DE19632403C1

DE19632403C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von siliziumreichen Gießereiroheisen

Info

Publication number: DE19632403C1
Application number: DE19632403A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Hofmann; Wolfgang Prof Dr Ing Reichelt
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: EP0946760B1; NO323393B1; SK283573B6; BR9711010A; PL331421A1; DE59704480D1; ATE204915T1; NO990439D0; NO990439L; CZ34999A3; CA2262490A1; CA2262490C; TW461921B; SK12899A3; ZA976825B; EP0946760A1; AU4293997A; WO1998005800A1; US6235075B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von siliziumreichen Gießereiroheisen sowie einen Gleichstromofen mit einer zentrisch angeordneten ins Ofengefäß hineinragenden bis in die Nähe des Bodens geführten Elektrode und eine im Boden des Ofengefäßes angeordnete Gegenelektrode, zur Durchführung des Verfahrens.

Siliziumreiches Gießereiroheisen ist eine Legierung aus Eisen, etwa 3% Kohlenstoff und bis zu 20% Silizium. Es wird in Gießereien erschmolzen, beispielsweise bei einem Siliziumgehalt von etwa 2,5% um Schleudergußrohre im wesentlichen für Wasserleitungen herzustellen.

Üblicherweise wird Gießereiroheisen im Kupolofen erschmolzen und dann anschließend durch Zulegieren von Ferrosilizium auf die entsprechende Zusammensetzung eingestellt. Nachteil dieser Verfahrensweise ist der hohe Preis des FeSi.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine dazu entsprechende Vorrichtung zu schaffen, bei der unmittelbar mit einfachen Mitteln und kostengünstig die Endlegierung des siliziumreichen Gießereiroheisens erschmolzen wird.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 7.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in einem Schachtofen Siliziumoxide und eisenhaltige Einsatzstoffe wie Schrott, Eisenschwamm, Brikettierter Eisenschwamm usw. und kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe zum Reduzieren der Siliziumoxide und zum Aufkohlen zu chargieren, die Charge durch einen Ringschacht zu führen, sie dabei unter stark reduzierender Atmosphäre zu halten und sie durch die Strahlungswärme, insbesondere durch einen übertragenden Lichtbogen, zu schmelzen.

Durch das Führen der Einsatzstoffe in einem Ringschacht gelingt es, einen Kontakt zwischen Einsatzmaterialien und Elektrode zu verhindern. Würde es zu einem Kontakt zwischen den elektrisch gut leitenden Einsatzmaterialien wie Schrott, Eisenschwamm, Brikettierter Eisenschwamm und Kohle/Koks und der Elektrode kommen, hätte dies einen Kurzschluß zur Folge, und es wäre nicht möglich, die für den Prozeß benötigte elektrische Leistung aufzubringen. Wird eine Elektrode eingesetzt, so gelingt es einmal das Material von dieser Wärmequelle fernzuhalten. Es wird durch den entstandenen Freiraum der Lichtbogen ungehindert zwischen der Graphitelektrode und dem Schmelzbad aufrechterhalten. Durch die abgestrahlte Energie des Lichtbogens werden die durch das Innengefäß zum Ofenrand gedrängten Einsatzstoffe aufgeschmolzen und die für die Reduktion des Siliziumoxids benötigte Energie bereitgestellt.

Der durch elektrische Energie geführte Schmelzprozeß ist dabei unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit der Einsatzstoffe wie auch vorn ihrem Schüttungswinkel. Weiterhin werden keine besonderen Anforderungen an die Größe der Einsatzstoffe gestellt. So können beispielsweise Schrottstücke eingesetzt werden, die nur noch durch die lichte Weite des Ringschachtes begrenzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, die Siliziumoxide direkt und unabhängig von der normalen Materialsäule zu führen. Hierzu kommen Materialzuführlanzen zum Einsatz oder auch eine Hohlelektrode. Hierdurch wird es möglich, exakt dosierte Mengen an Siliziumoxid von ausreichend feiner Körnung in möglichst kurzer Zeit aufzuschmelzen. Dieses Siliziumoxid kondensiert an der weiter oben im Schacht befindlichen relativ kalten Kohle. Es erfährt dabei eine Umwandlung und wird beim weiteren Niedersinken der Charge mit aufgeschmolzen.

Kommen gesonderte Zuführmittel für das Siliziumoxid nicht zum Einsatz, so wird das gesamte Einsatzmaterial vor dem Einbringen in den Ofen sorgfältig durchmischt.

Zur Durchführung des Verfahrens kommt ein Niederschachtofen zum Einsatz, der einen Ringschacht aufweist, welcher einen Brennraum besitzt, der unter Berücksichtigung des Schüttwinkels des Einsatzmateriales während des gesamten Prozesses freigehalten wird, so daß ungehindert die Strahlungswärme auf das Material übertragen werden kann.

In vorteilhafter Weise ist der innere Schacht konisch ausgeführt, so daß die Einsatzstoffe ohne Behinderung in Richtung Ofenboden führbar sind. Der Ringschacht weist dabei eine Größe auf, die ein sicheres Einschmelzen der Einsatzstoffe erlauben.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein geschlossenes Ofengefäß eingesetzt, in dem eine stark reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Hierdurch wird es möglich, das Siliziumoxid sicher zu reduzieren. Der Siliziumgehalt der Einsatzstoffe kann dabei bis zu 20% betragen.

Als Eisenträger kommen zum Einsatz: 80% Shredder, 10% Turnings, 5% Tin Cans und 5% Iron Turnings.

Die genannten Eisenträger können in einem weiteren Schritt durch Eisenerz oder DRI ersetzt werden.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt.

Dabei zeigen die

Fig. 1 Das Schema eines mit einer Mittenelektrode versehenen Ofens, der einen ringförmigen, konisch zulaufenden Innenrinnschacht aufweist.

Fig. 2 Das Schema eines Schachtofens mit einer Elektrode, die von einer ringförmigen Hülse umgeben ist und eine Materialzuführlanze, die parallel zur Hülse geführt ist.

Fig. 3 Eine Materialzuführhülse, die die Schutzhülse für die zentrale Elektrode umhüllt.

In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils ein Ofengefäß 11 dargestellt, das einen Ofenboden 12 aufweist, in dem eine Bodenöffnung 13 vorgesehen ist. Weiterhin besitzen die in den Figuren dargestellten Ofengefäße einen Gasabzug 19.

Der Außendurchmesser der Hülse ist mit d bezeichnet und der Innendurchmesser des Ofengefäßes 11 mit D.

In das Ofengefäß ragt eine Hülse 14, die eine Elektrode 21 umhüllt. Die Elektrode 21 korrespondiert mit einer im Boden 13 vorgesehenen Gegenelektrode 22.

Die Elektrode umgebende Hülse ist jeweils mit einem Deckel 15 verschlossen.

In der Fig. 1 ist die Hülse konisch ausgeführt, wobei sie sich unter einem Winkel α in Richtung des Ofenbodens verjüngt. Im Bereich des Ofenkopfes sind Zufuhrmittel 31 vorgesehen, hier an dem Förderband 33, das über eine Schleuse 32 beschickbar ist.

In der Fig. 2 ist die Hülse 14 durch Verschiebeelemente 41 vertikal verschiebbar. Weiterhin ist in der Fig. 2 als Materialzufuhrmittel 31 eine Lanze 34 vorgesehen, an deren Eintrittsende ein Schleusenrad 35 angeordnet ist. Weiterhin ist die Lanze 34 mit einer Pumpe 36 verbunden, über die das zugeführte Material pneumatisch förderbar ist.

In der Fig. 3 ist die Hülse 14 von einer Doppelhülse 17 umhüllt. Der Zwischenraum zwischen den Hülsen 14 und 17 wird als Materialzufuhr benutzt, in das die Charge über Zuführmittel 31, hier ein Förderband 33 zugeführt wird, welches über eine Schleuse 32 auf das Band 33 förderbar ist. Darüber hinaus ist noch eine Pumpe 36 an die Zufuhreinrichtung angeschlossen.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von siliziumreichen Gießereiroheisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) In einen Schachtofen werden Siliziumoxide und Eisen-Kohlenstoff- Metalle chargiert.
b) Dabei wird die Charge unter stark reduzierender Atmosphäre gehalten.
c) Mindestens in der Nähe des Gefäßbodens wird die Materialsäule ringförmig geführt und
d) der Strahlungswärme einer im freien Raum im Mündungsbereich der ringförmigen Materialsäule oberhalb des Ofenbodens befindlichen Wärmequelle ausgesetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle ein übertragender Lichtbogen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Charge folgende Fe-Träger aufweist:
80% Shredder
10% Turnings
5% Dosenblech
5% Eisenschrott.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Charge aus den Fe-Trägern Shredder, Turnings, Dosenblech und Eisenschrott durch Eisenerze ersetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Charge mit den Fe-Trägern Shredder, Turnings, Dosenblech und Eisenschrott durch Eisenschwamm ersetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumoxide direkt in den freien Raum gefördert und der Strahlungswärme ausgesetzt werden.

7. Gleichstromofen mit einer zentral angeordneten, ins Ofengefäß hineinragende, bis in die Nähe des Bodens geführten Elektrode und einer im Boden des Ofengefäßes angeordneten Gegenelektrode, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die ins Gefäß hineinragende Elektrode von einer koaxial geführten Hülse umgeben ist, deren Außendurchmesser (d) sich zum Innendurchmesser (D) des Ofengefäßes verhält wie d : D = 1 : 4
und deren Mündung vom Ofengefäßboden im Abstand (a) beabstandet ist mit 2 × d a 4 × d.

8. Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse eine konische in Richtung des Ofenbodens sich verringende Form aufweist mit einem Konuswinkel α = 4 bis 6°.

9. Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse in vertikaler Richtung in ihrem Abstand zum Gefäßboden verschiebbar ist.

10. Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zufuhrmittel vorgesehen sind, die bis an die Mündung der Hülse ragen.

11. Gleichstromofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrmittel Materiallanzen sind, die an eine Förderrichtung angeschlossen sind.

12. Gleichstromofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrmittel ein rohrförmiger Mantel ist, der die Hülse umhüllt.

13. Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ins Gefäß hineinragend Elektrode eine Hohlelektrode ist.