Bei diesem Ofen wird die notwendige Wärme durch elektrische Gasentladungen erzeugt, die zwischen Graphitelektroden und der Badoberfläche bzw. des Einsatzgutes stattfinden. One uses oneself to melt down scrap and sponge iron by means of electrical energy usually the electric arc furnace. In this furnace, the necessary heat is generated by electrical means Gas discharges are generated that take place between the graphite electrodes and the bath surface or the input material.

Bei modernen Lichtbogenofen werden aus Gründen der Leistungssteigerung spezifisch hohe elektrische Leistungen installiert, die während des Einschmelzens voll eingesetzt, jedoch während der Frisch- und Feinungsperiode nur zum Teil genutzt werden. Diese schlechte Anlagenausnutzung wird wegen der notwendigen Pausenzeiten für Flicken. Chargieren, den Einsatz der Beschickungskörbe, das Nachsetzen der Elektroden usw. vergrößert. Die aus der beschriebenen Betriebsweise sich ergebende diskontinuierliche Abnahme von Ε-Energie führt zu einer nicht unbeträchtlichen Strompreiserhöhung.In modern electric arc furnaces, specifically high electrical values are used to increase performance Services installed that were fully deployed during the meltdown, but during the The freshness and refinement period can only be partially used. This will be poor plant utilization because of the necessary break times for patches. Charging, the use of the loading baskets, the Repositioning the electrodes, etc. enlarged. The discontinuous one resulting from the operation described A decrease in Ε energy leads to a not inconsiderable increase in the price of electricity.

Bei Lichtbogenofen rechnet man mit 20 kg feuerfestem Materialverschleiß je Tonne flüssigem Stahl. Dieser hohe Verschleiß entsteht durch das direkte Einwirken der Lichtbogenstrahlung auf das Mauerwerk in Verbindung mit von den Brennflecker ausgehenden Schlackenspritzen.In the case of an electric arc furnace, you can calculate with 20 kg of refractory material Material wear per ton of liquid steel. This high level of wear and tear is caused by the direct Effect of the arc radiation on the masonry in connection with those emanating from the focal point Slag spray.

Die Wirtschaftlichkeit eines E-Lichtbogenofens wird ferner durch den Graphitclektrodenverbrauch, dec >iei 7 kg Graphit je Tonne flüssigem Stahl liegt, bestimmt. Der Graphitverbrauch in dieser Hohe ist 11, a. durch die hohen Elektrodentemperaturen in Verbindung mit Sauerstoffzutritt erklärhar. Dabei Im zu berücksichtigen, daß sich der Griiphitabbra.ul während der Pausenzeiten fortsetzt.The cost-effectiveness of an electric arc furnace is further reduced by the consumption of graphite electrodes, dec> iei there is 7 kg of graphite per ton of liquid steel, certainly. The graphite consumption at this level is 11, a. due to the high electrode temperatures in Explain the connection with oxygen access. Thereby Im to take into account that the Griiphitabbra.ul continues during break times.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einschmelzen von Schrott oder Eisenschwamm du. di kontinuierliche Stromabnahme. Verringerung des Verschleißes an ff-Materialien, des Elektroderiverbrauches usw. günstig zu gestalten.The invention is based on the object of melting scrap or sponge iron du. Di continuous power consumption. Reduction of wear and tear on ff-materials, of electrical consumption etc. cheap to design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dnß im Boden des Schmelzgefäßes eine oder mehrere, wassergekühlte Blasformen vorgesehen sind. in denen je eineliöhenverstellbare. an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossene Elektrode, insbesondere Graphitelektrode geschoben ist, wobei die djrch die Blasform mit hoher Geschwindigkeit strömenden Brenn- bzw. Reduktionsgase die Elektrodenwandung im Bereich der Blasform vollständig umspulen.This object is achieved according to the invention in that one or several water-cooled blow molds are provided. in each of which one height-adjustable. to an electric Voltage source connected electrode, in particular graphite electrode is pushed, the djrch the blow mold with high speed flowing fuel or reducing gases the electrode wall Coil completely around the blow mold.

Die durch eine Blasform tretenden Gase verhindern ein Eindringen von Schmelze in die Blasform und halten eine Gasblase in der Schmelze aufrecht, in der ein Lichtbogen zwischen Elektrode und Schmelze brennt. Die s-.hnellströmenden Gase kühlen den Lichtbogen intensiv, was zur Folge hat, daß sich die elektrische Leitfähigkeit beträchtlich verringert. Soll ein derart gekühlter Lichtbogen aufrechterhalten werden, muß die elektrische Spannung erhöht werden, was insofern sehr erwünscht ist, weil sich dadurch die erforderlichen Stromstärken, die Elektrodendurchmesser, der Elektrodenverbrauch, die Abmessungen des Schmelzgefäßes usw. verringern.The gases passing through a blow mold prevent the melt from penetrating into the blow mold and maintain a gas bubble in the melt, in which an electric arc between the electrode and Melt burns. Cool the rapidly flowing gases the arc intensely, with the result that the electrical conductivity is considerably reduced. If an arc cooled in this way is to be maintained, the electrical voltage must be increased which is very desirable, because it increases the required currents, the electrode diameter, the electrode consumption, the dimensions of the melting vessel, etc. to decrease.

Um eine Vorstellung der zu erwartenden Spannungen zu erhalten, sei an eine Freistrahldüse für Hochspannungsschalter erinnert, deren Aufbau weitgehend mit der gewählten geometrischen Anordnung von Blasform und Elektrode identisch ist. Mit Freistrahldüsen können durch Lichtbogenkühlung Spannungen von über 100 000 Volt abgeschalte* werden.To get an idea of the voltages to be expected, consider a free jet nozzle for high-voltage switches reminds, whose structure is largely identical to the chosen geometrical arrangement of blow mold and electrode. With free jet nozzles voltages of over 100,000 volts can be switched off * by means of arc cooling.

Unterhalb der Blasform gasdicht mit dieser verbunden ist eine Druckkammer zur Aufrechterhaltung des Gasdruckes vor der Blasform angeordnet. In die Druckkammer werden die durch die Blasform tretenden Gase eingeleitet.Below the blow mold, a pressure chamber is connected to it in a gastight manner the gas pressure arranged in front of the blow mold. The blow molds are used in the pressure chamber released gases initiated.

In die Druckkammer gelangen je nachdem, ob z. B. die Schmelze aufgekohlt oder entkohlt werden soll. Gase wie Erdgas, Reduktionsgas usw. oder auch die Verbrennungsmedien Gas und Luft, die in der Brennkammer verbrennen. Mit dem Gasstrom können auch staubförmige Medien wie Kalk oder Soda in den Schmelzraum gebracht werden.Get into the pressure chamber depending on whether z. B. the melt can be carburized or decarburized target. Gases such as natural gas, reducing gas etc. or the combustion media gas and air, which are in the Burn the combustion chamber. Dust-like media such as lime or soda can also be transported with the gas flow be brought into the melting room.

Aus Kostengründen ist man daran interessiert, den über unsere Versorgungsleitungen zur Verfugung gestellten Drehstrom ohne eine kostspielige Gleichrichtung einzusetzen. Um dies zu ermöglichen, sind im Tiegelgefäßboden drei Blasformen vorgesehen, durch die drei an eine Drehstromspannung angeschlossene Elektroden geschoben sind.For cost reasons, one is interested in the one made available through our supply lines Use three-phase current without expensive rectification. To enable this, the The bottom of the crucible vessel is provided with three blow molds, through which three are connected to a three-phase voltage Electrodes are pushed.

Die Schmelzcabstichöffnung ist in einer gewissen Höhe oberhalb des Gefäßbodens angeordnet. Der Gefäßraum zwischen Boden und Abstich füllt sich mit Schmelze. Die durch Gasentladungen erzeugte Wärme geht überwiegend auf die Schmelze über, die wiederum die Wärme an das Schmelzgut weitergibt. Die sich ausbildenden Wärmeübergänge bewirken — vorausgesetzt, daß die Schmelzefüllung nicht unnötig groß gewählt ist — daß bei ZusammenbruchThe melting cable tap opening is arranged at a certain height above the bottom of the vessel. Of the The space between the bottom and the tap fills with melt. The one generated by gas discharges Most of the heat is transferred to the melt, which in turn transfers the heat to the melted material. The resulting heat transfers - provided that the melt filling is not unnecessary is chosen large - that on collapse

der Strom- oder Gasversorgung die Schmelze innerjialh von Sekunden erstarrt. Das schränkt die Aufwendungen für Sicherheitseinrichtungen, die ein Eindringen von Schmelze in die Blasform verhindern, ein.the electricity or gas supply, the melt inside frozen in seconds. This limits the expenses for security devices that prevent intrusion prevent melt from entering the blow mold.

Bei Wassereintritt in den Schmelzraum, z. B. durch JZerstiiruni, der Blasform, erhöht sich so lange der pruck in der Gasblase, bis sich die Strömungsquerschnitte in der Schmelze ausreichend vergrößert haben. Eine Druckerhöhung in der Druckkammer ist nicht nennenswert, da ein überkritisches Druckverhältnis zwischen der Druckkammer und der Gasblase ■besteht.When water enters the melting chamber, e.g. B. by destruction, the blow mold, increases so long the push in the gas bubble until the flow cross-sections in the melt have increased sufficiently. An increase in pressure in the pressure chamber is not worth mentioning because it is a supercritical pressure ratio between the pressure chamber and the gas bubble ■ exists.

Ausführungsbeispiele der Erfindungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden jjälier beschrieben. Es zeigt:Embodiments of the inventions are shown in the drawings and are described below Jjälier described. It shows:

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Tiegelofen, der jnit einer Blasform und einer mit Gleichstrom versorgten Elektrode ausgerüstet ist.F i g. 1 shows a section through a crucible furnace which is supplied with one blow mold and one with direct current Electrode is equipped.

F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen mit drei Blasformen versehenen Tiegelofen gemäß der Linie H-II undF i g. FIG. 2 shows a vertical section through a crucible furnace provided with three blow molds according to FIG Line H-II and

F i g. 3 einen waagerechten Schnitt gemäß der Linie I-I.F i g. 3 shows a horizontal section along the line I-I.

In F i g. 1 ist ein mit Schmelze 1 und Schmelzgut 2 gefüllter Tiegelofen dargestellt. Im Boden des Gefäßes ist eine wassergekühlte Blasform 3 eingelassen, durch die eine Graphitelektrode 4 geschoben wird. Unterhalb der Blasform gasdicht mit dieser verbunden befindet sich eine Druckkammer 5, in die die Verbrennungsmedien Gas und Luft eingeleitet werden und verbrennen. Innerhalb der Druckkammer arbeitet eine Elektrodenhubeinrichtung 6, die die Elektrodenspitze 7 in der Betriebsphase in den Bereich des engsten Querschnittes 8 der Blasform hebt. Die Elektrode ist an eine Gleichspannungsquelle 9 angeschlossen.In Fig. 1 shows a crucible furnace filled with melt 1 and melt material 2. In the bottom of the vessel a water-cooled blow mold 3 is embedded, through which a graphite electrode 4 is pushed. Below the blow mold, connected to it in a gas-tight manner, is a pressure chamber 5 into which the Combustion media gas and air are introduced and burn. Inside the pressure chamber operates an electrode lifting device 6, which the electrode tip 7 in the operating phase in the area the narrowest cross section 8 of the blow mold lifts. The electrode is connected to a DC voltage source 9 connected.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen mit drei rechteckigen Blasformen 10 ausgerüsteten Tiegelofen. An die durch die Blasformen geschobenen rechteckigen Graphitelektroden 11 ist eine Drehstromspannung 12 angeschlossen. Die im Spult 13 zwischen elektrode und Blasform strömenden Gase erreichen Schallgeschwindigkeit und verhindern Gasentladungen im Spalt. An der Berührungsstelle zwischen Schmelze und Blasform bildet sich infolge Kühlwirkun^ eine feste Kruste 14 erstarrter Schmelze.2 and 3 show a crucible furnace equipped with three rectangular blow molds 10. At the rectangular graphite electrodes 11 pushed through the blow molds is a three-phase voltage 12 connected. The gases flowing in the coil 13 between the electrode and the blow mold reach the speed of sound and prevent gas discharges in the gap. At the point of contact between the melt and the blow mold forms a solid crust 14 of solidified melt as a result of the cooling effect.

Im Bodenblech der Druckkammer sind Dichtungsringe 15 angebracht, durch die die Elektroden in die Druckkammer 5 eingeführt werden. Diese Maßnähme erlaubt eine Elektrodenverlängerung während des Betriebes.In the bottom plate of the pressure chamber sealing rings 15 are attached through which the electrodes in the Pressure chamber 5 are introduced. This measure allows an electrode extension during of the company.

Im einzelnen ergeben sich durch diese ErfindungIn particular, this invention provides

folgende Vorteile:the following advantages:

a) Einsparung an feuerfestem Material, weil die Lichtbogenstrahlung nicht mehr auf das Mauerwerk einwirken kann.a) Saving of refractory material because the arc radiation no longer hits the masonry can act.

b) Dem Stromnetz wird 'inunterbrochen Elektroenergie entnommen, w;-s zu einer Strompreis-b) Electrical energy is continuously taken from the power grid, w; -s at an electricity price-

reduzierung führt.reduction leads.

c) Es kann mit hohen Spannungen und kleinen Strömen gearbeitet werden, wodurch sich die Abmessungen der Anlage, der Elektroden und der Elektrodenverbrauch verringern.c) It is possible to work with high voltages and small currents, whereby the Reduce the dimensions of the system, the electrodes and the consumption of electrodes.

d) Die Elektroden werden von den strömenden Gasen gekühlt, unterliegen keinem Temperaturwechsel und kommen nicht mit Sauerstoff in Berührung.d) The electrodes are cooled by the flowing gases and are not subject to temperature changes and do not come into contact with oxygen.

e) Oberhalb des Schmelzbades kann ein Schrotterwärmungs- oder Reduktionsschacht angeordnete) Above the melt pool, a scrap heating or reduction shaft can be arranged

werden, ohne daß die Gefahr der Elcktrodenbeschädigung besteht.without the risk of electrode damage.

f) Beim Schrottschmelzen kann weitgehend Elektroenergie durch Gas ersetzt werden. Manf) In scrap smelting, electrical energy can largely be replaced by gas. Man

erreicht eine gute Wärmeausnuizung, da dieachieves good heat utilization because the

Gase im Gegenstrom zu der absinkenden Schrottsäule strömen und vollständig abkühlen.Gases flow in countercurrent to the falling scrap column and cool completely.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen E-Lichtbogenofen beträgt die Einsparung beim Einschmelzen von Schrott oder reduziertem Erz etwa 20 DM/t.Compared to a conventional electric arc furnace, there is a saving in melting down of scrap or reduced ore around 20 DM / t.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Crucible furnace heated by electrical gas discharges for melting metal Melting material, especially scrap and sponge iron, characterized, that one or more water-cooled blow molds (3,10) are provided in the bottom of the melting vessel are, in each of which a height-adjustable, connected to an electrical voltage source Electrode, in particular graphite electrode (4, 11) is pushed. being the by the blow molding burning or flowing at high speed Reducing gases in the electrode wall Completely wrap around the area of the blow mold.

2. Device according to claim 1, characterized in that below the blow molds (3, 10) a pressure chamber (S) is provided to maintain the gas pressure in front of the blow mold.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that one in the pressure chamber different gases depending on the desired metallurgical effect; composition or gases that burn in the pressure chamber with the entry of air or oxygen initiates.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that three blow molds (10) and electrodes (11) are provided, svobei Ai the electrodes a three-phase voltage (J 2) is applied.

5. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the melt tap opening (16) over a certain height is arranged on the bottom of the melting vessel.

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