DE2526543A1

DE2526543A1 - Verfahren zur schmelzreduktion und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2526543A1
Application number: DE19752526543
Authority: DE
Inventors: Bjoern Dipl Ing Widell
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1976-01-15
Also published as: FR2276386A2; GB1467542A; SE393399B; CH608032A5; FR2276386B2; JPS5117105A; DE2526543C2; JPS587686B2; SE7408234L

Description

PATENTANWÄLTE

^HR.^MSCH^LLEi Franfcfurt/M, den 1Z.6.1975

63GIESSEN, Bismarctastr.ee43 Boe/MK 12.520

D R.-ING. J. BOECKER
FRANKFURT 1, RrtWMupt. 2

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Vasteras/Schweden

Verfahren zur Schmelzreduktion und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Zusatz zu Patent .... (Patentanmeldung P 24 12 887.8)

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schmelzreduktion und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 24 12 887.8),

Gemäß dem Verfahren zur Schmelzreduktion nach dem Hauptpatent wird Pulver aus Eisenoxyd oder Eisenoxyd enthaltendes Material einem Ofen oder Behälter über ein feuerfestes Zuführungsrohr zugeführt, Das Zuführungsrohr mündet zentral in einer hohlen Elektrode, die als Kathode des mit Gleichstrom gespeisten Ofens dient, während das Bad und/oder darauf schwimmendes, kohlenstoffhaltiges, festes Material die Anode bildet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren nach dem Hauptpatent dadurch weiterentwickelt, daß ein kontinuierlicher Fluß des eisenoxydhaltigen Materials mit einem derart abgestimm-

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ten Fluß eines kohlenstoffhaltigen Materials und eventuellen Schlackenbilders gemischt wird, daß der Bedarf an Kohlenstoff zur Reduktion von in dem eisenoxydhaltigen Material übriggebliebenen Oxyden und zur Aufkohlung einer erhaltenen Eisenschmelze gedeckt ist. Die Zuführung des Gemisches kann unmittelbar durch den Zuführungskanal in der Elektrode (z.B. konzentrische Bohrung in der Elektrode) erfolgen, was herstellungsraäßig manchmal einfacher ist, als die Verwendung eines besonderen Zuführungsrohres, das sich in dem Kanal in der Elektrode befindet. Selbstverständlich kann man auch wie bisher ein solches separates Zuführungsrohr verwenden. Schließlich kann der Zuführungskanal (Bohrung) in der Elektrode auch mit einem geeigneten Futter ausgekleidet werden. Der Lichtbogen wird zwischen der Elektrode und der Schmelze erzeugt. Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Reduktion mit einem Kohlenstoff geschehen kann, der in das Zuführungsrohr in der Elektrode eingemischt ist und nicht mit dem Kohlenstoff, der im Schmelzenbad gelöst ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent besteht aus einem mit Gleichstrom gespeisten Ofen oder Behälter mit mindestens einer als Kathode dienenden hohlen Elektrode, bei der ein Zuführungsrohr für das zuzuführende Material in die Kathode mündet und die Schmelze im Ofen als Anode dient.

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Gemäß der Erfindung wird diese Vorrichtung dadurch weiterentwickelt, daß auf die Anbringung eines Zuführungsrohres innerhalb des Zuführungskanals der Elektrode verzichtet wird.

Sofern ein besonderes Zuführungsrohr im Zuführungskankl der Elektrode verwendet wird, muß dieses nach der Erfindung nicht notwendig aus einem feuerfesten keramischen Rohr bestehen, sondern kann auch metallischer Art sein. Das dabei auftretende Problem
der elektrischen Isolierung wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein aus elektrisch leitendem metallischem Material bestehendes Zuführungsrohr mit einem elektrisch isolierenden Teil
versehen ist, das als ein Teil des Zuführungsrohres und/oder als ein Isolationskörper zwischen dem Zuführungsrohr und der umgebenden Elektrode angeordnet ist. Die dadurch ermöglichte Verwendung metallischer Zuführungsrohre bringt häufig metallurgische
Vorteile und ist herstellungstechnisch einfacher.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen genannt.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 drei verschiedene Ausführungsformen und

Anschlußmöglichkeiten des Zuführungsroh-

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res an die Elektrode,

Fig. 4 und 5 Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit metallischen Zuführungsrohren und Isolierstellen,

Fig. 6 ein Zuführungsrohr mit einem Kühlkanal,

Fig. 7 einen Ausschnitt einer Kühlanordnung für die Wand oder das Gewölbe des Ofens,

Fig. 8 einen Ofen gemäß der Erfindung mit einer Isolierung zwischen Elektrode und Ofengewölbe sowie mit GegenelektitÄen.

Figur 1 zeigt eine hohle Elektrode 1, die aus Grafit besteht oder als Söderbergs-Elektrode aufgebaut ist, d.h., sie besteht aus einem mit Elektrodenmasse gefüllten Blechmantel. Die Elektrode hat ein in Längsrichtung verlaufendes durchgehendes Loch

kanal
oder eingi Zuführungs 2, das/der entweder direkt durch das Elektrodenmaterial verläuft oder mit einem in der Figur nicht gezeigten Futter oder einer besonderen Zuführungsleitung versehen sein kann. In das obere Ende des Loches 2 mündet ein Zuführungsrohr 3, welches am oberen Teil der Elektrode durch Dichtun-

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gen 4 abgedichtet ist, welche vorzugsweise ringförmig sind und an der Elektrode anliegen. Bei 5 ist eine Durchführung für die Elektrode gezeigt, auf die später näher eingegangen wird. Bei 6 ist eine Spannungsquelle mit dem negativen Pol angeschlossen. In Fig. 1 werden zwei Ventile 7 und 8 gezeigt, die zu verschiedenen Zeiten geöffnet bzw. geschlossen werden können, damit das pulverförmige Material satzweise durch das Zuführungsrohr zugeführt wird und rückwärts vom Ofen herausdrängendes Gas, wie beispielsweise Kohlenoxyd, daran gehindert wird, in das Zuführungsrohr 3 zu strömen.

Fig. 2 zeigt eine Alternative zu dem Zuführungsrohr 3 nach Fig. 1; in dieses ist ein sogenannter Sektorzubringer 9 üblicher Art eingesetzt.

Man kann die Zufhr auch wie in Fig. 3 gezeigt anordnen, in dem man das Rohr 10 direkt mit einem Flansch 11 enden läßt, der wie oben beschrieben, dichtend an der Elektrode anliegt. Jedoch wird das Rohr normalerweise durch diesen flanschförmigen Abschnitt 11 ein Stück in die Elektrode hineinragen.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein kontinuierlicher Fluß des eisenoxydhaltigen Materials mit einem abgestimmten Fluß eines kohlenstoffhaltigen Materials und eventuellen mit Schlacken-

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bildern gemischt, und diese Mischung wird durch das Zuführungsrohr 3 und durch die Elektrode 1 in der Weise in den mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen hinuntergeführt, wie sie aus Fig. 1 hervorgeht. Die Elektrode 1 ist als Kathode geschaltet, und die Charge bildet auf übliche Weise die Anode des Lichtbogenofens. Mit einem "abgestimmten" Fluß von kohlenstoffhaltigem Material ist ein Fluß gemeint, der so groß ist, daß der Bedarf an Kohlenstoff teils zur Reduktion von in dem eisenoxydhaltigen Material verbliebenen Oxyden und teils zur Aufkohlung einer erhaltenen Eisenschmelze gedeckt wird. Die Mischung wird in das Loch auf solche Weise eingeführt, daß kein Gas rückwärts durch das Loch strömen kann. In dem dargestellten Fall kann man entweder mehrere Ventile verwenden, die zu verschiedenen Zeiten offen sind (siehe 7 und 8 in Fig. 1) oder man kann einen sogenannten Sektorzubringer 9 verwenden, der zurückdrängendes Gas, wie Kohlenoxyd, daran hindert, nach oben zu dringen. Besteht beim Prozeß ein Bedarf an Inertgas, so kann dieses vorzugsweise durch das Zufuhrrohr 3 zugeführt werden, beispielsweise durch eine nicht gezeigte Einblasöffnung zwischen diesem Rohr und der Elektrode oder mittels einer nicht gezeigten in das Loch 2 hineinragenden Lanze.

Die Elektroden 1 (es kann eine oder es können mehrere Elektroden vorhanden sein) sind vorzugsweise mit Kühlräumen, beispielsweise

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eher eingebauten Kühlwasserschlange, versehen, worauf später näher eingegangen wird. Die Elektrode besteht vorzugsweise aus Grafit, Kupfer oder einer Kupferlegierung.

Anordnungen zur Durchführung der Schmelzreduktion nach der Erfindung werden anhand der Figuren 4 bis 8 erläutert.

Fig. 4 zeigt einen Teil eines Ofens mit einer hohlen Kathode 1 und der Schmelze 22. Mit 23 ist die Schlackenschicht bezeichnet. Die hohle Kathode 1 besteht aus Grafit oder Kupfer und ist nfcfc einer inneren, vorzugsweise spiralförmigen Kühlwasserschlange versehen, die an eine nicht gezeigte Kühlmittelquelle anschließbar ist. In die höhle Kathode ragt von oben her ein zentrales Zuführungsrohr 12 für pulverförmiges, eisenoxydhaltiges Material und eventuelle Zusatzmittel hinein. Dies steht in Übereinstimmung mit der Anordnung nach dem Hauptpatent.

Gemäß der Erfindung kann das Zuführungsrohr 12 aus einem anderen als keramischem Material hergestellt sein. Das Zuführungsrohr besteht aus elektrisch leitendem, metallischem Material, wie Stahl oder Kupfer, und ist mit einem elektrisch isolierenden Teil 13 versehen, das entweder als ein Teil des Rohres ausgebildet ist (Fig. 4) oder/ und als Isolationskörper 14 zwischen das Zuführungsrohr 12 und die umgebende Elektrode 1 eingefügt ist (Fig.5). Das elektrisch isolierende Teil 13 nach Fig. 4 ist

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somit in Längsrichtung des zentralen Zufuhrrohres 12 gelegt, das metallisch ist, und dieses Teil 13 verhindert einen elektrischen Kontakt zwischen dem unteren Teil des Zuführungsrohres 12 und den oberen Teilen des Zuführungsidares. Die Zufuhr zum Ofen erfolgt auf übliche Art durch das Zuführungsrohr 12.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsart des Zuführungsrohres. Das Zuführungsrohr 15 hat einen inneren Kühlflüssigkeitskanal 16, wodurch hohe Temperaturen für dieses Zuführungsrohr zugelassen werden können. Das Zuführungsrohr kann beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder aus Stahl bestehen.

In Fig. 4 wird eine Möglichkeit zur Kühlung der Elektrode 1 gezeigt, und zwar mittels einer Kühlwasserschlange 24, die an eine nicht gezeigte Kühlflüssigkeitsquelle angeschlossen ist. Ein^olcher Kühlflüssigkeitsleiter kann speziell bei Elektroden des nicht verbrauchbaren Typs angebracht sein.

Nach einem anderen Gedanken der vorliegenden Erfindung wird die Anordnung nach dem Hauptpatent dadurch weiterentwickelt, daß die Wände im Ofen und event^uell das Ofengewölbe aus feuerfestem, Grafit oder eventuell Kohlenstoff enthaltendem Material hergestellt werden, wobei die Elektrode an der Durchführung im Gewölbe elektrisch isoliert wird. Man löst also das Problem,

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das anderenfalls bei Ofenmaterial der hier genannten Art auftreten würde. Dies ist in Fig. 8 dargestellt, in der ehe hohle Elektrode 17 durch ein Ofengewölbe 25 gezogen ist und gegenüber diesem elektrisch isoliert ist (bei 18).

Ein weiterer Gedanke der vorliegenden Erfindung betrifft die Kühlung im Ofen nach dem Hauptpetent. Gemäß der Erfindung werden die Wände des Ofens und/oder das Ofengewölbe ganz oder teilweise mit Luft- oder Flüssigkeitskühlung versehen. Eine solche Anordnung ist in Fig. 7 gezeigt. Ein sogenanntes Rohrpaneel 19 ist mit Räumen für den Kühlwassertransport versehen, die außerhalb einer üblichen Futterschicht 20 an den Wänden und/oder dem Gewölbe des Ofens angeordnet sind.

Manchmal möchte man den Bodenkontakt im Ofen gemäß des Hauptpatentes durch eine andere Form eines Gegenkontaktes ersetzen, und dies erreicht man gemäß der Erfindung durch eine Anordnung, die ebenfalls aus Fig. 8 hervorgeht. Eine Gegenelektrode 21 wird durch das Gewölbe 25 zur Schmelze heruntergezogen. Es können zwei oder mehrere solche Elektroden vorhanden sein. Diese Gegenelektroden werden vorzugsweise um die als Kathode arbeitende Elektrode 17 herum angeordnet, am besten symmetrisch im Verhältnis zu dieser Elektrode 17. Statt durch das Ofengewölbe können die Gegenelektroden auch durch die Ofenwand, beispielsweise

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im Ofengefäß, eingeführt werden. Dies geht aus Fig. 8 nicht hervor.

Wie oben erwähnt, kann das chargierte Material aus festem, pulverförmigem Material bestehen; es kann jedoch auch ganz oder teilweise aus geschmolzenem Material bestehen.

Auch bei dem beschriebenen Verfahren kann Inertgas zugeführt werden, vorzugsweise durch eine Lanze im Zuführungsloch 2.

Die Erfindung kann im Rahmen des offenbarten Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

- 11 Patentansprüche;

1. Verfahren zur Schmelzenreduktion von Eisenoxyd und/oder eisenoxydhaltigem Material nach dem Patent .... (Patentanmeldung P 24 12 887.8), bei dem Pulver aus Eisenoxyd oder eisenoxydhaltigem Material einem Ofen oder Behälter über ein hohles Verbindungsglied in einer Elektrode, z.B. ein feuerfestes Rohr, zugeführt wird, das konzentrisch in die Elektrode mündet, die als Kathode des mit Gleichstrom gespeisten Ofens dient, während das Bad und/oder darauf fließendes,kohlenstoffhaltiges, festes Material die Anode bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein kontinuierlicher Fluß des genannten Materials mit einem derart abgestimmten Fluß eines kohlenstoffhaltigen Materials und eventuellen Schlackenbilders gemischt wird, daß der Bedarf an Kohlenstoff zur Reduktion von in dem eisenoxydhaltigen Material übriggebliebenen Oxyden und zur Aufkohlung einer erhaltenen Eisenschmelze gedeckt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf solche Weise in den Zuführungskanal der Elektrode eingeführt wird, daß kein Gas in entgegengesetzter Richtung durch den Zuführungskanal strömen kann.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver aus eisenoxydhaltigem Material auf solche Weise über die Öffnung des Zuführungskanals der Elektrode in den Ofen eingeführt wird, daß kein Gas rückwärts durch die Öffnung strömen kann.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, die gemäß dem Patent .... (Patentanmeldung

P 24 12 887.8), aus einem mit Gleichstrom gespeisten Ofen oder
Behälter mit mindestens einer als Kathode dienenden hohlen Elektrode besteht, bei welcher Vorrichtung die Schmelze im Ofen als Anode dient und bei der ein Zuführungsrohr für das zuzuführende Material in die Kathode mündet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zuführungsrohr (3) eine Ventilanordnung für pulverförmiges
Material vorhanden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Ventilen (7, 8) besteht, die zu verschiedenen Zeiten geöffnet bzw. geschlossen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung aus einem Sektorzubringer (9) besteht.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode(n) aus einem mit Elektrodenmas se gefüllten Blechmantel (sogenannte Söderbergs-Elektrode) be-

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit Kühlräumen, beispielsweise einer eingebauten Kühlwasserschlange, versehen sind und daß die Elektroden aus Grafit, Kupfer oder Kupferlegierung bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei der das Zuführungsrohr sich mindestens entlang eines Teiles des Zuführungskanals in der Elektrode erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr (12) aus elektrisch leitendem, metallischem Material besteht und mit einem elektrisch isolierenden Teil (13, 14) versehen ist, das als ein Teil (13) des Zuführungsrohres und/oder als ein IsolationskSrper (14) zwischen dem Zuführungsrohr und der umgebenden Elektrode angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das beispielsweise aus Kupfer oder Stahl bestehende Zuführungsrohr mit Kühlwasserräumen oder -kanälen (16) versehen ist.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen Wände und/oder ein Gewölbe aus Grafit oder Kohlenstoff enthaltendem, feuerfestem Material hat, wobei die Elektrode an der Durchführung durch das Gewölbe gegen dieses elektrisch isoliert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenwände und/oder das Ofengewölbe ganz oder teilweise luft- oder flüssigkeitsgekühlt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände und/oder das Gewölbe des Ofens als Rohrpaneele aus Stahl mit einer inwendigen Isolationsschicht ausgeführt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen mit Gegenelektroden (21) versäien ist, die durch die Wände oder das Gewölbe des Ofens geführt sind, die als Anoden geschaltet sind und in die Schmelze eintauchen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Gegenelektroden (21) symmetrisch um eine als Kathode geschaltete Elektrode angeordnet sind.

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16. Vorrichtung nach einem der Ansprtiche 4 "bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr (j5) mit einem Flansch (11) versehen ist, der dichtend am Oberteil der Elektrode anliegt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr mit dem Flansch endet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsio hr sich über den Flansch hinaus in den Zuführung skanal in der Elektrode erstreckt.

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