DE2843881B2

DE2843881B2 - Lichtbogenschmelzofen zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Stahl

Info

Publication number: DE2843881B2
Application number: DE2843881A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1978-10-07
Filing date: 1978-10-07
Publication date: 1981-06-04
Also published as: FR2438405A1; US4563766A; DE2843881A1; IT7950481A0; IT1164722B; FR2438405B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenschmelzofen zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Stahl, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem Lichtbogenschmelzofen dieser Gattung wird die Wärmewirkung eines Lichtbogens zwischen mehreren Elektroden und dem Einsatz zum Schmelzen von Metallen genutzt, die zum Beispiel in Form von Schrottstücken mit Hilfe eines Chargierkorbs in den Ofeninnenraum eingefüllt werden.

Der feuerfest ausgekleidete Herd nimmt den beim Einschmelzen entstehenden flüssigen Stahl auf. Die Abmessungen des Herds richten sich nach der für eine Schmelze vorgesehenen flüssigen Stahlmenge. Oberhalb des zylindrischen Herdteils befindet sich der zylindrische Wandbereich, der zur Aufnahme einer möglichst großen Schrottmenge dienen soll. Das Ofengefäß hat üblicherweise sowohl im zylindrischen Teil des Herdgefäßes, als auch im oberen zylindrischen Wandbereich den gleichen Durchmesser. Die Höhe der Ofenwand wird bestimmt von dem Schüttgewicht des einzusetzenden Schmelzguts, d. h. zumindest des Schrotts, und der Häufigkeit der Chargiervorgänge.

Bei der üblichen Arbeitspraxis am Lichtbogenschmelzofen wird der Ofen mit Hilfe eines Schrottkorbs mehrmals mit Schrott gefüllt. Nachdem die erste Füllung, die das gesamte Ofenvolumen ausfüllt, niedergeschmolzen ist kann die zweite Füllung chargiert werden. Nach dem Einschmelzen der zweiten Füllung kann die dritte Füllung eingebracht werden usw

Die Anzahl der Füllvorgänge richtet sich nach dem Schuttgewicht des einzusetzenden Schrotts und nach dem Ofenvolumen. Jeder Chargiervorgang bedeutet beim Lichtbogenschmelzofen eine Produktionsunterbrechung und einen hohen Wärmeverlust, da der Ofendeckel, der sich auf dem Gefäßabschlußring befindet, mit den Elektroden für das Chargieren weggeschwenkt werden muß.
Die Beschickung des Ofens für einen Schmelzvorgang

in mehreren aufeinanderfolgenden Füllvorgängen wird einer Beschickung in nur einem Fülivorgang insbeson-Jere deshalb vorgezogen, weil das Ofengefäß anderenfalls zur Aufnahme ein- und derselben gesamten Einsatzmenge erheblich größere Außenab.nessungen aufweisen müßte. Ein derartiger, für einmalige Chargierung vorgesehener Ofen hätte den Nachteil hoher Investitionskosten, die zwangsläufig die Umwandlungskosten sehr ungünstig beeinflussen würden. Die Ofenwandhöhe wird normalerweise so ausgelegt, ditß für eine Schmölze je nach Schmelzgut, d. h. Schrottqualität, zwei bis fünf Füllvorgänge notwendig sind.

Die die Gefäßwände schützenden feuerfesten Steine und Massen werden von der Strahlung des Lichtbogens und der Schmelze sowie von dem flüssigen Stahl und der Schlacke angegriffen. Von der Feuerfest-Neuzustellung des Lichtbogenofens bis zum Ausbruch der Feuerfestmaterialien vergrößert sich das Chargiervolumen des Ofens aufgrund des Verschleißes der Feuerfestmateriaüen. Nach Neuzustellung des Ofens muß mit mindestens einer Ofenfüllung mehr gefahren werden als am Ende einer Feuerfestwandreise.

Um die höheren Chargier- und Planierzeiten in der ersten Hälfte der Wandreise gegenüber denen der zweiten Wandreisehälfte zu reduzieren, ging man zunächst dazu über, in der Ofenwand, insbesondere im oberen Wandbereich des Ofens, kürzere Spezialsteine, deren Lebensdauer mindestens gleich der der nor.nalen langen Steine ist, einzusetzen.

Ein weiterer Schritt zur Vergrößerung des Ofenvolumens bedeutete der Einsatz wassergekühlter Wandele · mente.

Die bisher über ihre gesamte Höhe aus feuerfesten Steinen gebildete Ofenwandauskleidung im oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels liegenden oberen Wandbereich des Ofens (z. B. DE-AS 18 06 017) wurde dabei, jedenfalls teilweise, durch mit Kühlwasser beaufschlagte Wandelemente, die besonders schmal ausgelegt sind, ersetzt (z. B. DE-AS 26 31 982). Aus der zuletzt genannten Druckschrift ist es auch bekannt, den sich oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels erstrekkenden Mantelbereich gegenüber dem Bereich des Schmelzbads radial nach außen zu versetzen. Der Blechmantel erstreckt sich vom Herdbereich aus bis etwa zu den Wandelementen. Der Übergangsbereich zwischen dem Blechmantel und den Wandelementen ist durch Feuerfestmassen abgeschlossen. Ferner ist in diesem Bereich ein Hohlprofilring vorgesehen, der zur Stützung der Wandelemente dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenschmelzofen der eingangs angegebenen Gattung mit vergrößertem Chargiervolumen bereitzustellen, ohne daß die üblicherweise verwendeten Ofenwandhöhen und Herdgefäßabmessungen wesentlich verändert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Unter Anwendung der Erfindung kann das Chargiervolumen des Lichtbogenschmelzofens beispielsweise um mehr als 30% größer sein als das der bekannten öfen der fraglichen Gattung wie es nach der Feuerfest-Neuzustellung gegeben ist. Diese Vergrößerung des Chargiervolumens bedeutet im Vergleich zu den bekannten gattungsgemäßen öfen eine wesentliche Erhöhung der Ofennutzungszeit. Gleichzeitig wird aber auch eine beträchtliche Einsparung an Energie wegen der verminderten Wärmeverluste bei Entfernung des Ofendeckels während des Chargierens erzielt Die Chargiervolumenvergrößerung steigert dadurch ganz erheblich die Produktion des Lichtbogenofens. Bereits während der ersten Wandreisehälfte, in welcher das Chargiervülumen des Ofens noch nicht in stärkerem Maße infolge eines Verschleißes der feuerfesten Ofenauskleidung im Anschluß an eine Feuerfest-Neuzustellung des Ofens vergrößert ist, kann bereits mit einem Füllvorgang weniger je Schmelzvorgang gearbeitet werden.

Die Erweiterung des Ofengefäßes im oberen Wandbereich gemäß der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß weniger Zeit für das Planieren des Schrotts aufgewendet werden muß und daß seltener Schrottstükke auf den Gefäßabschlußring fallen. Um den Ofen optimal zu entstauben, darf sich zwischen dem Gefäßabschlußring und dem Ofendeckel kein Schrott befinden, da sich sonst zwischen diesen beiden Bauteilen ein Spalt bildet, durch den Falschluft in den Ofen gezogen wird, was zur Folge hat, daß der Ofen unzureichend entstaubt wird. Damit sich zwischen Gefäß- und Deckelring kein Spalt bilden kann, müssen die Schmelzer den auf dem Gefäßabschlußring liegenden Schrott entfernen, was sehr mühsam und unangenehm ist Auch wird hierfür viel Zeit benötigt. Aufgrund der Durchmessererweiterung im oberen Wandbereich werden seltener Schrottstücke auf den Gefäßabschlußring fallen, wodurch sich eine nicht unbedeutende Arbeitserleichterung für das Schmelzpersonal und eine Verkürzung der Ofenunterbrechungszeit ergibt.

Der unter Anwendung der Erfindung erreichbaren Vergrößerung des Chargiervolumens sind dadurch Grenzen gesetzt, daß bei einem zu großen Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Ofeninnenraums und dem Außendurchmesser des Blechmantels in den angegebenen Wandbereichen des Ofens eine Gefahr besteht, daß der Schrott beim Niederschmelzen nicht nach unten nachrutschen kann, sondern auf dem sich bildenden Absatz zwischen zurückgesetzter und unterer Gefäßwand liegen bleiben wird, was zu einer Verlängerung der Schrott-Einschmelzzeit führen wird. Weiterhin würde ein zu großer Durchmesser des oberen Bereichs des Ofengefäßes dazu führen, daß der Schrott außerhalb des Wand-Phasen-Bereichs vom Lichtbogen nicht vollständig weggeschmolzen wird. Es wird demgemäß vorgezogen, daß der Innendurchmesser des Ofeninnenraums im oberen Wandbereich des Ofens ab einem Abstand von mindestens 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels um 100—600 mm, vorzugsweise um 200 bis 400 mm größer bemessen ist als der Außendurchmesser des Blechmantels im unterhalb des höchsten Schmelzbadspiegels liegenden Höhenabschnitt des unteren Wandbereichs des Ofens.

Wie weit die Gefäßwand zurückgesetzt werden kann, richtet sich außerdem besonders bei vorhandenen öfen nach der Ofenkonstruktion. Als besonders günstig erweist es sich, statt der feuerfesten Auskleidung im zurückgesetzen Wandbereich wassergekühlte Wandelemente einzusetzen. Bei schmaler Auslegung der wassergekühlten Wandelemente ist es auch bei vorhandenen Lichtbogenofen möglich, durch das Zurücksetzen der oberen Gefäßwand eine deutliche Chargiervolumenvergrößerung zu erzielen. Der Spalt zwischen dem unteren Bereich der Wandelemente und dem Rand der Stahlgefäßwand wird durch geeignete abdichtende Mittel, wie Feuerfeststeine oder -massen ausgefüllt. Dieses ist erforderlich, damit beim Chargieren Schrottstücke nicht durch diesen Spalt fallen und

der beim Einschmelzen sich bildende flüssige Stahl nicht durch diesen Spalt fließen kann, sondern zum Ofeninneren geleilet wird. Außerdem verhindert diese Abdichtung, daß Falschluft in den Ofen gezogen wird.

Insbesondere im Fall eines Lichtbogenschmelzofens mit größerem Ofeninnenraum empfiehlt es sich zur Abdichtung des Ringspalts einen wassergekühlten Abdichtungsring einzusetzen, der neben der Abdichtung des Ringspalts auch die Aufgabe hat, die Gefäßwand vor thermischem Verschleiß zu schützen. Dieser Abdichtungsring ist ein mit Kühlwasser beaufschlagter, konzentrisch zur Ofenachse angeordneter Hohlprofilring, der nach oben hin mit Feuerfestmassen abgedeckt ist. Insbesondere bei großem Chargiervolumen des Lichtbogenofens empfiehlt es sich, im ringförmigen Übergangsbereich zwischen oberem Rand des Biechmantels und dem unteren Bereich der wassergekühlten Wandelemente für ausreichende Überdeckung Sorge zu tragen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von mehreren, in der Zeichnung schematisch jeweils im Axialschnitt mit nur einer Ofenhälfte dargestellten Ausführungsformen eines aufrechtstehenden Lichtbogenschmelzofens mit kreisringförmigem Horizontalquerschnitt näher erläutert, wobei jeweils der auf das Ofengefäß aufsetzbare Ofendeckel einschließlich Elektroden fortgelassen ist und die Ofenausmauerung infolge des thermischen und mechanischen Verschleißes teilweise abgetragen veranschaulicht ist Es zeigt

F i g. 1 einen Ofen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit radial nach außen versetzter oberer Gefäßwand;

F i g. 2 einen Ofen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit radial nach außen versetzten, wassergekühlten Wandelementen im oberen Wandbereich und

F i g. 3 einen Ofen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem Abdichtungsring zwischen der Gefäßwand und den wassergekühlten Wandelementen.

Das in seinem Ofeninnenraum 1 mit einer Schmelze 2 bis zum höchsten Schmelzbadspiegel 3 gefüllte Ofengefäß 4 weist in sämtlichen Ausführungsformen jeweils einen nicht näher dargestellten wannenförmigen Herd und eine sich an den Herd nach oben anschließende Ofenwand 5 mit einem unteren Wandbereich 5a und einem oberen Wandbereich 5f>auf.

Das Ofengefäß 4 umfaßt im Bereich des Herds und in seinem sich daran nach oben anschließenden Wandbereich 5a bis zumindest oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3 einen innenseitig mit feuerfesten Steinen 6 ausgekleideten Blechmantel 7 aus Stahl. Der Ofeninnenraum 1 ist zumindest im oberen Wandbereich 5b im wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet

Der obere Rand der Ofenwand 5 ist jeweils mit einem Gefäßabschlußring 8 verbunden, auf dem der nicht dargestellte Ofendeckel zum Abschluß des Ofengefäßes 4 unter Heranschwenken aufgesetzt wird. Das Ofengefäß 4 wird mittels dreier im Bereich des Ofendeckels in den Ofeninnenraum 1 einführbaren Elektroden elektrisch beheizt

Es ist ferner zu erkennen, daß bei allen Ofengefäßen 4 der Ausführungsformen der F i g. 1 bis 3 der Innendurchmesser D₀, des Ofeninnenraums 1 im oberen Wandbereich 5f> oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3 jeweils größer als der Außendurchmesser D₁₁₃ des Blechmantels 7 im unterhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3 liegenden Höhenabschnitt des unteren Wandbereichs 5a des Ofengefäßes 4 bemessen ist.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß sich der Blechmantel 7 über die gesamte Höhe der Ofenwand 5 erstreckt, wobei der Blechmantel 7 hier innenseitig über die gesamte , Ofenhöhe mit feuerfesten Steinen 6 ausgekleidet ist. Dabei ist der Blechmantel 7 im oberen Wandbereich 5b des Ofengefäßes 4 ab einem Abstand von etwa 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3 gegenüber seinem unterhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3

i) liegenden Höhenabschnitt des unteren Wandbereichs 5a des Ofengefäßes 4 bemessen ist.

Bei den Ausführungsformen der F i g. 2 und 3 ist die Ofenwand 5 im oberen Wandbereich 5b aus Wandelementen 10 gebildet, die in Richtung des Pfeiles Küber einen Eintrittsstutzen 9 mit Kühlwasser beaufschlagt werden. Die wassergekühlten Wandelemente iO erstrecken sich über den gesamten Ofenumfang ab einem Abstand von etwa 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3.

Ferner erstreckt sich der Blechmantel 7 lediglich im Bereich des Herds sowie im sich daran nach oben anschließenden unteren Wandbereich 5a bis oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3, wobei er mit seinem oberen Rand 11 etwa bis in Höhe des unteren Bereichs 12 der Wandelemente 10 hochgezogen ist. Jedes Wandelement 10 besitzt eine dem Ofeninnenraum 1 zugewendete, entsprechend der Krümmung der Ofenwand 5 gebogene Vorderwand 13 mit Aufnahmehalterungen für eine Schutzschicht aus Feuerfestmaterial und

jo ist der jeweilig vorgesehenen Kühlwasserführung entsprechend ausgebildet

Dabei ist eine wesentlich kürzere Bauweise möglich gegenüber einer erforderlichen Mindestwanddicke aus Feuerfestmaterial. Die Wandelemente 10 grenzen mit der Oberwand 14 an den Gefäßabschlußring 8. Über die parallel zur Vorderwand 13 verlaufende Rückwand 15 erfolgt die Halterung der einzelnen Wandelemente 10.

Die wassergekühlten Wandelemente 10 sind mit ihren dem Ofeninnenraum 1 zugewandten Vorderwänden 13 gegenüber dem im unteren Wandbereich 5a bis oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels 3 sich erstreckenden Höhenabschnitt des Blechmantels 7 radial nach außen versetzt Der zwischen dem oberen Rand 11 des Blechmantels 7 und dem unteren Bereich 12 der Wandelemente 10 verlaufende, ringförmige Übergangsbereich 16 ist durch feuerfeste Massen nach außen abgeschlossen.

Im Falle der Ausführungsform der F i g. 3, bei welcher der Innendurchmesser D_o\ des Ofeninnenraums 1 im oberen Wandbereich 5b im Vergleich zu dem entsprechenden Innendurchmesser D₀, der Ausführungsform der F i g. 2 deutlich vergrößert ist wurde im ringförmigen Übergangsbereich 16 ein wassergekühler Hohlprofilring 17 eingesetzt Dieser in dem ringförmi-

gen Übergangsbereich 16 zwischen dem oberen Rand 11 des Blechmantels 7 und dem unteren Bereich 12 der Wandelemente 10 konzentrisch zur Ofenachse X sich erstreckende, kühlwasserbeaufschlagte Hohlprofilring 17 ist zumindest nach oben und zum Ofeninneren hin mit Feuerfestmassen 18 abgedeckt

In den F i g. 2 und 3 ist mit 19 eine dünne Schicht aus Feuerfestmasse bezeichnet welche vor dem ersten Schmelzvorgang auf die Vorderwand 13 der wassergekühlten Wandelemente 10 aufgebracht ist und sich bis zu den feuerfesten Steinen 6 der Auskleidung des Blechmantels 7 erstreckt damit ein absatzloser Übergang der Wandbereiche im Ofeninnenraum gegeben ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenschmelzofen zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Stahl, mit einem oberseitig durch einen Ofendeckel abschließbaren Ofengefäß, das zumindest im Herdbereich und in seinem sich daran nach oben anschließenden, unteren Wandbereich bis oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels einen innenseitig mit Feuerfestmaterial ausgekleideten Blechmantel mit der angenäherten Form eines Hohlzylinders aufweist und einen zumindest im oberen Wandbereich im wesentlichen kreiszylinderförmigen Ofeninnenraum zur Aufnahme des Schmelzgutes einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (Da) des Ofeninnenraumes (1) im oberen Wandbereich (5b) des Ofens ab einem Abstand von mindestens etwa 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) größer bemessen ist als der Außendurchmesser (D₁₁^ des Blechmantels (7) im unterhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) liegenden Höhenabschnitt des unteren Wandbereichs (5a)des Ofens.

2. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (Do) des Ofeninnenraumes (1) im oberen Wandbereich (5b) des Ofens ab einem Abstand von mindestens etwa 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) um wenigstens 100 mm, vorzugsweise um wenigstens 200 mm größer bemessen ist als der Außendurchmesser (D_U3) des Blechmantels (7) im unterhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) liegenden Höhenabschnitt des unteren Wandbereichs (5a)des Ofens.

3. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (Do) des Ofeninnenraumes (1) im oberen Wandbereich (5b) des Ofens ab einem Abstand von mindestens etwa 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) um 100 mm bis 600 mm, vorzugsweise um 200 mm bis 400 mm größer bemessen ist als der Außendurchmesser (D_m) des Blechmantels (7) im unterhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) liegenden Höhenabschnitt des unteren Wandbereiches (Sandes Ofens.

4. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel (7) über die gesamte Höhe der Ofenwand (5) sich erstreckt und innenseitig über deren gesamte Höhe mit Feuerfestmaterial, insbesondere feuerfesten Steinen (6) ausgekleidet ist, wobei der Blechmantel (7) im oberen Wandbereich (5b) des Ofens ab einem Abstand von mindestens etwa 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) gegenüber seinem unterhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) liegenden Höhenabschnitt des unteren Wandbereiches (5a) des Ofens umfangsseitig radial nach außen zurückversetzt ist.

5. Lichtbogenschmelzo'en nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenwand (5) im oberen Wandbereich (5b) des Ofens ab einem Abstand von mindestens etwa 300 mm oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) mit Kühlwasser beaufschlagte Wandelemente (10) umfaßt, wobei die Wandelemente (10) mit ihren, dem Ofeninnenraum (1) zugewandten Vorderwänden (13) gegenüber dem im unteren Wandbereich (5a) bis oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) sich erstreckenden Höhenabschnitt des Blechmantels (7) radial nach außen zurückversetzt sind.

6. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmatitel (7) lediglich im Bereich des Herdes (4) sowie im sich daran nach oben anschließenden unteren Wandbereich (5a) des Ofens bis oberhalb des höchsten Schmelzbadspiegels (3) sich erstreckt, wobei er mit seinem oberen Rand (11) etwa bis in Höhe des

ίο unteren Bereiches (12) der Wandelemente (10) hochgezogen ist

7. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem oberen Rand (11) des Blechmantels (7) und dem unteren Bereich (12) der Wandelemente (10) verlaufende, ringförmige Übergangsbereich (16) durch Feuerfestmassen nach außen abgeschlossen ist

8. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß im ringförmigen

Übergangsbereich (16) zwischen Blechmantel (7) und Wandelementen (10) ein mit Kühlwasser beaufschlagter, konzentrisch zur Ofenachse (X) sich erstreckender Hohlprofilring (17) eingesetzt ist, der zumindest nach oben hin von Feuerfestmassen abgedeckt ist.