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Einrichtung zum Zuführen von Stoffen mittels einer oder
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mehrerer Lanzen in Elektroöfen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Zuführen von Stoffen mittels einer oder mehrerer Lanzen in Elektroöfen.
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Zur Erzeugung von Stahl mit einer gewünschten chemischen Zusammensetzung
ist es erforderlich, während des Reaktionsprozesses Stoffe wie Kalk, Kohlenstoff
und gasförmigen Sauerstoff in den Elektroofen einzubringen. Aus verfahrenstechnischen
Gründen müssen zumindest der Kohlenstoff und der Sauerstoff mittels Lanzen durch
die Schlakkenschicht hindurch unmittelbar in das Schmelzbad eingeleitet werden.
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Die Lanzen, welche aus Stahlrohren bestehen und zumindest teilweise
mit einer Keramikschicht überzogen sind, brennen während des Einblasens des Sauerstoffs
bzw. des Kohlenstaub-Gasgemischs in den Elektroofen ab und müssen fortlaufend nachgeführt
werden.
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Bisher wurden die selbstverzehrenden Lanzen manuell betätigt, d.h.
vom Schmelzer durch eine Öffnung in der Ofenwand eingeführt und - da eine Beobachtung
des vorderen Lanzenendes nicht möglich ist - nach Gefühl nachgeführt.
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Der Nachteil dieser manuellen Handhabung besteht insbesondere darin,
daß der Schmelzer physisch außerordentlich beansprucht wird und die Gefahr besteht,
daß - bedingt durch die falsche Positionierung der Lanze im Elektroofen - Schäden
auftreten bzw. die zuzuführenden Stoffe nicht in das Schmelzbad eingeleitet werden.
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Ein weiterer Nachteil der manuellen Handhabung ist darin zu sehen,
daß die Tragkraft des Schmelzers begrenzt ist; der Verwendung größerer Blaslanzenquerschnitte,
welche eine Verkürzung der Prozeßdauer ermöglichen wurde, sind daher Grenzen gesetzt.
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Eine exakte Steuerung der Eintauchtiefe der Lanze in das Schmelzbad
ist nicht möglich, so daß die eingebrachten Stoffe nur unvollständig ausgenutzt
werden können. Eine Optimierung des Stoffeinsatzes zur Erzielung von Einsparungen
ist daher nicht erreichbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zu entwickeln, welche die mit der manuellen Handhabung der Lanzen
verbundenen Nachteile zumindest weitgehend beseitigt, insbesondere die Beanspruchung
des Bedienungspersonals vermindert und die Optimierung des Prozeßablaufs ermöglicht.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jede Lanze über eine
Kupplungseinrichtung mit einem Schlitten - der an eine Speise leitung angeschlossen
ist -verbindbar ist, wobei die Lanzen und die zugehörigen Schlitten jeweils mittels
einer Vorschubvorrichtung in
ein und demselben Führungsträger verfahrbar
gehalten sind, daß der Führungsträger zumindest in einer Ebene parallel zur Elektroofen-Achse
verschwenkbar ist, und daß die Vorschubvorrichtung mit einer Regelvorrichtung ausgestattet
ist, welche während des Betriebes der zugehörigen Lanze deren Eintauchtiefe in das
Schmelzbad konstant hält.
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Wegen des höheren Abbrandes der Sauerstofflanzen im Vergleich zu den
Kohlenstoff lanzen weist die Einrichtung vorzugsweise einen Führungsträger auf,
welcher nebeneinander zwei Führungsschlitten für je eine Sauerstofflanze und einen
Führungsschlitten für die Kohlenstofflanze aufnimmt.
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Um die Lanzen ohne Verstellung der Einrichtung wahlweise durch ein
und dieselbe Öffnung im Elektroofen einführen zu können, ist der Führungsträger
vorzugsweise zusätzlich senkrecht zur Elektroofen-Achse verfahrbar angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes stützen
sich die Lanzen und Schlitten über Führungsrollen in kastenförmigen Führungsbahnen
ab, die an dem Führungsträger befestigt sind.
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Die Schwenkvorrichtung der neu vorgeschlagenen Einrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Führungsträger sich beidseitig auf zwei Schwenkarmen mit
unterschiedlicher Hebellänge abstützt und über diese mittles eines Geradführungsantriebs
bewegbar ist. Die dem Elektroofen zugewandten Schwenkarme weisen dabei vorzugsweise
eine geringere Hebellänge auf als die hinteren Schwenkarme.
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Der Geradführungsantrieb besteht vorteilhaft aus einem Hydraulik-Zylinderaggregat,
welches gelenkig mit dem Führungsträger verbunden ist.
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Um die vorzugsweise selbstverzehrenden Lanzen in bestimmten Zeitabständen
durch neue Lanzen ersetzen zu können, weist jeder Schlitten im Bereich seiner dem
Elektroofen zugewandten Stirnseite eine Kupplungsvorrichtung mit einem axial verschiebbaren
Klemmteil auf, welches die austauschbare Lanze beim Kupplungsvorgang in Richtung
des Schlitten-Anschlußrohres mitnimmt.
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Die Lanzen werden vorzugsweise mittels einer oberhalb des Führungsträgers
angeordneten Zuführvorrichtung in die jeweilige Führungsbahn eingelegt. Die Zuführvorrichtung
besteht dabei vorteilhaft aus einem quer zur Längsachse des Führungsträgers verfahrbaren
Traggestell, dessen dem Führungsträger zugewandter Endabschnitt als schwenkbare
Mitnahmevorrichtung ausgebildet ist, in welche die auszutauschende Lanze eingelegt
wird.
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Die Führungsbahnen, welche die Schlitten und die mit diesen verbundenen
Lanzen aufnehmen, weisen beidseitig nach oben gerichtete abgeschrägte Führungsbleche
auf, welche eine dreieckförmige Aufnahmeöffnung für die Lanzen bilden.
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Die jeder Führungsbahn zugeordnete Vorschubvorrichtung besteht vorzugsweise
aus einem Getriebemotor - insbesondere einem Kurzschlußläufermotor - mit eingebauter
Bremse, der eine am Schlitten befestigte Kette antreibt.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist auf dem Endabschnitt des Schlitten-Anschlußrohrs eine Kupplungshülse mit einer
drehbaren Kulisse geführt, in die ein am Anschlußrohr befestigter Zapfen eingreift;
innerhalb der Hülse sind
dabei Klemmsegmente angeordnet, die sich
- in axialer Richtung gesehen - einerseits auf einer konischen Gegens fläche der
Hülse und andererseits unter Zwischenschaltung eines Federelements und eines Dichtelements
an dem Anschlußrohr abstützen. Die Drehung der Kulisse hat also eine Axialbewegung
der Hülse in Richtung auf das Schlitten-Anschlußrohr zur Folge, wodurch das Federelement
gespannt wird. Unter der Wirkung der An-.preßkraft des Federelements wird das Dichtelement
sowohl gegen das Anschlußrohr als auch gegen die anzukuppelnde Lanze gepreßt und
letztere gleichzeitig durch die ebenfalls unter Einwirkung der Anpreßkraft des Federelements
stehenden Klemmsegmente in der Kupplungshülse festgeklemmt.
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Die neu vorgeschlagene Einrichtung ist vorzugsweise in der Weise ausgebildet,
daß die Schwenkvorrichtung im Bereich der Stirnseite des Führungsträgers angeordnet
ist, wobei dieser im Bereich seiner Rückseite eine Gewichtsausgleich-Vorrichtung
aufweist. Diese kann insbesondere als mit einem Gegengewicht versehener Seilzug
ausgebildet sein, der am Führungsträger befestigt ist.
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Um sicherzustellen, daß die mittels der Lanzen einzubringenden Stoffe
unmittelbar in das Schmelzbad gelangen, ist der Lanze eine Gebereinheit zugeordnet,
welche den in der Lanze vorhandenen ferrostatischen Druck als Regelgröße in die
Regelvorrichtung eingibt. Der ferrostatische Druck ist dabei der Druck, der sich
aus dem im Vorderbereich der Lanze herrschenden Gasdruck und dem in der Lanze auftretenden
Druckverlust zusammensetzt. Die Regelvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet,
daß
sie bei abnehmendem ferrostatischem Druck - d.h.
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bei geringer werdender Eintauchtiefe der Lanze in das Schmelzbad infolge
Abbrandes - die Vorschubvorrichtung in Tätigkeit setzt und die betreffende Lanze
über die mit ihr verbundene Kette soweit in Richtung des Elektroofens bewegt, bis
der Einstellwert des ferrostatischen Drucks wieder erreicht wird.
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Die wesentlichen Merkmale des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht
der neu vorgeschlagenen Einrichtung (ohne Transportvorrichtung), Fig. 2 a,b eine
Teilansicht bzw. eine Teildraufsicht des Schlittens (mit schematisch dargestellter
Kupplungsvorrichtung), Fig. 3 einen Schnitt durch die nebeneinander liegenden Führungsbahnen
mit aufgesetzten FührungsbLechen, Fig. 4 a, b eine Seitenansicht bzw. einen Schnitt
durch die Kupplungsvorrichtung im Bereich des in die Kulisse eingreifenden Zapfens,
und
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht der
neu vorgeschlagenen Einrichtung mit zugehöriger Transportvorrichtung.
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Die neu vorgeschlagene Einrichtung (vgl. Fig. 1) weist einen Führungsträger
1 auf, dessen Oberteil 2 mehrere nebeneinander liegende Führungsbahnen (vgl. dazu
Fig. 3) aufnimmt und dessen Unterteil zur Aussteifung mehrere Stützrohre 3 aufweist.
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Der Führungsträger 1 ist im Bereich seines Vorderabschnitts beidseitig
über zwei Schwenkarme 4 und 5 mit einer Konsole 6 verbunden, welche sich über Führungsrohre
7 seitenverschiebbar in Lagern 8 einer ortsfesten Stützkonstruktion 9 abstützt.
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Der dem Elektroofen 10 zugewandte vordere Schwenkarm 4 weist eine
geringere Hebellänge auf als der hintere Schwenkarm 5. Die Schwenkarme sind vorzugsweise
in der Weise angeordnet und ausgebildet, daß die im Führungsträger 1 befindlichen
Lanzen 11 auch dann noch in die Ofenöffnung 10' eingeführt werden können, wenn die
Ofenachse 10" um maximal 5° gegenüber der Lotrechten nach vorn oder nach hinten
gekippt ist. Die der hinteren Kippstellung des Elektroofens 10 zugeordnete Stellung
der Lanze 11 und der Schwenkhebel 4 und 5 ist in der Zeichnung strichpunktiert dargestellt.
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Die Lanzen 11 sind jeweils über ein Anschlußrohr 13 mit einem Schlitten
14 verbunden, der seinerseits an eine Speiseleitung 15 angeschlossen ist. Der Schlitten
14 stützt sich über mehrere Führungsräder 16 bzw. 17 in der auf dem Führungsträger
1 angeordneten Führungsbahn ab.
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Jeder Schlitten 14 ist über eine (in Fig. 2 a) dargestellte Kette
18 mit einer Vorschubvorrichtung ausgestattet, welche aus einem Kurzschlußläufermotor
19 mit eingebauter Bremse und einem Eckgetriebe 20 besteht, dessen (nicht dargestelltes)
Kettenrad in die Kette 18 eingreift.
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Die Verschwenkung des Führungsträgers 1 erfolgt über ein Hydraulik-Zylinderaggregat
21, welches gelenkig mit der Konsole 6 und im Bereich des Schwenkarms 5 mit dem
Führungsträger 1 verbunden ist.
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Der Hinterabschnitt des Führungsträgers 1 ist mit einer Gewichtsausgleichvorrichtung
versehen, welche aus einem Seilzug 22, einem drehbar gelagerten Umlenkträger 23
und einem Gegengewicht 24 besteht.
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Die Vorschubvorrichtungen 19, 20 sind vorzugsweise mit einer (nicht
dargestellten) Regelvorrichtung ausgestattet, welche eine konstante Eintauchtiefe
der Lanzenspitze in das Schmelzbad 25 sicherstellt. Die Regelvorrichtung arbeitet
dabei mit einer (nicht dargestellten) Gebereinheit zusammen, welche den in der Lanzenspitze
vorhandenen ferrostatischen Druck als Regelgröße in die Regelvorrichtung eingibt.
Sobald die Eintauchtiefe der Lanze 11 infolge Abbrandes abnimmt, wird der zugehörige
Schlitten 14 über die Vorschubvorrichtung 19, 20 und die Kette 18 so lange auf den
Elektroofen 10 zu bewegt, bis ein vorgegebener Sollwert des ferrostatischen Drucks
erreicht ist.
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Das Schlitten-Anschlußrohr 13 (vgl. Fig. 2a, b) ist nur mittelbar
mit dem Gehäuse 14' - welches auch die lotrechten und waagerechten Stützräder 16
bzw. 17 trägt - verbunden. Im Bereich zwischen dem Vorder-und Hinterabschnitt des
Schlittens 14 weist das Anschlußrohr 13 zwei Halte-Arme 26 auf, die seitlich an
einer Stange 27 befestigt sind. Diese ist über Führungen 28 mit dem Gehäuse 14'
des Schlittens 14 verbunden; die Stange 27 ist im Bereich ihrer über die Führungen
28 hinausragenden Endabschnitte über vorgespannte Schraubenfedern 29 - die sich
einerseits an einer angeschraubten Anschlagscheibe 30 und andererseits an den Führungen
28 abstützen - in einer vorgegebenen Ausgangslage gehalten.
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Die Führungsräder 16 und 17 stützen sich über senkrecht zueinander
angeordnete Schienen 31 und 32 in der jeweils zugehörigen Führungsbahn 33 ab, welche
kastenförmig ausgebildet ist. Die Führungsbahnen 33 sind dabei im Bereich ihrer
nach oben gerichteten Öffnung 33' mit Führungsblechen 34 versehen, welche das Einführen
neuer Lanzen von oben erleichtern sollen.
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Wie der Darstellung gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist, weist der in Fig.
1 dargestellte Führungsträger 1 drei nebeneinander liegende Führungsbahnen 33 auf,
die zwei Lanzen zum Einblasen von Sauerstoff und eine Lanze zum Einblasen von Kohlenstaub
aufnehmen.
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Das Schlitten-Anschlußrohr 13 ist auf seiner dem Elektroofen zugewandten
Stirnseite mit einer Kupplungsvorrichtung 35 versehen, welche als wesentliche Bestandteile
eine Kupplungshülse 36, eine drehbar mit dieser verbundene Kulisse 37 und einen
am Anschlußrohr 13 befestigten Zapfen 38 aufweist (Fig. 4a, b).
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Die mit einem Betätigungshebel 39 versehene Kulisse 37 weist eine
spiralförmig gekrümmte Ausnehmung 37' auf, in welche der Zapfen 38 eingreift.
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Die Kupplungshülse 36 stützt sich auf dem Anschlußrohr 13 ab und ist
über eine Paßfeder 36'' gegen Verdrehung gesichert. Im Innern der Kupplungshülse
36 ist ein aus mehreren Ringabschnitten bestehendes Klemmteil 40 angeordnet, welches
durch eine Schraubenfeder 41 an einer konischen Gegenfläche 36' der Kupplungshülse
36 zur Anlage gebracht ist. Die zwischen zwei Stützscheiben 42 und 43 angeordnete
Schraubenfeder 41 stützt sich über die letztgenannte Scheibe und ein Gummipolster
44 an der Stirnseite des Schlitten-Anschlußrohrs 13 ab.
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In der Entkupplungsstellung - in welcher die Kupplungshülse 36 und
der Betätigungshebel 39 die gestrichelt angedeutete Stellung einnehmen - ist die
Schraubenfeder 41 entspannt, so daß das Klemmteil 40 in Richtung auf das Anschlußrohr
13 verschoben werden kann und das Einführen einer neuen Lanze 11 in die Kupplungshülse
36 zuläßt. Die Endlage der eingeführten Lanze 11 ist durch einen in das Anschlußrohr
13 eingesetzten Federring 13' festgelegt.
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Mit der Schwenkung des Betätigungshebels 39 im Uhrzeigersinn wird
die Kupplungshülse 36 über die Kulisse 37 und den Zapfen 38 gegen das Anschlußrohr
13 gezogen, wodurch die Schraubenfeder 41 - nachdem das Teil 44 an der Stirnseite
des Anschlußrohrs 13 zur Anlage gelangt ist - vorgespannt wird. Unter der Wirkung
der Federkraft wird das Klemmteil 40 an der konischen Gegenfläche 36' entlang gegen
die Oberfläche der Lanze 11 gepreßt, so daß diese in axialer Richtung fixiert ist.
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Das Gummipolster 44 wird unter der Wirkung der Feder-
kraft
ebenfalls gegen die Oberfläche der Lanze 11 gepreßt und dichtet den Ringspalt zwischen
den Teilen 11 und 13 ab.
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Hinter der Kupplungsvorrichtung 35 ist die Führungsbahn 33 mit einem
Anschlag 45 versehen, an dem bei Erreichen einer vorgegebenen Endstellung eine am
Anschlußrohr 13 befestigte Anschlagscheibe 46 zur Anlage gelangt. Die Lanze 11 kann
also nur bis zu der festgelegten Endstellung in Richtung auf den Elektroofen zu
bewegt werden.
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Die Kupplungsvorrichtung 35 mit den Hauptbestandteilen 36 und 37 -
die vorzugsweise innerhalb des Schlittens 14 angeordnet ist - ist in Fig. 2a, b
aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch dargestellt.
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Um das Auswechseln der Lanzen 11 zu erleichtern, weist die neu vorgeschlagene
Einrichtung vorzugsweise eine Transportvorrichtung 47 auf, welche es ermöglicht,
auf eine Plattform 48 abgelegte Lanzen11' von oben in die gewünschte Führungsbahn
einzulegen (Fig. 5).
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Die Transportvorrichtung 47 besteht im wesentlichen aus einem Traggestell
49, welches an Führungsschienen 50 quer zur Längsachse des Führungsträgers 1 verfahrbar
aufgehängt ist. An den dem Führungsträger 1 zugewandten Abschnitt des Traggestells
49 ist gelenkig eine Mitnahmevorrichtung 51 angeschlossen, welche mittels eines
Hydraulik-Zylinderaggregats 52 in die gestrichelt angedeutete Stellung geschwenkt
werden kann. Durch Betätigung des Hydraulik-Zylinderaggregats 21 kann nunmehr der
Führungsträger 1 soweit nach oben bewegt werden, bis die in der Mitnahmevorrichtung
51 festgehaltene Lanze 11' im Bereich der gewünschten Führungsbahn liegt.
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Die Mitnahmevorrichtung kann in an sich bekannter Weise mit Rlemmbacken
versehen sein, welche die auszuwechselnde Lanze 11' festhalten.
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Es ist jedoch auch möglich, die Mitnahmevorrichtung mit einem abschaltbaren
Magnetsystem auszustatten.
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Um eine einwandfreie Führung der Lanzen .11 in den zugehörigen Führungsbahnen
33 sicherzustellen, sind diese außerhalb des Bereichs - der von dentSchlitten 14
und der Kupplungsvorrichtung 35 durchfahren wird -mit einer oder mehreren ortsfesten
Führungsrollen 53 versehen (»gl. die Fig. 1 und 5).