DE3413745A1

DE3413745A1 - Gleichstromlichtbogenofen

Info

Publication number: DE3413745A1
Application number: DE19843413745
Authority: DE
Inventors: Bo Rappinger; Sven-Einar Dipl.-Ing. Västeraas Stenkvist
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: Concast Standard AG
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1984-04-12
Publication date: 1984-10-25
Anticipated expiration: 2004-04-13
Also published as: US4541099A; DE3413745C2

Description

^ Gleichstromlichtbogenofen

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstromlichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Ofen ist bekannt aus der DE-OS 2905553.

Die leitende Bodenauskleidung in solchen Lichtbogenofen oder anderen ähnlichen Öfen besteht aus einem Verschleißfutter und einem Außenfutter sowie einer Kontaktplatte. Das Außenfutter besteht gemäß der genannten DE-OS aus kohlenstoffhaltigen Ziegeln, also elektrisch leitenden Ziegeln, um den Strom zu den Bodenkontakten zu leiten. Hierbei besteht jedoch das Problem, daß ein solches Außenfutter nicht nur eine gute elektrische Leitfähigkeit, sondern auch eine unerwünschte gute Wärmeleitfähigkeit hat, so daß der Wärmefluß durch das Außenfutter zu groß und dadurch die Kontaktplatte (Anodenanschluß) zu warm werden kann.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, in das Außenfutter eine 0 Metallschicht aus blechgekapselten Isolierziegeln einzusetzen. Diese Maßnahme stößt jedoch in gewissen Fällen auf die Schwierigkeit, daß die Blechkapselung eine beschränkte Temperaturbeständigkeit hat, die infolge der Aufnahme von Kohlenstoff durch das Blech aus den darüber- unc darunterliegenden Schichten aus kohlenstoffhaltigem Material

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allmählich sich verschlechtert. Hohe Temperaturen im Ofenboden will man selbstverständlich vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromlichtbogenofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem die oben genannten Probleme gelost sind.

Zur Losung dieser Aufgabe wird ein Lichtbogenofen gemäß den Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

Die erste Schicht unterhalb der Stampfmasse schützt gegen einen Durchbruch von Schmelze und sorgt außerdem für eine gleichmäßige Stromverteilung. Die zweite Schicht wirkt wärmeisolierend, leitet jedoch auch Strom und schützt somit, das Außenfutter, die Anschlußkontakte usw. gegen zu starke Erwärmung. Die dritte Schicht hat dieselbe Wirkung wie die erste.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen der Ofen- oder Pfannenboden sowie die untersten Teile der seitlichen Ofenoder Pfannenwand aus Stampfmasse oder elektrisch nicht leitenden Ziegeln, die abwechselnd mit durch die Schicht hindurchgehenden elektrisch leitenden Stiften, Stangen oder Blechen angeordnet sind, bzw. aus elektrisch leitenden Ziegeln, wobei man ein Bodenkontaktteil erhält, welches aus dem Boden und dem unteren Teil der Wand besteht.

Auf diese Weise erhält man einen Ofen oder eine Pfanne, der/die durch einen oder mehrere elektromagnetische Umrührer ergänzt werden kann, deren magnetisches Feld im wesentlichen von dem Bodenkontakt unbeeinflußt bleibt. Dieser oder diese Umrührer wird/werden zweckmäßigerweise an der Seite des Ofens

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bzw. der Pfanne angeordet.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1:

Ein Ausfuhrungsbeispiel eines Ofens gemäß der Erfindung im Längsschnitt ,
Figur 2:

Ein Ausschnitt des Außenfutters des Ofens gemäß Figur 1 in vergrößertem Maßstab,
Figur 3:
Eine Äcweite Ausführungsform eines Ofens gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt einen Ofen mit Seitenwänden 1, Ofengewölbe 2 mit durchgehender Gleichstromelektrode 3, die bei Schmelzofen normalerweise massiv und bei Reduktions- oder Raffinationsofen hohl ausgebildet ist, wobei Schlich, Koks und Kalk bei 4 eingegeben werden und man einen Lichtbogen 5 erhält. Die Elektrode 3 wird normalerweise als Kathode geschaltet.

Das Außenfutter des Ofens besteht an seinem unmittelbar an die Schmelze 6 angrenzenden Teil aus Stampfmasse 7 mit durchgehenden metallischen Stiften 8 oder Stangen zur Leitung des Stroms. Die Masse selbst ist nicht elektrisch leitend.

Ober einen Auslaß 9 werden Prozeßabgase abgeleitet, die beispielsweise CO enthalten. Die Stampfmasse 7 kann in bekannter Weise aus Silizium- oder Aluminiumoxyden bestehen.

Die Schicht 10 direkt an der Stampfmasse, also die erste Schicht, besteht aus Magnesitgraphit oder anderen elektrisch leitenden Ziegeln, wie z.B. Kohlenstoff- oder Graphitziegeln. Die Aufgabe dieser ersten Schicht besteht darin, den Strom von der Elektrode 3 über die Schmelze 6 zu leiten und zu verteilen, einen Schutz gegen ein Durchrinnen von Schmelze zu bilden und für einen Temperaturausgleich zu sorgen.

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Die zweite Schicht 11, die unmittelbar an der ersten Schicht anliegt, kann gemäß einer Alternative aus Isolierziegeln bestehen, die seitlich mit elektrisch leitendenjziegeln 13 (Magnesitgraphit-, Kohlenstoff- Graphitziegel) gemischt sind. Hierdurch erhält man eine elektrisch gut leitende Verbindung zum Bodenkontakt und zugleich eine gute Wärmeisolation. Die Temperatur am Bodenkontakt kann so auf einfache Weise niedrig gehalten werden.

Die zweite Schicht 11 kann beispielsweise zu 50% aus Magnesitgraphit bestehen, d.h. abwechselnd besteht je ein Ziegel aus Magnesitgraphit (Ziegel 13) und Schamotte (Ziegel 12). Die zweite Schicht 11 kann auch zu 33 % aus Magnesitgraphit bestehen, indem jeder dritte Ziegel 13 aus Magnesitgraphit besteht. Werden reine Graphitziegel 13 verwendet, die bedeutend besser leiten, dann muß der Anteil dieser Ziegel 13 auf 2-5 % reduziert werden (siehe auch Figur 2).

Mit "abwechselnd" ist also nicht nur "jeder zweite Ziegel" gemeint (=50 %), sondern jedes beliebige Verhältnis zwischen einigen Prozent und big über 90 %.

Gemäß einer zweiten Alternative kann die zweite Schicht 11 aus blechgekapseltem Schamotte 13 oder anderen blechgekapselten Ziegeln bestehen. Die dritte Schicht 14 kann von gleicher Art wie die erste Schicht 10 sein, und auch diese Schicht hat die Aufgabe, Strom zu leiten, gegen einen Schmelzendurchbruch zu schützen und einen Temperaturausgleich zu bewirken.

Die erste und dritte Schicht (10, 14) können zum Teil aus blechgekapselten Ziegeln bestehen, die so verlegt sind, daß man durchgehend Strompfade erhält.
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Der Bodenkontakt besteht aus Cu-Schienen oder Blechen 15 für den Strom. Der anodische Anschluß an die Gleichstromquelle

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oder den Gleichrichter ist bei 16 angedeutet, und unter diesen Schienen befindet sich ein rostfreies oder austenitisches Blechfutter 17 (Figur 2).

Kühlluft für den Bodenkontakt 15-17 wird an der Stelle eingeblasen und tritt bei 19 wieder aus.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Ofen oder eine Pfanne mit mindestens einer Lichtbogenelektrode 32

vorhanden, die kathodisch an eine nicht dargestellte /-\ Gleichstromquelle angeschlossen ist. Der Ofen oder die Pfanne kann für alle Metall- oder Legierungsarten

einschließlich Stahl verwendet werden. 15

Die Schicht 21, die direkt unter der Schmelze 33 liegt, besteht aus elektrisch leitenden Ziegeln, wie Magnesitgraphit, die sich mit nichtleitenden Ziegeln abwechseln. Diese Schicht hat eine gute elektrische Leitfähigkeit und bildet gleichzeitig eine gute Wärmeisolation. Die Schicht 21 kann auch aus elektrisch nicht leitender Stampfmasse bestehen und mit durch die Schicht hindurch verlaufenden Stiften oder Blechen 34 zur Leitung des elektrischen Stromes versehen sein.

An den Seiten des Ofens oder der Pfanne sind elektrisch leitende, eventuell blechgefütterte Ziegel 22 angebracht, und diese Schicht kann auch die für die Schicht 1 genannte Zusammensetzung haben. Eventuell können für die Schicht ziegel mit Stahlblechen verwendet werden, und diese Seitenschichten gehören zusammen mit der Schicht 21 zu dem Bodenkontakt.

Unter der Schicht 21 ist ein Stahlblech 23 mit geschweißten stahlstiften, Stahlstangen oder Blechen 34 angeordnet, welche durch die Schicht 21 hindurchreichen. Das ganze Bodenkontaktteil 23 kann vorgefertigt sein und als zylindrische Blechform ausgebildet und mit festgeschweißten

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Stiften, Stangen oder Blechen 34 versehen sein. Zwischen diesen Stiften, Stangen oder Blechen kann dann in üblicher Weise elektrisch nichtleitende Stampfmasse eingestampft werden. Zu der zylindrischen Blechform gehören die Seitenteile 22, welche die untersten Teile der Innenseite des Ofens/der Pfanne abdecken. Hinter den Seitenteilen 22 ist eine wärmeisolierende und elektrisch nichtleitende Schicht 28 aus einer trockengestampften Magnesitmasse o. dgl. vorhanden, und hinter dieser.Schicht ist eine wärmeisolierende und elektrisch nichtleitende Schicht 27 aus Schamotteziegeln o. dgl. angeordnet. Unter dem Bodenteil 21 kann eine zweite Schicht 24 angeordnet werden, die aus elektrisch leitenden Ziegeln, wie z.B. Magnesitgraphit-, % Kohlenstoff-, Graphit- oder auch aus blechgefütterten Ziegeln, besteht.

Unter dieser Schicht ist eine normalerweise dickere Schicht 25 aus elektrisch nichtleitenden Ziegeln, wie z.B. Schamotteziegeln, angebracht, die mit elektrisch leitenden 0 Ziegeln, wie z.B. Magnesitgraphit- oder Graphit-Ziegeln gemischt werden. Die Schicht 25 muß elektrisch leitend sein. Unter dieser Schicht 25 wird eventuell eine neue Schicht 24 aus leitenden Ziegeln angebracht, die der vorgenannten Schicht 24 entspricht. Unter dieser Schicht 24 oder in Kontakt mit der Schicht 2 5 werden Kupferplatten 26 oder andere elektrisch leitende Platten angeordnet, die zu einem Terminal 29, wie z.B. einem Kupferterminal 29, führen, das zweckmäßigerweise anodisch angeschlosen ist. Die Pfanne ist mit einem metallischen Mantel versehen.

Zentral im Boden des Ofens oder der Pfanne ist ein Gießloch vorhanden, das mit einer Ventil- oder Stopfenvorrichtung 31 versehen und zum Entleeren des Ofens oder der Pfanne bestimmt ist. In der Schicht 25 können auch nichtleitende Ziegel mit leitenden Blechzwischenlagen angeordnet sein.

Durch die beschriebene Ausgestaltung des Bodenkontaktteils 21-22-34, welches mit der Bodenplatte 23 versehen ist,

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erhält man in oder an der Seite des Ofens/der Pfanne Platz für einen oder mehrere elektromagnetische Umruhrer 35. Die magnetischen Flusse dieser Umrührer werden von den Bodenkontaktteilen nicht beeinflußt, und es kann die übliche Umrührung der Schmelze 33, z.B. zum Zwecke der Raffinierung, der Reduktion und/oder der Homogenisierung, vorgenommen werden. Das Bodenkontaktteil wird also von magnetischen Feldern freigehalten.

Der Boden des Ofens oder der Pfanne kann wie in dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel eben sein. Er kann aber auch gewölbt sein, und zwar mit nach oben gezogenen Randbereichen.

Die beschriebenen Ausführungsformen von Gleichstromlichtbogenofen können im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedanken in vielfacher Waise variiert werden.

Claims

Patentanwalt und Rechtsanwalt
Dr.-Ing. Dipl.-lng. Joachim Boecker

(0611) '282385

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Patentansprüche

1 . Gleichstromlichtbogenofen mit wenigstens einer als Kathode geschalteten Lichtbogenelektrode (3) und wenigstens einem als Anode geschalteten Bodenkontakt (16), dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenfutter des Ofens an seiner Berührungsfläche mit der Schmelze eine den Boden des Ofengefäßes bildende Stampfmasse (7) mit elektrisch leitenden Metallteilen (8) oder Ziegeln mit Blechzwischenlagen oder Blecheinlagen enthält, daß das sich an dieses Teil anschließende Futter aus einer ersten Schicht (10) aus elektrisch leitenden Ziegeln und einer sich daran anschließenden zweiten Schicht (11) aus Isolierziegeln mit Blechzwischenlagen oder Isolierziegeln ohne Blechzwischenlagen, die sich in seitlicher Richtung mit elektrisch leitenden Ziegeln abwechseln, besteht, daß die sich daran anschließende dritte Schicht (14) aus einer Schicht elektrisch leitender Ziegel besteht, worauf Anschlußkontakte (16) folgen, und daß die elektrisch leitenden Ziegel aus beispielsweise Magnesitgraphit, Kohlenstoff oder Graphit bestehen und die Isolierziegel aus beispielsweise Schamotte oder einem anderen elektrisch nichtleitenden Material bestehen.
2. Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (11) aus seitlich aneinander liegenden Ziegeln besteht, bei denen es sich abwechselnd um Isolierziegel (12) und elektrisch leitende Ziegel (13) handelt, die sich alle durch die ganze zweite Schicht erstrecken.

0 3. Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite oder jeder dritte Ziegel in der zweiten Schicht (11) elektrisch leitend ist (13) oder, wenn es sich bei den letztgenannten Ziegeln um Kohlenstoffziegel handelt, diese insgesamt 2 bis 5 % der Ziegel in der zweiten Schicht ausmachen.

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4. Gleichstromlichtbogenofen oder -pfanne nach Anspruch 1

für Erwärmungszwecke mit wenigstens einer Lichtbogenelektrode und wenigstens einem Bodenkontakt oder einem Bodenfutter, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen- oder Pfannenboden (21 ) sowie auch die untersten Teile (22) der Ofen- oder Pfannenseiten aus Stampfmasse oder elektrisch nichtleitenden Ziegeln bestehen, die abwechselnd mit der Schicht aus durchgehend elektrisch leitenden Ziegeln angeordnet sind, wobei ein den Boden und den unteren Teil der Seiten umfassendes Bodenkontaktteil (21-22) gebildet wird.
5. Gleichstromlichtbogenofen oder -pfanne nach Anspruch 4_f

dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Bodenkontaktteil eine Schicht (24) aus elektrisch leitenden Ziegeln angebracht ist und daß hinter den Seitenteilen des Bodenkontaktteils eine nichtleitende Stampfmasse (28) angeordnet ist.
6. Gleichstromlichtbogenofen oder -pfanne nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an oder außerhalb des Ofens oder der Pfanne, beispielsweise außerhalb der Seitenwand, und über dem Bodenkontakt Platz für die Anbringung wenigstens eines elektromagnetischen Umrührers (35) vorhanden ist.
7. Gleichstromlichtbogenofen oder -pfanne nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenkontaktteil (21-22) eine vorgefertigte, zylindrische Blechform (23) enthält, deren Boden mit festgeschweißten, vertikalen stromleitenden Blechen oder Stangen (34) bzw. Stiften versehen ist.