DE3825984A1 - Elektro-reduktionsofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektro-Reduktionsofen mit einem eine Feuerfestauskleidung aufweisenden Ofengefäß und an eine Drehstromenergieversorgungsanlage angeschlossene, in das Ofengefäß ragende Elektrode.

Elektro-Reduktionsofen runder Bauart weisen drei auf einem Teilkreis angeordnete, ein gleichseitiges Dreieck bildende Elektroden auf. Bei zylindrischer Ofenform entstehen zwischen jeweils zwei benachbarten Elektroden und der Ofenwandung erhebliche Toträume. Gleichzeitig weisen die Elektro-Reduktionsofen durch diese Elektrodenanordnung Zonen der Ofenwandung auf, die entsprechend ihrem Abstand während des Ofenbetriebes hoheren thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Bei Elektro-Reduktionsofen rechteckiger Bauart sind die Elektroden in Reihe angeordnet. Ofen dieser Bauart besitzen ebenfalls Zonen hoher thermischer Belastungen wie auch Toträume.

Bei Elektro-Reduktionsofen ragen die Elektroden entweder bis in die Schmelze oder in den Moller bis kurz über das Schmelzgut. Im letzteren Fall kommt es während des Einschmelzprozesses im Bereich zwischen Elektrodenspitze und Schmelzgut bei getrennt chargiertem Moller zu einer sogenannten Dombildung, einem Gewölbe aus grobkornigem Kohlenstoff, der sich aus dem Moller separiert hat. über die Gewölbewandung, die elektrisch leitend ist, fließt ein Teil des elektrischen Stromes in die Schmelze.

Bei vorbereitetem Möller wie Pellets oder Briketts tritt das Separieren des Möllers in diesem Maße nicht auf, so daß statt des Kohlenstoffdomes hier elektrisch leitende Bänke aus Pellets bzw. Briketts zwischen den Elektroden entstehen.

Da alle drei Elektroden über Dome bzw. Bänke mit der Schmelze verbunden sind, liegt hier schaltbildmäßig eine Sternschaltung vor.

Die Dome wie auch die Bänke der einzelnen Elektroden stehen aber gleichzeitig miteinander in Verbindung. Es kommt somit ebenfalls zwischen den einzelnen Elektroden in Abhängigkeit der jeweiligen Stromphase zu einem Stromfluß. Schaltbildmäßig liegt hier eine Dreieckschaltung vor.

Schaltbildmäßig liegt die gleiche Situation vor, wenn die Elektroden in ein schmelzflüssiges Bad eintauchen. Die Schlackenvolumina unter den Elektroden zum Ofenbad hin und zwischen den Elektroden bilden die Stromwege und bewirken damit den Erwärmungsmechanismus.

Öfen mit dem oben erwähnten Erwärmungsmechanismus finden in zahlreichen Stahlwerken ihre Anwendung.

Aus DE-AS 10 50 464 ist ein Lichtbogenofen bekannt, bei dem die Gefäßform des Ofens den Wirkbereichen der einzelnen Elektroden angepaßt ist. Nachteil dieser Ausführung ist die komplizierte Gestaltung sowohl des mechanischen wie des feuerfesten Teils des Ofens.

Aus DE-PS 9 73 715 ist ein Drehstrom-Reduktionsofen bekannt mit sechs Elektroden, wovon 5 auf einem Kreis angeordnet sind und eine im Kreismittelpunkt vorgesehen ist. Nachteil dieser Anordnung ist, das zum einen zwei zweitere Elektroden im geringen Abstand zur Ofenwand eingesetzt werden, die eine hohe thermische Belastung der Ofenauskleidung bewirken und gleichzeitig eine durch elektrischen Stromfluß hervorgerufene chemische Zersetzung des Feuerfestmaterials hervorrufen. Diese Zersetzung des Feuerfestmaterials ist bekannt und wird von den Herstellern für die jeweilige Feuerfestmasse in der Einheit kg je Amperstunde angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung der Flächennutzung des Herdes bei gleichzeitiger Vergleichmäßigung des Verschleißes der Ofenauskleidung. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in den Bereich zwischen jeweils zwei Elektroden und der Ofengefäßwandung parallel zu den Elektroden geführte Sternpunkt-Zusatz-Elektroden vorgesehen sind, die mit der Ofenauskleidung in Verbindung stehen.

Durch die Anordnung der Sternpunkt-Zusatz-Elektroden werden zu der bereits schaltbildmäßig vorhandenen Dreieckschaltung und Sternschaltung weitere Sternschaltungen hinzugefügt.

In vorteilhafter Weise werden die Sternzusatz-Elektroden in den bisher wenig genutzten Bereich zwischen der Ofenwandung und jeweils zwei Elektroden angeordnet. Ein Teil des elektrischen Stromes wird von den Elektroden zu den Sternzusatz-Elektroden fließen. Die Folge davon ist eine bessere Stromverteilung im Möller und/oder der Schmelze, somit eine verbesserte Flachennutzung. Der elektrische Strom wird dabei sich nicht mehr ausschließlich im Bereich der Elektroden konzentrieren mit der Folge der Reduzierung der chemischen Beeinflussung des Feuerfestmaterials der Ofenwandung. Die Folge hiervon sind geringerer Ofenverschleiß und somit geringere Betriebskosten sowie Reduzierung des Instandsetzungsaufwandes und höhere Betriebsmittelnutzung.

Solange der Erwärmungsmechanismus nicht gestört wird, kann der Elektroreduktionsofen mit geringerer Leistung bei gleicher Ausbringung gefahren werden mit Vorteilen für die elektrische und thermische Belastung sowohl der Elektroden sowie auch der Ofenauskleidung. Bei gleicher elektrischer Leistung besteht die Möglichkeit, die Produktivität des Elektroreduktionsofens durch Vergrößerung der entgasenden aktiven Fläche zu verbessern oder dabei die thermische sowie chemisch/physikalische Belastung der bereits hochbelasteten Stellen weiter zu erhöhen.

Ein wesentlicher Vorteil der durch die erfindungsgemäße Sternpunkt-Zusatz-Elektroden bewirkten Stromverteilung ist die Möglichkeit, Möller einzusetzen, der neben dem Mineral Reduktionsmittel in feiner Körnung aufweist. Insbesondere Brikett und Pellets mit eingebundenem Kohlenstoff, die stromführende Bänke zwischen den Elektroden bilden, können vorteilhaft eingesetzt werden, da durch die Sternpunkt-Zusatz-Elektroden weitere Bänke, d. h. metallurgisch aktive Volumina entstehen.

Die Sternpunkt-Zusatz-Elektrode und jeweils zwei Einzelelektroden bilden ein gleichschenkliges Dreieck. Hierdurch ist gewährleistet, daß die Elektroden gleichmäßig belastet werden und die bisher tote Zone von Strom durchflossen wird. Dies gilt sowohl für die runde Bauart wie für den rechteckigen Ofen. Dabei wird beim Einsatz von separiertem Möller das Domvolumen vergrößert, bei vorbereitetem Möller aus feinem Material wird die Anzahl der Bänke erhöht.

Bei offenen Öfen sind die Sternpunkt-Zusatz-Elektroden am Ofengefäßrand befestigbar. Bei geschlossenen Ofen ist der Ofendeckel als Tragvorrichtung für die Sternpunkt-Zusatz-Elektroden ausbildbar. Bei dieser Bauart weist die Stromzuführung eine lösbare Steckverbindung auf. In einfacher konstruktiver Weise können die Stromzuführungen von der Sternpunkt-Zusatz-Elektrode zum Sternpunkt, der Sternpunkt- Kontaktelektrode, geführt werden. Die Halterungen sind konstruktiv so ausgebildet, daß ein Nachführen der Sternpunkt-Zusatz-Elektroden in Richtung Schmelze durchführbar ist.

Die Sternpunkt-Kontaktelektroden sind im Bereich des Ofenbodens vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, das zum einen ein guter Kontakt über die Feuerfestauskleidung des Ofenbodens mit der Schmelze erfolgt und andererseits keine Behinderungen im Ofenboden selber für eventuell andere metallurgische Arbeiten auftreten. Beim Einsatz von drei (oder mehr) Kontaktelektroden sind diese in weniger kritischen Bereichen des Ofengefäßes anbringbar, in der Ofenwandung kurz oberhalb des Ofenbodens.

Beispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Ofens,

Fig. 2 eine Draufsicht bei runder Bauweise des Ofengefäßes,

Fig. 3 eine Draufsicht bei rechteckiger Bauweise des Ofengefäßes.

Fig. 4 Schema der verschiedenen Schaltzustände.

Fig. 1 zeigt den Ofen 10 mit dem Ofenmantel 13. Der Ofen 10 weist den Ofenboden 12 und die Ofenwandung 11 auf mit der Feuerfestofenäuskleidung 14. Die Gefäßoffnung wird durch den Deckel 15 geschlossen.

Durch den Deckel 15 ragen in den Ofen 10 die von der Elektrodentragvorrichtung 28 gehaltenen Elektroden 20, die mit der Energieversorgungsanlage 27 elektrisch in Verbindung stehen und zwar über die Stromleitung 24 bis 26 zwischen den Elektroden 21 bis 23 und der Energieversorgung RST.

In dem Bereich zwischen zwei Elektroden 20 und der Ofenwandung 11 sind Sternpunkt-Zusatz-Elektroden 31 bis 33 vorgesehen, die mit der Ofenauskleidung 14 elektrisch in Verbindung stehen. Die in der rechten Gefäßhälfte dargestellte Sternpunkt-Zusatz-Elektrode 33 ist unmittelbar mit der Ofenauskleidung 14 verbunden. Die in der Linken Gefäßhälfte dargestellte Sternpunkt-Zusatz-ELektrode 31 ragt in das Ofengefäß hinein und wird won der Sternpunkt-Zusatz-Elektrodenhalterung 40, 41 gehalten. Die Sternpunkt-Zusatz-ELektrode 31 steht über die Stromleitung 34 mit der Sternpunkt-Kontakt-Elektrode 37, die in den Ofenboden 12 hineinragt, mit der Ofenauskleidung 14 elektrisch in Verbindung.

An der Sternpunkt-Zusatz-Elektrodenhalterung 40, 41 ist die Nachsetzvorrichtung 45 vorgesehen. In Abhängigkeit von der durch die Nachsetzvorrichtung 45 bewirkte Bewegung der Sternpunkt-Zusetz- Elektrode ist die den Weg ausgleichende Stromzuführung 46 vorgesehen.

Die Fig. 2 zeigt in der Draufsicht die gleichschenklige Anordnung aab der Elektroden 21 bis 23 und der Sternpunkt-Zusatz-Elektroden 31 bis 32. Die Sternpunkt-Zusatz-Elektrodenhalterung (hier 43) wird durch einen Hitzeschild 44 gegen Strahlungswärme geschützt.

Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Sternpunkt-Zusatz-ELektroden 31 bis 33 bei rechteckiger Bauweise des Ofengefäßes. Die in Reihe angeordneten Elektroden 21 bis 23 weisen auf jeder Seite der Reihe Sternpunkt-Zusatz-Elektroden 31 bis 33 auf. Der Ofen 10 besitzt einen Ofenmantel 13 und eine Ofenauskleidung 14. Die Sternpunkt-Zusatz-Elektroden 31 bis 33 sind in dem Bereich zwischen den Elektroden 21 bis 23 und der Ofengefäßwandung 11 angeordnet.

Die Fig. 4 zeigt schematisch die verschiedenen Schaltzustände.

Die Elektroden 21 bis 23 sind über (nicht dargestellte) Dome bzw. Bänke mit der Schmelze verbunden. Es liegt eine Sternschaltung vor mit dem Mittelpunkt Mp.

Die Dome wie auch die Bänke der einzelnen Elektroden 21 bis 23 stehen aber gleichzeitig miteinander in Verbindung. In diesem Falle liegt eine Dreiecksschaltung RST (21 bis 23) vor.

Zwischen den Sternpunkt-Zusatz-Elektroden 31 bis 33 an jeweils zwei Elektroden 21, 23; 21, 22; 22, 23; werden sich ebenfalls Brücken bzw. Dome bilden, so daß hier eine Dreiecksschaltung vorliegt.

Die Sternpunkt-Zusatz-Elektroden 31 bis 33 sind über Stromleitungen mit Sternpunkt-Kontakt-Elektroden verbunden, die in die Ofenkleidung ragen oder sind direkt mit dem Ofenboden in Kontakt (vergleiche Fig. 1). Hier liegt schaltbildmäßig eine Sternschaltung vor mit dem Mittelpunkt Mp (Mp′).

Claims (12)

1. Elektro-Reduktionsofen mit einem eine Feuerfestauskleidung aufweisenden Ofengefäß und an eine Drehstrom-Energieversorgungsanlage angeschlossene, in das Ofengefäß ragende Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich zwischen jeweils zwei Elektroden (21-22, 22-23, 23-21) und der Ofengefäßwandung (11) parallel zu den Elektroden (21-23) geführte Sternpunkt-Zusatz-Elektroden (31-33) vorgesehen sind, die mit der Ofenauskleidung (14) elektrisch in Verbindung stehen.

2. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Elektroden (23 und 21, 21 und 22, 22 und 23) und eine Sternpunkt-Zusatz-Elektrode (31, 32, 33) in der Ebene senkrecht zur Elektrodenabsenkrichtung ein gleichschenkliges Dreieck (a, a, b) bildend angeordnet sind.

3. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternpunkt-Zusatz-Elektroden (31, 32, 33) im Ofenboden (12) lösbar befestigt sind.

4. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternpunkt-Zusatz-Elektrode (31, 32, 33) an Halterungen (41, 42, 43) anbringbar sind.

5. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (41 bis 43) an einer Sternpunkt-Zusatz-Elektrodenhalterung (40) befestigbar sind.

6. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternpunkt-Zusatz-Elektrodenhalterungen (40) Teil eines Deckels (15) sind.

7. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (41 bis 43) am Ofenmantel (13) befestigbar sind.

8. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ofenboden (12) weisende Seite der Halterungen (41 bis 43) jeweils als Hitzeschild (44) ausgebildet ist.

9. Elektro-Reduktionsofen nach den Ansprüchen 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (41 bis 43) auf der dem Ofenboden (12) abgewandten Seite jeweils als Nachsetzvorrichtung (45) ausgebildet sind.

10. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternpunkt-Zusatz-Elektroden (31, 32, 33) an Stromleitungen (34 bis 36) anschließbar sind, die außerhalb des Ofens zu Sternpunkt- Kontaktelektroden (37) geführt sind.

11. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternpunkt-Kontaktelektroden (37) im Bereich des Ofenbodens (12) angeordnet sind.

12. Elektro-Reduktionsofen nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitungen (34 bis 36) mit Stromzuführungen (46) in Verbindung stehen, die mit den Nachsetzvorrichtungen (45) kombiniert sind.