DE2412887B2

DE2412887B2 - Lichtbogenofen zur Schmelzreduktion

Info

Publication number: DE2412887B2
Application number: DE2412887A
Authority: DE
Inventors: Bernt Dipl.-Ing. Ling; Bjoern Dipl.-Ing. Widell
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1974-03-18
Publication date: 1979-07-26
Also published as: JPS49123415A; SE371651B; CH598352A5; SE371651C; JPS5438966B2; US3940551A; GB1455221A; FR2223459A1; FR2223459B1; DE2412887C3; DE2412887A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenofen zur Schmelzreduktion gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein Ofen mit diesen Merkmalen ist bekannt aus derUS-PS3101385.

Eine sich in der Industrie stark entwickelnde Technik ist die Zweistufenreduktion von eisenoxydhaltigem Material, wobei zunächst festes Material in reduzierendem Gas vorreduziert wird und dann das vorreduzierte Material fertigreduziert wird. Bei dieser Fertig- oder Endreduktion wird feines pulverförmiges Material in den Ofen eingeführt, welches möglichst auf einem schlackenfreien Fleck der Schmelze beigegeben werden soll. Dies bereitet Schwierigkeiten, da infolge der Temperatur im Ofen sowie der Abgase ein gewisser Überdruck im Ofen entsteht, der das feine pulverförmige Material durch die hohle Elektrode nach oben zurückschleudert.

Bei dem aus der US-PS 3101 385 bekannten Lichtbogenofen handelt es sich um einen wechselstromgespeisten Lichtbogenofen. Die Gaszufuhr erfolgt durch eine Anzahl diskreter Bohrungen in der Elektrode, die auf einem Kreis liegen, der konzentrisch um das zentrale Zuführungsrohr in der Elektrode angeordnet ist. Der Zweck dieser Gaszufuhr besteht darin, höhere Temperaturen im Ofen zu erreichen. Die Gaszuführungsrohre und der zentrale Chargierkanal enden alle auf dem gleichen Niveau am unteren Ende der Elektrode. Eine Ejektorwirkung dieser Gaszufuhr kommt bei dem bekannten Lichtbogenofen nicht zustande und ist auch nicht beabsichtigt. Das Problem des Zurückwerfens von feinem Pulver spielt bei diesem Ofen keine Rolle, da er mit relativ groben Brocken beschickt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem es möglich ist, die Zuführung auch von sehr feinem pulverförmigem Material zu einem freien Fleck auf der Schmelze sicher herbeizuführen.

Zur Lösung diese Aufgabe wird ein Lichtbogenofen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

Durch die Erfindung wird erreicht, daß selbst sehr feinkörniges, eisenoxydhaltiges Material an derselben Stelle zugeführt wird, wie die für die Schmelzreduktion erforderliche Leistung. Dies wird einmal erreicht durch die Ejektorwirkung des zugeführten Gases, welches durch Ausübung mechanischer Kräfte das Pulver auf den schlackenfreien Schmelzenfleck drückt, so daß dieses nicht durch die aus der Schmelze und/oder dem auf der Schmelze fließenden partikelförmigen Material freigewordenen Gasen fortgetragen wird. Diese Wirkung wird unterstützt durch magnetische und elektrische Kräfte, die dank des Gleichstromlichtbogens ständig in der gewünschten Richtung auf die Pulverpartikel wirken. Ferner werden in gewissem Umfange Gasblasen in der Schmelze durch die auf die Schmelze wirkenden elektrischen und magnetischen Kräfte daran gehindert, den Fußpunkt des Lichtbogens und damit das feinkörnige Material in der Schmelze zu erreichen. Diese Verhältnisse werden im folgenden genauer beschrieben. Bei dem zugeführten Gas kann es sich um inertes oder reduzierendes Gas handeln.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen gemäß der Erfindung mit Inertgaszufuhr,

F i g. 2 eine Teilansicht des Fußpunktes der Pulverzufuhr in die Schmelze.

In F i g. 1 wird das Ofengefäß 13 mit einer im Querschnitt ringförmigen Grafitelektrode 11 gezeigt, die als Kathode wirkt. Die Schmelze im Ofen wirkt über die Bodeneinspeisung 12 als Anode (Pluspol).

Durch die Kn.thode führt mit einem bestimmten ringförmigen Spalt 14 ein feuerfestes Speiserohr 15 für Pulvermaterial (Schlich, eisenoxydhaltiges Material), das aus Wärmegründen ein Stück oberhalb des Kathodenendes ausläuft. Das Rohr 15 besteht aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise keramischem Material.

Über den Spalt zwischen dem Rohr 15 und der Kathode 11 kann Gas, wie Argon, Stickstoff, Helium, Kohlenstoffmonoxyd oder Wasserstoff (siehe Pfeile A) zugeführt werden. Das Rohr ist an ein Dosierungsgefäß 16 angeschlossen, in welches das Zuführungsrohr 17 für eisenoxydhaltiges Material sowie für eventuelle Reduktions- und/oder Raffinierungsmittel münden. In das Rohr 17 wird zweckmäßigerweise ein Dosierungsventil 18 eingesetzt. Der Zweck des Dosierungsgefäßes 16 und des Ventils ist es, Pulsation und eventuelle Ungleichmäßigkeiten in der Pulverzufuhr zum Ofen 13 zu verhindern.

Die Kathode U ist auf einem ungefähr konstanten Niveau h über der Oberfläche der Schmelze 19 zu halten, und dies wird am besten durch ein mehr oder weniger kontinuierliches Abzapfen der Schmelze erreicht. Die auf der Schmelze fließende Schicht aus partikelförmigem, kohlenstoffhaltigem Material kann eine Dicke haben, die, verglichen mit dem Niveau Λ, klein oder groß ist.

Dieses Material kann beispielsweise Koks 20 mit einer Partikelgröße zwischen 3 und 8 mm sein und kann

dem Ofengefäß direkt oder über das Rohr 15 zugeführt werden. Der Ofen ist mit einer Absauganordnung für Case 21 und einer Ablaßöffnung 22 für fertigreduziertes Eisen und Schlacke 22 versehen. Der Ofenboden 24 besteht aus Grafit, und zu diesem werden die Leitungen 23 von der Stromquelle geführt.

Das Gas wird an der Stelle A zugeführt und Qbt auf das Pulvermaterial eine Ejektorwirkung aus. Unter Umständen kann man ohne dieses Gas auskommen, es besteht dann jedoch die Gefahr, daß sich Pulver an den Elektroden festsetzt und die Elektroden durch dieses gegenüber Grafit reaktive Pulver unnötig stark abbrennen.

Sauerstoff (Luft) oder andere oxydierende Gase, wie Kohlendioxyd, sollen dem Bad nicht zugeführt werden.

Das Dosierungsgefäß 16 schafft ein Puffervolumen, von dem man beim Chargieren einen bestimmten, stoßfreien Druck erhalten kann.

Dem Bad werden Schlackenbilder, wie Kalk zugesetzt, und zwar entweder über das Dosierungsgefäß oder direkt zum Ofen. Der Kohlenstoff wird auf geeignete Weise zugeführt und hat wie üblich die Aufgabe, die Schmelze zu desoxydieren. Der Kohlenstoff reagiert mit dem Sauerstoff im Schlich und bildet CO, das bei 21 entweicht

Das Ende des Rohres 15, das ein Stück über der Unterkante der Kathode 11 liegt, kann mit einem Mundstück zur kontrollierten Zufuhr des Pulvers zur Schmelze abgeschlossen sein.

Wenn der elektrische Strom fließt, bildet sich infolge elektromagnetischer Kräfte au) der Schmelzenoberfläche ein Meniskus (Erhöhung) 25 und — in erster Linie unter dem Einfluß des Lichtbogens — eine Vertiefung 26 in der Mitte des Meniskus, was einen zweckmäßig begrenzten Fußpunkt für den Lichtbogen 27 gibt.

Die Ofenatmosphäre besteht aus Kohlenstoffmon-

oxyd und eventuell Wasserstoff oder Inertgas, wie Stickstoff, und man muß mit einem leichten Unterdruck arbeiten, damit die Gase nicht über eine andere Stelle als der Absauganordnung 21 entweichen.

Die Elektroden sind ringförmig ausgebildet und so geformt, daß man einen groben Lichtbogen erhält Eventuell können die Elektroden mit einer elektronenemittierenden Zone versehen werden (Thorium, Barium oder Stoffe mit gleichen Eigenschaften), wobei man

ίο einen Fleck oder eine Zone für Elektronenemission erhält

Da die Schmelzenoberfläche unter der Elektrode unbedeckt ist (die Schlacke 28 wird zur Seite geschoben), erhält man einen ruhigen Lichtbogen und eine schnelle Desoxydation.

Es wird ein Endprodukt aus Roheisen mit ca. 4% C angestrebt

Der Abstand des Rohres 15 zum unteren Rand der Kathode sollte so gewählt werden, daß Wärmeschäden im Rohrmaterial vermieden werden.

Die Elektrode, die nach und nach verbraucht wird, muß zusammensetzbar sein, beispielsweise mittels Gewinde zum Anschrauben eines neuen Elektrodenteils oder axial geteilt und von einem Ring o. dgl.

2> zusammengehalten, damit man im Rohr 15 keine abnehmbare Kopplung vorzusehen braucht um ein Zusammenfügen der Elektrodenteile zu ermöglichen. Bei axialer Teilung kann ein neues Elektrodenteil schnell angesetzt werden.

«ι Der Abstand h wird von den Maßen des Ofens bestimmt, und man muß, um diesen Wert konstant zu halten, die Schmelze sukzessiv abzapfen.

Als Beispiel der Ofenleistung können 30 MW genannt werden; die Pulvereinspeisung kann dann beispielsweise

ti 30 t/h betragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenofen zur Schmelzreduktion von Eisenoxyd und/oder eisenoxydhaltigem Material mit mindestens einer hohlen Elektrode, durch welche das Beschickungsmaterial in den Ofen einfahrbar ist, und einer Einrichtung zur Zuführung von Gas in das Ofeninnere durch die Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenofen mit Gleichstrom betrieben wird, daß die Elektrode als Kathode und die Schmelze als Anode geschaltet ist und daß die Gaszuführungseinrichtung derart angeordnet ist, daß das Gas eine Ejektorwirkung auf das durch die Elektrode zugeführte pulverförmige Material ausübt

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr für die Zuführung des pulverförmigen Materials die Elektrode zumindest teilweise durchläuft und von einem ringförmigen Spalt für die Zuführung des Gases umgeben ist

3. Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr für die Zuführung des pulverförmigen Materials von einem Dosierungsgefäß (16) ausgeht, zu dem mindestens eine mit einem Ventil (18) versehene Zufuhrleitung (17) für das zuzuführende Material führt