DE3413745C2

DE3413745C2 - Gleichstromlichtbogenofen

Info

Publication number: DE3413745C2
Application number: DE3413745A
Authority: DE
Inventors: Bo Rappinger; Sven-Einar Dipl Ing Stenkvist
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: Concast Standard AG
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1984-04-12
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2004-04-13
Also published as: DE3413745A1; US4541099A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstromlichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Ofen ist bekannt aus der DE-OS 29 05 553.

Die leitende Bodenauskleidung in solchen Lichtbogenöfen 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 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- und darunterliegenden Schichten aus kohlenstoffhaltigem Material allmählich sich verschlechtert. Hohe Temperaturen im Ofenboden will man selbstverständlich vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrom lichtbogenofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, dessen Bodenaußenfutter eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine gute Temperaturbeständigkeit und eine geringe Wärme leitfähigkeit hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 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 Ofen- oder 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 bzw. der Pfanne angeordnet.

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

Fig. 1 Ein Ausführungsbeispiel eines Ofens gemäß der Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 2 Ein Ausschnitt des Außenfutters des Ofens gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 Eine zweite Ausführungsform eines Ofens gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Ofen mit Seitenwänden 1, Ofengewölbe 2 mit durchgehender Gleichstromelektrode 3, die bei Schmelzöfen normalerweise massiv und bei Reduktions- oder Raffinationsöfen 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. Über 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.

Die zweite Schicht 11, die unmittelbar an der ersten Schicht anliegt, kann gemäß einer Alternative aus Isolierziegeln 12 bestehen, die seitlich mit elektrisch leitenden Ziegeln 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 Fig. 2).

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

Der Bodenkontakt besteht aus Cu-Schienen oder Blechen 1-5 für den Strom. Der anodische Anschluß an die Gleichstromquelle oder den Gleichrichter ist bei 16 angedeutet, und unter diesen Schienen befindet sich ein rostfreies oder austenitisches Blechfutter 17 (Fig. 2).

Kühlluft für den Bodenkontakt 15-17 wird an der Stelle 18 eingeblasen und tritt bei 19 wieder aus.

Fig. 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.

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 22 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 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 Ziegein, 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 Ziegeln, wie z. B. Magnesitgraphit- oder Graphit-Ziegeln gemischt werden. Die Schicht 25 muß elektrisch leitend sein. Unter dieser Schicht 25 wird eventuell eine weitere Schicht 24 aus leitenden Ziegeln angebracht, die ebenso wie die erstgenannte Schicht 24 aufgebaut sein kann. Unter dieser Schicht 24 oder in Kontakt mit der Schicht 25 werden Kupferplatten 26 oder andere elektrisch leitende Platten angeordnet, die zu einem Terminal 29, wie z. B. einem Kupferterminal 29, führen, das zweckmäßigerweise anodisch angeschlossen 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, erhält man in oder an der Seite des Ofens/der Pfanne Platz für einen oder mehrere elektromagnetische Umrührer 35. Die magnetischen Flüsse 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 Ausführungsbeispiel eben sein. Er kann aber auch gewölbt sein, und zwar mit nach oben gezogenen Randbereichen.

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

Claims

1. Gleichstromlichtbogenofen mit wenigstens einer als Ka thode geschalteten Lichtbogenelektrode (3) und wenigstens einem als Anode geschalteten Bodenkontakt (16), wobei das Bodenfutter des Ofens an seiner Berührungsfläche mit der Schmelze aus einer den Boden des Ofengefäßes bildenden Stampfmasse (7) mit elektrisch leitenden Metallteilen (8) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das sich an die genannte Stampfmassenschicht (7) anschlie ßende Futter aus einer ersten Schicht (10) aus elektrisch leitenden Ziegeln und einer sich daran anschließenden zwei ten Schicht (11) aus Isolierziegeln mit Blechzwischenlagen oder Isolierziegeln ohne Blechzwischenlagen, die sich in seitlicher Richtung mit elektrisch leitenden Ziegeln abwech seln, besteht, und daß sich daran eine dritte Schicht (14) aus elektrisch leitenden Ziegeln anschließt, worauf An schlußkontakte (16) folgen.

2. Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß anstelle der genannten Stampfmassenschicht (7) eine Schicht aus Ziegeln mit Blechzwischenlagen oder Blecheinlagen vorhanden ist.

3. Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Ziegel aus Magnesitgraphit, Kohlenstoff oder Gra phit bestehen.

4. Gleichstromlichtbogenofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierziegel aus Schamotte oder einem anderen elek trisch nichtleitenden Material bestehen.

5. Gleichstromlichtbogenofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 ausma chen.

6. Gleichstromlichtbogenofen oder -pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Erwärmungszwecke mit wenigstens einer Lichtbogenelektrode und wenigstens einem Bodenkontakt oder einem Bodenfutter dadurch gekenn zeichnet, daß der Ofen- oder Pfannenboden (21) sowie auch die untersten Teile (2) der Ofen- oder Pfannenseiten wand 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 Seitenwand umfassendes Boden kontaktteil (21-22) gebildet wird.

7. Gleichstromlichtbogenofen oder -pfanne nach Anspruch 6 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) ange ordnet ist.

8. Gleichstromlichtbogenofen oder -pfanne nach einem der An sprüche 6 oder 7 dadurch gekennzeich net, daß das Bodenkontaktteil (21-22) eine vorgefertigte, zylindrische Blechform (23) enthält, deren Boden mit festge schweißten, vertikalen stromleitenden Blechen, Stangen oder Stiften (34) versehen ist.