DE1952407C - Mehrphasen-Lichtbogenschmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Lichthogenofen zum kontinuierlichen Schmelzen von festen Stoffen, mit senkrecht angeordneten Elektroden, der mit einem zweiten Ofen über einen Kanal verbunden ist, durch den die Schmelze aus dem ersten Ofen in den zweiten Ofen gelangt.

Es ist bekannt, daß es bei der kontinuierlichen Herstellung von Metallen und insbesondere bei der Stahlerzeugung in einem elektrischen Schmelzofen vorteilhaft ist, das Verfahren in zwei Phasen, und zwar jeweils in einem besonderen Ofen, durchzuführen, um den Stromverbrauch zu senken und die Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung zu verbessern. Hierbei werden die Feststoffe in dem ersten Ofen bei eintr Temperatur geschmolzen, die möglichst nahe an der Liquidus-Temperatur liegt. Daraufhin wird die Schmelze kontinuierlich über eine aus feuerfestem Material bestehende Leitung in einen zweiten Ofen übergeleitet, in welchem die Schmelze erhitzt wird und dieser gegebenenfalls Zuschlagstoffe zur Erzeugung einer bestimmten Zusammensetzung des Metalls beigegeben werden.

Dieses Verfahren macht die Überleitung der Schmelze in einer feuerfesten Leitung notwendig, um die kontinuierliche Überleitung des in dem Schmelzofen befindlichen Metalls in c'°n Frischofen zu gewährleisten. Da jedoch die Temperatur der Schmelze in dem Schmelzofen verhälinisrr ißig niedrig ist, so besteht die Gefahr, daß unter solchen thermischen Bedingungen die Schmelze zur Erstarrung neigt und «lic Leitung zwischen den beiden Öfen verstopft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies mit Sicherheit zu vermeiden.

Bei einer Anordnung der vorgenannten Art, bei tier einem Lichtbogenschmelzofen mit senkrecht angeordneten Elektroden zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens ein zweiter Ofen nachgcschaltet ist. der mit dem ersten Ofen über eine Leitung verbunden ist, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in der Wandung des Schmelzofens Vorgesehene öffnung der die beiden Öfen miteinander verbindenden Leitung in einer Wandzone angeordnet ist. in der die Wärmestrahlung der Elektrode mit der größten elektrischen Leistung die größte Aufhci/ung bewirkt.

Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Ofenanordnung eines oder mehrere der im folgenden aufgeführten Merkmale auf:

1. Die feuerfeste Überlaufleilung und die öffnung dieser Leitung umgebende Wandzone bestehen aus einem feuerfesten Werkstoff, der eine höhere thermische Wärmeleitfähigkeit aufweist als diejenigen feuerfesten Stoffe, die das Ofenfutter bilden.

2. Die aus dem feuerfesten Werkstoff mil höherer Wärmeleitfähigkeit gebildeten Teile sind gegenüber dem Außenraum und der übrigen Ofenauskleidung durch Wiindleile abgeschirmt bzw. isoliert, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

3. Die Übcrlnufleitung ist nach oben mittels einer senkrechten Zwischenwand begrenzt, deren unleres finde in die Metallschmelze eintaucht, wobei diese Trennwand ebenfalls aus feuerfestem Werkstoff besieh!, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als diejenige der das Ofenfutter bildenden feuerfesten Stoffe.

4. Der die lileklroden speisende elektrische Stromkreis weist Mittel auf, die zwischen den Phasen der durch die Elektroden fließende Ströme eine Unsymmetrie hervorrufen und tuif diese Weise die Leistung derjenigen Elektrode vergrößern. die der Stelle der Überlaufleitung am nächsten gelegen ist.

Hieraus ist ersichtlich, daß man der Gefahr der Verfestigung der Schmelze in der Überlaufleitung dadurch begegnet, daß man die Wärmestrahlung der

ίο Elektrode mit der größten elektrischen Leistung verwendet, um die Temperatur der Schmelze in der Nähe der Mündung der Überlaufleitung zu erhöhen und die Wandzone um diese Öffnung herum zu erhitzen. Der Erfindung liegt nun die Überlegung zugrunde.

zur Erzielung dieses Effektes ein Phänomen zu verwenden, das bei allen mit drei Elektroden ausgerüsteten, mit Drehstrom betriebenen Lichtbogenofen bekannt ist, aber als nachteilig empfunden wurde. Es ist sehr wohl bekannt, daß auf Grund der gegenseitigen Induktion in einem Lichtbogenofen die von den einzelnen Elektroden freigesetzten elektrischen Leistungen für alle drei Elektroden nicht gleich groß sind. Auch wenn man die Elektroden in üblicher Weise in einen Dreieck anordnet, so wird von den äußeren Elektroden je nachdem eine größere oder auch geringere elektrische Leistung freigesetzt, als es der mittleren Leistung entspricht. Man spricht hierbei von einer »wilden Phase« im Fall der Elektrode mit der größten Leistung und von einer »toten Phase« für die andere Elektrode. Dieses Phänomen wird deshalb als nachteilig angesehen, weil es eine rasche Zerstörung des Ofenfutter hervorruft, da in der Umgebung der »wilden Phase« sich besonders heiße Stellen ausbilden. Es sind daher schon zahlreiche Vorschläge gemacht worden, um dieser Phasenunsymmetrie entgegenzuwirken.

Demgegenüber wird diese natürliche Unsymmetrie der Wärmestrahlung bei den den Gegenstand der Erfindung bildenden öfen verwertet und notwendigenfalls noch verstärkt, indem man auf eine Regelvorrichtung oder auf den Speisestromkreis einwirkt, um die von der »wilden Phase« ausgehende elektrische Leistung und demzufolge die Intensität der Wärmestrahlung zu vergrößern, die auf die Überlaufleitung und die sie umgebende Wandzone gerichtet ist. Die von der »wilden Phase« ausgehende Wärmestrahlung trifft einerseits die Oberfläche des Metalls, soweit diese nicht mit Schlacke abgedeckt ist, und andererseits die feuerfesten Teile der Übcrlaufleitung und die sie umgebende Wandzone. Auf diese Weise erhält man in der in der Nähe der Mündung der Überlaufleitung gelegenen Strahlungszone eine Schmelze höherer Temperatur sowie eine gleichmäßige Aufheizung der die überlaufleitung bildenden feuerfesten Teile und auf diese Weise eine Verringerung der Wärmeverlliste der aus dem ersten Ofen ausfließenden Schmelze, wodurch die Gefahr sich in der Leitung absetzender erstarrter Metallteile vermieden wird.

Wenn die Metallschmelze mit einer Schlackenschicht bedeckt ist, so kann sie selbstverständlich durch die Strahlung der »wilden Phase« nicht erhitzt werden. Weist die Ofenanordnung jedoch an der Stelle der Überlaufleitung eine senkrechte, fest oder auch beweglich angeordnete Trennwand auf, deren Aufgabe es ist, die Schlacke in dem Schmelzofen zurückzuhalten und deren unteres linde in die Metallschmelze hineinreicht und somit in entern

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wärmeleitendem Kontakt mit der Schmelze steht, so fließt von dem der Wärmestrahlung der »wilden Phasen ausgesetzten und daher auf einer höheren Temperatur befindlichen Teil dieser Trennwand ein Wärmestrom in die Schmelze, die sich im wesentliehen auf der Liquidus-Temperatur oder einer dieser benachbarten Temperatur befindet, so daß die in den zweiten Behälter fließende Metallschmelze erwärmt wird.

In beiden Fällen, bei von Schlacke entblößter und mit Schlacke bedeckter Oberfläche der Metallschmelze, erhält man auf diese Weise eine wesentliche Erhöhung der Metallschmelze in diesem Bereich, so daß die Gefahr einer Verstopfung der Überlaufleitung durch sie absetzende erstarrte Metallteile vermieden wird.

Den Wärmeübergang zwischen den feuerfesten Teilen des Ofens und der Metallschmelze kann man dadurch noch verbessern, indem man die Überlaufleitung, die der Mündung der Überlaufleitung benachbarten Wandteile und auch die senkrechte Trennwand aus einem feuerfesten Werkstoff großer Wärmeleitfähigkeit herstellt. In einem solchen Fall ist es jedoch notwendig bzw. zweckmäßig, diese Teile gegenüber dem den Ofen umgebenden Außenraum und der übrigen Ofenauskleidung mittels aus feuerfestem Werkstoff bestehenden Zwischenschichten zu isolieren, die eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Um den Aufheizungseffekt noch zu vergrößern, kann man die Unsymmetrie zwischen den Phasen noch absichtlich vergrößern und dadurch die von der »wilden Phase« ausgehende Leistung steigern. Dies kann entweder durch Einwirken auf die Phasenregelvorrichtung oder durch Verändern der Transformatorausgänge bewirkt werden, um auf diese Weise zwischen den Sekundärspannungen eine Unsymmetrie hervorzurufen und so den Unterschied in den Leistungen noch zu verstärken. In gleicher Weise kann man den Wideistand der zentralen Phase verändern, indem man beispielsweise die Länge des Nicdcrspannungskreises dieser Phase verkürzt oder zusätzliche Induktionsspulen vorsieht.

Die Erfindung kann bei allen Lichtbogenofen Verwendung finden, ihre Vorteile machen sich jedoch am deutlichsten bemerkbar, wenn die Temperatur der Metallschmelze in dem Schmelzofen etwa fuf der Liquidus-Teinperatur gehalten wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt in waagerechter Ebene durch einen Lichtbogenofen, aus welchem insbesondere die Lage der Abflußleitung und die Anordnung der Elektroden ersichtlich ist,

F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch die gesatntc Anordnung der beiden mittels einer Überlaufleilung miteinander verbundenen Öfen.

Der Schmelzofen besteht aus dem Behälter 1, in welchem drei Ekktroden 2, 3 und 4 im Dreieck angeordnet sind. Der Behälter 1 weist eine Abschlackrinne 5 und eine Leitung 6 auf, durch die die Schmelze aus dem Schmelzofen ausfließt und in den in F i g. 2 dargestellten zweiten Ofen Hießt. Wie schon oben ausgeführt wurde, sind die drei an den drei Elektroden liegenden Phasen nicht in Symme- 6= trie, so daß von der einen, an der sogenannten »wilden Phase« liegenden Elektrode eine wesentlich größere elektrische Leistung freigesetzt wird. Diese Elektrode trägt in der Figur die HinweiszilTer 4. Der in der Nähe dieser Elektrode 4 angeordnete Überlaufkanal 6 befindet sieh somit in einer Zone, in der die Wärmestrahlung dieser Elektrode die größte Intensität aufweist. Der Teil der Ofenwandimg, der im Bereich dieser Strahlungszone liegt, sowie der aus feuerfestem Werkstoff bestehende Üherlaufkanal werden somit auf eine gegenüber dem übrigen Ofen höhere Temperatur gebracht. Das Metall, das mit diesen Flächen in Berührung kommt, nimmt diese höhere Temperatur an, so daß gerade die durch den Kanal 6 abfließende Metallschmelze eine höhere Temperatur aufweist als die im Schmelzofen gebildete Schmelze, da diese sich stets im wesentlichen infolge der Anwesenheit ungeschiUMlzener Feststoffe auf der Liquidus-Temperatur befindet.

In den allermeisten Fällen, in denen in dem Schmelzofen eine Schlacke 7 erzeugt wird, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, ist die Überlaulleiumg 6 nach oben durch eine Trennwand 8 aus feuerfestem Werkstoff begrenzt, deren Aufgabe es ist, die Schlacke in dem Schmelzofen zurückzuhalten und deren unteres Ende in die Schmelze 9 eintaucht. E i g. 2 zeigt, daß trotz des Vorhandenseins einer Schlackenschicht die Schmelze durch die Strahlung der »wilden Phase' aufgeheizt wird, wenn die Abllußleitung sich in der Nähe der Elektrode 4 befindet. Die Strahlung dieser Elektrode trifft auf die Wandung IO des Ofens und die Trennwand 8. Diese taucht in das Metall 9 ein die eine niedrigere, in der Nähe der l.iquidus-Temperatur liegende Temperatur als die I rennwand 8 aufweist, so daß von dieser ein Wüsmesirom in die Schmelze fließt. Die aus dem Schmelzofen ablließende Schmelze wird somit auf eine wesentlich höhere Temperatur als die Liquidus-Temperatur gebracht, so daß die Gefahr einer Erstarrung der Schmelze in der Übcrlaufleitung vermieden wird.

In den F i g. I und 2 ist ::in Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem Teile des Ofens aus feuerfestem Werkstoff bestehen, der eine verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, um den Wärmeablluß nach der Metallschmelze zu \ergrößern. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel empfiehlt es sich, die Wärmcverlustc nach dem Außenraum zu begrenzen und den Wärmeübergang auf die übrige,1 Teile der Ofenauskleidung zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, /wischen die Teile I! mit hoher Wärmeleitfähigkeit und den übrigen Wandteilen des Ofens isolierende Zwischenschichten 12 aus einem Werkstoff mil gerinuei Wärmeleitfähigkeit angeordnet. Ein Außer.mantel 13 aus demselben Werkstoff verringert die Wärmeverluste nach dem Außenraum. Fig. 2 zeigt die ,Anordnung dieser einzelnen Wandteile bvi einem Aiisführungsbeispiel. bei welchem zwischen ilen beiden Ofen eine Trennwand 8 vorgesehen ist. Man erkennt hieraus, daß Jie von den Wandteilen mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufgenommenen Kalorien nicht auf die übrigen Wandteile des Ofens übergehen können, da sie hieran durch die Wärmedämmschichtcn 12 gehindert sind. In gleicher Weise ist die Abstracting nach dem Außenraum durch die wärmedämmende Mantelschicht 13 vermieden.

Der einzige Wärmeaustausch kanu somit nur an der Oberfläche der Metnilschmelze b/w. an tier HeriihrungsPäehe mit der Trennwand 8 erfolge», und zwar auf Grund der höheren Wärmeleitfähigkeit dieser Teile in einem gesteigerten Maß. so daß clic lern-

pcratur der Metallschmelze in beträchtlichem Maß ingehoben wird.

Hs ist offensichtlich, daß die Verstopfung der Überlaufleiliing 6 bei einer Anordnung, wie sie F i g. 2 zeigt, sieh sehr nachteilig auswirken wird, da nirhl nur der kontinuierliche Betrieb unterbrochen, sondern auch die Ofen entleert, die Uncrlauflcilung zerstört und durch eine neue ersetzt werden müßte.

Fin weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch diese Anordnung der Ablliißleitung der vorzeitige Verbrauch des Futters eines solchen kontinuierlich betriebenen Lichtbogenofens vermieden wird. Fs hat sich gezeigt, daß bei öfen, die die erfindungsgemäße Anordnung nicht aufweisen, die in der unmittelbaren Nachbarschaft der an der »wilden Phase« liegenden F.lektrode gelegenen Wandteile aus feuerfestem Werkstoff infolge der andauernden Slrahlungsbeaufschlagung und des dementsprcchcnilen großen Kalorienühcrgangcs überhitzt werden, wodurch ein vorzeitiger Verbrauch dieser Teile des Futters hervorgerufen wurde. Demgegenüber entzieht bei dem erfindungsgemäßen Ofen das aus dem Schmelzofen mit verhältnismäßig niedriger Temperatur ausströmende Metall durch seine Erwärmung den von der Metallschmelze bespülten Waiulteileii des Ofens dauernd eine so große Wärmemenge, daß die Temperatur dieser Wandteile gesenkt und dadurch die Abnutzung bzw. der Verbrauch Öls Futters iKKhhaltig verringert wird. Dieses Ergebnis ist insbesondere deshalb von besonderer Bedeutung. weil es auf diese Weise möglich ist. die Metall- bzw. Stahlproduktion einer solchen Anlage dadurch wesentlich zu steigern, daß die Zeitdauer der Verwendung einer Ofenauskleidung verlängert wird und Totzeiten dadurch verringert werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Mehrphasen-Lichtbogenofen zum kontinuierlichen Schmelzen von festen Stoffen, mit senkrecht angeordneten Elektroden, der mit einem /weiten Ofen über einen Kanal verbunden ist. durch den die Schmelze in den zweiten Ofen fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wandung des Schmelzofens (I) vorgesehene Öflnung des die Innenräume der beiden Öfen verbindenden Kanals (6) in einer Wandzone angeordnet ist, in der die Wärmestrahlung der Elektrode (4) mit der größten elektrischen Leistung die größte Aufheizung bewirkt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der den Kanal (6) begrenzende und die die Öffnung des Kanals umgebende Wandzone (10) bildende feuerfeste Werkstoff eine höhere thermische Wärmeleitfähigkeit aufweist als die das übrige Ofenfutter bildenden Werkstoffe.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem feuerfesten Werkstoff mit höherer Wärmeleitfähigkeit bestehenden Teile gegenüber dem Außenraum und der übrigen Ofenauskleidung durch Wandtcile (12. 13) abgeschirmt bzw. isoliert sind, die eine Geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der die beiden Öfen miteinander verbindende Kanal (6) nach oben mittels einer senkrechten Zwischenwand (8) begrenzt ist. dessen unteres Ende in die Metallschmelze (9) eintaucht, und diese Trennwand (8) aus feuerfestem Werkstoff besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als diejenige der das Ofenfutter bildenden feuerfesten Stoffe.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Elektroden (2. 3. 4) speisende Stromkreis Mittel aufweist, die zwischen den Phasen der durch die Elektroden fließenden Ströme eine Unsymmetrie hervorrufen und auf diese Weise die Leistung derjenigen Elektrode (4) vergrößern, die der Stelle des Überlaufkanals (6) am nächsten gelegen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen