DE2610592A1

DE2610592A1 - Lichtbogenofen zur schmelzreduktion von feinkoernigem, eisenoxidhaltigem material und verfahren zum betrieb des ofens

Info

Publication number: DE2610592A1
Application number: DE19762610592
Authority: DE
Inventors: Per Harald Collin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-04-02
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1976-10-14
Also published as: SE400634B; SE7503783L; FR2306266A1; JPS5645069B2; FR2306266B1; GB1538273A; US4080511A; JPS51122606A

Description

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Lichtbogenofen zur Schmelzreduktion von feinkörnigem, eisenoxidhaltigem Material und Verfahren zum Betrieb des Ofens

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb dieses Lichtbogenofens.

Bei der herkömmlichen Herstellung von Roheisen durch Schmelzreduktion in einem Lichtbogenofen, beispielsweise einem Tysland-Hole-Ofen, wird als Charge eine Mischung aus stückförmigem Erz und stückförmigem Reduktionsmittel, wie beispielsweise Koks, verwendet, in welche die Elektroden eintauchen. Der Grund für die Verwendung von stückförmigem Rohmaterial besteht in der Forderung nach Gasdurshlässigkeit der Charge. Peinkörniges Rohmaterial kann nicht benutzt werden, da es von den sich bei der Reduktion bildenden Gasen fortgeblasen werden würde.

Gemäß der DT-OS 2 412 887 ist es möglich, feinkörniges Rohmaterial zv verwenden, wenn die Reduktion e.uf der Oberfläche eines Roheisenbades in der Nähe eines Gleichstromlichtbogens vorgenommen wird, der zwischen einer als Kathode geschalteten hohlen Elektrode

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und dem als Anode geschalteten Roheisenbad brennt, wenn das feinkörnige Rohmaterial, vorzugsweise als Mischung, durch den Kanal in der Elektrode zugeführt wird. Da die Elektrode in diesem Fall nicht von Charge umgeben ist und der Lichtbogen direkt die Wände und den gewölbeartigen Deckel beleuchtet, besteht die Gefahr eines unnormal hohen Futterverschleißes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenofen der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu seinem Betrieb zu entwickeln, welche die Schmelzreduktion von feinkörnigem, eisenoxidhaltigem Material ermöglichen, ohne daß die aufgezeigte Gefahr eines hohen Verschleißes des Futtermaterials besteht.

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

Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb des Ofens nach der Erfindung vorgeschlagen, welches die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 genannten Merkmale hat.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß es durch geeignete Wahl von Strom und Spannung möglich ist, einen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Bad aufrechtzuerhalten, selbst wenn die Elektrode von einer auf dem Bad schwimmenden Koksschicht umgeben ist.

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Die Erfindung bringt eine Reihe von Vorteilen: Die Seitenwände und der gewölbeartige Deckel werden wirksam gegenüber dem lichtbogen abgeschirmt. Ferner verhindern die Zwischenwand und die Koksschicht durch ihre Formgebung, daß die heißen Reduktionsgase aus der Lichtbogenzone in nennenswertem Umfange mit dem gewölbeartigen Deckel bzw. mit der Innenseite der Zwischenwand in Berührung kommen. Infolgedessen ist die Temperatur am Deckel relativ niedrig, was eine lange Lebensdauer auch bei einfacher Ausführung des Deckels bedeutet. Die Wärmeabgabe der genannten heißen Gase, die parallel zur Badoberfläche durch die Koksschicht strömen, findet wegen der nach oben isolierenden Wirkung durch die Koksschicht im wesentlichen nur nach unten zum Schmelzenbad hin statt, was wärmewirtschaftlich sehr vorteilhaft ist.

Der große Fluß von heißen Reduktionsgasen, welche die lichtbogenzone unter dem unteren Ende der Elektrode verlassen, führt zu einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Spalt zwischen der Elektrode und dem Bad. Hierdurch wird die während der Reduktion gebildete Schlacke von dieser Zone weggeblasen und der Koks gleichzeitig zurückgehalten. Indem man der Koksschicht gemäß der Erfindung eine genügende Höhe gibt, strömen die Gase aufgrund des niedrigeren Strömungswiderstandes längs der Bad Oberfläche zu dem Gassammelkanal zwischen der Außen- und Zwischenwand. Die Gase werden hier gesammelt und durch eine oder mehrere Absaugöffnungen abgeleitet.

Gemäß der Erfindung worden die Wände des GasSammelkanals und eventuell auch dessen Decke zweckmäßigerweise in Form von wassergekühlten Rohrpaneelen der gleichen Art ausgeführt, wie man sie

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in Dampfkesseln verwendet. Hierdurch erhält man Flächen mit langer Lebensdauer und gleichzeitig die Möglichkeit, Energie in Form wertvollen Hochdruckdampfes zurückzugewinnen.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Lichtbogenofens nach der Erfindung,

Fig. 2-4 einige mögliche Elektrodenanordnungen bei einem Lichtbogenofen nach der Erfindung.

Entsprechend Fig. 1 ist über einem zweckmäßigerweise gefütterten, niedrigen kreisförmigen Ofengefäß 1 auf übliche Vfeise im Zentrum eine mit Gleichstrom gespeiste Söderberg-Elektrode 2 angeordnet, die mit einem Kanal 3 für die Zufuhr der feinkörnigen Ausgangsmaterialien versehen ist. Die Elektrode erstreckt sich durch den Ofendeckel 4 auf das Roheisenbad 15· Vom Rand des als Gewölbe ausgebildeten Deckels erstreckt sich eine herunterhängende zylindrische wassergekühlte Wand 5, die unten an einen gekühlten Flansch 6 angeschlossen ist. Dieser liegt dichtend gegen den gekühlten Flansch 7 des Ofengefäßes an. Die wassergekühlte Zwischenwand 8 ist im Deckel 4 aufgehängt und mit ihrer Oberkante gasdicht an den Deckel angeschlossen. Die Zwischenwand 8 erstreckt sich nach unten bis auf ein Niveau, das ungefähr in gleicher Höhe mit der Elektrodenspitze liegt, wenn sich diese in der Arbeitsstellung befindet. Zwischen der Unterkante der

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Zwischenwand 8 und der Badoberfläche bildet sich eine ringförmige Öffnung 9.

Der ringförmige Raum zwischen der Elektrode 2 und der Zwischenwand 8 ist teilweise mit einer Schicht 10 aus stiickf örmigem Koks gefüllt, die auf dem Bad schwimmt. Der Koks wird durch eine geeignete Anzahl Zufuhröffnungen 11 im Deckel zugeführt und bildet zur Elektrode 2 und zur Zwischenwand 8 hin Abrutschwinkel. Von der Öffnung 9 an bildet der Koks einen niedrigen Abrutschwinkel zur Wand des Ofengefäßes 1 hin. Die Koksschicht 10 schirmt den Ofendeckel 4 und die Gefäßwand wirksam gegen die Strahlung des Lichtbogens 12 ab.

Dadurch, daß der Koksschicht gemäß der Erfindung eine solche Höhe gegeben wird, daß der Strömungswiderstand durch die Koksschicht für die heißen Gase der Lichtbogenzone 12 am niedrigsten längs der Badoberfläche ist, strömen diese Gase längs der Badoberfläche durch die Öffnung 9 in den ringförmigen Gassammelkanal 13 zwischen der Außenwand des Deckels und der Zwischenwand 8 hinein. Im oberen Teil der Koksschicht sowie zwischen der Koksschicht und dem Deckel 4 entsteht nur eine geringe Gaszirkulation. Die Wärmeabgabe der Gase beim Passieren längs der Badoberfläche durch die Koksschicht wird daher nach oben hin bedeutend niedriger als nach unten zum Bad hin, was wärmewirtschaftlich von Vorteil ist.

Die Zwischenwand 8 und die Außenwand 5 sind als Rohrpaneele gleicher Art ausgeführt, wie sie als Feuerflächen in Dampfkesseln

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verwendet werden. Die Paneele sind an ein Dampferzeugungssystem angeschlossen, das eine Zirkulationspumpe und eine Haube für die Dampf abscheidung enthält, welche Teile in I¹Xg. 1 nicht gezeigt sind. Hierdurch kann ein gewisser Teil der Wärme, die in den bei der Reduktion gebildeten Gasen vorhanden ist, in Form von Hochdruckdampf genutzt werden. Der Rest des physika~ Iisehen und chemischen Energieinhalts der Gase wird auf andere zweckmäßige Weise verwendet, je nachdem, was nach den örtlichen Bedingungen die beste Verwendungsart ist.

Die in dem Kanal 13 gesammelten Gase werden durch eine oder mehrere Abflußleitungen 14 abgeleitet, deren Wände als Rohrpaneele ausgeführt sind und v/elche ebenfalls in das Dampferzeugungssystem eingeschaltet sind.

Da Söderberg-Elektroden zweckmäßigerweise nicht mit einem Durchmesser von mehr als ca. 2 m ausgeführt werden und eine obere Grenze für die Stromdichte haben, werden gemäß der Erfindung bei großen Ofenlei stufen mehrere von separaten Gleichrichtern gespeiste Elektroden in einem gemeinsamen Ofengefäß angeordnet. Jede Elektrode wird mit einer zu ihr konzentrischen gekühlten Zwischenwand umgeben, während die von der Peripherie des gewölbeartigen Deckels herunterhängende gekühlte Außenwand der Außenkontur des Ofengefäßes angepaßt ist. Diese kann unter Berücksichtigung der gegenseitigen Anordnung der Elektroden verschiedene Formen haben, was aus den Fig. 2, und 4 hervorgeht.

Der in Fig. 2 gezeigte Ofen enthält zwei nebeneinander angeord-

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nete Elektroden 2a, 2b, die von je einer Zwischenwand 8a bzw. 8b umgeben sind. Fig. 3 und 4 zeigen Öfen mit drei Elektroden 2a, 2b, 2c, die in einer Reihe bzw. im Dreieck angeordnet sind.

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Claims

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Patentansprüche:

1. Lichtbogenofen zur Schmelzreduktion von feinkörnigem, eisenoxidhaltigem Material mit Hilfe von feinkörnigem, kohlenstoffhaltigem Material mit einem Gefäß, dessen Roheisenbad als Anode dient, auf deren Oberfläche die Schmelzreduktion stattfindet, mit mindestens einer als Kathode geschalteten hohlen Elektrode, durch deren Kanal die feinkörnigen Materialien, vorzugsweise in einer Mischung, auf die Oberfläche des Roheisenbades geleitet werden, sowie mit einer das Gefäß umgebenden Außenwand und einem an diese angeschlossenen gewölbeförmigen Deckel (4), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenwand (5) und jeder Elektrode (2) eine zur Elektrode konzentrische gekühlte Zwischenwand (8) vorhanden ist, die oben gasdicht an den Deckel (4) angeschlossen ist und die sich von oben nach unten erstreckt, wobei ihr unteres freies Ende ungefähr in derselben Höhe liegt wie die Spitze der sich in Arbeitsstellung befindlichen Elektrode, und daß der Raum zwischen der Außenwand (5) und der Zwischenwand (8) als Gassammei- und Gasabzugskanal (13) ausgebildet ist.

2. Verfahren zum Betrieb des Lichtbogenofens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum zwischen der Elektrode (oder Elektroden) und der die Elektrode umgebenden Zwischenwand teilweise mit auf dem Bad schwimmendem stückförmigem Koks bis zu einer solchen Höhe über der Badoberfläche gefüllt

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wird, daß die bei der Schmelzreduktion gebildeten Gase gezwungen werden, im wesentlichen parallel zur Badoberfläche in den Gassammelraum zwischen der Außenwand und der Zwischenwand zu strömen.

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