DE29580394U1

DE29580394U1 - Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen

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Publication number: DE29580394U1
Application number: DE29580394U
Authority: DE
Original assignee: Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2005-03-31
Also published as: US5835524A; EP0719402A1; JPH09502514A; AT403846B; WO1996000877A1; ATA127094A; KR960704206A; KR100236482B1

Description

Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen

Die Erfindung betrifft einen Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen, insbesondere zum Einschmelzen von eisenhaltigem Schrott sowie gegebenenfalls von Eisenschwamm zur Herstellung von Stahl.

Herkömmliche Gleichstrom-Elektro-Lichtbogenöfen zum Einschmelzen von Schrott weisen eine einzige zentrische und senkrecht im Ofengefäß angeordnete Graphitelektrode auf. Dem maximal möglichen Energieeintrag, der vom Sekundärstrom abhängig ist, sind durch den maximal möglichen Durchmesser der Graphitelektrode Grenzen gesetzt.

Darüber hinaus ist der Energieeintrag durch den einzigen Lichtbogen auf eine Stelle mehr oder weniger in der Ofenmitte konzentriert und wird noch durch magnetische Einflüsse, die bei hohen Leistungen auf den Lichtbogen wirken, beeinflußt.

Beim konventionellen Drehstrom-Lichtbogenofen, wie z.B. gemäß DE-C - 29 44 269, FR-B 2 218 397 und DE-A - 32 41 987, wird durch drei im Zentrum auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden ein senkrechter Krater in den Schrott geschmolzen und hernach der übrige Schrott aufgelöst. Die Energie der heißen Abgase steigt durch den leeren Krater ungenützt nach oben und bewirkt eine erhöhte Deckelaufheizung und - wie auch bei konventionellen Gleichstrom-Lichtbogenöfen - eine große glühende Elektrodenlänge, die zu starkem seitlichem Abbrand führt. Außerdem sind für die Elektroden sehr massive Elektrodentragarme und Hubmaste mit schweren Führungen nötig, um die Kräfte und Vibrationen, die auch durch die gefahrenen hohen Ströme ausgelöst werden, zu beherrschen. Diese Einrichtungen sind ein wesentlicher Investitionskostenfaktor, der den konventionellen Drehstrom-Lichtbogenofen immer mehr verteuert und den Betrieb erschwert.

Aus der EP-A - 0 548 041 ist ein Elektrolichtbogenofen der eingangs beschriebenen Art bekannt, mit dem ein besonders hoher Energieeintrag bei hoher Betriebssicherheit und Verfügbarkeit erzielt werden kann, u.zw. dadurch, daß die Graphitelektrode in einen Unterteil des Ofengefäßes von der Seite her hineinragt, wobei der Unterteil im Bereich der Graphitelektrode eine radial gegenüber dem Oberteil nach außen vorspringende Erweiterung aufweist. Die radiale Erweiterung dient dazu, die Graphitelektrode gegen herabfallendes Chargiergut zu schützen. Dadurch, daß die seitlich eindringenden Graphitelektroden selbst von den heißen Gasen, die durch die Schrottsäule nach oben abgesaugt werden und den Schrott erhitzen, verschont bleiben, ergeben sich kurze glühende Elektrodenlängen sowie ein dementsprechend geringer Abbrand.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Eiektro-Lichtbogenofen der zuletzt beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß als Ofengefäß trotz hoher Schmelzleistung ein solches mit einfacher Gestalt - das einfach herzustellen ist - einsetzbar ist. Ebenso sollen bereits bewährte Ofengefäße, also herkömmliche mit einem Oberteil mit senkrechter Seitenwand, Verwendung finden können. Wärmebelastungen der Seitenwand des Ofengefäßes und die Gefahr von Beschädigungen der Elektroden beim Chargieren des Schrotts sollen minimiert bzw. ganz vermieden sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

• einen eine Schmelze aufnehmenden Bodenteil,

• einen vom Bodenteil aufragenden Oberteil mit einer zumindest teilweise im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Seitenwand,

• einen den Oberteil bedeckenden Deckel,

• einen etwa zentrisch zum Oberteil angeordneten Chargierschacht mit erheblich geringerem Durchmesser als der des Oberteils,

• der Chargierschachtinnenraum über eine am Deckel vorgesehene Öffnung mit dem Ofeninnenraum in Verbindung steht und

• in etwa radialsymmetrischer Anordnung schräg in den Ofeninnenraum gerichtete Elektroden etwa gegen das Zentrum des Elektro-Lichtbogenofens ragen.

Aus der DE-C - 36 09 923 ist ein Eiektro-Lichtbogenofen bekannt, bei dem mehrere auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden nahe der Seitenwand des Oberteils des Elektro-Lichtbogenofens angeordnet sind und durch den Deckel senkrecht in das Ofeninnere ragen. Der Eiektro-Lichtbogenofen ist mit einem am Deckel aufgesetzten Schacht versehen, in dem das heiße Ofengas den in den Schacht chargierten Schrott erwärmt. Die Elektroden sind zwangsweise den Schacht peripher umgebend angeordnet. Nachteilig bei diesem bekannten Eiektro-Lichtbogenofen ist die durch die Elektroden verursachte enorme Wärmebelastung der Seitenwand des Oberteiles des Elektro-Lichtbogenofens. Eine Anordnung der Elektroden näher zum Zentrum des Ofens läßt Schwierigkeiten wegen durch den aufgesetzten Schacht herabfallender Schrottstücke erwarten.

Aus der PCT-Anmeldung WO 93/13228 ist ein Eiektro-Lichtbogenofen bekannt, dessen Deckel von einem das Ofengefäß überragenden Chargierschacht durchragt wird. Der Chargäerschacht ist außermittig des einen elliptischen Grundriß aufweisenden Ofengefäßes

angeordnet. Durch den Deckel ragen weiters Elektroden in das Innere des Elektro-Lichtbogenofens, wobei diese Elektroden ebenfalls außermittig des Ofeninnenraumes angeordnet sind. Hierdurch kann zwar eine Wärmebelastung der Seitenwand des Ofens gegenüber dem aus der DE-C - 36 09 923 bekannten Elektro-Lichtbogenofen reduziert werden, jedoch ist es nicht möglich, den über den Chargierschacht chargierten Schrott direkt mittels eines Lichtbogens einzuschmelzen, da der Schrottschüttkegel sich nicht bis zu den Lichtbögen erstreckt. Das Ofengefäß ist infolge seiner elliptischen Grundrißform aufwendig herzustellen.

Erfindungsgemäß hingegen kann dadurch, daß die Elektroden die Seitenwand des Oberteils bzw. den Deckel des Ofengefäßes durchsetzen, ein sehr flacher und den chargierten Schrott direkt beaufschlagender Lichtbogen im Ofeninneren erzeugt werden. Es sind Elektrodenwinkel gegenüber der Horizontalen von bis zu 10° herab möglich, so daß es gelingt, den Schrott von oben nach unten durch den Lichtbogen zu schmelzen. Die Seitenwand des Oberteils des Elektro-Lichtbogenofens ist keiner unmittelbaren Hitzeeinwirkung ausgesetzt, da der Lichtbogen in erster Linie senkrecht zur Achse des Lichtbogens Wärme abstrahlt. Diese Vorteile ergeben sich insbesondere in Verbindung mit dem am Deckel des Oberteils angeordneten Chargierschacht, der einen erheblich geringeren Durchmesser als der Oberteil selbst aufweist. Hierdurch gelingt es nämlich, einen zentralen Schüttkegel aus Schrott im Ofeninnenraum zu erzielen, der die schräge Anordnung der Elektroden mit dem oben dargelegten flachen Elektrodenwinkel gegenüber der Horizontalen ermöglicht Der Lichtbogen kann hierdurch in entsprechend großer Entfernung von der Seitenwand des Oberteils des Ofens gehalten werden, so daß eine für die Seitenwand schädliche Wärmebelastung vermieden wird.

Durchsetzen die Elektroden die Seitenwand des Ofengefäßes, ergibt sich eine einfache Gestaltung des Ofengefäßes, insbesondere des vom Bodenteil aufragenden Oberteils, da hier lediglich Öffnungen zum Durchführen der Elektroden vorgesehen werden müssen. Noch einfacher gestaltet sich die Konstruktion, wenn die Elektroden den Deckel des Ofengefäßes durchsetzen. Somit stellt sich erfindungsgemäß der Vorteil eines Elektro-Lichtbogenofens besonders einfacher Bauart ein, der einen hohen gleichmäßigen Energieeintrag bei geringem Elektrodenverbrauch (kurze glühende Elektrodenlänge) ermöglicht Gleichzeitig ist jedoch eine integrierte Vorwärmung des Schrottberges im Ofengefäß durch vom Boden her aufsteigende Schmelzgase gesichert. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß grundsätzlich seit Jahrzehnten bewährte Ofengefäße einfacher Bauart Verwendung finden können.

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Zur Einstellung eines optimalen Elektrodenwinkels sind die Elektroden mittels Elektrodenstützeinrichtungen vorteilhaft um eine horizontale Achse neigbar, u.zw. insbesondere in einem Bereich zwischen 10 und 60°, vorzugsweise zwischen 30 und 60°, zur Horizontalen.

Zwecks einfacher Handhabung der Elektroden sind die Elektroden zweckmäßig mittels der Elektrodenstützeinrichtung in ihrer Längsrichtung verbringbar abgestützt.

Zur Erzielung einer großen Effizienz der eingesetzten Elektroden sind diese zweckmäßig mittels der Elektrodenstützeinrichtung um eine vertikale Achse schwenkbar abgestützt. Hierdurch gelingt es, mit einer auf ein Minimum beschränkten Anzahl der Elektroden einen großen Einwirkungsbereich derselben sicherzustellen.

Vorteilhaft ist der Chargierschacht mit dem Deckel des Elektro-Lichtbogenofens starr verbunden, u.zw. insbesondere dann, wenn der Chargierschacht nur eine geringe Höhe aufweist. Dies ist für den Fall nicht extrem hoher Produktionsleistungen ausreichend. Der chargierte Schrott reicht nicht in den Chargierschacht, sondern bildet einen ausschließlich im Ofeninnenraum befindlichen kegelstumpfförmigen Haufen, der die Anwendung des Schrägelektrodenprinzipes ermöglicht

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Chargierschacht gegenüber dem Deckel relativbeweglich, wobei der Chargierschacht zweckmäßig seitlich verfahrbar ist, u.zw. in eine Richtung senkrecht zur Längs-Mittelachse des Chargierschachtes bzw. des aufrecht stehenden Elektro-Lichtbogenofens. Hierdurch lassen sich in einfacher Weise auch sehr große Schrottstücke in das Ofengefäß chargieren. Außerdem ergeben sich Vorteile für Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten am Ofengefäß - dieses ist dann besonders leicht zugänglich - und am zur Seite gefahrenen Schacht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem unteren Ende des Chargierschachtes und der am Deckel des Elektro-Lichtbogenofens vorgesehenen Öffnung eine in Richtung der Längs-Mittelachse des Chargierschachtes bzw. des Elektro-Lichtbogenofens verbringbare Schiebemuffe vorgesehen, wobei zweckmäßig das untere Ende des Chargierschachtes im Abstand oberhalb des Deckels des Elektro-Lichtbogenofens angeordnet ist und der hierdurch vorhandene Freiraum zwischen Deckel und Chargierschacht mittels der Schiebemuffe überbrückbar ist.

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Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Erstreckung der Schiebemuffe in Richtung der Längs-Mittelachse des Chargierschachtes größer ist als die Höhe des Freiraumes zwischen Deckel und Chargierschacht, weil es dadurch möglich ist, Schrottschüttkegel mit unterschiedlichen Dimensionen im Ofeninnenraum zu bilden, u.zw. durch Wahl einer entsprechenden Höhenlage des unteren Randes der Schiebemuffe.

Die Schiebemuffe gestattet so eine Einstellung der Kontur des aus dem Chargierschacht in den Ofeninnenraum stürzenden Schrottes beim Chargieren der ersten Teilmengen. Der beim Chargieren der ersten Teilmengen aus dem Charglerschacht in den Ofeninnenraum stürzende Schrott bildet einen Schüttkegel, der einen der jeweiligen physikalischen Schrottzusammensetzung (Größe der Schrottstücke, Art der Schrottstücke) entsprechenden Schüttwinkel aufweist. Dieser Schüttkegel kann durch Heben und Senken der Schiebemuffe in seinem größten Durchmesser auf das gewünschte Maß eingestellt werden, wodurch der Schrott an der Seitenwand auf jeden Fall unterhalb der Elektrodendurchführungen durch die Seitenwand gehalten werden kann.

Vorteilhaft ist die Schiebemuffe wassergekühlt und umgibt den Chargierschacht außen peripher und ist außen am Chargierschacht geführt

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht mit einer seine Seitenwand durchsetzenden Chargieröffnung versehen ist, die mittels einer Chargiertiire verschließbar ist, wobei die Chargiertüre zweckmäßig horizontal oder vertikal von der Schließstellung in eine Offenstellung und umgekehrt verschiebbar ist sowie vorteilhaft wassergekühlt ist. Hierdurch ist ein Chargieren möglich, ohne daß der Schmelzprozeß unterbrochen werden muß und ohne daß ein Austritt von senkrecht aufsteigenden Abgasen während des Chargierens stattfindet.

Vorteilhaft ist die Chargieröffnung an ihrer Unterkante mit einer wassergekühlten Auflage für eine Chargiereinrichtung, wie eine Schrottschurre, ausgestattet.

Zur Erzielung einer weitgehend kontinuierlichen Chargierung von Schrott ist der Chargierschacht zweckmäßig mit einer seine Seitenwand durchsetzenden Chargieröffnung versehen, an die eine Fördereinrichtung, wie z.B. ein Förderband, mündet.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht zusätzlich in einer Seitenwand mit einer weiteren Chargieröffnung, an die eine Zugabeschurre für das Chargieren von kalten oder heißen Einsatz- und/oder Zusatzstoffen

anschließt, versehen ist. Hierdurch gelingt es, beispielsweise auch heißen Eisenschwamm in den Elektro-Lichtbogenofen zu chargieren, wobei zu diesem Zweck der heiße Eisenschwamm in mit Stickstoff gefluteten birnenförmigen Gefäßen zum Elektro-Lichtbogenofen angeliefert werden kann. Bei konventionellen Elektro-Lichtbogenofen mit senkrechten Elektroden wären hier durch die vertikal aufragenden Elektroden und die Elektrodentragwerke Schwierigkeiten kaum zu überwinden.

Zweckmäßig ist der Chargierschacht an seinem oberen Ende an eine Abgasleitung anschließbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Seitenwand des Chargierschachtes mit mehreren Düsen zur Zuleitung eines sauerstoffhältigen Gases versehen, wobei vorteilhaft eine Vielzahl von Düsen die Seitenwand des Chargierschachtes durchsetzt und wobei die Düsen in Form eines die Seitenwand peripher umgebenden Ringes angeordnet sind. Die im Elektro-Lichtbogenofen beim Einschmelzen und anschließenden Frischen entstehenden großen CO-Gasemengen, die durch Umsetzung von Sauerstoff mit dem im Einsatz enthaltenen Kohlenstoff sowie aus organischen Bestandteilen des Einsatzes entstehen, können hiermit im Elektro-Lichtbogenofen so nachverbrannt werden, daß die dabei entstehende Wärmeenergie dem Schrott zur Vorwärmung dient, ohne daß der Schrott übermäßig oxidiert wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durchsetzt mindestens eine ein sauerstoffhältiges Gas zuführende Lanze die Wand oder den Deckel des Ofengefäßes.

Vorzugsweise ragen die Elektroden durch die Seitenwand des Oberteiles.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Chargierschacht und dem im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Teil der Seitenwand desselben ein sich nach oben verjüngender Wandbereich vorgesehen und ragen die Elektroden durch in diesem Wandbereich angeordnete Öffnungen in den Ofeninnenraum, wobei zweckmäßig der sich nach oben verjüngende Wandbereich dem Deckel des Elektro-Lichtbogenofens zugeordnet ist.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist der sich nach oben verjüngende Wandbereich der Seitenwand des Elektro-Lichtbogenofens zugeordnet.

Eine besonders einfache Konstruktion, bei der nur eine geringe Verschiebbarkeit der Schiebemuffe die volle Kippbarkeit des Ofengefäßes gewährleistet, ist dadurch gekennzeichnet,

daß die Schiebemuffe am Deckel heb- und senkbar angeordnet ist, wobei zweckmäßig die Schiebemuffe etwa denselben Durchmesser aufweist wie das untere Ende des Chargierschachtes und die Schiebemuffe um maximal 200 mm, vorzugsweise um 50 mm, höhenbeweglich am Deckel angeordnet ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 einen Vertikal-Achsschnitt durch jeweils eine Ausführungsform eines Elektro-Lichtbogenofens veranschaulichen. Fig. 3 stellt einen Schrägriß des in Fig. 2 dargestellten Elektro-Lichtbogenofens, jedoch mit seitlich verfahrenem Chargierschacht, dar. Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Elektro-Lichtbogenofens, Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 dargestellten Elektrolichtbogenofen im Grundriß, jedoch in verkleinertem Maßstab und in sehr schematisierter Darstellung. Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, ebenfalls im Vertikalschnitt. Die Fig. 7 bis 9 erläutern die Funktion einer Schiebemuffe eines Elektro-Lichtbogenofens der Bauart ähnlich der in Fig. 2 dargestellten, jedoch mit einer Nuchverbrennungseinrichtung. Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform eines Elektro-Lichtbogenofens, der ebenfalls mit einer Nachverbrennungseinrichtung ausgestattet ist, im Vertikalschnitt; Fig. 11 ist der zugehörige Grundriß. Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen weitere Ausführungsformen in schematischer Schnittdarstellung.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist ein Ofengefäß 1 eines Elektro-Lichtbogenofens einen muldenförmig vertieften Bodenteil 2 auf, der mit Feuerfestmaterial 3 ausgekleidet und mit einer Bodenanode 4 ausgestattet ist. Der Bodenteil 2 ist am Fundament 5 mittels einer Kippachse 6 kippbar abgestützt; das Kippen wird mittels eines Druckmittelzylinders 7, der einerseits am Fundament: 5 und andererseits an einer Tragkonstruktion 8 des Bodenteils 2 angelenkt ist,, bewerkstelligt. Unterhalb eines Erkerabstiches 9 des Bodenteils 2 ist ein die Schmelze 10 bzw. Schlacke 11 aufnehmender Behälter 12 in Stellung bringbar.

An den Bodenteil 2 schließt ein von diesem aufragender Oberteil 13 mit einer etwa parallel zur vertikalen Mittelachse 14 des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Seitenwand 15 an. Die Seitenwand 15 kann von einem wassergekühlten oder feuerfest ausgekleideten Metallmantel gebildet sein.

Der Oberteil 13 des Elektro-Lichtbogenofens ist mit einem vorzugsweise durch Schwenken, aber auch durch Abheben entfernbaren, zweckmäßig wassergekühlten Deckel 16 verschlossen. Auf dem Deckel 16 ist zentral ein Chargierschacht 17 angeordnet, wobei der Chargierschachtinnenraum IH über eine am Deckel 16 vorgesehene Öffnung 19 mit dem

Ofeninnenraum 20 in Verbindung steht. Die vertikale Mittelachse 14 des Elektro-Lichtbogenofens ist bei aufrecht stehendem Elektro-Lichtbogenofen identisch mit der Längs-Mittelachse des Chargierschachtes 17. Der größte Durchmesser 21 des leicht konisch sich nach unten erweiternden Chargierschachtinnenraumes 18 ist erheblich kleiner als der Durchmesser 22 des Oberteils 13 des Elektro-Lichtbogenofens; er beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des Durchmessers 22 oder weniger.

Der Chargierschacht 17 weist eine seine Seitenwand 23 durchsetzende Chargieröffnung 24 auf, die mit einer Chargiertüre 25 verschließbar ist. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Chargiertüre 25 entlang der Außenseite des Chargierschachtes 17 verfahrbar, u.zw. in Umfangsrichtung. Hierfür dienen an der Außenseite des Chargierschachtes angeordnete Führungsleisten 26, an denen die Chargiertüre 25 mittels Rollen 27 bzw. Halterungen 28 geführt ist.

Der Chargierschacht 17 ist mit einem abnehmbaren Deckel 29 verschlossen, so daß der Innenraum 18 des Chargäerschachtes 17 zwecks Instandhaltungsarbeiten etc. leicht zugänglich ist. Am oberen Ende des Chargierschachtes schließt eine Abgasleitung 30 an.

Durch die vertikale Seitenwand 15 des Oberteiles 13 des Elektro-Lichtbogenofens ragen in etwa radialsymmetrischer Anordnung schräg abwärts in den Ofeninnenraum 20 gerichtete Elektroden 31. Diese sind etwa gegen das Zentrum, also gegen die vertikale Mittelachse 14 des Elektro-Lichtbogenofens, ausgerichtet. Die Elektroden 31 werden von an der Ofenbühne 32 abgestützten Elektrodenstützeinrichtungen 33 gehalten. Diese Elektrodenstützeinrichtungen 33 sind um eine horizontale Achse neigbar, wodurch der Elektroden winkel &agr; gegenüber der Horizontalen auf das gewünschte Maß eingestellt werden kann. Die Elektroden 31 sind weiters mittels der Elektrodenstützeinrichtung 33 in ihrer Längsrichtung verbringbar, u.zw. mittels an der Elektrodenstützeinrichtung verfahrbarer ElektiOdenhalterungen 34. Die Elektrodenstützeinrichtungen 33 sind zweckmäßig auch um eine vertikale Achse verschwenkbar, so daß die Elektrodenspitzen 35 im Ofeninnenraum 20 einen gewissen Bereich bestreichen können, wie dies insbesondere aus Fig. 5 durch Doppelpfeile ersichtlich ist

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines Elektro-Lichtbogenofens ist der Chargierschacht 17 mit dem Deckel 16 starr verbunden, wobei jedoch eine einfache Demontage des Chargierschachtes 17 zwecks Durchführung von Reparaturarbeiten, Austausch von Teilen etc. möglich ist. In diesem Fall wird der Chargierschacht mit dem Ofengefäß beim Abstich mitgekippt.

Diese Ausführungsform ist für den Fall, daß nicht extrem hohe Produktionsleistungen erforderlich sind, zweckmäßig. Der Chargierschacht ist nur so hoch, daß er nur eine seitliche Chargieröffnung 24 aufnehmen kann, die mit einer verschiebbaren oder verfahrbaren Chargiertüre 25 verschließbar ist. Der Schrott wird durch diese Chargieröffnung 24 in das Ofengefäß 1 chargiert, wobei er im Ofengefäß 1 einen kegelstumpfförmigen Haufen bildet, der die Anwendung des Schrägelektrodenprinzips erlaubt. Der Schrott reicht in diesem Fall nicht in den Chargierschacht.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist der Chargierschacht 17 eine wesentlich größere Höhe auf und ist mit einer oder, wie in Fig. 2 dargestellt, mit zwei übereinanderliegenden Chargieröffnungen 24,24', die wiederum jeweils mit einer Chargiertüre 25 verschließbar sind, ausgestattet. Die Chargiertüren 25 können sowohl seitlich als auch in vertikaler Richtung verfahrbar am. Chargierschacht 17 angeordnet sein; es wäre auch denkbar, die Chargiertüren 25, wie in Fig. 6 dargestellt, um eine horizontale oder auch vertikale Achse am Chargierschacht 17 verschwenkbar anzuordnen.

Die vertikale Bewegbarkeit der Chargiertüren 25 bietet den Vorteil, daß die Chargieröffnung 24 durch langsames Verfahren der Chargiertüre 25 nach oben nur so weit geöffnet werden muß, wie es dem augenblicklichen Neigungswinkel einer den Schrott anliefernden Schrottschurre 36 entspricht. Die Lichte Weite der Chargieröffnung 24,24' kann hierbei auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Die Führungsschienen 37 bzw. Führungsleisten 26, entlang der die Chargiertüren 25 bewegbar sind, sind hierbei so gestaltet, daß die Chargiertüren 25 beim Öffnen in radialer Richtung von der Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 leicht abgehoben werden und beim Schließen an der Seitenwand 23 möglichst dicht anliegen.

Die Unterkante der Chargieröffnung 24 ist gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform von einem dickwandigen wassergekühlten Balken 38 gebildet, auf den die Schrottschurre 36 aufgelegt werden kann, ohne daß die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 beschädigt wird. Als Bewegungsmechanismus für die Chargiertüren 25 können Zahnstangen mit Getriebemotoren, Seiltrommeln oder Hydraulikzylinder eingesetzt werden.

Das untere Ende des Chargierschachtes 17 befindet sich im Abstand 39 oberhalb des Deckels 16 des Elektro-Lichtbogenofens. Der hierdurch zwischen dem Deckel 16 und dem Chargierschacht 17 vorhandene Freiraum wird mittels einer den Chargierschacht 17 umgebenden Schiebemuffe 40 überbrückt. Die Schiebemuffe 40 kann von einer untersten, in Fig. 2 dargestellten Position in eine, beispielsweise in Fig. 9 dargestellte, oberste Position

verbracht werden. Der Elektro-Lichtbogenofen kann somit unabhängig vom Chargierschacht 17 gekippt werden, wie dies in Fig. 9 veranschaulicht ist.

Der Chargierschacht 17 ist vorteilhaft, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, gegenüber dem Ofengefäß 1 seitlich verfahrbar, zu welchem Zweck er auf einer Tragkonstruktion 41 befestigt ist, die entlang von seitlich des Elektro-Lichtbogenofens und oberhalb desselben angeordneten Schienen 42 verfahrbar ist. In diesem Fall verbleibt der Chargierschacht 17 in vertikaler Stellung. Für das Verfahren des Chargierschachtes 17 und zum Kippen des Ofengefäßes kann der nötige Freiraum (Spalt) zwischen dem Chargierschacht 17 und dem kippbaren Ofengefäß 1 auch durch Heben des Chargierschachtes 17 geschaffen werden.

Durch das Zur-Seite-Fahren des Chargierschachtes 17 wird der Ofeninnenraum 20 des Elektro-Lichtbogenofens gut zugänglich, und es können beispielsweise sehr große Schrottstücke direkt in den Ofeninnenraum 20 eingebracht werden. Weiters gelingt es bei zur Seite gefahrenem Chargierschacht 17 in einfacher Weise, Reparatur- und Instandhaltungsarbeiten im Ofeninnenraum 20, beispielsweise an der Ofenausmauerung oder an der Bodenanode 4, sowie am zur Seite gefahrenen Chargierschacht 17 und an der Schiebemuffe 40 durchzuführen.

Die Schiebemuffe 40 ist zweckmäßig als wassergekühlte "Rohr an Rohr"-Konstruktion ausgebildet und aus dickwandigen, hitzebeständigen Rohren gefertigt. Die Rohrschlangen sind hierbei vorteilhaft senkrecht angeordnet, damit der chargierte Schrott leicht abrutschen kann.

Die Schiebemuffe 40 kann auch als wassergekühlte Kastenkonstruktion ausgebildet sein, wobei das innere Mantelblech der Schiebemuffe 40 aus dickwandigem hitzebeständigem Blech besteht, um dem durch den Schrott verursachten Abrieb standzuhalten. Hierbei sind vorteilhaft Wasserführungsrippen im Inneren in horizontaler Richtung angeordnet, wodurch das Widerstandsmoment erhöht wird und eine bessere Formstabilität der Schiebemuffe 40 erreicht werden kann. Der Kühlmitteldurchfluß erfolgt von unten nach oben, d.h. der der größeren Hitze ausgesetzte untere Bereich kommt zuerst mit dem noch kühleren Kühlmittel in Berührung; das erwärmte Kühlmittel steigt auf.

Die Schiebemuffe 40 kann als einteiliger geschlossener Zylindermantel ausgebildet sein oder aus zwei oder mehr Teilen, die zu einem Zylindermantel zusammengefügt sind, bestehen.

Der Antrieb für das senkrechte Verfahren einer Schiebemuffe 40 erfolgt mittels dreier oder mehrerer Hydraulikzylinder oder Seiltrommeln, wobei die Antriebseinheiten in genügend großem Abstand - geschützt vor unzulässiger Temperaturbeaufschlagung - an der

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Tragkonstruktion 41 des Chargierschachtes 17 angeordnet sind. Ketten oder Stangen können als Verbindung zwischen den Antriebseinheiten und der Schiebemuffe 40 dienen.

Die Funktion der Schiebemuffe ergibt sich aus den Fig. 7 bis 9, wobei zur Übersichtlichkeit die Elektroden 31 weggelassen wurden:

Gemäß Fig. 7 ist die Schiebemuffe 40 in die unterste Position verbracht, in der sie in den Ofeninnenraum 20 hineinragt. Sie sorgt so für eine bestimmte Kontur 43 der aus dem Chargierschacht 17 auslaufenden Schrottsäule 44, wobei der Durchmesser am Fuß der unten kegelförmig auseinanderlaufenden Schrottsäule 44 begrenzt ist.

Sobald der Schrott am Bodenteil 2 des Elektro-Lichtbogenofens aufsteht, wird die Schiebemuffe in die Höhe gezogen, bis sie eine Stellung erreicht, in der die Unterkante 45 der Schiebemuffe 40 mit dem Deckel 16 des Ofengefäßes 1 abschließt. Der vorher von der Schiebemuffe 40 umfaßte Schrott läuft nun etwas aus, ohne jedoch den Fußdurchmesser der Schrottsäule 44 zu vergrößern. Dies ist in Fig. 8 veranschaulicht

So lange der Chargierschacht 17 mit Schrott gefüllt ist, d.h. die am Bodenteil des Elektro-Lichtbogenofens aufstehende Sclirottsäule 44 sich in den Innenraum 18 des Chargierschachtes 17 erstreckt, ist der Chargierschacht 17 mit dem Elektrolichtbogenofen derart fixiert und verriegelt, daß weder der Chargierschacht 17 noch das Ofengefäß 1 gegeneinander bewegt werden können.

Das Hochziehen der Schiebemuffe 40 kann nicht nur zur Freigabe des Ofengefäßes 1 zum Kippen zwecks Abschlacken und zwecks Abstechen erfolgen, sondern auch zu dem Zweck, Falschluft zwischen dem unteren Ende des Chargierschachtes 17 und der Öffnung 19 des Deckels 16 zur Nachverbrennung von während des Schmelzprozesses entstehendem CO zu erzielen. Wie aus den Fig. 7 bis 9 zu erkennen ist, sind am Chargierschacht 17 eine Vielzahl von Düsen 46 für die Zuleitung eines sauerstoffhältigen Gases zum Zweck der Nachverbrennung des CO vorgesehen. Diese Düsen 46 durchsetzen die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 und sind in Formeines, die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 peripher umgebenden Ringes 47 bzw. mehrerer umgebender Ringe 47 angeordnet Als sauerstoffhältiges Gas wird vorzugsweise Preßluft zugeführt

Hierdurch erfolgt der Sauerstoffeintrag und damit die Nachverbrennung sehr gleichmäßig über den Querschnitt des Innenraumes 18 des Chargierschachtes 17, und es wird die Ausbildung von sogenannten Nachverbrennungskanälen weitgehend vermieden bzw. verhindert. Weiters

kann eine übermäßige Oxidation des Schrottes vermieden werden.

Gemäß der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsform sind am Deckel 2 bzw. durch die Seitenwand 15 drei Nachverbrennungslanzen 48 bzw. 48' angeordnet, die in den Ofeninnenraum 20 ein sauerstoffhältiges Gas zuführen, so daß es auch hier zu einer Nachverbrennung der beim Schmelz- und Frischvorgang entstehenden brennbaren Gase (die hauptsächlich von CO gebildet sind) kommt. Die heißen nachverbrannten Gase werden über die Schrottsäule 44 nach oben zur Absaugleitung 30, die am Chargierschacht 17 angeschlossen ist, gesaugt und wärmen die Schrottsäule 44 vor.

Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, kann das Chargieren in den Chargierschacht 17 auch in kontinuierlicher Weise, beispielsweise mittels eines kontinuierlich arbeitenden Förderbandes 49 vor sich gehen. Zwischen der Chargieröffnung 24 des Chargierschachtes 17 und dem Ende des Chargier-Förderbandes 49 ist zweckmäßig eine Vibrationsfördereinrichtung 50 oder eine entsprechend stark geneigte Rutschfläche vorgesehen.

Zum Einbringen von heißem Eisenschwamm 52 bzw. von aus Eisenschwamm 52 gebildeten Briketts dient ein birnenförmiges Transportgefäß 53, in das der Eisenschwamm 52 aus der Direktreduktionsanlage eingefüllt wird. Dieses Transportgefäß 53 wird nach dem Einfüllen des Eisenschwammes 52 mit Stickstoff geflutet, an der Mündung 54 verschlossen und zum erfindungsgemäßen Elektro-Lichtbogenofen gebracht. Dort wird es um 180° gekippt, so daß die verschlossene Mündung 54 nunmehr unten liegt. Der Chargierschacht 17 weist eine für das Chargieren des Eisenschwammes 52 dienende Seiten wandöffnung 55 auf, von der eine Zugabeschurre 56 schräg nach oben ragt. Auf diese Zugabeschurre 56, die an der Tragkonstruktion 41 des Chargierschachtes 17 abgestützt ist, wird das birnenförmige Transportgefäß 53 aufgesetzt, worauf die Mündung 54 des Transportgefäßes 53 geöffnet wird und der Eisenschwamm 52 über die Zugabeschurre 56 in den Ofeninnenraum 20 gelangen kann, u.zw. mit Hilfe der Schwerkraft, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist

Durch die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Anzahl von vier vorgesehenen Lichtbogen werden vier Kavernen 57 in den Schrottberg 44 gebrannt. Die heißen Schmelzgase werden zunächst nach unten gedrückt und steigen im Schrottberg 44 weitgehend zentral hoch und führen so zur Ausbildung einer Zentralkaverne 58 am oberen Ende des Schrottberges 44. Der Eisenschwamm 52 wird kontinuierlich in die Zentralkaverne 58 des Schrottberges 44 bzw. später auf die Schmelze 10 chargiert. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Menge an Eisenschwamm 52 bzw. an Eisenschwammbriketts chargiert ist

Gemäß der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform ist nur der untere Bereich 59 der Seitenwand 15 des Ofengefäßes 1 vertikal ausgerichtet, wogegen der obere Bereich 60 sich nach oben zum Deckel 16 konisch verjüngt. Hierdurch gelingt es, die Elektroden 31 höher oben im Ofengefäß 1, aber trotzdem in der Seitenwand 15 anzuordnen, so daß die Eiektrodenspitzen gut vor herabstürzendem Schrott geschützt sind.

Wie aus Fig 13 zu ersehen ist, ist eine gut geschützte Anordnung der Elektroden 31 auch dadurch erzielbar, daß sie einen sich nach unten konisch nach außen erweiternden Teil des Deckels 16 des Ofengefäßes 1 durchsetzen. Diese Konstruktion ermöglicht einen besonders guten Zugang zum Inneren des Ofengefäßes 1, indem der Deckel 16 mitsamt dem Chargierschacht 17 zur Seite fahrbar ist. Hierzu ist der Deckel 16 mit dem Chargierschacht 17, z.B. über dessen Tragkonstruktion 41, zu einer Einheit verbindbar. Vorzugsweise ist der Deckel mittels eines hydraulischen Hubmechanismus hebbar am Chargierschacht 17 oder dessen Tragkonstruktion 41 angeordnet.

Die Schiebemuffe 40 ist gemäß Fig. 13 am Deckel 16 angeordnet und mittels der als Druckmittelzylinder ausgebildeten Stelleinrichtungen 61, die einerseits am Deckel 16 und andererseits an der Schiebemuffe 40 angreifen, höhenbewegbar. Die Schiebemuffe 40 weist etwa denselben oder einen größeren Durchmesser auf wie das untere Ende des Chargierschachtes 17 und ist um das Maß 62 heb- und senkbar (In Fig. 12 ist die abgesenkte Position der Schiebemuffe 40 veranschaulicht). Dieses Maß 62 ist gerade so bemessen, daß die freie Kippbarkeit des Ofengefäßes 1 bei an Ort und Stelle verbleibendem Chargierschacht 17 gewährleistet ist; es genügt ein Maß von etwa 50 mm; doch sind bis zu 200 mm möglich. Somit bildet die Schiebemuffe 40 einen die Seitenwand 23 des Chargierschachtes 17 verlängernden Schachtring.

Claims

-Patentansprüche:

1. Schrotteinschmelz-Elektro-Lichtbogenofen, insbesondere zum Einschmelzen von eisenhaltigem Schrott (44) sowie gegebenenfalls von Eisenschwamm (52) zur Herstellung von Stahl, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• einen eine Schmelze (K)) aufnehmenden Bodenteil (2),

• einen vom Bodenteil (2) aufragenden Oberteil (13) mit einer zumindest teilweise im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse (14) des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Seitenwand (15),

• einen den Oberteil (13) bedeckenden Deckel (16),

• einen etwa zentrisch zum Oberteil (13) angeordneten Chargierschacht (17) mit erheblich geringerem Durchmesser (21) als der (22) des Oberteils (13),

• der Chargierschachtinnenraum (18) über eine am Deckel (16) vorgesehene Öffnung (19) mit dem Ofeninnenraum (20) in Verbindung steht und

• in etwa radialsymmetrischer Anordnung schräg in den Ofeninnenraum gerichtete Elektroden (31) etwa gegen das Zentrum (bei 14) des Elektro-Lichtbogenofens ragen.

2. Elektrolichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (31) mittels Elektrodenstützeinrichtungen (33) um eine horizontale Achse neigbar sind.

3. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (31) gegenüber der Horizontalen in einem Bereich zwischen 10 und 60°, vorzugsweise zwischen 30 und 60°, neigbar sind.

4. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (31) mittels der Elektrodenstützeinrichtung (33) in ihrer Längsrichtung verbringbar abgestützt sind.

5. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (31) mittels der Elektrodenstützeinrichtung (33) um eine vertikale Achse schwenkbar abgestützt sind.

6. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit dem Deckel (16) des Elektro-Lichtbogenofens starr verbunden ist (Fig. 1).

7. Elektrolichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) gegenüber dem Deckel (16) relativbeweglich ist (Fig. 2, 3).

8. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) gegenüber dem Deckel (16) seitlich verfahrbar ist, u.zw. in eine Richtung senkrecht zur Längs-Mittelachse (14) des Chargierschachtes (17) bzw. des aufrecht stehenden Elektro-Lichtbogenofens (Fig. 2, 3).

9. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Ende des Chargier.schachtes (17) und der am Deckel (16) des Elektro-Lichtbogenofens vorgesehenen Öffnung (19) eine in Richtung der Längs-Mittelachse (14) des Chargierschachtes bzw. des Elektro-Lichtbogenofens verbringbare Schiebemuffe (40) vorgesehen ist (Fig. 2).

10. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Chargierschachtes (17) im Abstand (39) oberhalb des Deckels (16) des Elektro-Lichtbogenofens angeordnet ist und der hierdurch vorhandene Freiraum zwischen Deckel (16) und Chargierschacht (17) mittels der Schiebemuffe (40) überbrückbar ist

11. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der Schiebemuffe (40) in Richtung der Längs-Mittelachse des Chargierschachtes (17) größer ist als die Höhe (39) des Freiraumes zwischen Deckel (16) und Chargierschacht (17).

12. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe (40) wassergekühlt ist und den Chargierschacht (17) außen peripher umgibt und außen am Chargierschacht (17) geführt ist.

13. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit einer seine Seitenwand (23) durchsetzenden Chargieröffnung (24,24') versehen ist, die mittels einer Chargiertüre (25) verschließbar ist

14. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Chargiertüre (25) horizontal oder vertikal von der Schließstellung in eine Offenstellung und umgekehrt verschiebbar ist.

15. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Chargiertüre (25) wassergekühlt ist.

16. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Chargieröffnung (24, 24') an ihrer Unterkante mit einer wassergekühlten Auflage (38) für eine Chargiereinrichtung, wie eine Schrottschurre (36), ausgestattet ist (Fig. 2).

17. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit einer seine Seitenwand (23) durchsetzenden Chargieröffnung (24) versehen ist, an die eine Fördereinrichtung, wie z.B. ein Förderband (48), mündet (Fig. 4, 5).

18. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) zusätzlich in einer Seitenwand (23) mit einer weiteren Chargieröffnung (55), an die eine Zugabeschurre (56) für das Chargieren von kalten oder heißen Einsatz- und/oder Zusatzstoffen anschließt, versehen ist (Fig. 6).

19. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht (17) mit zwei übereinander angeordneten Chargieröffnungen (24, 24'), die mittels je einer Chargiertüre (25) verschließbar sind, ausgestattet ist (Fig. 2).

20. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierschacht an seinem oberen Ende an eine Abgasleitung (30) anschließbar ist.

21. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (23) des Chargierschachtes (17) mit mehreren Düsen (46) zur Zuleitung eines sauerstoffhältigen Gases versehen ist (Fig. 7 bis 9).

22. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Düsen (46) die Seitenwand (23) des Chargierschachtes (17) durchsetzt, wobei die Düsen (46) in Form eines die Seitenwand (23) peripher umgebenden Ringes (47) angeordnet sind (Fig. 7 bis 9).

23. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine ein sauerstoffhältiges Gas zuführende Lanze die Wand (15) oder den Deckel (16) des Ofengefäßes (1) durchsetzt.

24. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (31) durch die Seitenwand (15) des Oberteiles (13) ragen.

25. Elektro-Lichtbogenofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Chargierschacht (17) und dem im wesentlichen parallel zur Vertikal-Mittelachse (14) des Elektro-Lichtbogenofens ausgerichteten Teil der Seitenwand (15) desselben ein sich nach oben verjüngender Wandbereich vorgesehen ist und die Elektroden durch in diesem Wandbereich angeordnete Öffnungen in den Ofeninnenraum ragen.

26. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach oben verjüngende Wandbereich (60) dem Deckel (16) des Elektro-Lichtbogenofens zugeordnet ist.

27. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach oben verjüngende Wandbereich (60) der Seitenwand (15) des Elektro-Lichtbogenofens zugeordnet ist.

28. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe am Deckel (16) heb- und senkbar angeordnet ist.

29. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe etwa denselben oder einen größeren Durchmesser aufweist wie das untere Ende des Chargierschachtes (17).

30. Elektro-Lichtbogenofen nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe um maximal 200 mm, vorzugsweise um 50 mm, höhenbeweglich am Deckel (16) angeordnet ist.