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Verfahren zur Erfassung der Abase eines Lichtbogen-Ofens Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Abgase eines Lichtbogen-Ofens.
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Bei der Erfassung sowie der Steuerung der Abgasvolumer.ströme aus
einem Lichtbogen-Ofen ist iiff Direkt-Ansaugung der Ofenabgase aus einem besonderen
Ofendeckel-Durchbruch in Bezug auf die zu verarbeitenden Abgasvolumenströme und
deren Entstaubung die wirtschaftlichste Lösung. Gleichzeitig werden damit die notwendigen
Anforderungen an eine höchstmögliche Staubfreiheit der Hallenluft in Verbindung
mit der Einhaltung der erforderlichen Gadrücke über der Schmelze erreicht. Die auf
das notwendige Minimum reduzierte Lüfterleistung gegenüber einer Absaugung mit Hilfe
von Haubenkonstruktionen bringt automatisch auch den weiteren Vorteil in Bezug auf
eine Senkung des Lärmpegels.
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Die Direktabsaugung der Ofenabgase aus einem Lichtbogen-Ofen errecht
über den gesamten Bereich der Ofengänge, d h. vom Einschmelzen bis zum Feinen und
zum Abstich den angestrebten hohen Grad der Regelmöglichkeit und hat sich dadurch
bezüglich der notwendigen wärmetechnischen rationellen Fahrweise eiens Tiichtbogen-Ofens
als günstig für die anschliessende Entstaubung der Ofenabgase erwiesen.
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Die Steuerung der Abgasvolumenströme wird in bekannten Anlagen durch
verändern der Stellung einer hochhitzebestandigen
Drosselklappe
in der Hauptabsaugeleitung hinter der für das Kippen des Ofengefässes beim Abgiessen
erforderlichen Trennstelle zwischen Absaugstutzen im besonderen Ofendeckel-Durchbruch
und anschliessender Absaugleitung vorgenommen. Die (iffnungsweite dieser Trennstelle
kann mit Hilfe einer Verschiebung bzw. des Verfahrens einer die Hauptabsaugleitung
direkt am Absaugstutzen oder am Absaugkrümmer umhüllenden Rohrmanschette dem Betrieb
bzw. den örtlichen Gegebenheiten der Gesamtanlage nngepasst werden.
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Die Arbeitsweise eines Lichtbogen-Ofens wird unterteilt 5n folgende
Ofengänge: - Chargieren (EInsatz von festem Material) - Einschmelzen (Überführen
des Einsatzmaterials vom festen in flüssigen Zustand) - Frischen (Entkohlen, Leieren)
- Feinen (Herstellen einer weissen Schlacke) - Abstich (Abschlacken) - Abgiessen
(der fertigen Schmalze nach dem Abschlecken) Neben der sicheren Einstellung von
ganz geringen Druckdifferennen zwischen dem Druck in der Ofenhalle und r1.em innerhalb
des Ofengefässes müssen darüberhinaus die sich mit dem Betriebzustand des Ofens
in erheblichem Ausmass anderrden Abgasvolumenströme erfasst und temperaturmässig
laufend überwacht werden.
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In allen diesen Betriebsphasen wird des Ofenabgas aus dem Ofengefäss
durch das besondere Ofendeckelloch angesaugt oder durch Gasüberdruck herausgedrückt.
Aufgrund der Prozessfolge im Lichtbogen-Ofen und für die Unterstützung des metallurgischen
Ablaufs in der Stahlschmelze ist zur kontrollierten Ofenabgas-Erfassung ein Absaugesystem
notwendig, das in der Lage ist, beim Anfall eines grossen Gasvolumen (Einschmelzen
Frischen) den Ausbruch von Gasen und Rauchen in der Halle mit Hilfe eines Unterdrucks
im Ofengefäss zu vermeiden und dabei
diesen Unterdruck - bezogen
auf den Hallendruck - so nahe bei Nuil einzuregulieren, so dass ein unnötiger Wärmeentzug.
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1md Elektrodenabbrand vermieden wird. Wiederum ist? es aber erforderlich,
beim Ofengang "Feinen" zur Sicherheit gegenüber einem Einbruch von Hallenluft einen
Überdruck im Ofenefäss einzuregeln, wobei die beim Feinen anfallenden Rauchgasmengen
ganz gering sind. Hier müssen die Nachteile eines Überdruckes im Gegensatz zu den
Vorteilen des leichten Unterdruck-Fahrens in Keuf genommen werden, um ein Heraussaugen
der Zuschlagsstoffe, bevor sie ins Bad gelangt sind, unmöglich zu machen und den
Luft- und damit Sauerstoffzutritt zur Schmelze zu unterbinden. Dadurch kann die
Temperatur des Bades gehalten und eine reduzierende karbidische xeisse Schlakke
erzeugt werden.
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Beim Einschmelzen und beim Frischen werden flüssige und breiige Partikel
aus dem Ofengefäss emittiert. Die Vorrichtung zur Druck-Regelung muss daher zur
Vermeidung von Betriebsstörungen in einem ausreichenden Abstand vom besonderen Dekkelloch
im Ofendeckel installiert sein. Dadurch wird ein Aufbau. von Pasten und Staubansätzen
an der Drosselklappe und als Folge davon ein Klemmen der Klappe und eine Verringerung
des freien Durchgangs an dieser für die Regelung wichtigen Stelle vermieden.
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Beim Feinen und beim Abschlacken dagegen ist das Bad ruhig.
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Das Ofengefäss muss aus bereits genannten Gründen zunächst einmal
nahezu gasdicht absperrbar sein. Dafür ist ein Absperr-und Regelschieber jedoch
notwendigerweise in unmittelbarer Nähe der Absaugstelle auf dem Ofendeckel vorzuziehen.
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Bisher wurden mit Hilfe der genannten Drosselklappe im Zuge der Hauptabsaugleitung
die notwendigen Abgasvolumenströme eingeregelt. Dabei war mit der so angeordneten
Drosselklappe eine sichere Absperrung z. B. infolge der thermischen Auftriebsströmungen
(Schornsteinwirkung) unmöglich. Andererseits konnte
die kühlende
Hallenluft-Zumischung durch eine direkt am Absaugstutzen angeordnete: Trennstelle
je nach Regeleinstellung von Rohrmanschette und Drosselklappe praktisch unwirksam
bleiben. Diese Nachteile sollen erfindungsgemäss durch das Zusammenwirken von nur
zwei Regulierungsvorrichtlmgen in anderer Kombination, also unter Verzicht auf die
Drosselklappe in der Hauptabsaugleitung, vermieden werden.
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Darüberhinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Absaugsystem
zu entwickeln, das auch bei plötzlichen Änderungen der anfallenden Abgasvolumenströme
einen Unterdruck wie auch einen Überdruck im Ofengefäss sicherstellt, und dass die
durch die schwankenden Abgasvolumina bedingten Druckschwankungen mit sehr kleiner
Zeitkonstante geregelt werden, denn insbesondere beim Ofengang Feinen ist es in
vielen Fällen üblich geworden, den Ofendruck aus metallurgischer Vorsicht ansteigen
und damit den Ofen einfach qualmen zu lassen.
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Diese Aufgabe wird gemass der Erfindung dadurch gelöst, dass der Druck
im Ofengefäss durch einen verstellbaren an sich bekannten Trennspalt und einen regelbaren
an sich bekannten Absperr- und Regelschieber geregelt wird, wobei in Betriebsphasen
mit hohem Gasanfall (Niederschmelzen, Frischen) die Regelung vorzugsweise bei offenem
Absperr- und Regelschieber allein über die verstellbare Rohrmanschette um die hinter
dem Absperr- und Regelschieber abgehenden Hauptabsaugleitung erfolgt, während in
Betriebsphasen mit geringem Gasanfall (Feinen, Abschlacken) der Druck im Ofengefäss
im wesentlichen mit dem Absperr- und Regelschieber geregelt wird.
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Zumindest in einzelnen Betriebsphasen kann dabei eine Regelung über
die vom Ofen aufgenommene elektrische Energie über den Ofenstrom oder die Ofenspannung
erfolgen, z. B. während der Betriebsshasen Niederschmelzen und Feinen. Zum Schutz
des Entstaubers gegen Verpuffungen, d. h. zur Gewährleistung einer vollständigen
Nachverbrennung von CO-Restgen im abgesaugten
Ofengas kann ferner
ein CO-Messgerät vorgesehen werden, das beim Auftreten gefährlicher CO-Konzentrationen
einen Regelimpuls zum vorrangigen Öffnen des Trennspaltes gibt, um so die erforderliche
Verbrennungsluft zuzuführen.
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Im folgenden ist anhand der Figur der Gegenstand der Erfindung näher
erl äut ert: Das Ofengefäss 1 besitzt ausser dem Ofendeckel 2, den Elektroden 3
und dem als Krümmer dargestellten Absaugstutzen 4, die für die Messung des Druckes
innerhalb des Ofengefässes 1 an sich bekannten Druckmessonden 14 mit eine Messwertgeber
15, dessen Werte durch einen Messwertumformer 16 auf den Regler 17 gegeben werden.
Der Regler 17 gibt die Regelimpulse über einen Wahl schalter 20 auf das Antriebsaggregat
11/12 fiir die Rohrmanschette 10 und/oder auf das Antriebsaggregat 6/7 für den Absperr-
und Regel schi eber 5.
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Der Absperr- und Regelschieber 5 am Absaugkrümmer 4 wird über einen
Verstellmotor 6 und ein Getriebe 7 auf- und abwärts bewegt. An den Absperr- und
Regelschieber 5 schliesst die Hauptabsaugleitung 8 mit der koaxial diese umfassende
Rohrmanschet te 10 fiir die Veränderung der Weite des Trennspaltes 9 an.
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Diese Rohrmanschette 10 liegt in an sich bekannter Weise auf Rollen
und festem Untergrund und wird ebenfalls wie der Absperr- und Regelschieber 5 durch
einen Verstellmotor 11 und ein Getriebe 12 vor- und zurückgefahren bzw. geregelt.
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Die Regelimpulse erhalten sowohl der Absperr- und Regel schi eber
5 als auch die Rohrmanschette 10 für den Trennspalt 9 vom Regler 17, auf welchen
die Differenzen des Messwertes der Druckmessonde 14 und -des eingestellten Sollwert
es aus dem Sollwertgeber 19 gegeben werden. Zusätzlich ist ein Temperaturfühler
13 in der Abgasleitung 8 für die Abgastemperatur-Überwachung 18 vorgesehen. Dieser
Temperaturfühler 13 dient beispielsweise dazu, eine für die Gewebeschläuche im Entstauber
21 einzuhaltende Höchsttemperatur nicht zu über- und eine vorgegebene Mindesttemperatur
zur Vermeidung von Eondensationen
und zur Aufrechterhaltung einer
Nachverbrennung von Rest-CO (sofern für diesen Zweck nicht ein gesondertes CO-Messgerät
bei grossen ANlagen zweckmäsig sein sollte) nicht zu unterschreiten. Der Temperaturfühler
13 gibt daher Messwerte, die von der Temperaturüberwachung 18 vorrangig vor den
Druckregelung im Ofengefäss 1 zu einem Regelimpuls zum Öffen oder Schliessen des
Trennspaltes 9 verarbeitet werden.
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Im einzelnen werden in den Betriebsphasen des Lichtbogen-Ofens 1 je
nach Charge die folgenden Umschaltungen der Reiherfolge nach am Knebel 20 auf dem
Sollwertgeber 19 vorgenommen.
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Vor dem Chargieren wird der Ofendeckel 2 ausgeschwenkt und am Sollwertgeber
19 u. a. ein Unterdruck mit z. B. 10 N m-2 eingestellt, so dass der Regler 17 den
Absperr- und Regelschieber 5 mit Hilfe des Verstellmotors 6 nahezu in Schliessstellung
fährt, ohne dass die Regelung für die Rohrmanschette 10 in Tätigkeit gesetzt wird.
Es werden dann Dämpfe aus dem Ofengefäss 1 bei ausgedrehtem Ofendeckel 2 oder Staubaufwirbelungen
aus dem offenen Ofengefäss 7 über den offenen Trennspalt 9 abgeführt.
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Nach Zurückschwenken des Ofendeckels 2 und Verschliessen des Ofengefässes
1 wird zur Betriebsphase "Einschmelzen" umgeschaltet. Hierbei wird der Verstellmotor
6 des Absperr- und Regelschiebers 5 nahe in die Stellung "offen" gefahren. Der Verstellmototr
14 der Rohrmanschette 10 für den Trennspslt 9 wird durch den Regler 17 in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen dem Messwert der Druckmess-Sonde 14 und dem Sollwertgeber
19 eingestellten Sollwert geregelt Parallel zur Regelung der Rohrmanschette 10 fiir
den Trennspalt 9 wird die Temperaturüberwachung 18 wirksam. Die Temperatur-Mess-Sonde
13 gibt kontinuierlich die Temperatur des Abgases in der Hauptabsaugleitung 8 auf
die Temperatur-Überwachung 18, die bei Überschreitung eines maximalen bzw. bei
Unterschreitung
eines minimalen Grenzwertes anspricht. Sie gibt ihre Impulse direkt auf den Verstellmotor
11 der Rohrmanschette 10 für den Trennspalt 9. Der Trennspalt 9 wird automatisch
aufgefahren, wenn z. B. eine Hallenluftzumischung zum Kühlen der abgesaugten Ofenabgase
für den Schutz der Gewebeschläuche im Entstauber 21 notwendig ist oder zugefahren,
wenn die Gefahr des Abreissen der CO-Nachverbrennung oder einer Taupunktunterschreitung
durch zu starke Kühlung besteht.
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Beim Umschalten des Sollwertgebers 19 auf die Betriebsphase "Frischen"
(gekennzeichnet durch grosse Abgasvolumina hoher Temperatur) tritt eine wesentliche
änderung der Sollwerte für den Regler 17 nicht ein. Durch die auftretenden hohen
Temperaturen wird jedoch die Temperaturüberwachung 18 die Rohrmanschette 10 für
den Trennspalt 9 wegen ihres Vorranges erheblich zurückfahren, damit eine ausreichende
Kaltluftzumischung entsprechend der erhöhten Rauchgastemperaturen beim "Frischen"
rechtzeitig eintritt. - Den sich dadurch bildenden Abgasvolumenstrom selbst hat
man als Grundbelastung zur Auslegung des Entstaubers und des Ventilatoraggregats
in der Hand, so dass die Entstaubungs-Anlage insgesamt infolge der erhöhten Kaltluftzumischung
nicht überlastst wird.
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In der Betriebsphase "Feinen" wird mit Hilfe des Absperr- und Regelschiebers
5 am Absaugkriimmer 4 geregelt. Die Rohrmanschette 10 für den Trennspant 9 ist den
in geringerem Masse anfallenden Abgasmengen zugefahren und schliesst dadurch direkt
an den Absperr- und Regelschieber 5 an, so dass mit diesem eine Feinregelung mit
besonderer Genauigkeit möglich wird.
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Damit wird verhindert, dass auf der einen Seite Sauerstoff aus'der
Hallenluft in das Ofengefäss bzw. zu dem Bad Zutritt findet, und dass auf der anderen-Seite
ein unnötiger Wärmeentzug aus dem Ofengefäss während dieser metallurgisch-wichtigen
Phase stattfindét; dadurch kann sich die reduzierende weisse Schlacke bilden. Temperatureinwirkungen
auf den Entstauber 21 sind in dieser Betriebsphase dadurch nicht gegeben-,
weil
die Abgasvolumenströme durch die esnz geringen Rauchgasmengen auf der Länge der
Hauptgasleitung 8 sich auspeichend abkühlen konnten, bevor sie in den Entstauber
21 eintreten.
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Während der Betriebsphase "Abschlacken" und "Abgiessen", auf die wiederum
am Sollwertgeber 19 umgeschaltet werten kann entsprechen die einzelnen Sollwerte
denen der Schaltstellungen "Chargieren".
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In den einzelnen Betriebsphasen des Lichtbogen-Ofens ergeben sich
je nach Einstellung des Einstellknebels 20 die folgenden Zusammenhänge zwischen
Betriebsphase und jeweils geregelter Vorrichtung.
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Stellung des Geregelte Stellung Temperatur-Einstell-Knebels Vorrichtungen
"auf" "zu" Überwachung Anfahren Regelschieber 5 + Trennspalt 9 + Chargieren, Regelschieber
5 + Deckel geschwenkt Trennspalt 9 + Einschmelzen Regelschieber 5 + Trennspalt 9
+regeln + + Frischen, Sauer- Regelschieber 5 + stoffaufblasen Trennspalt 9 +regeln
+ + Feinen, Regelschieber 5 +regeln + Zuschlagstoffe Trennspalt 9 + + Abschlacken
Regelschieber 5 +regeln + Trennspalt 9 + + Abgieasen, Ofen- Regelschieber 5 + gefäss
gekippt Trennspalt 9 + +
Mit Hilfe der Schaltmöglichkeiten am Sollwertgeber
19 ist es ohne besondere Verfahrenspraxis lediglich entsprechend der einzelnen auf
einander folgenden, klar voneinander zu trennenden Betriebsn.hasen dem Ofenpersonal
an die Hand gegeben,immer die richtige Absaug-Einstellung zur Erfassung der Ofenebgase
und ihrer Entstaubung zu wählen. Bislang war es nicht zu vermeiden, dass das Ofenpersonal
praktisch ständig von Hand in den Regelkreis eingreifen musste. Dies fiihrte letztlich
zu den gesch derten Auswirkungen: durchgehendes Qualmen des Ofens während der Feinungsneriode,
neni5ender Schutz der Gewebeschläuche im Entstauber, mengelnde Wirksamkeit einer
Drosselklappe in der Hauptabsaugeleitung beim Leckluftbeimischen hinter dem Ofenkrümmer.
Diese Nachteile werden mit der vorliegenden Erfindung in hohem Masse verhindert
und der Grad der Genauigkeit der Erfassungsvorgänge der Rauchgase im Lichtbogen-Ofen
wird von Zufälligkeiten in der Fahrweise des Ofens und der Entstaubungsanlage an
einem Lichtbogen-Ofen weitgehend unabhängig gemacht.
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- Patentansprüche -