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Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenofen für die Erzeugung von
geschmolzenem Metall, insbesondere von Flüssigstahl.
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Seit langem werden immer öfter Lichtbogenöfen für die Erzeugung von Stahl
durch Schmelzen von Schrott oder einem anderen eisenhaltigen Rohmaterial,
beispielsweise vorreduziertem Erz, verwendet.
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Ganz allgemein umfaßt ein Lichtbogenofen ein Schmelzgefäß, das an seinem
oberen Teil durch einen abnehmbaren Deckel in Form eines Gewölbes
verschlossen ist und mit einer oder mehreren Elektroden verbunden ist, die an eine
Stromquelle angeschlossen sind.
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Das Gefäß umfaßt einen Boden in Form einer Schüssel, die mit einem feuerfesten
Material bedeckt ist, und eine im wesentlichen zylindrische gekühlte Seitenwand,
deren unterer Teil an den oberen Rand der Schüssel anschließt.
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Jede Elektrode ist an dem Ende eines Armes befestigt, der sich vorspringend über
der Schüssel erstreckt und vertikal in diese eindringt, indem er durch den Deckel
durch eine zu diesem Zweck ausgesparte Öffnung hindurchgeht.
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Um einen Gießvorgang durchzuführen, wird der Ofen geöffnet, indem der Deckel
und die Elektroden im allgemeinen durch Drehung um eine Vertikalachse entfernt
werden. Der rohe Schrott wird in den Ofen mit Hilfe von Transportkübeln oder
-"Körben" eingebracht, die über dem Ofen durch eine Rollbrücke übernommen
und befördert werden, die über der gesamten Anlage zirkuliert, wobei jeder Korb
mit einem Boden versehen ist, der sich öffnet, um den Schrott in den Ofen zu
entladen.
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Somit wird in das Gefäß mit Hilfe von einem oder mehreren Körben eine gewisse
Menge an Schrott, genannt "Charge", eingebracht.
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Der Ofen wird nun wieder verschlossen, und die Elektroden werden in den Ofen
abgesenkt. Der Strom wird eingeschaltet, und die Lichtbögen, die zwischen den
Elektroden und dem Schrott gebildet werden, erzeugen die Schmelzung desselben.
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Das geschmolzene Metall wird in der Schüssel gesammelt und bildet ein Bad, das
mit einer Schicht Schlacke bedeckt ist. Im allgemeinen ist der Ofen schwenkbar
auf abgerundeten Stützen montiert, und das Metall wird durch Ausschütten oder
auch durch ein Gießloch, das in dem Boden der Schüssel ausgespart und durch
einen Stopfer oder eine äußere Angußbuchse verschlossen wird, gegossen.
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Alle diese Vorgänge bestimmen einen starken Verschleiß des Herdes aus
feuerfestem Material, der die Schüssel abdeckt, dessen Zustand nach jedem Gußvorgang
überprüft wird, wobei das feuerfeste Material regelmäßig repariert oder
ausgetauscht wird.
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Der Schrott kann kalt in den Ofen eingebracht werden, jedoch dies führt zu einem
sehr großen Verbrauch an elektrischer Energie, um die Charge von der Raumtempe
ratur auf die Schmelztemperatur übergehen zu lassen.
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Deshalb wird im allgemeinen vorgezogen, eine weniger kostspielige Energiequelle
zu verwenden, um den Schrott zu erwärmen, bevor er in den Ofen eingebracht
wird.
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Insbesondere, weil das Schmelzen des Schrotts im Inneren des Ofens ein großes
Volumen von sehr heißen Rauchgasen erzeugt, wird im allgemeinen versucht, den
Heizwert dieser Rauchgase rückzugewinnen, um den Schrott vor seiner
Einbringung in den Ofen zu erhitzen.
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Verschiedene Mittel wurden für diesen Zweck vorgesehen.
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Beispielsweise kann der Ofen mit einer geschlossenen Einfassung verbunden sein,
die auf dem Kreis zur Beseitigung der Rauchgase angeordnet ist und in der ein
oder mehrere Körbe in Erwartung deren Einbringung angeordnet sind. Diese
Einfassung ist somit mit einer Türe großer Abmessung versehen, die immer
geöffnet werden muß, wenn ein neuer Korb eingeführt oder entnommen wird.
Diese Vorgangsweise verringert die Produktivität und führt ferner zu einer starken
Freisetzung von Rauchgasen in der Werkstätte bei jedem Öffnen der Türe.
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Um Zeit zu gewinnen und die Gefahren der Verschmutzung zu verringern, wurde
vorgeschlagen, eine bewegliche Einfassung zum Vorwärmen zu verwenden, die
mit einem sich öffnenden Boden versehen ist und somit selbst ein Beladeelement
darstellen kann, das sich zwischen einer Vorwärmposition neben dem Ofen, in der
die Einfassung an den Kreis zur Rauchgasableitung angeschlossen ist, und einer
Position zum Beladen des Ofens über demselben verschieben kann.
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Die Patentanmeldung EP 0 514 526 der Firma dieses Patentes beschreibt
beispielsweise eine Anlage dieses Typs, die derart verbessert ist, daß die Gaskreise
vereinfacht und die Verschmutzungsgefahren verringert werden.
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Allerdings muß das Gewölbe des Ofens natürlich offen sein, um darin den
erhitzten Schrott einzubringen, und eine starke Abgabe von Rauchgasen sowie Spritzer
von Stahl und Schlacke, wenn das Gefäß nicht leer ist, wenn der Schrott
ausgeschüttet wird, kann nicht vermieden werden.
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Nun erfordert die Menge an flüssigem Metall, die in dem Ofen vor jedem Gießen
erzeugt werden soll, normalerweise das Schmelzen von mehreren Chargen, die
nacheinander in den Ofen eingebracht werden, und es ergibt sich daraus, daß die
Schüssel relativ oft geöffnet werden muß, wodurch die Verschmutzungsgefahren
größer werden.
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Ganz allgemein werden die Abmessungen eines Elektroofens nämlich in
Abhängigkeit von der gewünschten Gesamtproduktion und der verfügbaren elektrischen
Leistung bestimmt. Überdies ist jeder Gießvorgang mit verschiedenen Vorgängen
verbunden und erfordert im allgemeinen ein Kippen des Ofens und folglich das
Anhalten desselben. Um die Produktivität zu erhöhen, besteht somit ein Interesse,
die Anzahl von Gießvorgängen während eines Arbeitstages zu verringern.
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Andererseits wird der in dem Ofen erzeugte Stahl im Nachlaufbereich desselben in
Anlagen, insbesondere in Stranggußanlagen, verwendet, deren Leistungen
gesteigert wurden und die das Gießen einer großen Menge Metall in einem Arbeitsgang
erfordern.
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Es war somit erforderlich, die Leistung der Elektroöfen, die derzeit für eine
Produktion von 100 bis 150 Tonnen Stahl bei jedem Gießvorgang vorgesehen sind, zu
erhöhen.
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Nun ermöglichen es die Abmessungen, die im allgemeinen der Schüssel verliehen
werden, normalerweise nicht, mit einem Mal in diese die erforderliche Menge
Schrott für einen Gießvorgang von 120 Tonnen oder mehr einzubringen, und zwar
aufgrund des sehr großen Dichteunterschiedes zwischen dem rohen Schrott und
dem flüssigen Metall.
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Mit den Anlagen bekannten Typs erfolgt die Ausarbeitung eines Gießvorganges
somit folgendermaßen.
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Eine erste Charge Schrott wird zuerst vorgewärmt, sodann in den Ofen
eingebracht, dessen Gewölbe geöffnet wurde. Dieses wird nun wieder geschlossen, und
die Elektroden werden eingeführt, um das Schmelzen vorzunehmen. Während
dieser Zeit wird eine zweite Charge Schrott mit Hilfe der aus dem Ofen
austretenden Rauchgase vorgewärmt.
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Nach dem Schmelzen dieser ersten Charge wird das Gewölbe des Ofens neuerlich
geöffnet, und die zweite vorgewärmte Charge wird in das Gefäß über dem ersten
Metallbad eingebracht. Das Gewölbe wird nun wieder geschlossen, und es wird
das Schmelzen der zweiten Charge vorgenommen.
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Das geschmolzene Metall wird in der Schüssel gesammelt und zu jenem
hinzugefügt, das der ersten Charge entspricht. Es wird somit nacheinander die für
einen Gießvorgang erforderliche Anzahl an Chargen geschmolzen.
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Diese Beförderungen von Schrott und Vorgänge des Öffnens des Gewölbes des
Ofens sind Gründe für den Verlust von Zeit und Wärme und verringern folglich die
Leistung der Anlage. Ferner ergibt sich daraus, wie bereits angeführt, eine Gefahr
der Verschmutzung durch Freisetzung der Rauchgase.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, eine gewisse Menge
Schrott in einer Einfassung mit relativ großer Abmessung zu speichern, die direkt
in das Gefäß mündet und durch die die Rauchgase gehen, wobei der auf diese
Weise vorgewärmte Schrott nach und nach in den Ofen ohne Öffnen desselben
eingeführt wird.
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Das Dokument FR-A-2 498 309 derselben Firma beschreibt beispielsweise einen
Lichtbogenofen, der sich nach hinten in eine Kammer öffnet, die eine
Rauchabzugshaube bildet und in die eine große Menge Schrott ausgeschüttet wird, die
regelmäßig in das Metallbad geleitet werden kann.
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Das Dokument WO 91/18120 beschreibt andererseits eine Anlage, bestehend aus
zwei Öfen, die jeweils einen Deckel aufweisen, auf dem eine seitliche Kammer
befestigt ist, die auf der Seite des Ofens durch eine Seitenöffnung mündet und
einen Rauchabzug bildet, in dem eine gewisse Menge Schrott gespeichert wird, die
durch den oberen Teil des Rauchabzugs eingeführt wird und nach und nach in das
Metallbad absinkt, nachdem sie in Berührung mit den Rauchgasen, die durch den
Rauchabzug entweichen, erwärmt wurde.
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Solche Anordnungen komplizieren jedoch die Herstellung und den Betrieb des
Ofens. Andererseits muß trotz der Verwendung einer Speicherkammer großer
Abmessung diese noch regelmäßig geöffnet werden, um darin eine neue Menge
Schrott im Zuge deren Schmelzens einzuführen, und die Gefahr der Freisetzung
von Rauchgasen wird nicht völlig ausgeschlossen.
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Aufgabe der Erfindung ist ein verbesserter Lichtbogenofen, der es ermöglicht, alle
diese Nachteile zu beseitigen.
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Die Erfindung betrifft somit ganz allgemein einen Gleichstrom-Elektroofen zum
Schmelzen von eisenhaltigem Rohmaterial, wie beispielsweise Schrott, bestehend
aus einem an dessen Oberteil mit einem zum Einführen einer Charge aus zu
schmelzendem Material abnehmbaren Deckel verschließbaren Gefäß, mindestens
einer im wesentlichen in der Achse des Gefäßes angeordneten, zum Absenken in
das Innere des Gefäßes, unter Durchquerung mindestens einer Öffnung des
Dekkels, in senkrechter Richtung gleitbar montierten Abbrandelektrode, mindestens
einer feststehenden, am Boden des Gefäßes angeordneten Elektrode und
mindestens einer Gleichstromquelle mit zwei jeweils an der Abbrandelektrode und an der
feststehen den Elektrode angeschlossenen Polen, wobei dieses Gefäß einen Boden,
der von einem als Schüssel ausgebildeten Herd aus feuerfestem Material mit einem
nach oben ragenden Rand, einer Höhe und einem maximalen Querschnitt
abgedeckt ist, und eine Seitenwand aufweist, die sich im wesentlichen in der
Verlängerung des Randes der Schüssel erstreckt und einen zylindrischen Raum mit einem
dem maximalen Querschnitt der Schüssel im wesentlichen entsprechenden
Querschnitt begrenzt.
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Erfindungsgemäß werden die Höhe und der Querschnitt der Schüssel den
Betriebsbedingungen entsprechend derart bestimmt, daß die Leistung der Schüssel einer
vorgegebenen Menge in einem einzigen Gießvorgang zu gießenden geschmolzenen
Metalls entspricht, und die Seitenwand des Gefäßes erstreckt sich derart über eine
solche Höhe, daß unter Berücksichtigung der Dichteunterschiedes zwischen dem
Schrott und dem geschmolzenen Metall das Gefäß eine ausreichende Charge
Schrott aufnehmen kann, um die entsprechend der maximalen Leistung der
Schüssel vorgegebene Menge geschmolzenen Metalls in einem einzigen
Schmelzvorgang zur Verfügung zu stellen.
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Die Erfindung steht mit den letzten Entwicklungen der Technik der
Gleichstromöfen und insbesondere mit der Erhöhung deren Produktionsleistung in
Zusammenhang.
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Es ist bekannt, daß die Merkmale eines Schmelzofens im wesentlichen in
Abhängigkeit von der gewünschten Gesamtleistung und der verfügbaren elektrischen
Leistung bestimmt werden.
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Vorher erschien es erforderlich, für die Elektroöfen großer Leistung eine
Versorgung mit Wechselstrom vorzusehen, die somit normalerweise drei
Graphit-Abbrandelektroden verwenden. Seit einiger Zeit jedoch konnte die Firma
dieser Anmeldung dank mehrerer Verbesserungen den Gleichstrom auch für
umfassende Produktionen, beispielsweise von 100 bis 150 Tonnen pro
Gießvorgang, verwenden, wobei eine solche Versorgungsart zahlreiche Vorteile bietet.
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Während bei einem Wechselstrom-Ofen die Elektroden, zwischen denen sich die
Lichtbögen bilden, mehr oder weniger zufälligen mechanischen und magnetischen
Kräften unterworfen sind, ist es möglich, in einem Gleichstrom-Ofen die
Magnetwirkungen besser zu kontrollieren. Insbesondere die in den Patenten FR 2 602 320
oder 2 602 351 derselben Firma beschriebenen Anordnungen ermöglichen es,
durch kluge Ausrichtungen der Rückleitungen die Richtung der Lichtbögen zu
kontrollieren.
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Ferner ist es bei Gleichstrom möglich, auch bei sehr starken Stromstärken eine
einzige Elektrode mit großem Querschnitt zu verwenden, die widerstandsfähiger
ist und ferner quer durch den Schrott weniger beansprucht wird, da sie sich nach
und nach in der Achse der Charge absenkt. Es wurde somit beobachtet, daß eine
größere Eindringlänge der Elektrode in das Gefäß ohne großes Bruchrisiko
zugelassen werden konnte, wobei das Verhältnis der freien Länge der Elektrode zu
ihrem Durchmesser bis zu zehn betragen kann. Es ist somit möglich, dem Gefäß
eine ausreichende Höhe zu verleihen, damit das mit einem Mal eingebrachte
Schrottvolumen die erforderliche Metallmenge für einen Gießvorgang auch für
eine starke Produktion liefert.
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Aus diesem Grund ist es nicht mehr erforderlich, das Gewölbe des Ofens zwischen
zwei Gießvorgängen zu öffnen, da die Beladung einmalig erfolgt. Die
Wärmeverluste werden somit vermieden und die Verschmutzung verringert.
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In der Praxis ist die Höhe der Seitenwand derart beschaffen, daß das Volumen, das
von dieser Seitenwand begrenzt wird, zwischen sechs- und zwölfmal die Leistung
der Schüssel beträgt, die der geforderten Menge an geschmolzenem Metall
entspricht.
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Die Wärmeleistung wird auch durch die Tatsache verbessert, daß die Charge
Schrott länger im Inneren des Ofens mit den Rauchgasen in Berührung bleibt, die
durch die Öffnung des Gewölbes austreten.
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Überdies ist nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung das Gefäß
des Ofens mit zusätzlichen Heizmitteln versehen, die es ermöglichen, das
Vorheizen der Charge im Inneren des Gefäßes durchzuführen. Aus diesem Grund kann
die Charge kalt in den Ofen eingebracht werden, wodurch die Gefahr der
Freisetzung von Schadstoffen verringert wird.
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Bei einer ersten Durchführungsart erfolgt die Erzeugung eines Metallgusses in
zwei Phasen auf folgende Weise: Nach Einführung der Charge Schrott, die einem
Guß entspricht, in das Gefäß und nach Schließen des Deckels wird diese Charge
einer Vorerhitzung durch Zufuhr von Wärme in das Gefäß in einer ersten Phase
des Verfahrens unterzogen, in der der Ofen von der Stromquelle getrennt ist, wobei
die Abbrandelektrode über den Deckel hochgehoben wird und die Einführöffnung
durch einen Deckel geschlossen wird, sodann wird in einer zweiten Phase des
Verfahrens das Schmelzen des vorerhitzten Schrotts durch fortschreitendes
Einführen der Elektrode in das Gefäß durchgeführt, wobei der Ofen an die elektrische
Stromquelle angeschlossen ist.
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Die Zufuhr von für die Vorerhitzung erforderlicher Wärme erfolgt vorzugsweise
durch zusätzliche Heizmittel, die an der Peripherie des Gefäßes angeordnet sind,
beispielsweise einem oder mehreren Brennern, die an der Peripherie des Gefäßes
verteilt sind und an der Basis der Seitenwand münden.
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Es kann jedoch auch genau über der Verbindung der Seitenwand mit dem Boden
zumindest eine Rohrleitung zur Einführung von heißen Gasen ausgespart werden,
die beispielsweise mit einer mit einem Brenner versehenen Verbrennungskammer
versehen ist.
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Es ist andererseits anzumerken, daß die zusätzlichen Heizmittel, die an der
Peripherie des Gefäßes angeordnet sind, während des Schmelzvorganges durch
Lichtbogen funktionieren können.
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Deshalb kann bei einer weiteren Ausführungsart die erste Phase der Vorerhitzung
weggelassen werden, wobei der Strom beim Schließen des Gewölbes nach der
Beladung eingeschaltet wird. Die Abbrandelektrode senkt sich fortschreitend in
das Gefäß, indem sie in die Charge Schrott eindringt, wobei der Mittelteil
derselben im Zuge des fortschreitenden Eindringens der Elektrode geschmolzen wird,
während der ringförmige Teil der Charge, der sich entlang der Seitenwand
befindet, durch die heißen Gase erhitzt wird, die von den Brennern erzeugt werden, die
an der Basis der Seitenwand angeordnet sind und die entlang derselben aufsteigen,
um durch die Austrittsöffnung, die in dem Deckel ausgespart ist, auszutreten.
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Die Erfindung wird durch die detaillierte Beschreibung einiger besonderer
Ausführungsarten, die als Beispiel angeführt sind und in den beiliegenden Zeichnun
gen dargestellt sind, noch besser verständlich.
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- Figur 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß
verbesserten Elektroofens.
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15 - Figur 2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsvariante.
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In Figur 1 ist im Aufriß ein erfindungsgemäß verbesserter Elektroofen dargestellt.
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Ein solcher Elektroschmelzofen ist von herkömmlichem Typ und umfaßt somit
ganz allgemein ein Gefäß 1 mit einem Boden 2, der mit einem feuerfesten Material
bedeckt ist, das einen Herd in Form einer Schüssel 21 bildet und von einer
Seitenwand 12 begrenzt ist, die an ihrem oberen Teil durch einen abnehmbaren Deckel
13 verschlossen ist.
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Der Ofen ist vorzugsweise kippbar, wobei der Boden 2 in einem Gestell montiert
ist, das auf einem festen Sockel mit abgerundeten Stützteilen aufliegt. Überdies ist
der Ofen mit den üblichen Vorrichtungen für das Gießen des geschmolzenen
Metalls und der Schlacke versehen.
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Insbesondere kann der Ofen mit zwei Gießrinnen versehen sein, die auf beiden
Seiten der Kippachse angeordnet sind, die auf die Ebene der Figur senkrecht steht,
und die das Gießen des Stahls und die Beseitigung der Schlacke durch Kippen des
Ofens nach vorne bzw. nach hinten ermöglichen.
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Wie in den Figuren dargestellt, kann auch ein Loch zum Gießen des Stahls
verwendet werden, das durch den Boden der Schüssel 21 hindurchgeht und durch eine
Angußbuchse 22' geschlossen ist, wobei der Ofen auf der gegenüber liegenden
Seite mit einer Reinigungsöffnung 23 versehen ist, die die Beseitigung der
Schlakke ermöglicht.
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In diesem Fall kann die Schüssel 21 von einer im wesentlichen vertikalen Wand
aus feuerfestem Material umgeben sein, wodurch es möglich ist, eine große Menge
geschmolzenen Metalls anzuhäufen, ohne den Durchmesser der Schüssel 21
übermäßig zu vergrößern.
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Wie angeführt, wird der Ofen mit Gleichstrom gespeist und ist vorzugsweise mit
einer einzigen Abbrandelektrode 5, die eine Kathode bildet und sich vertikal in das
Gefäß senken kann, und mit mehreren festen Elektroden 50 verbunden, die eine
Anode bilden und in dem Herd in Schüsselform 21 angeordnet sind. Die
Elektroden 5, 50 sind durch Leiter 54 an die beiden Klemmen, negativ bzw. positiv,
einer Gleichstromquelle angeschlossen.
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Auf bekannte und nicht in den Figuren dargestellte Weise wird die Elektrode 5
gleitend von einem äußeren Stützelement, wie beispielsweise einem Schwenkarm,
getragen, der auch den Versorgungsleiter trägt, und wird vertikal in den Ofen
eingeführt, indem sie durch eine Öffnung 16 hindurchgeht, die in dem Deckel 13
ausgespart ist.
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Wenn die Elektrode 5 zurückgezogen wird, kann die Öffnung 16 dicht von einem
abnehmbaren Verschlußelement 17 verschlossen werden.
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Ferner ist der Deckel 13 mit mindestens einer Öffnung 14 versehen, die durch eine
Rohrleitung 15 verlängert wird, die abnehmbar an einen Kreis zur Beseitigung und
Behandlung der Gase und Rauchgase, die in dem Ofen erzeugt werden,
angeschlossen werden kann.
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Die Elektrode 5 wird fortschreitend im Zuge des Schmelzens des Schrotts 3
abgesenkt, und das geschmolzene Metall bildet ein flüssiges Bad 31, das sich in
der Schüssel 21 sammelt. Aus gut bekannten Gründen ist das Bad 31 von einer
Schicht Schlacke 32 bedeckt.
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Das flüssige Metall kann in der Schüssel 21 bis zu einem Niveau A gespeichert
werden, das sich in dem dargestellten Beispiel etwas unter der Reinigungsöffnung
23 befindet, aufgrund der Dicke der Schlackeschicht 72, die das Bad bedeckt.
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Wenn die Schüssel 21 mit Metall bis zu diesem Niveau gefüllt ist, wird das
flüssige Metall durch die Öffnung 22 gegossen, indem die Buchse 22' geöffnet wird, die
vom Typ mit Schieber sein kann.
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Wie oben erwähnt, hängen die Produktivität der Anlage und insbesondere die
Anzahl von Gießvorgängen, die täglich durchgeführt werden können, von der
Leistung des Ofens und seinen Abmessungen ab, jedoch diese können nicht frei
gewählt werden.
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Die Stahlerzeugung bei jedem Gießvorgang hängt von der Leistung der Schüssel
21, in der das Metall gespeichert wird, und somit vom Profil der Schüssel, von
ihrem Querschnitt S1 und der Höhe h des maximalen Niveaus A über dem tiefsten
Punkt der Schüssel ab. Nun können diese Abmessungen nicht frei gewählt werden,
da sie von den Betriebsbedingungen abhängen.
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Ganz allgemein definiert nämlich der Kunde die gewünschte Gesamtproduktion,
den Bedarf an Flüssigstahl der Anlage, die im Nachlaufbereich des Ofens angeordnet
ist, beispielsweise eine Stranggußanlage, die elektrische Leistung, über die er
verfügt, und die Anzahl von Gießvorgängen, die er an einem Arbeitstag
durchführen möchte.
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Davon wird die Metallmenge abgeleitet, die bei jedem Gießvorgang erzeugt
werden muß, und folglich die Leistung der Schüssel 21, in der das Metall
gespeichert werden soll.
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Jedoch um die Abmessungen der Schüssel auszuwählen, die es ermöglichen, diese
Leistung zu erzielen, sind auch gewisse Parameter zu berücksichtigen.
Beispielsweise ist es allgemein erforderlich, ein gewisses Verhältnis zwischen der Tiefe des
Bades und dem Durchmesser der Schüssel einzuhalten. Insbesondere muß diese
Tiefe ausreichend sein, um das Durchrühren des Metalls und gegebenenfalls das
Einblasen von Gas oder verschiedenen Produkten durch Düsen zu ermöglichen,
beispielsweise um ein Frischen nach dem Schmelzen durchzuführen.
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Andererseits ist das Metallbad normalerweise mit einer Schicht Schlacke bedeckt,
und die Stahlfläche, die mit der Schlacke in Berührung steht, und folglich der
Querschnitt des oberen Teils der Schüssel können nicht übermäßig vergrößert
werden.
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Schließlich wird der Ofen auf einem Träger angeordnet und von zahlreichen
Zusatzgeräten umgeben. Es muß somit sein Platzbedarf so weit wie möglich
begrenzt werden. So werden der Querschnitt S1 der Schüssel, das Profil derselben,
die maximale Tiefe h des Bades und die Gesamthöhe des Bodens 2 bestimmt.
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Wie angeführt, weist die Seitenwand des Gefäßes einen im wesentlichen gleichen
Querschnitt 52 wie der maximale Querschnitt S1 der Schüssel auf, der auf diese
Weise in Abhängigkeit von den verschiedenen matallurgischen und
Betriebserfordernissen definiert wurde.
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Unter Berücksichtigung der Höhe H1 des oberen Randes der Schüssel über ihrem
Boden 24 kann die Höhe H2 der Seitenwand 12 derart bestimmt werden, daß das
Gesamtvolumen an Schrott, das in das Gefäß 1 eingebracht werden kann,
zumindest sechsfach die Flüssigmetalleistung von der Schüssel 21 aufweist.
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Dieses Volumenverhältnis hängt vom Profil der Schüssel 21 ab. In der Praxis
beträgt die Höhe des freien Volumens über dem Bad bis zu dem Niveau des
Deckels 13 zumindest viermal die maximale Höhe des Metalls h in der Schüssel.
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Jedoch kann die freie Länge der Elektrode 5, die in das Innere des Gefäßes von der
Einführöffnung 16 aus eindringt, nicht übermäßig erhöht werden. Damit diese
ausreichend widerstandsfähig bleibt, kann das Verhältnis dieser Länge L zum
Durchmesser d der Elektrode bis zum Zehnfachen betragen.
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Ganz allgemein ermöglicht es die Verwendung einer einzigen Elektrode, die sich
in der Achse des Gefäßes absenkt, indem ein Mittelschacht in der Charge Schrott
hergestellt wird, die Bruchgefahren zu beseitigen, weil die Elektrode relativ
symmetrisch beansprucht wird. In diesem Fall kann das Volumenverhältnis des
Schrotts zu jenem des flüssigen Metalls bis zu zwölf betragen, bleibt jedoch
vorzugsweise zwischen acht und zehn.
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Es ist somit in den Figuren zu sehen, daß sich der erfindungsgemäße Ofen
wesentlich von den herkömmlichen Öfen durch die große Höhe der Seitenwand 12, die
über dem Boden 2 aufragt, und folglich das sehr große Schrottvolumen 3
unterscheidet, das mit einem einmaligen Vorgang in das Gefäß eingebracht wird.
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Andererseits ist nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung der
Ofen mit autonomen Mitteln für die Zufuhr von Wärme, wie beispielsweise einem
Brenner 4, versehen, der in den unteren Teil der Seitenwand 12 etwas über dem
oberen Rand des Bodens 2 mündet.
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Es ist vorteilhaft, mehrere Brenner 4 zu verwenden, die an der Peripherie der Wand
12 verteilt sind.
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Jeder Brenner 4 ist mit Mitteln zur Versorgung mit einem Brennstoff, wie
beispielsweise Gas, Gasöl oder Kohle, und einem Sauerstoffträger, wie beispielsweise
Luft oder Sauerstoff, verbunden, wobei die relativen Durchflußmengen eingestellt
werden können, um das stöchiometrische Verhältnis der Flamme zu kontrollieren.
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Nach Figur 2 können die zusätzlichen Iieizmittel von mindestens einer Rohrleitung
zur Einführung von Heißgasen gebildet werden, die in das Innere des Gefäßes 1
genau über der Verbindungsstelle der Seitenwand 12 mit dem Boden 2 münden,
wobei diese Rohrleitung mit einer Verbrennungskammer verbunden ist, die mit
einem Brenner versehen ist und mit einem brennbaren Gas versorgt wird.
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Ferner ist es besonders vorteilhaft, das Gefäß derart anzuordnen, daß dieses auf im
wesentlichen dichte Weise beim Schmelzen verschlossen ist. Zu diesem Zweck
wird, anstatt wie üblicherweise eine Reinigungsöffnung großer Abmessungen zu
verwenden, die durch eine einfache Türe geschlossen ist, bevorzugt, die Öffnung
auf gerade für die Beseitigung der Schlacke ausreichende Abmessungen zu
verkleinern und sie im wesentlichen dicht zu verschließen. Wie in der
Patentanmeldung WO 92.10594 des Anmelders dieses Patentes angeführt, kann somit leichter
ein Druckgleichgewicht hergestellt werden, das es ermöglicht, Lufteintritte zu
vermeiden, um die Energiebilanz des Ofens zu verbessern.
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Dank aller dieser Vorkehrungen ist es möglich, die Vorerhitzung des Schrotts im
Inneren des Ofens durchzuführen, auch wenn ein getrennter Ofen verwendet wird.
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Wie oben angeführt, erschien es bisher nämlich klug, für die Vorerhitzung die
Wärme der Rauchgase rückzugewinnen, indem diese durch eine Einfassung
geleitet wurden, die neben dem Ofen angeordnet war, oder auch indem zwei Öfen
verwendet wurden, die alternativ zum Vorerhitzen und Schmelzen verwendet
wurden, wobei die Rauchgase von einem Ofen zum anderen rückgewonnen
wurden.
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Dank der Erfindung ist es hingegen möglich, da der Ofen den gesamten für einen
Gießvorgang erforderlichen Schrott enthält und ferner mit Brennern versehen ist,
die Vorerhitzung und das Schmelzen in zwei aufeinander folgenden Etappen
durchzuführen.
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Nach Einbringen der gewünschten Menge Schrott 3 wird nämlich das Gewölbe
durch Verwendung des Deckels 13 verschlossen, die Rohrleitung 15 an den Kreis
zur Beseitigung und Behandlung angeschlossen und der Brenner 4 gespeist.
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In dieser ersten Etappe der Vorerhitzung wird die Elektrode 5 über dem Deckel 13
gehalten, und die Einführöffnung 16 wird durch die Verschlußvorrichtung 17, wie
in Figur 2 angeführt, verschlossen.
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Der Schrott 3, der den Ofen 1 auf einer relativ großen Höhe ausfüllt, wird somit
durch die Brenner 4 und die heißen Rauchgase, die über die Charge aufsteigen, um
durch die Rohrleitung 15 mit den von dem Schrott abgegebenen gasförmigen
Verbindungen auszutreten, erhitzt.
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Es ist anzumerken, daß sich dank der Verwendung eines autonomen Mittels zur
Vorerhitzung im Inneren des Ofens selbst die gasförmigen Verbindungen, oft
toxischer Art, nur in den Rauchgasen verdünnen, die von den Brennern 4 erzeugt
werden, und die von der Rohrleitung 15 abgeleitete Gasmenge wird somit relativ
verringert und kann in speziellen Organen behandelt werden, die an die Art der
toxischen Verbindungen angepaßt sind.
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Wenn der Schrott 3 auf eine ausreichende Temperatur gebracht wurde, wird die
Vorerhitzung angehalten und zu der zweiten Schmelzetappe übergegangen.
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Die Verschlußvorrichtung 17 ist offen, um die Elektrode 5 in das Gefäß absinken
zu lassen. Da die Öffnung 16 einen relativ geringen Querschnitt in bezug zu jenem
des Deckels aufweist, ist die Gasmenge, die zu diesem Zeitpunkt austreten kann,
minimal, umso mehr als die Elektrode 5 sofort in die Öffnung eingeführt wird. Die
Verschmutzungsgefahren sind somit sehr gering, und ferner wird das Abkühlen
vermieden, das notwendigerweise bei den herkömmlichen Anordnungen entsteht,
wenn der vorerhitzte Schrott befördert und in den Ofen aus geschüttet wird.
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Sobald die Abbrandelektrode 5 mit dem Schrott in Berührung steht, wird sie an die
Stromquelle sowie an die feste Elektrode 50 angeschlossen, und der Kontakt
entsteht über den Schrott 3 und eventuell ein Bad von flüssigem Metall 31, das in
dem Boden der Schüssel belassen wurde. Lichtbögen entstehen zwischen der
Elektrode und dem Schrott, der sie umgibt und der nach und nach schmilzt, indem
er einen Schacht bildet, der das fortschreitende Absinken der Elektrode 5
ermöglicht, wie in Figur 1 dargestellt ist.
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Die Charge Schrott 3 umfaßt somit einen Mittelteil 33 in unmittelbarer Nähe der
Elektrode 5, wo der Schrott auf eine sehr hohe Temperatur durch die Lichtbögen
gebracht wird, und einen ringförmigen Teil 34, der sich entlang der Seitenwand 12
erstreckt. Die in dem Mittelteil 33 erzeugte Wärme wird durch Weiterleitung und
Strahlung auf den ringförmigen Teil 34 übertragen, der auch durch Konvektion
dank der Zirkulation der Rauchgase, die durch die Rohrleitung 15 austreten, erhitzt
wird.
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Ferner ist es möglich und vorteilhaft, die Brenner 4 in Betrieb zu nehmen, um die
Temperatur der Gase, die in dem ringförmigen Teil 34 aufsteigen, weiter zu
erhöhen.
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Aufgrund der besonders großen Höhe der Charge Schrott wird der größte Teil
desselben auf diese Weise beim Absinken der Elektrode 5 erhitzt, es entsteht eine
weitere Erhöhung der Temperatur des Schrotts, der sich über dem Bad befindet
und in dieses im Zuge des Schmelzens absinkt.
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Dieser Vorgang kann mit dem verglichen werden, der in den Öfen mit seitlicher
Speicherkammer, wie vorher beschrieben, eingesetzt wird, jedoch bei der
Erfindung entsteht er auf der gesamten Charge, die für einen Gießvorgang erforderlich
ist und die mit einem Mal in den Ofen eingebracht wird.
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Das gesamte Schmelzen erfolgt somit unter besonders wirtschaftlichen
Bedingungen.
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Dank dieser Vorkehrungen kann überdies, um Zeit zu gewinnen, vorgesehen
werden, die Etappe der Vorerhitzung wegzulassen, indem die Elektrode 5 in die
kalte Charge beim Schließen des Ofens abgesenkt wird. In diesem Fall wird die
elektrische Leistung nämlich für das Schmelzen des Mittelteils 33 verwendet, der
die Elektrode 5 umgibt, und die Vorerhitzung des Seitenteils 34, der das
Wesentliche der Charge ausmacht, erfolgt durch die Brenner und die Rauchgase aus dem
Schmelzen, die durch die Rohrleitung 15 austreten.
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Die Erfindung kann für andere Typen von Elektroöfen und insbesondere für einen
bestehenden Ofen angewandt werden, dessen Seitenteil einfach durch den Einsatz
der erforderlichen Mittel verändert werden könnte.
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Andererseits könnten andere autonome Mittel für die Wärmezufuhr zur
Vorerhitzung, beispielsweise elektrische Widerstandsheizmittel, verwendet werden.