DE2821453A1

DE2821453A1 - Plasmaschmelzofen

Info

Publication number: DE2821453A1
Application number: DE19782821453
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Papsdorf; Guenter Pohle; Konrad Primke; Klaus Peter Dipl Ing Trautmann
Original assignee: Mansfeld Kombinat Wilhelm Pieck VEB
Current assignee: Mansfeld Kombinat Wilhelm Pieck VEB
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1979-01-18
Also published as: DD142491A3; HU180495B; JPS5417540A; GB1597699A; IT7850086A0; RO75360A; FR2396252A1; CS218001B1; SU926477A1; SE7806408L; DE2821453C3; FR2396252B1; US4263468A; DE2821453B2; YU147778A; IT1105336B; PL207924A1

Description

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Plasmas chmel ZO fen *

Die Erfindung "betrifft einen Plasma Schmelzofen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitetem Leichtmetallschrott,

Plasmaschmelzeinrichtungen zum kontinuierlichen Schmelzen v»n Metallen sind bereits bekannte So wurde gemäß DIf-WP 90 402 eine Plasma s chmel ze inrichtung vorgeschlagen, bei welcher der Erwärmungs- oder Einschmelzvorgang und die darauf folgende Prozeßphase in zwei oder mehreren, jedoch miteinander in Verbindung stehenden Prozeßgefäßen durchgeführt wird_o Das Primär-Prozeßgefäß und das oder die nachgeordneten Sekundär-Prozeßgefäße werden über einen oder mehrere Verbindungskanäle vereinte Sie sind so gestaltet, daß die Prozeßgefäße um die vertikale Achse gekippt werden können, Prozeßgefäße als auch Verbindungskanäle können mit einer oder mehreren Gegenelektroden ausgerüstet sein₀ Das Primär-Prozeßgefäß ist mit einer bekannten Beschickungseinrichtung, die entweder im Deckel oder seitlich am Prozeßgefäß angeordnet sein kann, ausgerüstet» Weiterhin ist ein Mehrkammer-Plasma-InduktionsschmelB-ofen mit mehrgeteiltem, hermetisch schließenden Deckel bekannt, bei dem die Geometrie der P"¹ smaschmelzkammer der Energieabgabe des Plasmabogens angepaßt ist, wobei das Plasmatron im Winkel zur Schmelzgutoberfläche oder in einer Ausbuchtung der Plasmaschmelzkammerwand angeordnet isto Plasma- und Induktionsschmelzkammer, sind durch einen Kanal verbunden und können zusammen oder getrennt gekippt werden (DL-WP 109 787). Ein anderer Plasmaschmelzοfen, bei dem die Plasmatrons unterhalb'der festen Schmelzgutoberfläche angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengefäß aus mindestens zwei eine Einheit bildenden Ofeninnenräumen besteht, die eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Die Plasmatrons sind ,in J.nem entsprechenden Winkelbereich zur Ofenachse in 0.'..-. /mischen angeordnet» Darüber hinaus sind die Ofengefäßi-eile separat oder zusammen

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kippbar bzw. entleerbar, und der Deckel des Ofengefäßes ist mit einer Chargiereinrichtung versehen (DIr-WP 109 7β9). Bei einer prinzipiellen Ausführungsform dieses Ofengef&ßes sind für das Sammeln der Schmelze zusätzlich eine oder mehrere Arbeitskammern durch Öffnungen mit dem Schmelzofen verbunden. .

Alle genannten Ofentypeiä. weisen entsprechende Zusatzheizungen auf.

Diese bekannten Plasmaschmelzeinrichtungen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen weisen verschiedene Nachteile auf. So wird aufgrund der Tatsache, daß sie aus mehreren miteinander in Verbindung stehenden Prozeßgefäßen bestehen, die Flexibilität der Technologie des Schmelzbetriebes eingeschränkt, obwohl die Arbeit im Schmelzbetrieb es erforderlich macht, das erschmolzene Metall entweder sofort nach dem Erschmelzen abzugießen oder einer Schmelzbehandluns^nriohtung und/oder einem ₍ Mischer zur Einstellung der benötigten Legierung zuzuführen.

Die im DL-WP 109 787 getroffene Festlegung, daß in einem Abstand von ca, 150 mm vom Plasmatron die abgeg-V ^- j. uei-eit ■' auf etwa 10 % absinkt und im wesentlichen nur vom Piasmatrontyp abhängig ist, kann aufgrund durchgeführter Untersuchungen nicht bestätigt , werden (Rother, W. j Bergmann, V. j Kulessa, R. ? Petzold, G. - Energiebilanz eines Plasmabogens XIX. Intern. Wiss. Kolldquium, TH Ilmenau 1974, Heft 2, S· 65 - 70).

Hierbei wurde von einer grundsätzlich falschen Annahme der Energieabgabe des Plasmabogens ausgegangen. Dementsprechend fehlt auch.&en daraus gezogenen Schlußfolgerungen für die der Energieabgabe des Plasmabogens angepaßte Ofengeometrie Jede reale Grundlage. Ein weiterer Nachteil bereits bekannter Plasmaschmelzeinrichtungen besteht darin, daß bei den notwendigerweise großen Schrottschütthöhen, die in der Größenordnung der Plasmabogenlänge liegeil, ein stabiles Brennen des Plasmabogens in der Schrottschüttung nicht eu erreichen ist. .

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Der Plasmabogen brennt nur sehr unruhig und wird durch die Blaswirkung des eigenen Magnetfeldes häufig ausgeblasen.

Schließlich besteht ein weiterer Naohteil der bekannten Plasmaschmelzeinriahtüiig zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen darin, da$ sie über keine Einrichtungen verfugen, die das Eindringen der dem Schrott anhaftenden !fremdstoffe wie feuchtigkeit, Öl, Schmutz usw„ in die Schmelze verhindern. Durch diese Premdstoffe wird die Qualität des erschmolzenen Metalls stark herabgesetzt.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Plasmaschmelzofen zu entwickeln, mittels welchem eine Erhöhung der Metallausbeute bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität des erschmolzenen Metalls erreicht wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Plasma-Schmelzeinriohtung zum Sohmelzen von Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitetem Leiclrbmetallschrott, zu. schaffen, die aus einem Prozeßgefäß besteht, den strukturellen Besonderheiten des einzuschmelzenden Materials und dem Niederschmelzverhalten des Plasmabogens Rechnung trägt und gleichzeitig den Anteil der in die Schmelze gelangenden iremdanhaftungen am Einsatzmaterial minimiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß . öer Plasmaschmelzofen aus einem Ofengefäß mit wannenförmigem Grundriß besteht, in das ein senkrechter oder leicht gegen die Senkrechte geneigter Schacht mündet, wobei das Verhältnis der Schachthöhe zum Schachtdurchmesser größer oder gleich aina ist. Die Beschickung des Ofens erfolgt über eine am oberen Ende dea Schachtes befindliche gasdichte Beschickungseinrichtung. Der oder die Plasmabrenner sind so angeordnet, daß der oder die PuQpunkte dea oder der Plasraebögen im Bereich

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des Überganges des Schrottschüttkegels in den Ofensumpf liegen. Die Anordnung erfolgt senkrecht oder unter einem Winkel zwischen 0° und 60° zur Senkrechten in der Längsachse geneigt. Bei Verwendung von mehreren Plasmabrennern werden diese zwecks Bewegung des Schmelzbades, die zu einer weiteren Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit und 'zum Abbau größerer lemperaturdifferenzen führt, senkrecht oder unter einem Winkel von 0° bis 60°in der Querachse des Plasmaofens angeordnete Zur Erzielung einer gleichmäßigen Metalltemperatur im Ofensumpf und zur Steigerung der Aufschmelzgosehwindigkeit ist eine elektromagnetische Rühreinrichtung am Ofenboden oder an der Ofenwand im Bereich des Ofensumpfes virgesehen. Die Energieübertragung auf das Einsatzmaterial erfolgt durch Strahlung der Plasmabogensäule auf den Schrottschüttkegel, durch leitung und Konvektion im Bereich des iUßpunktes des Plasmabogens auf den Ofensumpf und durch Konvektion des Plasmagases durch die Schrottschiittung im Schüttkegel und im Schacht» Unterhalb der gasdichten Beschickungseinrichtung ist am oberen Ende des Schachtes eine Abzugsöffnung vorgesehen, welcher zwecks Abscheidung abgedampfter flüchtiger Bestandteile wie Öl und Wasser sowie Abscheidung des mitgeführten Staubes ein. bekannter Gaskühler und oln bekannter Zyklon nachgeschaltet sind. Zur Entnahme des erschmolzenen Metalls sind im wannenförmigen Ofengefäß ein gegen den Ofeninnenraum abgedichteter Überlauf sowio eine elektromagnetische förderrinne vorgesehen.

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Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden,, Die zugehörigen Zeichnungen zeigen!

Hg₀ 1: Längsschnitt durch den Plasmaofen} .!Figo 2: Querschnitt BrB durch den Plasmaofen; Pigo 3$ Schnitt C-C dutch den Plasmaofen,

Wie aus Pig» 1 ersichtlich, "besteht der Plasmaofen aus dem wanncnförmigen Ofengefäß 1 mit aufgesetztem senkrechten oder leicht gegen die Senkrechte geneigten Schacht 2ο Das Verhältnis von Schachthöhe H zum Schachtdurchmesser D ist größer oder gleich Eins₀ Der Plasma- · schmelzofen wird über die am oberen Ende des Schachtes "befindliche gasdichte Beschickungseinrichtung 3 kontinuierlich oder quasikontinuierlich mit dem zu schmelzenden Material 4 "beschickte Der sich im Ofenraum ausbildende Schrottschüttkegel 5 geht in den Ofensumpf 6 übcr_e Der oder die Plasmabrenner 7 sind so angeordnet, daß der oder die Fußpunkte des oder der Plasmabögen 8 im Bereich des Übergangs des Schrottschüttkegels 5 in den Ofensumpf 6 liegen,, Dadurch sind die im unmittelbaren Bereich des Plasmabogens liegenden Sohrottschütthöhen gering, wodurch ein ruhiges und stabiles Brennen der Plasmabögen 8 erreicht wird* Die PIosmcfb^enner 7 sind senkrecht oder unter einem Wir.) ; ^r ' s^hen 0° und 60° zur Senkrechten in der Ii'/.^ -^" ; angeordnet.

Wie in Mg, 2 dargestellt, können bei verwendung mehrerer Plasmabrenner 7 diese weiterhin in einem Winkel «C zwischen 0° und 60° zur Senkrechten in der Querachse und nach Mg₀ 3 in einem Winkel <& 3 zwischen 0° und zur Längsachse des Plasmaschmelzofens angeordnet sein,, Durch die geneigte Anbringung der Plasmabrenner 7 wird infolge der kinetischen Energie der Plasmabögen 8 eine Bewegung des Schmelzbades erzielt, die zu einer Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit und zum Abbau größerer Temperaturdifi -snzen im Ofensumpf 6 führt.

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BAD ORIGINAL

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Zur Erzielung einer gleichmäßigen Metalltemperatur im Ofensumpf 6 und zur Erhöhung c|er· Auf schmelzgeschwindig-keit ist am Ofenboden öder seitlich an der Ofenwand im Bereich des Ofensumpfes 6 eine elektromagnetische Rühreinrichtung 9 vorgesehen* Das gurch die Schrottschüttung strömende heiße Plaöbiagad 'ib Wird am oberen Ende des Schachtes 2 unterhalb der gasdichten Beschickungseinrichtung 3 abgenommen und einem bekannten Gasktihler 11 zugeführt, wodurch die mitgeführten !fremdstoffe wie öl und Wasser abgeschieden werden, während der infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit mitgeführte Staub im Zyklon 12 abgeschieden wird. Das gereinigte Abgas 13 kann somit ohne Umweltbelastung in die Atmosphäre abgegeben werden.

Das erschmolzene Metall kann kontinuierlich über einen gegen den Ofeninnenraum abgedichteten Überlauf 14 oder mit Hilfe einer elektromagnetischen Förderrinne 15 diskontinuierlich zwecks weiterer Verarbeitung entnommen werden_e

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Claims

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Patentans firuoh

1„ Plasmaschmelzofen zum kontinuierlichen Schmelzen νδη Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitetem Iieichfcmetallschrott, mittels Plasmabrenner, wobei dem Öfen ein Abgaskühler und ein / Zyklon zur Reinigung des Abgases nachgeschaltet sind, gekennzeichnet durch, ein wannenförmiges Ofengefäß (1), welches am Ofenboden oder seitlich an der Ofenwand im Bereich des Ofensumpfes (6) eine elektromagnetische Rühreinrichtung (9), weiterhin einen zur kontinuierlichen Entnahme der Schmelze ■ dienenden, gegen den Ofeninnenraum abgedichteten Überlauf (14) oder zur diskontinuierlichen Entnahme der Schmelze dienende elektromagnetische förderrinne (15) aufweist, wobei das wannenförmige Ofengefäß (1) mit einem aufgesetzten senkrechten oder leicht gegen die Senkrechte geneigten Schacht (2) mit an dessen oberem Ende befindlicher gasdichter, kontinuierlicher oder quasikontinuierlicher Beschickungseinrichtung (3) versehen und so mit Plasmabrennern (?) ausgerüstet ist, daß der oder die lUßpunkte des oder der Plasmabögen ζβ) im Bereich des Übergangs des Schrottschüttkegels' (5) in den Ofensumpf (6) liegen»

2. Plasmaschmelzofen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Schachthöhe H zum Schachtdurchmesser D größer oder gleich Eins ist.

3» Plasnaschmelzofon nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Plasmabrenner (7) senkrecht oder unter einem Winkel von 0° bis 60° zur Senkrechten in der Längsachse des Plasmaofens angeordnet sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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4« Plasraaschmelzofen nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet! daß mehrere Plasmabrenner (7) senkrecht eder unter einem Winkel von 0° bis zur Senkrechten in d.er Querachse des Plasmaofens angeordnet sind.

5. Plasmaschmelzofen nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Plasmabrenner (?) in einem Winkel von 0° bis 90° zur Längsachse dos Plasmaofens angeordnet sind«

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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