-
Nachteilig an dem durch die DT-OS 23 54570 bekanntgewordenen Kühlsystem
sind die verhältnismäßig hohen Herstellungskosten für die als Gußstücke ausgebildeten
Kühlelemente. Nachteilig an der durch die DT-OS 2502 712 bekanntgewordenen Lösung
ist die Gefahr, daß bei Inbetriebnahme des Ofens die
Vorsprünge
stellenweise abschmelzen, bevor sich eine Schlackeschutzschicht gebildet hat und
dann an dieser Stelle sich keine ausreichend dicke Schutzschicht mehr entwickeln
kann und daß auch vor der Ausbildung einer entsprechenden Schutzschicht die Gefahr
von Lichtbogenüberschlägen zu den Wasserkühlkästen besteht mit der Folge einer erhöhten
Explosionsgefahr durch austretendes Wasser.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schmelzofen der
einleitend genannten Art eine hohe Lebensdauer der wassergekühlten Ofenwandung zu
ermöglichen. Es soll eine festhaftende feuerfeste Schutzschicht gleichmäßiger Stärke
gebildet werden können, ohne daß es zu einem örtlichen Abschmelzen der Vorsprünge
kommt. Bei dieser Schutzschicht soll durch gleichmäßige Kühlung die Gefahr der Rißbildung
und des Abplatzens weitgehend beseitigt sein. Falls die Schutzschicht örtlich beschädigt
wird, soll sich möglichst schnell von selbst eine neue Schutzschicht an dieser Stelle
bilden.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer bestimmten
Ausbildung der Vorsprünge, nämlich in Form von oben offenen Hohlprofileisen, nicht
nur eine verbesserte Haftung einer Feuerfestmasse an der dem Ofeninneren zugekehrten
Wand des Wasserkühlkastens erzielbar ist, sondern wegen der vergrößerten Berührungsfläche
zwischen feuerfester Masse und den Hohlprofileisen auch eine gleichmäßigere Kühlung
der feuerfesten Masse. Damit wird die Möglichkeit eröffnet, bereits vor dem ersten
Schmelzvorgang eine geeignete Feuerfestmasse in ausreichender Stärke aufzubringen,
die bereits beim ersten Schmelzvorgang nicht nur die dem Ofeninneren zugekehrte
Wand des Wasserkühlkastens ausreichend schützt und einen Überschlag des Lichtbogens
zum Wasserkühlkasten verhindert, sondern auch eine Schutzschicht auf den Vorsprüngen
bildet, die ein Abschmelzen dieser Vorsprünge verhindert. Die Feuerfestmasse kann
naß oder trocken aufgespritzt, aufgestampft oder aufgeschleudert werden und ist
vorzugsweise so ausgewählt, daß sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen
Schmelzpunkt aufweist. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit wird in Verbindung mit
der vergrößerten Berührungsfläche zwischen den Vorsprüngen und der Feuerfestmasse
eine bessere und gleichmäßigere Kühlung der Feuerfestmasse gewährleistet, die wiederum
deren Standfestigkeit erhöht und ein Abplatzen verhindert. Im Gegenstand zu der
durch Schlackespritzer gebildeten feuerfesten Schutzschicht kann bei dem erfindungsgemäßen
Schmelzofen die Feuerfestmasse hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften optimal
ausgewählt werden.
-
Die Vorsprünge werden in Form von oben offenen U-, V-förmigen oder
in Form von rohrsektorförmigen Profilen mit der Schlitzöffnung nach oben weisend
ausgebildet. Die oben offenen Profile weisen den Vorteil auf, daß sie beim Aufspritzen
einer Feuerfestmasse die herablaufende Spritzmasse festhalten und falls nach längerer
Betriebszeit die vorab aufgebrachte Feuerfestmasse örtlich beschädigt ist, herablaufende
Schlackespritzer auffangen und damit auch die Bildung einer zusätzlichen Schutzschicht
durch Schlacke begünstigen, wenn sie mit gegenseitigem Abstand und in Axialrichtung
des Ofens zueinander versetzt angeordnet sind.
-
Entgegen der bisher geltenden Auffassung (DT-OS
23 54 570, Seite 2,
letzter Absatz), daß bei aus Stahlblech geschweißten Wasserkühlkästen die Dicke
der dem Ofeninneren zugekehrten Wand höchstens in der Größenordnung von 9 bis 12
mm liegen darf, weil sonst eine starke Neigung zur Rißbildung aufgrund des Temperaturunterschiedes
zwischen der hohen Temperatur im Ofen und der durch Kühlwasser gekühlten Fläche
auftritt, ist beim erfindungsgemäßen Schmelzofen die betreffende Wand mindestens
15 mm dick ausgebildet und weist vorzugsweise eine Stärke im Bereich zwischen 20
und 35 mm auf. Dies ist aufgrund der von Anfang an vorhandenen und durch gleichmäßige
Kühlung vor Rißbildung und Abplatzen bewahrte Schutzschicht aus Feuerfestmasse möglich
und bedingt nicht nur in Verbindung mit der speziellen Form der Vorsprünge eine
gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Ofenwand, sondern vermindert, falls in
Ausnahmefällen dennoch die Oberfläche des Wasserkühlkastens freigelegt wird, die
Gefahr eines Durchschmelzens der Stahlplatte. Außerdem wird durch die hierdurch
bedingte Erhöhung an Steifigkeit die Möglichkeit eröffnet, den Wasserkühlkasten
als ein frei tragendes Element der Ofenwandung auszubilden.
-
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 8 Figuren
erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Schmelzofens
bei entferntem Deckel, F i g. 2 einen Radialschnitt dieses Ofens an der Stelle ll-ll,
F i g. 3 den Ausschnitt III aus der Längsschnittansicht des Ofens nach F i g. 1
in vergrößerter Darstellung, Fig.4 bis 6 Ansichten der dem Ofeninneren zugekehrten
Wand verschiedener Wasserkühlkästen in ausschnittsweiser Darstellung zur Veranschaulichung
verschiedener Formen von Hohlprofilen für die aufgeschweißten Vorsprünge, Fig.7
und 8 Teilschnittansichten weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ofengefäßes.
-
Das in den 1 und 2 schematisch dargestellte Ofengefäß enthält ein
wannenförmiges Untergefäß 1 aus feuerfesten Steinen, dessen Rand 2 um etwa 30 bis
40 cm bis über den maximalen Schmelzspiegel 3 hochgezogen ist. Auf den Rand 2 des
Untergefäßes ist etwas zurückversetzt die abnehmbare Ofenwandung 4 aufgesetzt. Die
Ofenwandung besteht bei dem gewählten Beispiel aus einer Vielzahl von Wasserkühlkästen
5/1, 5/2, 5/3 ... 5/n, die als hohlringsektorförmige Elemente ausgebildet sind,
deren Fläche pro Element auf der dem Ofeninneren zugekehrten Seite etwa 3 m2 nicht
überschreitet und die durch ein nicht dargestelltes Gerüst zu einem selbsttragenden
geschlossenen ringförmigen unteren Abschnitt der Ofenwand 4 zusammengefaßt sind.
Dieser ringförmige Abschnitt enthält außerdem im Bereich des Abstichloches 6 des
Ofens eine beim Kippen des Ofens durch den Badspiegel bestimmte Ausmauerung 7 durch
die gewährleistet ist, daß beim Abstechen des Ofens die Wasserkühlkästen 5 nicht
mit der Schmelze in Berührung kommen. Um dies sicher zu vermeiden, ist außerdem
der Durchtrittsquerschnitt des Abstichloches 6 auf mehr als 500 cm2, vorzugsweise
auf mehr als 750 cm2 vergrößert, und es ist oberhalb des Abstichloches und unterhalb
der Unterkante des unmittelbar darüberliegenden Wasserkühlkastens 5/3 ein Sicherheitsloch
8 vorgesehen, daß zur Unterkante dieses Wasserkühlkastens einen Abstand von etwa
10 bis 20 cm aufweist. Das Sicherheitsloch zeigt den Bedienungsleuten des Ofens
beim Abstich an, ob der Badspiegel noch einen ausreichenden Abstand zu dem
darüberliegenden
Wasserkühlkasten aufweist. Falls aus dem Sicherheitsloch Schmelze austritt, ist
dieser Abstand erreicht und der Ofen darf nicht weiter gekippt werden. Das Sicherheitsloch
muß nicht oberhalb, sondern kann auch seitlich des Abstichloches angeordnet sein.
Seine Höhenlage bestimmt sich dann nach der Linie des maximal zulässigen Badspiegels
bei gekipptem Ofen.
-
Oberhalb der hohlringsektorförmig ausgebildeten Wasserkühlkästen
5/1 .5/n ist als ein oberer Abschnitt der Ofenwandung 4 ein weiterer Wasserkühlkasten
10 angeordnet, der als ein sich über den gesamten Umfang des Ofens erstreckendes
hohlringförmige Element ausgebildet ist, das in Umfangsrichtung in einzelne Kammern
10/1, 10/2... 10/m (siehe F i g. 2) unterteilt ist. Die Wasserkühlkästen 5/1...
5/n und die einzelnen Kammern 10/1... 10/m des Wasserkühlkastens 10 sind durch Zuleitungen
11 und Ableitungen 12 jeweils voneinander unabhängig mit einem Kühlwasserversorgungssystem,
das in Form von Ringleitungen (siehe F i g. 7) um den Ofen geführt sein kann, verbunden.
-
In Fig.2 sind noch die drei Elektroden 13 des Lichtbogenofens dargestellt.
-
Beim erfindungsgemäßen Schmelzofen ist die dem Ofeninneren zugekehrte
Wand des bzw. der Wasserkühlkästen mit Vorsprüngen versehen, die aus oben offenen
Hohlprofileisen gebildet sind, und es dient als feuerfeste Schutzschicht eine vorab,
d. h. vor dem betriebsmäßigen Einsatz aufgebrachte Feuerfestmasse.
-
F i g. 3 stellt in einer vergrößerten Ansicht den Ausschnitt III der
F i g. 1 dar und läßt neben der dem Ofeninneren zugekehrten Wand 14 die aus Hohlprofileisen
15 gebildeten Vorsprünge sowie die vorab aufgebrachte Feuerfestmasse 16 erkennen.
Die Hohlprofileisen 15 sind vorzugsweise auf die Wand 14 aufgeschweißt und haben
eine Länge zwischen 20 und 50 mm. Da die feuerfeste Schutzschicht nicht erst durch
Schlackespritzer gebildet wird, wie bei dem bekannten Ofen der einleitend genannten
Art, sondern da als feuerfeste Schutzschicht eine vorab aufgebrachte Feuerfestmasse
16 dient, sind die Hohlprofileisen 15 von Anfang an geschützt, und es ist damit
in Verbindung mit ihrer Form die wegen der größeren Kontaktfläche zur Feuerfestmasse
einen besseren Wärmeübergang und damit eine bessere Temperaturverteilung in der
Feuerfestmasse gewährleistet, auch eine höhere Standfestigkeit der Feuerfestmasse
und der Hohlprofileisen gesichert. Die Feuerfestmasse kann aufgestampft, aufgespritzt,
aufgeschleudert oder aufgeschmiert werden. Das geeignete Verfahren zum Aufbringen
der Feuerfestmasse richtet sich nach der verwendeten Masse und nach der Art der
Ausbildung der Hohlprofileisen. Als Masse eignet sich insbesondere eine Masse hoher
Wärmeleitfähigkeit mit hohem Schmelzpunkt. Gute Erfahrungen sind mit Massen auf
Magnesitbasis gemacht worden.
-
Die Hohlprofileisen 15 können in verschiedener Weise ausgebildet
sein. Vorteilhaft sind solche Profile, die neben einer großen Berührungsfläche zur
umgebenden Feuerfestmasse diese möglichst gut festhalten und daneben die Eigenschaft
aufweisen, daß sie Schlackespritzer auffangen und damit auch zur Bildung einer Schutzschicht
aus Schlackespritzern beitragen, falls nach längerer Betriebszeit die vorab aufgebrachte
Feuerfestmasse örtlich beschädigt wird. Als besonders vorteilhaft hat sich hierfür
die in F i g. 4 dargestellte Form von Hohlprofileisen 15 erwiesen. Fig.4 ist eine
Draufsicht auf die dem Ofeninneren zugekehrte Wand
14 eines Wasserkühlkastens vor
dem Aufbringen der Feuerfestmasse. Die Hohlprofileisen sind hier als in Axialrichtung
geschlitzte Rohrstücke ausgebildet, deren Schlitzbreite sich etwa über ein Viertel
bis zwei Fünftel des Umfangs erstreckt, wobei diese Rohrstücke in Axialrichtung
des Ofens, d. h. in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind
und deren Schlitzbereich jeweils nach oben weist Damit wird einerseits die Feuerfestmasse
fest umklammert und es werden andererseits herablaufende Schlackespritzer im Falle
einer örtlichen Beschädigung der Schutzschicht durch die oben offenen Hohlprofileisen
aufgefangen und festgehalten.
-
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die geschlitzten Rohrstücke
15 in etwa in Umfangsrichtung des Ofens verlaufenden Reihen 17 anzuordnen und als
gegenseitigen lichten Abstand D der einzelnen Rohrstücke einer Reihe das 1 bis 1,5fache
und als lichten Abstand H der einzelnen Reihen das 1,5 bis 2fache des Außendurchmessers
deines Rohrstückes zu wählen.
-
Die F i g. 5 und 6 zeigen weitere vorteilhafte Formen von Hohlprofileisen.
Im Falle von F i g. 5 sind es V-förmig, im Falle von Fig.6 U-förmig ausgebildete
Vorsprünge 18 bzw. 19.
-
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist entgegen der bisherigen Auffassung
und Praxis die Stärke der dem Ofeninneren zugekehrten Wand der Wasserkühlkästen
nicht auf 9 bis 12 mm begrenzt, sondern größer als 15 mm, vorzugsweise 20 bis 35
mm ausgebildet. Dies ermöglicht neben einer verbesserten Wärmeverteilung der auf
die Wasserkühlkästen aufgebrachten Feuerfestmasse - dieser Gesichtspunkt ist anhand
der F i g. 3 bis 6 näher erläutert worden - wegen der höheren Steifigkeit der Wasserkühlkästen
auch eine selbsttragende Bauweise und damit eine weitere Vereinfachung im Aufbau
der Ofenwandung. Außerdem ist im Falle eines ausnahmsweisen örtlichen Freiliegens
der Ofenwandung die Gefahr eines Durchbrennens durch den Lichtbogen vermindert.
-
Die in den F i g. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen sind zwei
Beispiele für die konstruktiven Möglichkeiten die durch die durch die größere Wandstärke
bedingte höhere Steifigkeit der Wasserkühlkästen eröffnet werden.
-
Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 sind ähnlich wie im mittleren
Abschnitt des Ofengefäßes nach F i g. 1 mehrere hohlringsektorförmige Wasserkühlkästen
21 vorgesehen. Diese liegen auf der Ofenausmauerung 22 auf und bewirken eine Kühlung
der obersten Steine dieser Ausmauerung. Jeder der Wasserkühlkästen weist am oberen
Rand einen sich nach außen erstreckenden Flansch 23 auf, der auf ein Versteifungsprofil
24 eines äußeren Rahmens 25 zu liegen kommt Der Flansch ist mit nicht dargestellten
Löchern versehen, die es erlauben, den Wasserkühlkasten mit dem Kran nach oben herauszuziehen
und gegebenenfalls auszuwechseln. In Fig.7 sind auch die bereits oben zu F i g.
1 erwähnten Ringleitungen 26 und 27 für die Zufuhr und die Ableitung des KüMwassers
zu den einzelnen Wasserkühlkästen dargestellt. Ferner sind Leitbleche 28 eingezeichnet,
die eine Zwangsführung des Kühlwassers längs eines mäander- bzw. wellenförmigen
Weges des Kühlwassers im Wasserkühlkasten von unten nach oben gewährleisten.
-
F i g. 8 zeigt eine Ausbildung der Ofenwandung, bei der abwechselnd
Wandabschnitte mit hohlringsektorförmigen Wasserkühlkästen 29 bzw. 30 und aus feuerfesten
Steinen 31 übereinander angeordnet sind.
-
Der Halterahmen besteht hier lediglich aus zwei Hohlprofilringen 32
und 33, die durch einzelne längs des Umfangs angeordnete Säulen 34 im Abstand gehalten
werden. Infolge der größeren Wandstärke der Wasserkühlkästen vermögen diese das
auf ihnen lastende Gewicht ohne zusätzliche gesonderte Abstützung aufzunehmen. Sie
sind im übrigen, wie die Figur erkennen läßt, gegenüber den Steinen etwas nach hinten
versetzt. Die Ausführungsform nach F i g. 8 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
bei bestimmten Anwendungsfällen, wie z.B. beim Einschmelzen von Eisenschwamm, der
Anteil der wassergekühlten Flächen in der Ofenwandung verringert werden soll. Das
Aufspritzen der Feuerfestmasse erfolgt hier zweckmäßig erst nach dem Zusammenbau
des Ofengefäßes.