DE19925599A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Lichtbogenschmelzöfen und/oder Widerstandsschmelzöfen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Lichtbogenschmelzöfen und/oder WiderstandsschmelzöfenInfo
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Abstract
Um auch den unteren Teil von Elektrolichtbogen- und/oder Widerstandsschmelzofen zu kühlen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, diesen unteren Teil, das eigentliche Schmelzgefäß (4), schalenförmig mit einem Mantel (9) mit Abstand zu umgeben und den dadurch gebildeten Zwischenraum als Kühlvorrichtung (10) auszubilden und mit einem Kühlmedium (14) zu beaufschlagen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Betrieb von Lichtbogenschmelzöfen und/oder
Widerstandsschmelzöfen, mit einem Schmelzgefäß zur Aufnahme
der Schmelze, dessen Deckel und obere seitliche Wandung bis
zur oder einschließlich des Bereichs der Schlackenzone durch
ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, gekühlt sind.
Derartig gekühlte Öfen sind in vielseitiger Ausgestaltung
bekannt. Bei diesen bekannten Öfen ist der Herdboden der
einzig ungekühlte Bereich mit der Neigung zu einem erhöhten
Verschleiß der feuerfesten Auskleidung und erhöhtem
Reparaturaufwand bei den Konstruktionselementen.
Um zumindest den Teil des Herdbodens zu kühlen, in dem sich
die Bodenelektroden befinden, ist aus der EP 02 03 301 B1
bekannt, in diesem Bereich des Herdbodens mit Abstand eine
Platte anzuordnen, durch die die Hälse der Elektroden oder
Kontaktstifte geführt sind und in den Zwischenraum zwischen
dieser Platte und dem Herdboden Luft einzublasen. Durch diese
Maßnahme wird beim Schmelz- und Abstichbetrieb die
Bodenelektrode gekühlt, wobei bei längeren Betriebspausen
durch Reduzierung der Kühlleistung diese so eingestellt werden
kann, dass die Geschwindigkeit der Temperaturänderung der
Bodenelektrode insbesondere bei Beginn oder am Ende der
Betriebspause vorgegebene Maximalwerte nicht übersteigt.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik ist es
Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb von
Elektrolichtbogenschmelzöfen und Widerstandsschmelzöfen
anzugeben, mit dem die Nachteile der nur teilweisen Kühlung
vermieden werden können.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst bei
Elektrolichtbogenschmelzöfen und Widerstandsschmelzöfen der
beschriebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Durch die Maßnahme der Erfindung, den unteren Bereich des
Ofens, den Herdboden und den unteren Teil der seitlichen
Wände, gleichfalls zu kühlen, wird insgesamt ein günstiger
Einfluss auf die Standzeit der feuerfesten Zustellung sowie
auf die weiteren Konstruktionselemente des Ofens erzielt.
Weiterhin wird durch die Maßnahme der Erfindung gleichfalls
eine vorteilhafte Kühlwirkung auf die Bodenelektrode ausgeübt.
Die erfindungsgemäße Kühlung erfolgt mittels einer
schalenförmig den zu kühlenden Bereich des unteren Ofens
umhüllenden Kühlvorrichtung, durch die das Kühlmedium strömt.
Als Kühlmedium kann ein gasförmiger Stoff, beispielsweise Luft
oder ein flüssiger Stoff, beispielsweise Wasser, verwendet
werden.
Zur Aufrechterhaltung der Strömung des Kühlmediums innerhalb
der Kühlvorrichtung kann im einfachsten Fall die
Konvektionsströmung genutzt werden, wobei im Falle von
Luftkühlung die Konvektionsströmung durch einen Kamin
verstärkt werden kann, der mit der Ablauföffnung der
Kühlvorrichtung verbunden ist. Durch diesen Kamin wird dabei
mit Vorteil gleichzeitig verhindert, dass beim Abstich des
Ofens ein Flammeneintritt in die Kühlvorrichtung erfolgen
kann.
Falls eine Konvektionsströmung nicht ausreichend ist, ist es
gemäß der Erfindung auch möglich, mit Hilfe einer außerhalb
der Kühlvorrichtung angeordneten Fördereinrichtung,
beispielsweise einer Pumpe oder einem Gebläse, das Kühlmedium
durch die Kühlvorrichtung zu fördern. Inbesondere bei
flüssigen Kühlmedien bietet sich dabei an, das Kühlmittel in
einem geschlossenen Kreislauf durch die Kühlvorrichtung zu
fördern. Hierbei kann dann mit Vorteil das aufgeheizte
Kühlmedium so abgekühlt werden, dass eine Wärmerückgewinnung
möglich wird.
Die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur des
Kühlmediums bestimmen die Kühlleistung der Kühlvorrichtung,
weshalb in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit
Hilfe einer Mess- und Regelvorrichtung durch Veränderung
dieser Parameter die Kühlleistung an die Betriebstemperatur
des Ofens angepasst werden kann.
Die den unteren Teil des Ofens schalenförmig umhüllende
Kühlvorrichtung ist gemäß der Erfindung in einfacher Weise
ausgebildet. Durch ein Blech, das entsprechend der Ofenkontur
geformt und mit Abstand zum Ofen an diesem angeordnet ist,
wird ein mantelförmiger Hohlraum geschaffen, durch den das
Kühlmedium strömt. Per Hohlraum besitzt mindestens eine
Zulauföffnung und mindestens eine Ablauföffnung für das
Kühlmedium, wobei im Falle der Konvektionsströmung die
Zulauföffnung zweckmäßig mittig unten am Herdboden und die
Ablauföffnung seitlich oben an den Seitenwänden anzuordnen
ist. Bei der Zwangsströmung mit Hilfe einer Fördereinrichtung
können Zulauf- und Ablauföffnungen auch anders angeordnet
sein.
Zur Verbesserung der Kühlwirkung durch das Kühlmedium befinden
sich nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
innerhalb des Hohlraums der Kühlvorrichtung Kühlrippen, die an
der Ofenwand, beispielsweise durch Schweißen befestigt sind.
Diese Kühlrippen sind so gestaltet, dass sie ein Optimum an
Kühlwirkung gewährleisten, ohne dabei jedoch den
Durchströmungswiderstand der Kühlvorrichtung wesentlich zu
erhöhen, weshalb sie zweckmäßigerweise in Strömungsrichtung
gebogen sind.
Um bei der Kühlung in einem geschlossenen Kreislauf die
Möglichkeit der Wärmerückgewinnung zu realisieren, ist in den
Kühlkreislaufleitungen neben der Fördereinrichtung zur
Aufrechterhaltung der Kreislaufströmung eine
Wärmerückgewinnungseinrichtung angeordnet, in der das
aufgeheizte Kühlmedium gekühlt und die dabei frei werdende
Wärme genutzt, bzw. gespeichert wird.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mess- und
Regelsystem, in das Messwerte der Betriebstemperaturen des
Ofens einfließen, mit dieser Wärmerückgewinnungseinrichtung
und mit der Fördereinrichtung verbunden, um auf diese Weise
einen Einfluss auf die Temperatur und auf die Menge des in die
Kühleinrichtung einfließenden Kühlmediums nehmen zu können.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
werden nachfolgend anhand eines in schematischen
Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispieles näher
erläutert.
Es zeigen;
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Ofen,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Kreislaufkühlung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Ofen 1 mit einem Ofenboden 2,
unteren seitlichen Wänden 3 am Schmelzgefäß 4, oberen
seitlichen Wänden 5 und einem Deckel 6. Die oberen seitlichen
Wände 5 reichen nach unten bis etwa zum die Schmelze
enthaltenen Schmelzgefäß 4 und sind bis zu diesem Bereich wie
der Deckel 6 mit einer Wasserkühlung 5' versehen.
Das Schmelzgefäß 4 besitzt eine durch die Schraffur kenntlich
gemachte feuerfeste Ausmauerung 8 und wird gebildet durch den
Ofenboden 2 und die unteren seitlichen Wände 3.
Erfindungsgemäß ist das Schmelzgefäß 4 mit Abstand von einem
Mantel 9 vorzugsweise aus Stahlblech umgeben, der entsprechend
der Kontur der äußeren Ofenwand 7 geformt ist. Der sich auf
diese Weise ergebende schalenförmige Hohlraum bildet die
Kühlvorrichtung 10 aus, durch die das Kühlmedium 14 strömt.
Der Kühlmitteleintritt erfolgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel mittig unten im Ofenboden 2 über die
Zulauföffnung 12, strömt in Pfeilrichtung zu den Seitenwänden
3 und verlässt dann die Kühlvorrichtung 10 am oberen Ende der
Seitenwände 3 durch die Ablauföffnungen 13. Innerhalb der
Kühlvorrichtung 10 sind zum besseren Wärmeübergang sowie zur
Verwirbelung des Kühlmediums 14 an der Ofenwand 7 entsprechend
der Strömungsrichtung des Kühlmediums 14 ausgeformte
Kühlrippen 11 angeordnet.
In Fig. 2 ist in Form eines Blockdiagramms ein
Ausführungsbeispiel einer Kreislaufkühlung dargestellt. Die
Kühlvorrichtung 10 des Ofens 1 bzw. des Schmelzgefäßes 4 ist
an seiner Ablauföffnung 13 über die Ablaufleitung 16 mit einer
Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 verbunden. In dieser
Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 wird das bei der Kühlung des
Schmelzgefäßes 4 aufgeheizte Kühlmedium 14 unter
Wärmerückgewinnung abgekühlt. Eine Fördereinrichtung 17,
beispielsweise eine Pumpe oder ein Gebläse, die in der
Zulaufleitung 15 angeordnet ist, drückt das aus der
Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 austretende nun abgekühlte
Kühlmedium 14 dann über die Zulauföffnung 12 zurück in die
Kühleinrichtung 10.
Die Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 und die
Fördereinrichtung 17 sind über Steuerleitungen 21 mit einer
Mess- und Regeleinrichtung 19 verbunden, durch die die
Förderleistung der Fördereinrichtung 17 und die Temperatur des
Kühlmediums 14, in der Wärmerückgewinnungseinrichtung 18, in
Abhängigkeit des Betriebszustandes des Ofens 1 geregelt
werden. Hierzu ist die Mess- und Regeleinrichtung 19 über eine
Messdatenleitung 20 mit entsprechenden Messgeräten am Ofen
(die Messgeräte sind nicht dargestellt) verbunden.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungsfiguren
dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, die, der
besseren Anschaulichkeit wegen, mit einer überdimensionierten
Abkühlvorrichtung abgebildet wurden. Je nach Bauart und
Betriebsbedingungen des Ofens können gemäß der Erfindung Form
und Größe der Abkühlvorrichtung, Anzahl und Anordnung der
Zulauf- und Ablauföffnungen sowie die Verknüpfung der
Abkühlvorrichtung mit sonstigen Vorrichtungen (Mess- und
Regeleinrichtung, Fördervorrichtung, usw.) variabel gestaltet
werden, wenn das Grundprinzip der Erfindung, mit möglichst
geringem Konstruktions- und Kostenaufwand in einfacher Weise
eine optimale Kühlung des gesamten Schmelzgefäßes
herbeizuführen, eingehalten wird.
Claims (11)
1. Verfahren zum Betrieb von Lichtbogenschmelzöfen und/oder
Widerstandschmelzöfen, mit einem Schmelzgefäß zur Aufnahme der
Schmelze, dessen Deckel und oberen seitlichen Wände bis zur
oder einschließlich des Bereichs der Schlackenzone durch ein
Kühlmedium gekühlt sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch
ein durch eine Kühleinrichtung (10) strömendes Kühlmedium (14)
wenigstens der gesamte Ofenboden (2), vorzugsweise auch die
unteren seitlichen Wände (3) bis zu den oberen seitlichen
Wänden (5) gekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Transport des Kühlmediums (14) innerhalb der Kühleinrichtung
(10) durch Konvektion und/oder durch eine Fördereinrichtung
(17) aufrechterhalten wird, die außerhalb der Kühleinrichtung
(10) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlmedium (14) in einem geschlossenen Kreislauf
durch die Kühleinrichtung (10) geführt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Kühlmedium (14)
während der Kühlung aufgenommene Wärmeenergie zurückgewonnen
wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung der
Kühlvorrichtung (10) durch Änderung der
Kühlmediumgeschwindigkeit und/oder der Kühlmediumtemperatur an
die Betriebstemperaturen des Ofens (1) mit Hilfe einer Mess-
und Regelvorrichtung (19) angepasst wird.
6. Vorrichtung zum Betrieb von Lichtbogenschmelzöfen und/oder
Widerstandschmelzöfen (1), mit einem Schmelzgefäß (4) zur
Aufnahme der Schmelze, dessen Deckel (6) und oberen seitlichen
Wände (5) bis zur oder einschließlich des Bereichs der
Schlackenzone durch ein Kühlmedium gekühlt sind, zur
Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine
schalenförmig den unteren Teil des Schmelzgefäßes (4)
umhüllende Kühleinrichtung (10), die durch einen Mantel (9)
entsprechend der Kontur der äußeren Ofenwand (7) ausgebildet
ist und mit Abstand zum Schmelzgefäß (4) an diesem angeordnet
ist, wobei mindestens eine Zulauföffnung (12) und mindestens
eine Ablauföffnung (13) für das Kühlmedium (14) an der
Kühlvorrichtung (10) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zulauföffnung (12) mittig unten im Ofenboden (2) und die
Ablauföffnung (13) seitlich oben an der unteren Seitenwand (3)
an der Kühleinrichtung (10) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb der Kühlvorrichtung (10) Kühlrippen (11) an der
äußeren Ofenwand (7) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Luft-Konvektionskühlung die
Ablauföffnung (13) mit einem Kamin verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (10) in
einem geschlossenen Kreislauf über eine Ablaufleitung (16) und
einer Zulaufleitung (15) mit einer
Wärmerückgewinnungsvorrichtung (18) verbunden ist, wobei in
der Zulaufleitung (15) und/oder in der Ablaufleitung (16) eine
Fördereinrichtung (17), beispielsweise ein Gebläse oder eine
Pumpe, angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (18) und/oder die
Fördereinrichtung (17) über Steuerleitungen (21) mit einer
Mess- und Regelvorrichtung (19) verbunden sind, in die über
eine Messdatenleitung (20) Messwerte der Betriebstemperaturen
des Ofens (1) einfließen.
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