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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten von
Eisenschrott, der Elektroöfen
zur Stahlherstellung zugeführt
werden soll, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Bekanntermaßen besteht
das herkömmliche Stahlherstellungsverfahren,
bei dem Elektroöfen
eingesetzt werden, aus dem Beschicken des Ofens in einem oder mehreren
Schritten mit Eisenschrott und aus dem Schmelzen desselben durch
Wärmeenergie,
die von dem durch die Elektroden erzeugten Lichtbogen entwickelt
wird.
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Dieses
herkömmliche
Verfahren ist die Ursache für
erhebliche Probleme.
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Denn
das Erwärmen
des Schrotts von Umgebungstemperatur auf Schmelztemperatur innerhalb
kurzer Zeiten, aufgrund der Notwendigkeit, die Produktivität des Ofens
zu erhöhen,
indem man nahezu ausschließlich
elektrischen Strom verwendet, erfordert die Verwendung von extrem
hohen, mit Unterbrechung eingesetzten Strompegeln, mit hohen Kosten
und Problemen hinsichtlich der Versorgung mit dieser Art von Strom.
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Um
die Probleme im Zusammenhang mit der unterbrochenen Handhabung von
hohen Strompegeln zu verringern, sind große Investitionen erforderlich,
um beispielsweise statische Kompensatoren einzusetzen, um so das
Problem des so genannten Flickers (Spannungsschwankungen) einzudämmen, jedoch
mit spärlichen
Ergebnissen.
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Ein
weiteres Problem stellen die sehr hohen Lärmpegel dar, die hauptsächlich auf
den Unterschied zwischen der Temperatur des Lichtbogens und der
Temperatur des Schrotts zurückzuführen sind,
wenn dessen Erwärmung
beginnt. Um die Lärmemission
zu verringern, ist es erforderlich, große Strukturen mit folglich
hohen Investitionen vorzusehen.
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Ein
weiteres Problem stellen die Schadstoffemissionen dar, die eingedämmt werden
müssen,
indem man auf große
Rauchgasabsaugsysteme zurückgreift,
um dem unterbrochenen Produktionszyklus schrittweise zu folgen.
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Um
diese Probleme zu beseitigen oder wenigstens zu reduzieren, wurden
in den letzten Jahren innovative Produktionsverfahren und -vorrichtungen vorgeschlagen,
deren Hauptziel es ist, die eingesetzte Strommenge zu reduzieren,
indem man auf chemische Energie und/oder auf die Verwendung der
Energie der Gase zurückgreift,
um den Schrott, der dem Ofen zugeführt wird, vorzuwärmen.
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Eines
der interessantesten innovativen Verfahren ist zweifelsfrei das
Produktionsverfahren, das darin besteht, den Elektroofen kontinuierlich
mit Schrott zu beschicken, der allmählich dadurch erwärmt wird,
dass man sowohl die von dem Ofen erzeugten Rauchgase als auch die
von den Brennern entwickelte Wärmeenergie
verwendet.
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Dieses
Verfahren, das das Ziel der Stahlherstellung in einem kontinuierlichen
Zyklus erreicht, hat zwar die Probleme, die sich aus dem unterbrochenen Betrieb
des Elektroofens ergeben, sowie die Probleme im Zusammenhang mit Lärm zweifelsfrei
stark reduziert, hat aber die Probleme im Zusammenhang mit Schadstoffemissionen
praktisch ungelöst
gelassen.
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Da
dies darüber
hinaus ein Verfahren ist, das zu seiner Umsetzung eine vollkommen
innovative Vorrichtung erfordert, macht es ferner große Investitionen
erforderlich und kann nur in neuen Produktionseinheiten als Alternative
zu bestehenden aufgenommen werden.
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Ein
weiteres innovatives Verfahren ist in der
EP-268606 offenbart.
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Dieses
Verfahren besteht im Wesentlichen aus dem Vorwärmen des Schrotts, der in Beschickungskörben enthalten
ist, indem man das Rauchgas des Ofens oder die mittels eines Brenners
im Inneren einer Wiederaufheizungskammer erzeugten Gase verwendet.
Die unverbrannten Gase, die von dem Schrott bei seiner Vorwärmung freigesetzt
werden, werden zur Wiederaufheizungskammer zurückgeleitet, um vollständig verbrannt
zu werden, ehe sie einer Gasreinigungsanlage zugeführt werden,
die sie in die Atmosphäre
ausstößt.
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Gegenüber den
anderen innovativen Verfahren erzielt dieses Verfahren zusätzliche
Vorteile, wie z. B. eine beträchtliche
Reduzierung der Schadstoffemissionen und die Möglichkeit es selbst in herkömmlichen
Produktionsanlagen unter Tätigung
relativ bescheidener Investitionen einzusetzen.
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Jedoch
hat dieses neue Verfahren den Nachteil, dass es nicht viel der Energie
verwendet, die von dem Brenner der Wiederaufheizungskammer erzeugt
wird. Ein beträchtlicher
Teil dieser Energie geht in der Tat bei der Behandlung der Gase
in der Gasreinigungsanlage verloren, wo diese Gase schnell abgekühlt werden.
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Darüber hinaus
hat ein erneutes Erwärmen mit
einem herkömmlichen
Brenner einen niedrigen Wirkungsgrad.
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Die
EP-A-0871004 offenbart
einen Ofen zur Gasrückführung, einschließlich eines
Rückführungspfades
außerhalb
des Ofens, um Brenngase aus dem Innenraum des Ofens nach außerhalb
des Ofens mitzunehmen und zurück
ins Innere des Ofens von einer anderen Stelle aus zu leiten. An
entgegengesetzten Enden des Ofens sind zwei Heizkammern vorgesehen,
die jeweils mit einem entsprechenden Regenerativbrenner ausgestattet
sind, und Strömungsschaltmittel
sind vorgesehen, um eine Strömungsrichtung
des Gasstroms im Ofen umzukehren.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die oben genannten Probleme
zu lösen,
indem ein Verfahren zum Vorbereiten von Eisenschrott, der Elektroöfen zur
Stahlherstellung zugeführt
werden soll, angegeben wird, wobei das Verfahren das Vorwärmen des
Schrotts und das sehr effiziente Entfernen von Schadstoffen aus
demselben ermöglicht,
wodurch die Produktionskosten reduziert und die Luftemissionen aus
der Stahlherstellungsanlage innerhalb der Grenzen gehalten werden,
die von den Luftschadstoffnormen vorgeschrieben werden.
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Innerhalb
dieses Ziels ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben,
das mit relativ kleinen Investitionen sowohl in neuen Produktionsvorrichtungen
als auch in bestehenden Vorrichtungen durchgeführt werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das
die Menge an elektrischer Energie, die zum Betrieb des Ofens erforderlich
ist, erheblich reduziert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das
ferner ermöglicht,
den Lärm
zu reduzieren, der von dem Ofen während seines Betriebs abgegeben
wird, wodurch auch die Investitionen reduziert werden, die erforderlich
sind, um die Lärmbelästigung
durch die Stahlherstellungsvorrichtung zu verringern.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
anzugeben, die strukturell einfach ist und relativ bescheidene Investitionen
erfordert.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbereiten von Eisenschrott vorgesehen,
der Elektroöfen
zur Stahlherstellung zugeführt
werden soll, wie diese in den angehängten Ansprüchen definiert sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung
eines bevorzugten, obgleich nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung für
dessen Durchführung
deutlicher, die in den beigefügten
Zeichnungen nur als nicht einschränkendes Beispiel gezeigt ist,
wobei die einzige Figur eine schematische Ansicht der Vorrichtung
zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist.
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Unter
Bezugnahme auf die Figur ist die Vorrichtung zum Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
die allgemein das Bezugszeichen 1 trägt, vollkommen unabhängig von
der Vorrichtung zum Ableiten der Rauchgase des Stahlwerksofens,
dem sie dienen soll. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens
einen Behälter 2 für den Schrott, der
dem Stahlherstellungsofen zugeführt
werden soll. Die Vorrichtung umfasst einen Kanal 3, um
Gase mit einer vorgegebenen Temperatur in den Behälter 2 zu
fördern,
und einen Auslasskanal 4, der die Gase sammelt, nachdem
sie durch den Schrott hindurchgeströmt sind, der in dem Behälter 2 vorhanden
ist, ebenso wie die gasförmigen
Produkte, die aufgrund seiner Erwärmung durch die Gase aus dem
Schrott freigesetzt werden.
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Der
Kanal 4 ist mit einer Wiederaufheizungskammer 5 verbunden,
in der Regenerativbrenner 6 angeordnet sind, um im Inneren
der Wiederaufheizungskammer 5 eine vorgegebene Temperatur
aufrechtzuerhalten.
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Der
Kanal 3 kann mit einer Verbrennungskammer oder mit einer
Gaserzeugungskammer verbunden werden, in der die dem Behälter 2 zuzuführenden
Gase erzeugt werden und die von der Wiederaufheizungskammer 5 getrennt
ist; der Kanal 3 ist jedoch vorzugsweise mit der Wiederaufheizungskammer 5 verbunden,
um zum Vorwärmen
des in dem Behälter 2 vorhandenen
Schrotts die gleichen Gase zu verwenden, die in der Wiederaufheizungskammer 5 erzeugt
wurden. Im Wesentlichen sind die Kammer zum Erzeugen der Gase, die
zum Vorwärmen
des Schrotts verwendet werden, und die Wiederaufheizungskammer 5 vorzugsweise
aus einer gleichen Kammer gebildet.
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Für die Wiederaufheizungskammer 5 sind wenigstens
zwei Regenerativbrenner 6 vorgesehen, die abwechselnd betrieben
werden, so dass während der
eine aktiviert ist, der andere Gase aus der Wiederaufheizungskammer 5 saugt.
Dies erzeugt im Inneren der Wiederaufheizungskammer 5 eine
intensive Turbulenz, die eine ausgezeichnete Gleichförmigkeit
der Temperatur sicherstellt und einen maximalen Wirkungsgrad hinsichtlich
der Erwärmung
der Gase erreicht, die durch die Wiederaufheizungskammer 5 hindurchströmen.
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Die
Regenerativbrenner
6, die vorzugsweise aus Hochleistungsbrennern
gebildet sind, beispielsweise der Art, die im
italienischen Patent Nr. 1,301,583 of fenbart
ist, werden von einer Brennstoff-Luft-Verteilungseinheit
7 versorgt,
die mit einem Kanal
8 zur Brennstoffzufuhr und einem Kanal
9 zur Versorgung
mit Druckluft über
entsprechende steuerbare Ventile
10 und
11 verbunden
ist.
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Die
Verteilungseinheit 7 ist ferner mit einer Absaugvorrichtung 12 verbunden,
die die Gase aus der Wiederaufheizungskammer 5 durch das
Wärmespeichermaterial
der Regenerativbrenner 6 und hin zu einem elektrischen
Ventilator 13 saugt, der Brennluft an die Regenerativbrenner
durch das Wärmespeichermaterial
liefert, um ein Vorwärmen
der Brennluft auf Kosten der Wärme
zu erreichen, die zuvor aus den Gasen abgezogen wurde, die aus der Wiederaufheizungskammer 5 extrahiert
wurden.
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Auf
dem Boden der Wiederaufheizungskammer 5 befindet sich eine
elektromechanische Schnecke (14) zum Extrahieren und Entfernen
von Staub, der von den Gasen aus der Wiederaufheizungskammer 5 freigesetzt
wurde.
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Entlang
des Kanals 3 befindet sich eine Absaugvorrichtung 15 zur
Zirkulation der Gase in dem Kreislauf, der aus der Wiederaufheizungskammer 5, dem
Kanal 3, dem Behälter 2 und
dem Kanal 4 gebildet ist.
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Die
Absaugvorrichtung 15 wird vorzugsweise mittels eines Motors 16 mit
Variabler Geschwindigkeit angetrieben, um gemäß den Anforderungen und insbesondere
gemäß der geplanten
Haltezeit der Gase im Inneren der Wiederaufheizungskammer 5 die
Strömungsrate
der Gase im Kreislauf zu variieren.
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Zwischen
der Wiederaufheizungskammer 5 und der Absaugvorrichtung 15 kann
entlang des Kanals 3 ein Lufteinlasskanal 17 vorgesehen
sein, der von einem steuerbaren Ventil 18 gesteuert wird,
um die Integrität
der Absaug vorrichtung 15 zu schützen, indem durch Zuführen von
kalter Luft durch den Kanal 17 die Temperatur der Gase
gesenkt wird, wenn diese zu hoch ist.
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Zwischen
der Absaugvorrichtung 15 und dem Behälter 2 hat der Kanal 3 eine
Abzweigung 3a, die von einem steuerbaren Ventil gesteuert
wird, und stromabwärts
der Abzweigung 3a wird der Kanal 3 von einem weiteren
steuerbaren Ventil 20 gesteuert. Durch die Ventile 19 und 20 ist
es, falls erforderlich, möglich,
die Zirkulation der Gase zwischen der Wiederaufheizungskammer 5 und
dem Behälter 2 zu
unterbrechen und diese Gase teilweise oder vollständig in
die Atmosphäre
auszustoßen.
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Zweckdienlicherweise
ist entlang dem Kanal 3 auf der Austrittsseite der Wiederaufheizungskammer 5 eine
Gasanalysevorrichtung 21 angeordnet.
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Darüber hinaus
sind Temperatursensoren 22 im Kanal 3 und im Kanal 4 in
der Wiederaufheizungskammer 5 vorgesehen.
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Eine
Vorrichtung 23 zum Messen der Strömungsrate der Gase, die in
dem Kanal 3 fließen,
ist ferner im Kanal 3 angeordnet.
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Die
Temperatursensoren 22, die Strömungsmessvorrichtung 23 und
die Gasanalysevorrichtung 21 sind mit einer Steuer- und Überwachungseinheit 24 elektronischer
Art verbunden, die den Betrieb der gesamten Anlage gemäß voreingestellten
Programmen überwacht.
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Strömungsraten-Messvorrichtungen 25 und 26 sind
ebenfalls im Gasextraktionskanal und im Brennluftzufuhrkanal vorgesehen,
an dem die Absaugvorrichtung 12 und der elektrische Ventilator 13, der
von den Regenerativ brennern 6 verwendet wird, angeordnet
sind; derartige Messvorrichtungen sind ebenfalls mit der Steuer-
und Überwachungseinheit 24 verbunden.
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Die
Steuer- und Überwachungseinheit 24 ist betriebsmäßig mit
dem Motor 16 verbunden, der die Absaugvorrichtung 15 antreibt,
dem Motor 27, der die Absaugvorrichtung 12 und
den elektrischen Ventilator 13 antreibt, den Ventilen 10 und 11,
die die Zufuhr von Brennstoff und Brennluft an die Brenner 6 steuern,
und den steuerbaren Ventilen 18, 19 und 20.
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Gemäß vorgegebenen
Programmen und gemäß den Messungen
der Parameter der Gase entlang der Vorrichtung stellt die Steuer-
und Überwachungseinheit 24 den
korrekten Betrieb der Vorrichtung sicher und stellt insbesondere
sicher, dass eine vorgegebene Temperatur, vorzugsweise zwischen 1100
und 1200°C
im Inneren der Wiederaufheizungskammer 5 aufrechterhalten
wird, sie gewährleistet, dass
die Gase für
eine vorgegebene Zeit im Inneren der Wiederaufheizungskammer 5 bleiben,
vorzugsweise 1,5 Sekunden oder mehr, und sie gewährleistet, dass der im Behälter 2 befindliche
Schrott von Gasen erwärmt
wird, die eine vorgegebene Temperatur haben, vorzugsweise zwischen
1000 und 1100°C.
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Die
Vorrichtung 1 kann auch in einem Bereich des Stahlwerks
installiert werden, der vom Schmelzofen entfernt ist, beispielsweise
nahe dem Schrottlagerbereich.
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Der
Betrieb der Vorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist wie folgt.
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Die
Heißgase,
die vorzugsweise aus der Wiederaufheizungskammer 5 selbst
kommen, mit einer Temperatur, die vorzugsweise zwischen 1000°C und 1100°C liegt,
strömen
durch den im Behälter 2 befindlichen
Eisenschrott und erwärmen
ihn. Bei dieser Temperatur werden die im Schrott enthaltenen Schadstoffe,
wie z. B. Kunststoffe, Gummis und Öle, gasförmig in Form von chlorierten
aromatischen Kohlenwasserstoffen und Dioxinen und sind in den Gasen
enthalten, die durch den Kanal 4 in die Wiederaufheizungskammer 5 eintreten.
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In
der Wiederaufheizungskammer 5 wird die Temperatur des Rauchs
oder der Gase, die aus dem Schrott kommen, auf eine Temperatur zwischen
vorzugsweise 1100 und 1200°C
erhöht,
und die Durchlaufzeit der Gase durch die Wiederaufheizungskammer 5 beträgt mindestens
1,5 Sekunden. Die intensive Turbulenz, die von den Regenerativbrennern 6 gewährleistet
wird, ermöglicht
den Erhalt einer ausgezeichneten Gleichförmigkeit der Temperatur in
der Wiederaufheizungskammer 5.
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Diese
hohe Temperatur und Verweilzeit gewährleisten ein Zerlegen der
aus dem Schrott entfernten Schadstoffe bis diese Substanzen am Ausgang
der Wiederaufheizungskammer 5 unter die Werte abgesenkt
werden, die von den Normen gegen Luftverschmutzung festgelegt werden.
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Ein
Bruchteil der Gase wird aus der Wiederaufheizungskammer 5 durch
die Regenerativbrenner 6 extrahiert und überträgt Wärme an das
Wärmespeichermaterial
der Brenner. Diese Wärmeübertragung erzielt
ein schnelles Abkühlen
der Gase, was eine Wiederzusammensetzung der Schadstoffe verhindert.
Aus diesem Grund können
die Gase, die aus der Wiederaufheizungskammer 5 durch die
Regenerativbrenner extrahiert werden, ohne weitere Behandlung in
die Atmosphäre
ausgestoßen
werden.
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Es
wird angemerkt, dass die brennbaren Schadstoffe, die mittels der
Gase aus dem Schrott extrahiert werden, in der Wiederaufheizungskammer 5 verbrennen,
und so mit den Brennern 6 beim Erhöhen der Temperatur im Inneren
der Kammer zusammenarbeiten und auch die Brennstoffmenge reduzieren,
die den Brennern 6 zugeführt werden muss.
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Die
Gase, die die Wiederaufheizungskammer 5 durch den Kanal 3 verlassen,
werden erneut durch den im Behälter 2 vorhandenen
Schrott gefördert,
bis die gewünschte
Vorwärmtemperatur
des Schrotts erreicht worden ist.
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Der
Schrott, der vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 800–1000°C erwärmt und
von seinen Schadstoffen befreit wurde, wird dann vorzugsweise mit
Hilfe des gleichen Behälters 2 in
den Elektroofen befördert.
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Dadurch
wird die elektrische Energie, die erforderlich ist, um den Schrott
zum Schmelzen zu bringen, stark verringert, und der Betrieb des
Ofens ist vollkommen umweltfreundlich. Darüber hinaus erzielt die hohe
Temperatur des in den Ofen eingebrachten Schrotts eine verbesserte
Ionisierung des von den Elektroden erzeugten Lichtbogens, mit daraus
folgenden Reduzierungen von Spannungsschwankungen und Flicker, und
dies wiederum mit Vorteilen für das
Stromversorgungsnetzwerk.
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Ein
Vorwärmen
des Schrotts, wie es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird,
schließt
die Notwendigkeit aus, ein Vorwärmen im
Ofen mit Hilfe von zusätzlichen
Brennern durchzuführen,
was somit die Struktur, den Betrieb und die Wartung des Ofens vereinfacht.
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Die
Lärmemissionen
des Ofens während
des Schmelzens werden ebenfalls reduziert, wodurch die Investitionen,
die notwendig sind, um Strukturen vorzu sehen, die darauf gerichtet
sind, diese Lärmemissionen
zu verringern, entfallen oder auf jeden Fall in ihrer Höhe verringert
werden können.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es
keine teuren Gasreinigungsanlagen oder Staubbeseitigungsanlagen
erfordert.
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Wird
eine Steigerung der Produktivität
des Ofens gewünscht,
können
mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen
vorgesehen werden, die nacheinander den Schrott erwärmen und
dem Ofen zuführen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung für
dessen Umsetzung können
aufgrund der Tatsache, dass sie keine bedeutenden Modifizierungen
an dem herkömmlichen
Elektroofen nach sich ziehen, sowohl in neuen Produktionseinheiten
als auch in bereits im Betrieb befindlichen Produktionseinheiten
eingesetzt werden.
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Darüber hinaus
macht die Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens Investitionen
erforderlich, die wesentlichen geringer als die sind, die innovative
Vorrichtungen benötigen, die
ein Erwärmen,
mit kontinuierlicher Zufuhr des Schrotts oder in jedem Fall ein
In-line-Vorwärmen vorsehen,
was den Betrieb des Elektroofens unmittelbar beeinflusst.
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In
der Praxis hat man beobachtet, dass das erfindungsgemäße Verfahren
das gewünschte
Ziel vollkommen erreicht, da es ermöglicht, dass die Stahlherstellungskosten
beträchtlich
reduziert werden, während
die Luftemissionen innerhalb der Grenzen gehalten werden, die von
den Luftverschmutzungsnormen vorgeschrieben werden.
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An
dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der Vorrichtung für
dessen Durchführung,
wie es oben konzipiert ist, sind zahlreiche Modifizierungen und
Variationen möglich,
die alle im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.
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In
der Praxis können
die verwendeten Materialien wie auch die Abmessungen entsprechend
den Anforderungen und dem Stand der Technik beliebig gewählt werden.
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An
den Stellen, an denen auf die technischen Merkmale, die in irgendeinem
der Ansprüche
erwähnt
werden, Bezugszeichen folgen, sind diese Bezugszeichen rein zum
Zwecke einer besseren Verständlichkeit
der Ansprüche
eingefügt
worden, und demzufolge haben diese Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung
auf die Auslegung jedes Elements, das durch derartige Bezugszeichen
beispielhaft identifiziert ist.