DE19855689C2 - Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen - Google Patents

Description

Die Konditionierung von Stahl-Schmelze erfolgt nach dem Ab­ stich in einen Wechselstrompfannenofen, insbesondere einen Drehstrompfannenofen, was die Möglichkeit des Warmhaltens resp. Aufheizens der Schmelze erfordert. Pfannenöfen müssen mit Aufheizraten zwischen 4 und 6 K/min betrieben werden, um sinnvoll metallurgische Arbeit leisten zu können. Dieses wie­ derum erfordert die Zufuhr angemessener elektrischer Energie entsprechend der zu behandelnden Massen der Stahl-Schmelze. Während Schmelzen < 150 t in Pfannenöfen behandelt werden, die noch einen Abstand zwischen Lichtbogen und Gefäßinnenwand von etwa 1,50 m zulassen und mit so kurzen Lichtbögen gefah­ ren werden können, daß sie noch weitgehend von der auf der Metallschmelze schwimmenden Schlacke abgedeckt werden, ver­ ringert sich der Abstand von Schmelzen < 250 t wegen der not­ wendigen Vergrößerung des Elektrodenteilkreises bei nur ge­ ringfügig erweiterten Durchmesser der Pfanne. Die angegebenen Aufheizraten erfordern aber eine Verdreifachung der einzukop­ pelnden elektrischen Leistung, welche nur mit längeren Licht­ bögen gefahren werden kann. Die so frei brennenden Lichtbögen führen zu einem vorlaufenden ungleichmäßigem Verschleiß der Feuerfest-Zustellung in und über der Schlackenzone des Wech­ selstrompfannenofens bzw. des Drehstrompfannenofens. Die Feu­ erfest-Zustellung erleidet einen starken voreilenden Ver­ schleiß an den sogenannten Hot Spots, d. h. an den Orten des Wechselstrompfannenofens, insbesondere Drehstrompfannenofens, die den Lichtbögen am nächsten sind.

In der DE 197 29 317 A1 ist eine wassergekühlte, mehrteilige Haube für metallurgische Gefäße, insbesondere Gießpfannen, mit in Rohr-an-Rohr- und/oder Rohr-Spalt-Rohr-Schweißung an­ geordneten Kühlrohren, mit einer im Deckel der Haube angeord­ neten Öffnung zum Einsatz eines feuerfesten Herzstückes zur Durchführung von Elektroden und Öffnungen zur Abführung von Rauchgasen bekannt.

Um die zerstörerische Wirkung der Lichtbogenstrahlung auf Me­ tallwand und keramische Feuerfestausmauerung zu minimieren, wird versucht, den Lichtbogen so kurz zu halten, daß dieser weitgehend von der auf der Schmelze aufliegenden Schlacke (50 mm bis ca. 150 mm) abgedeckt wird. Hierdurch ist die Energieeinbringung pro Zeiteinheit in die Schmelze wegen der sinnvollerweise zu wählenden Lichtbogenlänge entsprechend Schlackenhöhe begrenzt und kann bei höheren Aufheizraten nur bei kleineren Schmelzeinheiten (< 150) angewendet werden. Um Schmelzen warmzuhalten reicht es aus, die Wärmeverluste über die Oberflächen der Schmelze und metallurgischen Gefäße aus­ zugleichen, was mit Aufheizraten von ~ 2 K/min erreicht wird. Soll jedoch metallurgische Arbeit geleistet werden, sind Auf­ heizraten von 4 bis 6 K/min je nach logistischen, programm­ technischen und verfahrenstechnischen Erfordernissen notwen­ dig.

Die Behandlung und Aufheizung von Schmelzen in Pfannenöfen erfordert bei kleineren Einheiten (< 150 t) Transformatoren­ scheinleistungen von < 30 MVA, bei denen noch ausreichend kurze Lichtbögen erzeugt werden können. Größere Schmelzein­ heiten von beispielsweise 400 t erfordern dagegen Scheinlei­ stungen von ~ 60 MVA, die nur durch Lichtbogenlängen < 200 mm eingebracht werden können, d. h. die Lichtbögen brennen weit­ gehend frei. Halten sich die Wandschädigungen durch Ver­ schleiß am Feuerfest-Material bei den kleineren Einheiten noch in Grenzen, ist der Verschleiß bei großen Einheiten be­ deutend. Die Abstände zwischen Quelle und Wand sind in beiden Fällen annähernd gleich. Die Folge ist, daß bei gleicher Auf­ heizrate der frei brennende Lichtbogen der großen Einheit die Wand mit mehr als der doppelten Abstrahlleistung belastet.

Entsprechend ist es Aufgabe, einen Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen, zu konstruieren, bei dem Verschleiß der Pfannenwände bedingt durch die Strahlenbela­ stung durch einen Lichtbogen vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Wechselstrompfannenofen, ins­ besondere Drehstrompfannenofen, zum Erwärmen von flüssigem Stahl mittels zumindest zwei Elektroden zur Ausbildung von Lichtbögen zwischen den Elektroden und dem flüssigem Stahl gelöst, wobei der Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen, einen Deckel zum Abschirmen der Strahlung der Lichtbögen zumindest für einen Teil (Hot-Spot-Bereiche) des Wechselstrompfannenofens bzw. Drehstrompfannenofens auf­ weist. Auf diese Weise wird die lichtbogenbedingte Abnutzung des Feuerfest-Materials des Wechselstrompfannenofens bzw. Drehstrompfannenofens in erheblichem Maße Verringert. Da die Abnutzung des Feuerfest-Materials an den Wänden des Wechsel­ strompfannenofens bzw. Drehstrompfannenofens an sich und ins­ besondere durch die durch den Verschleiß bedingten Reparatur- und Stillstandszeiten der Pfannen einen hohen Kostenfaktor darstellen, ergibt sich durch die Erfindung ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber bekannten Pfanennöfen. Deckel in be­ zug auf die Erfindung kann auch eine Abdeckhaube oder eine Absaughaube sein. Es kann ferner vorgesehen sein, den Deckel oder die Haube mit Feuerfest-Material auszukleiden.

Erfindungsgemäß weist der Deckel an seinem dem flüssigen Stahl zugewandten Ende einen Feuerfest-Körper, insbesondere einen Ring aus Feuerfest-Material, auf. Die Abschirmung der Lichtbögen durch einen ringförmigen oder anders ausgeformten Schutzschild fängt die Lichtbogen-Strahlung ab und beschränkt die durch die Wärmeentwicklung überhitzte Schlacke auf den Bereich innerhalb des Ringes, falls dieser als Tauchring ver­ wendet wird. Der Tauchring wird vorteilhafterweise an der Ab­ deckhaube der Pfanne so befestigt, daß ein kontrolliertes Eintauchen des Ringes in die Schmelze garantiert werden kann. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung von Feuerfest- Schwimmkörpern, die vor Behandlung auf die Schmelze aufgelegt werden oder sich als Flansch auf den Pfannenrand abstützen.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Deckel eine Kühlung auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Drehstrompfannenofen zumindest drei Elektroden (im Regel­ fall als Drehstrom-Pfanneofen drei Elektroden) auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Deckel eine segmentierte Kühlung auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannen­ ofen, eine Recheneinrichtung zur Regelung der Strahlung der Lichtbögen der zumindest zwei Elektroden in Abhängigkeit von der Temperatur und der Durchflußmenge eines durch die segmen­ tierte Kühlung fließenden Kühlmittels auf. Auf diese Weise läßt sich der Verschleiß am Deckel des Wechselstrompfannen­ ofens bzw. Drehstrompfannenofens deutlich senken. Bei einer nicht vollständigen Abdeckung der Lichtbogenstrahlung durch den Deckel verringert sich auf diese Weise ebenfalls die Ab­ nutzung von Feuerfest-Material an der Innenseite des Wechsel­ strompfannenofens bzw. Drehstrompfannenofens.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannen­ ofen, zur Aufnahme von mehr als 150 Tonnen, insbesondere mehr als 250 Tonnen, flüssigen Stahls ausgebildet. Für Pfannenöfen dieser Größenordnung und größer führt die Erfindung zu einem besonders signifikanten Kostenvorteil.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannen­ ofen, derart dimensioniert und weist eine derartige Stromver­ sorgung auf, daß eine Erwärmung des flüssigen Stahls schnel­ ler als mit 4 Kelvin/Minute möglich ist. Aufgrund der langen Lichtbögen ist die Erfindung für eine Aufheizung von 4 Kel­ vin/Minute und größer besonders geeignet. Besonders signifi­ kant ist der erfindungsbedingte Kostenvorteil bei Pfannenöfen zur Aufnahme von mehr als 150 Tonnen, insbesondere mehr als 250 Tonnen, flüssigen Stahls, der mit mehr als 4 Kelvin/Minute aufgeheizt wird.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merk­ malen der Unteransprüche werden anhand schematisch darge­ stellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläu­ tert; darin zeigen:

Fig. 1 einen bekannten Drehstrompfannenofen mit Deckel

Fig. 2 den Ausschnitt II aus Fig. 1

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Deckel gemäß Fig. 1

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Drehstrompfannenofen mit De­ ckel

Fig. 5 den Ausschnitt V aus Fig. 4

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Deckel gemäß Fig. 4

Fig. 7 eine erfindungsgemäße alternative Randausgestaltung eines Deckels

Fig. 8 einen Drehstrompfannenofen mit Lichtbogenregelung.

Fig. 1 zeigt einen Drehstrompfannenofen 1 mit Deckel 2. Der Drehstrompfannenofen 1 weist Seitenwände mit einem Pfannen­ körper 5 und einer Feuerfest-Auskleidung 6 auf. Im Drehstrom­ pfannenofen 1 befindet sich flüssiger Stahl 8, auf dem eine dünne Schicht Schlacke 7, schwimmt. Zur Erwärmung des flüssi­ gen Stahls 8 im Drehstrompfannenofen 1 sind Elektroden 4 vor­ gesehen, die durch den Deckel 2 durchstoßen. An den Elektro­ den 4 liegt eine elektrische Spannung an, so daß sich zwi­ schen Elektroden 4 und dem flüssigen Stahl 8 Lichtbögen 9 ausbilden. Der Deckel 2 weist Kühlrohre 3 auf, durch welche zur Kühlung des Deckels 2 Kühlmittel geführt wird.

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt II aus Fig. 1. In der Ausführungs­ form gemäß der Fig. 1 bis Fig. 3 schirmen die unteren Kühlrohre 20 des Deckels das Feuerfest-Material 6 des Drehstrompfannenofens 1 zum Teil vor der Strahlung der Lichtbögen 9 ab. Zur Befestigung sind die Befestigungselemente 10 vorgesehen.

Wie in der Draufsicht auf den Deckel 2 gemäß Fig. 3 zu erken­ nen, sind die äußeren Kühlmittelrohre 11 und 12 segmentiert. Dabei ist die Segmentierung derart vorgesehen, daß zwischen elektrodenennahen Segmenten 11, sogenannten Kot Spots, und elektrodenfernen Segmenten 12, sogenannten Cold Spots, unter­ schieden wird. Die Erwärmung des Kühlmittels in den elektro­ dennahen Segmenten 11 (ggf. auch in den elektrodenfernen Seg­ menten 12) wird in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung (gemessen und) zur Regelung der Lichtbögen gemäß Fig. 8 verwendet.

Fig. 4 zeigt einen Drehstrompfannenofen 1, der in analoger Weise zum Drehstrompfannenofen 1 in Fig. 1 aufgebaut ist. Ent­ sprechendes gilt für den Deckel 19 des Drehstrompfannen­ ofens 1, der sich jedoch im unteren Deckelbereich, wie Fig. 5 verdeutlicht, von dem Deckel 2 in Fig. 1 unterscheidet. Unter­ halb der unteren Kühlrohre 20 ist ein Feuerfest-Körper 21 aus Feuerfest-Material vorgesehen. Der Feuerfest-Körper 21 aus Feuerfest-Material ist mittels einer Befestigungseinrichtung 22 mit den Kühlrohren 20 verbunden. Der Feuerfest-Körper 21 aus Feuerfest-Material wird in das Bad aus Schlacke 7 bzw. flüssigem Stahl 8 eingetaucht. Auf diese Weise wird eine vollständige Abschirmung des Feuerfest-Materials 6 des Dreh­ strompfannenofens 1 vor der Strahlung der Lichtbögen 9 er­ reicht.

Wie Fig. 6 verdeutlicht, ist auch der Deckel 19 in seinem äu­ ßeren Bereich segmentiert, wobei zwischen elektrodennahen Segmenten 24 und elektrodenfernen Segmenten 25 unterschieden wird. Die Kühlung erfolgt in analoger Weise zu der Kühlung des Deckels 2 in Fig. 3. In besonders vorteilhafter Ausgestal­ tung der Erfindung wird die Erwärmung der Kühlmittelmenge in den elektrodennahen Segmenten 24 (ggf. auch in den elektro­ denfernen Segmenten 25) gemessen und zur Regelung der Licht­ bögen gemäß Fig. 8 verwendet. Es kann auch (gilt auch für Fig. 3) eine feinere Segmentierung vorgesehen werden.

Fig. 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Deckels 19. Dabei entspricht der in Fig. 7 gezeigte Ausschnitt dem in Fig. 5 gezeigten Ausschnitt. Zusätzlich ist ein Abstützelement 40 vorgesehen, mittels dessen der Deckel auf dem Drehstrom­ pfannenofen 1 abgestützt wird. Das Abstützelement 40 ist z. B. ringförmig ausgestaltet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, mehrere, z. B. sechs, Abstützelemente am Umfang des Deckels zu verteilen. In alternativer Ausgestaltung ist der Feuerfest- Körper 21 als Schwimmkörper ausgebildet.

Es kann eine Schnellwechselvorrichtung für den Feuerfest- Körper 21 vorgesehen werden. Die Positionierung eines neu zu­ gestellten Feuerfest-Körpers 21 erfolgt dabei auf einem Dreh­ teller dergestalt, daß die Befestigungselemente 22 nach Ein­ schwenken des Feuerfest-Körpers 21 unter den Deckel 19 exakt eingesetzt und verkeilt werden können. Vor Einschwenken des neu zugestellten Feuerfest-Körpers 21 wird auf demselben Drehteller der verschlissene Schwimmkörper demontiert und so­ mit beim Einschwenken des neuen automatisch herausgefahren. Ein neuer und ein verschlissener Feuerfest-Körper 21 können auch auf separaten Aufnahmevorrichtungen nach entgegengesetz­ ten Seiten ein- bzw. weggeschwenkt werden. Weiterhin kann ein Pfannentransportwagen so mit einer Bühne ausgestaltet werden, daß auf ihm der neu zugestellte Feuerfest-Körper 21 positio­ nierbar ist. Der verschlissene Feuerfest-Körper 21 wird durch Absenken des Deckels 19 ebenfalls auf dieser Plattform demon­ tiert. Nach Verfahren des Pfannentransportwagens und exakter Positionierung wird dann der neue Feuerfest-Körper 21 ange­ dockt.

Fig. 8 zeigt eine Elektrodenregelung zur Einstellung der Lichtbögen 9 für einen Drehstrompfannenofen 1 gemäß Fig. 1 bis Fig. 3. Die Regelung der Elektroden 4 in einem insbesondere Drehstrompfannenofen 1 gemäß der Fig. 4 bis Fig. 6 erfolgt in analoger Weise. Zur Regelung der Elektroden 4, die über einen Transformator 32 mit Strom versorgt werden, ist eine Einrich­ tung 33 zur Höhenverstellung der Elektroden 4 vorgesehen. Dabei wird über die Höhe der Elektroden die Länge und damit die Strahlungsintensität der Lichtbögen 9 beeinflußt. Zur Rege­ lung der Einrichtung 33 zur Höhenverstellung der Elektroden 4 ist eine Recheneinrichtung 31 vorgesehen. Die Recheneinrich­ tung 31 regelt die Höhe der Elektroden 4 in Abhängigkeit der Durchflußmenge und der Erwärmung des Kühlmittels in den elek­ trodennahen Segmenten 24 (ggf. auch in den elektrodenfernen Segmenten 25). Dazu ist die Recheneinrichtung 31 mit einer Kühleinrichtung 30 verbunden, die zur Kühlung der Segmente 24 und 25 vorgesehen ist. Die Regelung der Höhe der Elektroden 4 durch die Recheneinrichtung 31 erfolgt vorteilhafterweise ge­ mäß dem Verfahren zur Elektrodenregelung, das in der DE 44 15 727 ausgeführt ist.

Claims (8)

1. Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen (1), zum Erwärmen von flüssigem Stahl (8) mittels zumindest zweier Elektroden (4) zur Ausbildung je eines Lichtbogens (9) zwischen je einer Elektrode (4) und dem flüssigen Stahl (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrompfanneofen, insbesondere Drehstrompfan­ nenofen (1), einen Deckel (19) zum Abschirmen zumindest eines Teils der Seitenwände des Wechselstrompfannenofens, insbesondere Drehstrompfannenofens (1), vor der Strahlung der Lichtbögen (9) aufweist, wobei der Deckel (19) an seinem dem flüssigen Stahl (8) zugewandten Ende einen Feuerfest- Körper (21), insbesondere einen Ring aus Feuerfest-Material, aufweist.

2. Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerfest-Körper (21) mittels einer Befestigungsein­ richtung (22) mit den unteren Kühlrohren (20) verbunden ist.

3. Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen (1), nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (19) eine Kühlung aufweist.

4. Drehstrompfannenofen (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest drei Elektroden (4) aufweist.

5. Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen (1), nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (19) eine segmentierte Kühlung (24, 25) auf­ weist.

6. Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen (1), nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Recheneinrichtung (31) zur Regelung der Strahlung der Lichtbögen (9) der zumindest zwei Elektroden (4) in Ab­ hängigkeit von der Temperatur und der Durchflußmenge eines durch die segmentierte Kühlung (24, 25) fließenden Kühlmit­ tels aufweist.

7. Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Aufnahme von mehr als 150, insbesondere mehr als 250, Tonnen flüssigen Stahls (8) ausgebildet ist.

8. Wechselstrompfannenofen, insbesondere Drehstrompfannenofen (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er derart dimensioniert ist und eine derartige Stromver­ sorgung aufweist, daß eine Erwärmung des flüssigen Stahls (8) schneller als 4 Kelvin/Minute möglich ist.