DE2604723A1 - Metallurgischer ofen - Google Patents

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH d-bo34 unterpfaffenhofen 6. Februar 1976 PATENTANWALT

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Anmelder: Lectromelt Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, USA

Metallurgischer Ofen

Die Erfindung betrifft einen metallurgischen Ofen, insbesondere einen Lichtbogenofen mit einer feuerfesten Auskleidung.

Bekannte nicht kippbare Lichtbogenöfen besitzen einen metallischen Mantel, dessen Innenwände und Boden mit einem feuerfesten Material ausgekleidet sind. Die Abdeckung derartiger Öfen besteht meist aus einer gewölbeartigen Anordnung von feuerfesten Steinen. Die Enden des Gewölbes sind gegen seitlich angrenzende Auflagersteine abgestützt, die auf der Oberseite der Ofenwände aufliegen. Bekanntlich treten bei derartigen Gewölben nach unten und seitlich gerichtete Kraftkomponenten auf, so daß beträchtliche Druckspannungen in dem Gewölbe ausgeübt werden. Der Mantel derartiger Öfen wird auf einem Fundament angeordnet, an dem auch eine Anzahl vertikaler Säulen abgestützt sind, die zur Abstützung der Abdeckung dienen.

Bei diesen bekannten Anordnungen besteht die Schwierigkeit, daß die Öfen sich in ihrem Bodenbereich in seitlicher Richtung stärker ausdehnen als im oberen Bereich des Behälters, da

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der Bodenbereich wegen der Metallschmelze heißer ist. Ferner werden hydrostatische Kräfte durch die Metallschmelze ausgeübt, wodurch der Ofen in der Nähe des Bodens nach außen ausgebaucht wird. Die seitlichen Expansionskräfte werden von dem Mantel des Ofens auf die Stützen übertragen, so daß hohe Spannungskräfte zwischen den Auflagersteinen und der gewölbten Abdeckung erzeugt werden. In der Praxis treten deshalb verhältnismäßig häufig Beschädigungen der Abdeckung und der Auflagersteine auf.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Ofen der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß durch eine verbesserte Abstützung der Auflagersteine und der Abdeckung das Auftreten von zu großen Kräften und Spannungen durch ungleichmäßige Expansion des Ofens vermieden werden können. Ferner soll ermöglicht werden, daß die Stützträger relativ zu den von ihnen abgestützten Auflagersteinen drehbar gelagert sind, um dadurch das Auftreten zu großer Belastungen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Wsiterbil düngen der Erfindung sind Gegenstand der Un te ran Sprüche.

Gemäß der Erfindung wird der Mantel des Ofens mit einer feuerfesten Auskleidung auf Fundamenttragern abgestützt. Reihen von Stützträgern auf gegenüberliegenden Seiten des Ofens werden angrenzend an den Mantel mit der Wand des Ofens angeordnet. Die Stützträger werden an ihren unteren Enden derart abgestützt, daß sie nach außen nachgeben können, wenn der Boden teil des Ofens sich seitlich ausdehnt. Eine Anzahl von Trägern, welche die Auflagersteine gegen eine seitliche Bewegung nach außen abstützen und die im wesentlichen Hebel sind, sind mit Lagergliedern einer ersten Art versehen. An jedem der Stützträger ist ein komplementäres Lagerglied einer zweiten Art angeordnet, so daß die Stützträger um die ersten Lagerglieder drehbar sind. Die Hebel werden gegen eine Drehung durch Ankerstangen gesichert, die unabhängig von den Stützträgern verankert sind.

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

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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Lichtbogenofens mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Teil des Ofens in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Ofen in Fig. 1 ohne die Auflagersteine; und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Stützeinrichtung für die Auflagersteine.

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Lichtbogenofen 10, dessen metallischer Mantel eine Seitenwand 11 und eine Bodenwand 12 aufweist. Die Innenseite der Seitenwand ist mit einer feuerfesten Auskleidung 13 und der Boden mit einer feuerfesten Auskleidung 14 versehen. Beim Betrieb enthält der Ofen 10 eine Metallschmelze. Die Umrisse des Ofens können eine an sich beliebige Ausbildung besitzen. Beispielsweise kann der Ofen rechteckförmig ausgebildet sein. Die Elektroden sind normalerweise in einer parallelen Anordnung über der Metallschmelze 5 angeordnet. Der Ofen kann auch einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei eine oder mehrere Elektroden sich durch die gewölbte Abdeckung 16 erstrecken. Das Ausftihrungsbeispiel betrifft einen länglichen Ofen 10, von dem ein Ende in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Die gewölbte Abdeckung 16 besteht aus feuerfesten Steinen 17/ die in an sich bekannter Weise angeordnet sind. Die Enden der Abdeckung 16 sind durch eine Reihe von feuerfesten Auflagersteinen 19 abgestützt. Die Auflagersteine 19 besitzen abgeschrägte Oberflächen 20, an denen die gegenüberliegenden Enden der Abdeckung aufliegen. Die Auf lage rs te ine sind mit einem im wesentlichen L-förmigen Gestell mit einem vertikalen Teil 21 und einem horizontalen Teil 22 abgestützt. Das Gestell liegt auf einem Vergußmaterial 23 oder isolierendem Material, das auf die obere Endfläche der Wand 13 aufgetragen ist. Auf der anderen Wand des Ofens 10 ist eine entsprechende Reihe von Auflagersteinen angeordnet.

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Obwohl die noch näher zu beschreibende Auflagerstein-Stützeinrichtung gemäß der Erfindung auf Öfen mit einer gewölbten Abdeckung anwendbar ist, die rund oder rechteckförmig ausgebildet ist, und unabhängig davon, wie die Öfen beheizt werden, betrifft das Ausführungsbeispiel einen rechteckförmigen elektrischen Lichtbogenofen, bei dem sich die Elektroden in die Metallschmelze 15 für eine Widerstandsheizung erstrecken können, oder zwischen deren Ende und der Metallschmelze ein Lichtbogenspalt vorgesehen ist.

Die Bodenwand 12 des Ofens liegt auf einer Anzahl von parallel angeordneten, sich in Längsrichtung erstreckenden I-Trägern 28, von denen einer in Fig. 1 dargestellt ist. Die Träger 28 liegen auf Querträgern 29 auf einer Betonschicht 30.

In Längsrichtung des Ofens erstrecken sich auf beiden Seiten Paare von I-Trägern 31, 32, auf denen eine Reihe von getrennten vertikalen Stützträgern 33 abgestützt sind. Wie am besten aus dem linken Bereich in Fig. 3 ersichtlich ist, besteht ein Stützträger 33 aus zwei I-Trägern 34, 35, deren äußere Flanschen mit einer Platte 36 verschweißt sind. Die inneren Flanschen 37 und 38 der I-Träger stehen in Berührung mit der Seitenwand 11 des Ofens praktisch entlang der gesamten Länge der Stützträger, wenn der Ofen kalt und deshalb nicht expandiert ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind an den unteren Enden der Stützträger Fußplatten 39 angeschweißt. Diese Fußplatten liegen auf Auflagerplatten 40 auf, welche mit den I-Trägern 31 und 32 verschweißt sind. Die unteren Enden der Stützträger 33 können in seitlicher Richtung weg von dem Ofen bei einer Expansion des Ofens verschoben werden. Während des Betriebs des Ofens expandiert der Boden 14 nach außen, wodurch die Seitenwände um ihre oberen Enden verbogen werden, wodurch der Winkel zwischen den Auflagersteinen 19 und der gewölbten Abdeckung 16 geändert wird und eine Druckbelastung auf die oberen Enden der Steine 17 ausgeübt wird. Durch die Erfindung wird verhindert, daß eine derar-

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tige zusätzliche Belastung der Steine der Abdeckung 16 erfolgt.

Im folgenden soll die Auflagerstein-Stützeinrichtung gemäß der Erfindung näher beschrieben werden. Die Auflagersteine 19 werden durch Kipphebel 45 bzw. 46 abgestützt. Einer der Kipphebel 45 ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Der Kipphebel 45 enthält einen I-Träger mit einem inneren Flansch 51, einem äußeren Flansch 52 und einem Steg 53. Auf die inneren Flanschen 37 und 38 des Stützträgers sind Auflager 47, 48 angeschweißt. Ein längliches zylindrisches Segment 49 ist mit den Auflagern 47, 48 derart verschweißt, daß die Zylinderachse im wesentlichen horizontal verläuft. Ein komplementäres zylindrisches Segment 50 bildet ein weiteres Lagerglied, das mit der Rückseite des Flanschs 51 des Kipphebels 45 angeschweißt ist. An dem Segment 50 ist ein Schlitz 54 ausgebildet, in dem eine Kante des Stegs 53 sitzt, der damit in der Umgebung des Schlitzes 54 verschraubt ist. Die Längskanten 55 des Segments 50 sind vorzugsweise entlang ihrer gesamten Länge mit der Rückseite des Flanschs 51 verschweißt. Die konvex gewölbte Oberfläche des Segments 50 besitzt praktisch denselben Krümmungsradius wie die konkav gewölbte Innenfläche des Segments 49. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, in der die Teile in ihrer normalen Lage dargestellt sind, liegt das Segment 50 an dem Steg 53 in dem konkaven Segment 49 an dem Stützträger 33.

Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Kipphebel 45, 46 horizontal angeordnete Stege aufweisen, Versteifungsstege 56 und 57 und sich vertikal erstreckende Stege 58, 59 und60. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besitzt ein typischer Kipphebel 45 dieser Art zwei Segmente 50, die sich gegenüberliegend in Längsrichtung erstrecken und in angrenzenden Segmenten 49 liegen, die an den Stützträgern 33 befestigt sind. Deshalb sind Kipphebel und 46 zwischen angrenzenden Stützträgern 33 vorgesehen.

Die komplementär ausgebildeten Segmente 50 und 49, die als Lagerglieder dienen, verhindern eine Bewegung der Auflagersteine 19 nach außen aufgrund von inneren Druckspannungen in der Abdek-

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kung 16 und diese Segmente können einen Teil des Gewichts der Abdeckung 16 tragen. Das Gewicht der Abdeckung 16 und der Auflagersteine 19 wird ferner entlang der Oberfläche der Vergußschicht 23 zwischen den Auflagersteinen 19 und der Oberfläche 24 der Ofenwand 13 verteilt. Um eine geeignete Abstützung der Abdeckung zu erzielen, werden die Kipphebel 45 vorzugsweise mit einem vorherbestimmten Winkel einjustiert. Diese Einjustierung erfolgt mit Hilfe von mehreren Verankerungsstangen 65, die jeweils einen oberen Gabelkopf 66 und eine gelenkige Verbindung mit dem Kipphebel 45 durch einen Bolzen 67 aufweisen. Die getrennten Seiten des Gabelkopfs 66 greifen an Vorsprüngen 68 an, wie bei dem Kipphebel 45 in Fig. 3 dargestellt ist. An dem Kipphebel 45 greift eine Verankerungsstange 65 und an dem Kipphebel 46 greifen zwei Verankerungsstangen an. Die Verankerungsstange 65 hat einen Spanner 69, dessen Gewindebolzen 7O an seinem anderen Ende mit Hilfe eines Zapfens 71 an einem Stützarm 72 angelenkt ist. Der Stützarm 72 ist beispielsweise mit einem der I-Träger 31 verschweißt, der die Auflagerplatte 40 trägt. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Stützträger 33 etwas auf der Auflagerplatte 40 verschiebbar, während der mit dem Träger 31 verschweißte Tragarm 72 seitlich nicht verschiebbar ist. Deshalb können Kipphebel wie die Kipphebel 45 und 46 in einer vorherbestimmten Winkellage durch die Verankerungsstangen 65 mit einem Spanner 69 gehalten werden.

Die Stützträger 33 sind jedoch tatsächlich gelenkig mit den Kipphebeln 45 und 46 durch den Eingriff der Segmente 49 und 50 verbunden. Deshalb können die Stützträger kein Biegmoment auf die Auflagersteine 19 ausüben, welches Moment in einer gewölbten Abdeckung 16 auftreten würde, wenn die Stützträger durch eine beträchtliche seitliche Expansion des Bodens 14 beeinflußt werden.

Zweckmäßigerweise werden die Lagerflächen der Segmente 49 und 50 mit einem Graphit enthaltenden Schmiermittel überzogen, um Abnutzungen bei den Bewegungen gering zu halten, die bei Tem-

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peratüränderungen des Ofens auftreten.

Der Kipphebel 46 ist wie der Kipphebel 45 ausgebildet, besitzt jedoch zwei Sätze von VorSprüngen 68 zur Befestigung der Verankerungsstangen 65. Jede dieser Verankerungsstangen wird mit ihrem unteren Ende durch den Träger 31 angrenzend an die Stützträger befestigt.

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Claims (15)

-8- 6. Febr. 1976 L-387L Patentansprüche

1. Metallurgischer Ofen, insbesondere Lichtbogenofen mit einer feuerfesten Auskleidung, mit einer gewölbten Abdeckung aus feuerfesten Steinen, die sich auf Auflagersteinen auf der Oberfläche der Seitenwand der Auskleidung abstützt, sowie mit einer an die Auflagersteine und die Seitenwand angrenzenden Stützeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halteeinrichtung an den Auflagersteinen (19) angreift und eine drehbare Verbindungseinrichtung (49, 50) zur drehbaren Verbindung der Halteeinrichtung mit der Stützeinrichtung aufweist, sowie zur Übertragung von nach außen gerichteten Kräften von den Auflagersteinen zu der Stützeinrichtung, welche Verbindungseinrichtung eine relative Bewegung zwischen der Halteeinrichtung und der Stützeinrichtung ermöglicht, ohne Kräfte in den Auflagersteinen auszuüben.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch ge.kennzeichn e t , daß die Verbindungseinrichtung ein erstes Lagerglied (5O) an der Stützeinrichtung und ein zweites Lagerglied (49) an der Halteeinrichtung aufweist.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für eine winkelmäßige Orientierung der Halteeinrichtung vorgesehen ist.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verankerungsstange (65) am einen Ende 3er Halteeinrichtung verbunden und am anderen Ende unabhängig von dem Ofen und der Stützeinrichtung verankert ist.

5. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung ein erstes konkaves Lagerglied

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aufweist, das an einer der Verbindungs- und Stützeinrichtungen befestigt ist, sowie ein zweites konkaves Lagerglied, das an der anderen Verbindungs-Stützeinrichtung befestigt ist, und daß diese in komplementärer Berührung miteinander stehenden Lagerglieder relativ verdrehbar sind.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerglieder Segmente (49, 50) eines Hohlzylinders sind.

7. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung durch eine Anzahl von in Längsrichtung getrennten Stützträgern (33) gebildet ist, die angrenzend an d ie Seiten des Ofens vorgesehen sind, daß eine Einrichtung zum Abstützen der Stützträger angrenzend an den Ofen und getrennt von der Ofenstützeinrichtung und dem Ofenkorper vorgesehen ist, daß die Lagereinrichtung drehbar die Verbindungseinrichtung für eine Drehbewegung an den Stützträgern verbindet, daß die Verbindungseinrichtung einen Arm auf einer Seite der drehbaren Anordnung aufweist, der eine Kraftübertragung mit den Auflagersteinen ermöglicht, sowie einen anderen Arm auf der anderen Seite der Drehanordnung,., und daß eine Einrichtung zur Verbindung des anderen Arms mit einer festen Stelle vor-

die
gesehen ist, unabhängig von dem Ofen und den Stützträgern ist.

8. Lichtbogenofen nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

z e ic h η e t , daß das erste Lagerglied an ,der Verbindungseinrichtung und das zweite Lagerglied an dem Stützträger befestigt sind, und daß die beiden Lagerglieder komplementäre Lagerflächen aufweisen.

9. Lichtbogenofen nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichne t, daß die Lagereinrichtung längliche konvexe Lagerglieder enthält, die an dem Arm befestigt sind, sowie längli-

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-loche konkave Lagerglieder, die an den Stützträgern befestigt sind, und daß die konvexen Glieder mit den konkaven Gliedern ein Lager bilden.

10. Lichtbogenofen nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichnet, daß die Lagereinrichtung erste Lagerglieder mit einer zylindrischen Oberfläche enthält, deren Achsen in Längsrichtung des Ofens verlaufen, daß das erste Glied an dem Arm befestigt ist, daß zweite Lagerglieder init einer zylindrischen Oberfläche vorgesehen sind, deren Achsen parallel zu den zuerst genannten Achsen verlaufen, so daß die zweiten Lagerglieder an den Stützträgern angeordnet sind, daß die zylindrischen Oberflächen der ersten bzw. zweiten Lagerglieder komplementär zueinander ausgebildet sind und ein Lager bildend aneinander angreifen.

11. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennze ichne t, daß die Einrichtung zur Verbindung des anderen Arms ein längliches Stangenglied und eine Einrichtung zur drehbaren Verbindung des Stangenglieds mit dem anderen Arm der Verbindungseinrichtung enthält, und daß eine Einrichtung zur Einjustierung der Länge des Stangenglieds vorgesehen ist.

12. Lichtbogenofen nach Anspruch 11, dadurch gekennze ichn et, daß am gegenüberliegenden Ende des Glieds eine Einrichtung zur drehbaren Verbindung mit dem festen Punkt vorgesehen ist.

13. Lichtbogenofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spanner (69) an der Verankerungsstange (65) zur Einstellung der Winkellage der Hebeleinrichtung vorgesehen ist.

14. Lichtbogenofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Elektrode

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durch die Abdeckung erstreckt, um eine Metallschmelze in dem Ofen zu erhitzen.

15. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennze ichnet , daß die Halteeinrichtung einen ersten Teil auf einer Seite der drehbaren Verbindungseinrichtung aufweist, die in einem Kräfteaustausch mit den Auflagersteinen steht, daß ein anderer Teil auf der anderen Seite der drehbaren Einrichtung vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung zur Verbindung des anderen Teils der Verbindungseinrichtung mit einem festen Punkt vorgesehen ist, der unabhängig von dem Ofen und der Stützeinrichtung ist.

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