DE3114228A1

DE3114228A1 - "verfahren zum schmelzen und eventuellem raffinieren von schrott und/oder pellets aus stahl, eisen oder anderen metallen oder legierungen, sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens"

Info

Publication number: DE3114228A1
Application number: DE3114228A
Authority: DE
Inventors: Staffan 72474 Västerås Granström
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1980-04-22
Filing date: 1981-04-08
Publication date: 1982-02-04
Also published as: SE438730B; JPS56165885A; FR2480787A1; US4363653A; SE8002993L

Description

Verfahren zum Schmelzen und eventuellem Raffinieren von Schrott und/oder Pellets aus Stahl, Eisen oder anderen Metallen oder Legierungen, sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen und eventuellem Raffinieren von Schrott und /oder Pellets aus Stahl, Eisen oder anderen Metallen oder Legierungen, sowie zum Warmhalten hierbei erhaltenen Schmelze. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem kontinuierlichen oder satzweisen Schmelzen von Schrott und/oder Pellets aus Stahl, Eisen usw. werden oft Lichtbogenöfen u.dgl. verwendet, wobei sich jedoch Probleme mit dem Verschleiß der keramischen Ausfütterung der Ofenwanne und hohe Kosten für die Elektroden ergeben. Auch der Lärm, die Rauchentwicklung, die Wärmeverluste und Störungen des elektrischen Netz sind Probleme, die sich bei der Benutzung von Lichtbogenschmelzöfen ergeben.

Beim Schmelzen von Schrott in herkömmlichen Tiegelinduktionsöfen lassen sich nicht so große Leistungskonzentrationen wie in Lichtbogenöfen erzielen. Außerdem sind Tiegelinduktionsöfen empfindlich gegen ein Eindringen von Schmelze in die Ausklei-

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dungsziegel, was zu Schaden an den Induktionsspulen und zu Betriebsstörungen führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Durchführungsanordnung für das Verfahren zu entwickeln, bei dem die aufgezeigten Nachteile der bekannten Verfahren weitgehend vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den. Unteransprüchen 2 und 3 genannt.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 4 genannten Merkmale gekennzeichnet .

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Durchführungsanordnung sind in den Ansprüchen 5 bis 9 genannt.

Das Verfahren nach der Erfindung und die Durchführungsanordnung zeichnen sich unter anderem durch folgende Vorteile aus:

1. Niedriger Elektrodenverbrauch gegenüber Schmelzen im Lichtbogenofen. In den Warmhaltestationen sind Leistung und Stromstärke niedrig, und der Elektrodenverbrauch ist dort gering.

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2. Niedriger Auskleidungsverbrauch in der Wanne (erste Pfanne), da die Charge, wenn sie geschmolzen ist, alsbald abtransportiert wird. Hierdurch vermeidet man einen großen Kl ι tulle Lj tungavot'brauch In <lur Wanne; ein Meuuiku:; au I" einer Schmelze kann sich in der Wanne praktisch nicht bilden, wodurch man Probleme mit der damit verbundenen schlechten Lei.s tunßsauijriu t/.un/-⁽; verrnoi det.

3. Niedrigere Wärmeverluste in der Wanne im Vergleich zu denen, die bei Lichtbogenofen und Tiegelinduktionsöfen auftreten. Die Wanne kann so ausgeführt werden, daß die Verluste gering werden und man die kleinstmögliche umschließende Fläche nri<l ein«⁴ p;fo|.',i· Au:;!·: I e j dutiful Ϊ c ki· i>rli.'i|l. (l)ef Induktor :ii Iv₁I-im Gewölbe).

4. Es ist eine hohe Leistungskonzentration möglich. Es braucht kein·· Rüc k'.\ i (-1M. .ml' //roße nadbewe^nngen KernuntiKU» werden, welche die Auskleidung erodieren könnten, da das geschmolzene Metall in die zweite Pfanne, also in die Warmhaltestation, hinunterrinnt.

5. Der Induktor und die elektrische Ausrüstung in der Schmelzat.ation werden ye^cnüber einem Auükleidurigsverychlo iß unempfindlich, da die Leistung von oben zugeführt wird. Man hat eine einfache elektrische Speiseausrüstung und kann leicht eine konstante Impedanz einstellen.

6. Das Fundament wird einfach. Die Wanne kann direkt auf eine Plattformebene am Boden seitlich über der Pfannen-Warmhaltestation aufgestelItAIehefen. _BAD ORIGINAL

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7. Geringe Geräuschentwicklung sowohl in der Wanne wie in der Warmhaltestation (in letzterer ist die zugeführte Leistung relativ klein).

8. Keine Störungen im elektrischen Netz.

9. Der Stahl kann auch bei einer weiteren Behandlungsstufe in derselben Pfanne verbleiben.

10. Geringe Rauchgasentwicklung, kleinerer Energieverbrauch, kleinere Abbrände und eine größere Ausbeute an Metall.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die fortlaufend anfallende geschmolzene Charge mehr oder weniger kontinuierlich in eine zweite Pfanne abgegossen, in der die Schmelze durch Warmhalteorgane, wie Lichtbogenelektroden, warmgehalten wird. Anschließend wird die zweite Pfanne eventuell zu xveiteren Stationen zur Weiterbehandlung der Schmelze transportiert, wie z„ B. zum Zwecke der Raffinierung, Analysenjustierung, Desoxidation usw.

Anhand der Figuren sollen das Verfahren nach der Erfindung nebst Durchführungsanordnung näher beschrieben werden. Es "zeigen

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des Verfahrens und der Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung in Seitenansicht und in geschnittener Darstellung der Wanne und der zweiten Pfanne,

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Fig. 3 verschiedene Ausführungsformen von Indukterspulen für das Wannengewölbe,

Fig. 4 die elektrische Speisung der im Wannengewölbe untergebrachten Induktorspulen mittels separater Transformatoren,

Fig. 5 die elektrische Speisung der eben genannten Induktorspulen über Wechselstromumrichter.

Figur 1 zeigt die Wannen 1 und 2 zweier separater Schmelzofen für die Schmelzstationen, wobei zu jeder Wanne ein Gewölbe 3 gehört, an welchem mindestens ein Induktor untergebracht ist. Im linken Teil der Figur ist angedeutet, wie das Gewölbe 3 aus einer gestrichelt dargestellten seitlichen Lage in eine Lage über der Ofenwanne 1 geschwenkt werden kann. Bei dem rechts dargestellten Schmelzofen in Figur 1 befindet sich das Gewölbe 3, in dem mindestens eine Induktionsheizvorrichtung mit Spulen und anderen Ausrüstungen untergebracht ist, in der Lage über der Wanne 2. Natürlich kann für das Verfahren nach der Erfindung und die Durchführungsanordnung auch nur ein Schmelzofen der gezeigten Art verwendet werden. Die durch Schmelzen von Schrott und/oder Pellets aus Eisen, Stahl oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung gebildete Schmelze rinnt von der Schmelzstation zu einer Warmhaltestation 4, wo sie durch geeignete Warmhaltevorrichtungen, wie Lichtbogenelektroden 5, die in üblicher Weise von einer elektrischen Speiseanordnung 6 gespeist werden, warmgehalten wird.

In dem gezeigten Fall wird dieselbe Warmhaltestation für zwei

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parallel arbeitende Schmelzstationen benutzt, was eine Möglich-

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keit darstellt, die Anlage wirtschaftlicher zu gestalten.

* Die Anordnung nach der Erfindung besteht aus einem, zwei oder

ι mehreren Schmelzöfen mit Energiezufuhr zu einem oder mehreren

Induktoren im Gewölbe 3 für die Wannen 1, 2.

Figur 2 zeigt detaillierter ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung.

Die Ofenwanne 1 der Schmelzstation ist in Figur 2 im Schnitt dargestellt. Sie kann in einem oder mehreren Gelenkpunkten 6' beispielsweise in Richtung des Doppelpfeils 7 mit Hilfe von Hebezylindern 8 gekippt werden. Die Wanne 1 wird mit Schrott 9 chargiert, dessen Verteilung in seitlicher Richtung durch die Wände der Wanne begrenzt wird. Im Anschluß an die Wanne ist ein besonderer Schlackenabscheider 10 mit Deckel 11 angeordnet, und die Wand 12 hindert die feste Charge daran, in den Schlackenabscheider einzudringen. Die Schlackenabscheidung geschieht mittels einer besonderen Schwelle 13 im Schlackenabscheider 10. Das Gewölbe 14 für die Wanne 1 ist mit einer Spule 15 mit zugehörendem Eisenkern 16 versehen, doch können auch zwei oder mehrere Spulen verwendet werden, und die Speisung der Spulen kann einphasig oder mehrphasig erfolgen. Der Speisestrom kann Wetzfrequenz oder eine andere Frequenz haben. Das Gewölbe ist an einem besonderen Induktorarm 17 angebracht, der von einer Säule mit hydraulischem Zylinder 18 getragen wird; hierdurch kann das Gewölbe im Verhältnis zur Charge angehoben oder gesenkt werden, wodurch es möglich wird, die Impedanz der Schmelzstation konstant zu halten, was leicht'mittels üblicher Regelanordnungen verwirklicht werden kann.

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Die Spule 15 wird über den Stromleiter 19 gespeist. Von dem Schlackenabscheideraum führt ein Abflußloch 20 für die Schmelze zu einer zweiten Pfanne 27, in welcher die Schmelze durch geeignete Warmhaltevorrichtungen, wie z. B. Lichtbogenelektroden, warmgehalten werden kann. Die zweite Pfanne 21 bildet ,•JutiiLl die vorjMjeriuimU: WarmhalliiuLaLion, die Tür iriebruru Aclinic I ί,-anlagen gemeinsam benutzt werden kann. Es kann jedoch auch für jede Schmelzanlage eine Warmhaltestation vorhanden sein.

Dadurch, daß die Leistung der Wanne von oben und über die ganze Fläche der Wanne 1 sowie mit konstanter Impedanz zugeführt wird, ist die elektrische Anordnung unempfindlich gegenüber einem Verschleiß der keramischen Auskleidung in der Ofenwanne. Gegenüber mechanischen Beanspruchungen ist die elektrische Anordnung genauso unempfindlich wie ein konventioneller Lichtbogenofen. Da die Leistung auf induktivem Wege zugeführt wird, entfallen die bei einem konventionellen Lichtbogenofen zum Schmelzen anfallenden Kosten für die Elektroden.

->-- Außerdem ist der Ofen völlig geräuschfrei und umweltfreundlicher als ein Lichtbogenofen. Die Warmhaltestation, bei der es sich um einen Lichtbogenofen handeln kann, wird im Vergleich zu einer Schmelzanlage mit kleinerer Leistung gespeist, was hinsichtlich des Lärms und des Umweltschutzes ebenfalls Vorteile ergibt.

Die Induktoren 15, 16 in dem Gewölbe 14 können eine beliebige Form haben und so der Form der Ofenwanne angepaßt werden.

Figur 3 zeigt Induktorenspulen unterschiedlicher Form. 22 ist eine ovale Induktorspule,. ^23_fieJ.ge. ^aciiteckige, und 24 sind zwei

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quadratische Induktorspulen, die in demselben Gewölbe angeordnet werden, während 25 eine runde Induktorspule ist. In jedem Gewölbe können ein, zwei oder mehrere Induktoren vorhanden sein.

Schrott und/oder Pellets (9) in fester Form werden in die Wanne 1 chargiert, und nachdem das Gewölbe 14 an seinen Platz gebracht und der Stromkreis über die Induktorspule 15 geschlossen worden ist, beginnt das Schmelzen der Charge 9, wobei sich ein Sumpf aus Schmelze bildet. Man möchte die Schmelze so schnell wie möglich aus der Wanne entfernen, und man möchte vermeiden, daß sich auf der Schmelze ein sogenannter Meniskus, d. h. eine Abweichung von einer ebenen Schmelzenoberfläche, bildet, was eine schlechte Leistungsausnutzung in der Wanne zur Folge haben würde, Man gießt somit nach und nach, kontinuierlich oder satzweise die Schmelze aus der Wanne 1 ab und leitet diese über den Schlackenabscheider 10 zum Abflußloch 20, durch welches sie in die Warmhaltestation 21 gelangt. Die Schlacke wird auf geeignete Weise im Schlackenabscheider 10 mit Hilfe der Schwelle 13 abgeschieden.

In der Warmhaltestation wird die Schmelze durch Warmhaltevorrichtungen, wie beispielsweise Lichtbogenelektroden, warmgehalten, und die Pfanne 27 dieser Station, die sogenannte zweite Pfanne, die vorstehend·beschrieben worden ist, kann mit ihrem Inhalt nach Bedarf zu anderen Behandlungsstationen, beispielsweise zwecks Behandlung nach dem ASEA-SKF-Verfahren im Zusammenhang mit der Raffinierung, zur Analysenjustierung oder zur Vakuumbehandlung usw. transportiert werden. (Siehe die DE-AS

Wo 1 508 112, die der englischen Patentschrift 1112 !entspricht).

Der Schmelzenfluß von der Wanne zur Warmhaltestation 21 kann

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mittels des Hebezylinders 8 gesteuert werden (Figur 2). Die Warmlia I Uujüit.iun ;.'I kann auch in ί I- elektromagnet,] :jclicn mehrphasigen Umrührern vorsehen werden, wobei das Umrühren zur Homogenisierung der Schmelze, sowohl hinsichtlich der Legierung wie der Temperatur, auf übliche Weise geschehen kann.

Die Speisung der Induktorspulen 15 kann entweder entsprechend Figur 4 mit Netzfrequenz oder entsprechend Figur 5 mit selbstkommutierenden Wechselrichtern mit einer anderen Frequenz geschehen.

Entsprechend Figur 4 erfolgt die Speisung der Induktorspulen 32, 33 aus einem Drehstromnetz 27a über separate Transformatoren 28, 29 und zu den Induktorspulen 32, 33 parallel geschaltete Kondensatoren 30, 31. In diesem Falle handelt es sich also um zwei Induktoren. Das Symmetrieren und Kompensieren, beispielsweise mit thyristorgeschalteten Kondensatoren und Drosseln, kann durch die Vorrichtung 34 vorgenommen werden.

Figur 5 zeigt die Speisung über einen selbstkommutierenden Stromrichter 38. Die Energie wird dem Drehstromnetz 27a entnommen und über einen Transformator 35 zwei parallel arbeitenden Gleichrichtern 36 und 37 zugeführt. Der von der Gleichspannung gespeiste selbstkommutierende Wechselrichter 38 speist die an seiner Ausgangsseite liegende Induktorspule 39, zu der ein Kondensator 40 parallel geschaltet ist. Man kann hier also die geeignete Frequenz zur Speisung der Induktorspule 39 wählen. Bei Speisung mehrerer Induktorspulen kann die Speisung zweckmäßig mit je einem Einphasentransformator für jede Einheit geschehen, so wie es Figur 4 zeigt. Die Symmetrierung der Wirkleistung und die

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Kompensation der Blindleistung kann dann auf der Primärseite mit thyristorgeschalteten Kondensatoren und Drosseln erfolgen (siehe Glied 34).

In demselben Maße, wie der Schrott oder die sonstige Charge schmilzt, rinnt die Schmelze in die Pfanne 27, wo sie miL wenig Leistung mit Hilfe des Lichtbogens warmgehalten wird, bis dio ßanxf Charge geschmolzen ist. Π* · r* V'-Hiül (Ut I. i chtbo^enerwärmung besteht darin, daß die Schlacke verhältnismäßig warm ist, was metallurgische Reaktionen ermöglicht, die somit auch in der Warmhaltestation durchgeführt werden können.

Während des Verfahrensablaufs kann auch Legierungsmaterial in die Pfanne 27 gegeben und mittels über die Lichtbogen zugeführter Leistung geschmolzen werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren sowie die Durchführungsanordnung können im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindung: /^•il.niki'ii:; in ν i iⁱ 1 I'.ii.Ihm' W« · i: :· ■■ ν;π·ίι<·ι·ΐ ι·/··γι1(>μ.

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Claims

Patentanwalt und Rechtsanwalt ,"...-»

^/ Dr.-lng. Dipl.-lng. Joachim Boecker 3114228 ⁶ Frankfurt/Main 1 12. März 1981

Raihenauplatz 2-8

Telefon: (0611) "282355B/t 20 906 P

Telex:4189 066itaxd

Patentensprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen und eventuellem Raffinieren von■ Schrott und/oder Pellets aus Stahl, Eisen oder rinderen fiel allen oder· Legierungen sowie sum W.irmhal ten der¹ hierbei erhaltenen Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß Schrott und /oder Pellets (9) in eine Wanne (1) (erste Pfanne) chargiert werden, welche Wanne mit einem Gewölbe (14) versehen ist, in welchem ein oder mehrere Induktoren (15, 16) angeordnet sind, und daß die Charge (9) durch die Wirkung der Induktoren (15, 16) geschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmolzene Charge kontinuierlich oder intermittierend in eine zweite Pfanne (27) (Warmha Ltestation) ubg<i~ fraaävn wird, in we I eher die Schirio I v.i» mitto];; W.irinli'i I t>·- vorrichtungen, wie z. B. Lichtbogenelrktroden, warmgehalten wird, wonach die Schmelze in der zweiten Pfanne eventuelL zu ihrer Weiterbehandlung, wie :^-.. B. Raffinieruni¹.¹;, An.ι J y.'it'tljii:: i i fi'iin^,, 1> <\·;<>χ j il.i f. i on ii;:w., v.w wi Ι.ιί''·ιι ,'!i..itionen transportiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ■ laß die Schmnl ze vor ilern Abgießen j_M die /wiiit« rr'jiint-. (27) eine Schlackenabscheidevorrichtung (10) passiert.

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Λ. Anordnung zur Durchführung df-s Verfahren.¹·". 11ac 11 ftinrnn der vorhergelienden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Anordnung mindestens zwei Bchandlungsstationen gehören, nämlich eine Schmelzstation mit einer Wanne oder ersten Pfanne (1), die mit einem senkrecht verstellbaren, (.•vent.in· I J au:;:;< liwcnklcircn Gewölbe (DeikeJ) (J, |4) versehen ist, in dftn mindestens ein Induktor (15, 16) angeordnet ist, sowie eine Warmhaltestation (A) mit einer •/.weilen Pl'.inrii' (.'Y) <"l<'r einem (iew"'l be (.'I) vr.uiu Ariru Ii J ul.'· an eine zweite Pfanne und mit Warmhai-1(·νοΐ·ι· i ( lit un;-'.fii, wie "·.·.. P.. I. i < lit l'Dp,ciie I el·: I.roden , v.iim W.irmhalten der Schmelze in der zweiten Pfanne.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die -/.Wi-JIf Pl'.uilie (.'Y) /.weil',;: Weiterer Heli.unl I lllijj; il'-r Schmelze, wie z. B. Raffinieren, Analysen justierung, Vakuumbehandlung usw., zu weiteren Stationen transportiert werden kann.

(ι. An« »rtliiiin/-¹. ΐι.κ Ii Αΐι.-ψΐΊΚ Ii h tut« -t- '>, d,nliir< Ii f.',el:enii·/.«· i ι lui'-l , daß die Wanne (1) zur Überführung der Schmelze und zur Steuerung des Schmelzenflußes in die Warmhaltestation (21) um einen oder mehrere Gelenkpunkte (6^f) kippbar ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wanne (1) und der zweiten Pfanne (27) oder ihrem Gewölbe ein Schlackenabscheider (10) für die aus der Wanne (1) in die zweiten Pfanne (27)

BAD ÖRißjwM rinnende Schmelze angeordnet ist. ■ ._

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8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an oder hinter dem Schlackenabscheider ein Abflußloch (20) angeordnet ist, das mit einer Öffnung im Gewölbe der zweiten Pfanne (27) in Verbindung steht.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Behandlungsstation (4) für zwei oder mehrere Wannen (1, 2) zur Schrott/Pellet-Schmelzung gemeinsam verwendbar ist.

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