TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Vorheizen von Schrott- oder Roheisen in Form
eines kalten Blocks (im folgenden als Schrottmaterial
bezeichnet) und zum kontinuierlichen Zuführen desgleichen
in einen Schmelzofen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Zum Schmelzen des Schrottmaterials sind
Elektroschmelzöfen, z.B. Gleichstrom- oder Wechselstrom-Lichtbogenöfen
oder elektrodenlose Schmelzöfen verwendet worden, bei
denen das Schrottmaterial einem Ofenmantel zugeführt
wird, der vorher mit geschmolzenem Stahl versehen worden
ist, und Sauerstoff 02 und Brennstoff, z.B. Öl oder
Kohle, dem Ofenmantel zugeführt werden, um den Brennstoff
zu verbrennen, wodurch das Schrottmaterial erhitzt und
geschmolzen wird.
-
Herkömmlicherweise wird ein Ofendach geöffnet, wenn
Schrottmaterial einem Schmelzofen des obenbeschriebenen
Typs zugeführt werden soll.
-
Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen herkömmlichen
Schmelzofen in Form eines Gleichstrom-Lichtbogenofens,
mit einem Ofenmantel 2, der an seiner Unterseite eine
Bodenelektrode 1 (Anode) enthält, einem Ofendach 3, das
wahlweise eine obere Öffnung des Ofenmantels 2 öffnet und
schließt, einer oberen Elektrode 4 (Katode), die sich
vertikal durch das Dach 3 und koaxial zu diesem
erstreckt, einem am Dach 3 befestigten Abgasrohr 5, einer
Dachöffnungs- und -schließvorrichtung 6, die das Dach 3
für dessen Vertikal- und Drehbewegungen lagert, und einer
Elektrodenhebe- und -senkvorrichtung 6 zur vertikalen
Bewegung der oberen Elektrode 4. Der Ofenmantel 2 wird
mittels einer gekrümmten Schwinge 9 kippbar von einem
unteren Traggerüst 8 getragen. Wenn der Ofenmantel 2 in
die Richtung senkrecht zur Zeichenebene gekippt wird,
wird geschmolzener Stahl 10 im Ofenmantel 2 durch einen
Abfluß (nicht gezeigt) in eine Pfanne 12 auf einem
Transportmittel 11 gegossen.
-
Eine Materialvorheizvorrichtung (nicht gezeigt), die
getrennt vom Ofenmantel 2 installiert ist, nimmt heiße
Abgase aus dem Mantel 2 durch das Abgasrohr 5 auf, um das
Schrottmaterial vorzuheizen, wobei das Abgasrohr 5 in der
Mitte mit einer Verbrennungszylindereinrichtung (nicht
gezeigt) zur vollständigen Verbrennung von unverbranntem
CO-Gas versehen ist. Das Schrottmaterial 13, das von der
Materialvorheizvorrichtung vorgeheizt worden ist, wird
bei geöffnetem Dach 3 an der Oberseite des Ofenmantels 2
mittels eines Eimers oder dergleichen zugeführt.
-
Genauer hebt die Dachöffnungs- und -schließvorrichtung 6
bei einem Schmelzvorgang des Schrottmaterials 13 das Dach
3 ab und schwenkt es nach außen, um die Oberseite des
Ofenmantels 2 zu öffnen. Mit Hilfe eines Eimer s oder
dergleichen wird das von der Vorheizvorrichtung
vorgeheizte Schrottmaterial 13 in den Ofenmantel 2 eingeführt.
Dann wird die Oberseite des Ofenmantels 2 mit dem Dach 3
verschlossen, woraufhin die Gase im Ofenmantel 2 vom
Abgasrohr 5 abgesaugt werden. Die obere Elektrode 4 wird
schrittweise auf eine vorbestimmte Position abgesenkt,
woraufhin die Elektroden 1 und 4 unter Spannung gesetzt
werden, um den Lichtbogen zum Schmelzen des zugeführten
Schrottmaterials zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.
-
In diesem Fall ist das wesentliche Gewicht des
Schrottmaterials 13 im Vergleich zu seinem Volumen klein, so daß
eine vorbestimmte oder gewünschte Menge an geschmolzenem
Metall nicht durch nur eine einzige Beschickung erhalten
werden kann. Deshalb werden die Elektroden 1 und 4 nach
der Vollendung einer Beschickung abgeschaltet und das
Ofendach 3 wird geöffnet. Neues Schrottmaterial wird in
den Ofenmantel 2 eingeführt und der Schmelzvorgang wird
in der obenbeschriebenen Weise wiederholt. Dann wird der
Ofenmantel 2 gekippt, um das geschmolzene Metall 10 durch
den Abfluß in die Pfanne 12 zu gießen.
-
Im Schmelzofen des obenbeschriebenen Typs muß das
Ofendach 3 jedesmal, wenn das Schrottmaterial in den
Ofenmantel 2 eingeführt wird, geöffnet werden. Ein derartiges
Öffnen des Dachs 3 verursacht verschiedene ungünstige
Probleme. Heiße Abgase verbreiten sich außerhalb des
Ofens und eine beträchtlich große Wärmemenge wird in die
umgebende Atmosphäre verteilt, was zu einem großen
Wärmeverlust führt; eine beträchtlich große Menge an Staub
wird verbreitet; das Zuführen des Schrottmaterials
verursacht Lärm; beim Zuführen von zusätzlichem
Schrottmaterial 13 muß die Stromquelle abgeschaltet werden, um den
Schmelzvorgang anzuhalten; und wegen der verlorenen
Lichtbogenzeit fällt die Temperatur des geschmolzenen
Metalls 10, so daß der Schmelzwirkungsgrad wesentlich
verringert wird.
-
Um die obengenannten Probleme im Schmelzofen zu lösen,
ist ein Schmelzofen nach Fig. 2, hier beispielhaft in
Form eines Gleichstrom-Lichtbogenofens, mit einer
Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung 15
vorgeschlagen worden. Um das Zuführen des
Schrottmaterials 13 zu ermöglichen, ist der Ofenmantel 2 an seiner
Seite mit einer Materialbeschickungsöffnung 14 versehen.
Die Öffnung 14 ist mit der Schrottmaterialvorheiz- und
-beschickungsvorrichtung 15 verbunden, welche sich
seitlich zum Ofenmantel 2 erstreckt. Die Vorrichtung 15 ist
mit einem Materialvorheizabschnitt 17 versehen, der an
einer sich seitlich erstreckenden Unterseite der
Vorrichtung 15 eine Materialausgabevorrichtung 16 mit
Gleitfläche sowie ein Abgasrohr 19 enthält, das mit einem oberen
Abschnitt einer Erweiterung des Vorheizabschnitts 17 und
ferner mit einer Abgasvorrichtung 18 verbunden ist, die
einen Wärmetauscher, einen Staubkollektor und ein
Sauggebläse usw. aufweist. Der Vorheizabschnitt 17 ist mit
einer Brenneinrichtung 20 versehen, um das
Schrottmaterial 13, das von den heißen Abgasen 24 vorgeheizt und von
der Materialausgabevorrichtung 16 befördert worden ist,
weiter aufzuheizen.
-
Ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen
Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung ist eine
röstofenförmige Rorations-Schrottmaterialvorheiz- und
-beschickungsvorrichtung 22, wie sie in Fig. 3 dargestellt
ist, bei der ein rotatorisch angetriebener
Vorheizzylinder 21 an seinem unteren Ende an einer
Materialbeschickungsöffnung 14 im Ofendach 3 unter einem
vorbestimmten Neigungswinkel angebracht ist. In diesem Fall
wird das Schrottmaterial 13 einer Öffnung am oberen Ende
(das rechte Ende in der Figur) des Rotationszylinders 21
zugeführt und mittels der Rotation und der Neigung des
Zylinders 21 in Richtung der Öffnung 14 gefördert. Dieses
Beispiel ist außerdem mit einer über der Öffnung 14
angebrachten Brenneinrichtung 23 zum Heizen des
Schrottmaterials versehen.
-
Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen,
elektrodenlosen Schmelzofens. Geschmolzener Stahl wird
vorbereitend in den Ofenmantel 25 eingeführt und Sauerstoff O&sub2;
und Brennstoff, z.B. Öl oder Kohle, werden dem Ofen
zugeführt, so daß das Schrottmaterial durch die
Verbren
nung des Brennstoffs aufgeheizt und geschmolzen wird. Der
Ofenmantel 25 wird an seiner Oberseite geöffnet, um das
Entweichen heißer Abgase 24 aus dem Mantel 25 zu
ermöglichen. Bei diesem Beispiel umfaßt eine vertikale
Materialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung 32 einen
Materialvorheizabschnitt 29 mit mehreren Gleitsperren 26, 27 und
28, die paarweise angeordnete Sperrabschnitte besitzen,
die aufeinander zu und voneinander weg geschoben werden
können, um den Durchgang für die Abgase 24 in der
Vorrichtung 32 wahlweise zu schließen und zu öffnen. Die
Vorrichtung 32 umfaßt ferner ein Abgasrohr 30, das sich
über dem Materialvorheizabschnitt 29 öffnet, sowie eine
Verschlußklappe 31 an ihrem oberen Ende, um die
Vorrichtung zum Zuführen des Schrottmaterials 13 in die
Vorrichtung wahlweise zu schließen und zu öffnen.
-
Bei der obenbeschriebenen, in den Fig. 2 oder 3 gezeigten
Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung 15
oder 22, bei der sich der Materialvorheizabschnitt oder
-zylinder 17 bzw. 21 seitlich zum Ofenmantel 2 erstreckt,
sind die heißen Abgase 24 innerhalb des
Materialvorheizabschnitts oder -zylinders 17 bzw. 21 im wesentlichen
mit der oberen Oberfläche des auf einer Unterlage
aufliegend geförderten Schrottmaterials 13 in Berührung,
wodurch ein äußerst geringer Wärmeübertragungswirkungsgrad
zwischen den Abgasen 24 und dem Schrottmaterial 13
erhalten wird. Um dem entgegenzuwirken, wird die
Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung 15 bzw. 22
verlängert und sind die Verbrennungseinrichtungen 20 bzw.
23 erforderlich.
-
In der vertikalen Materialvorheiz- und
-beschickungsvorrichtung 32, die in Fig. 4 gezeigt ist, sind die
Gleitsperren 26, 27 und 28 und besonders die unterste
Gleitsperre 26 direkt den heißen Gasen 24 (ca. 1500ºC)
aus dem Ofenmantel 25 ausgesetzt, wobei die Gleitsperren
26, 27 und 28 das schwere Schrottmaterial 13 tragen
müssen, so daß die Gleitsperren derart ausgelegt und
konstruiert sein müssen, daß sie zufriedenstellend unter
schweren Bedingungen arbeiten können. Folglich war es
schwierig, derartige Materialvorheiz- und
-beschickungsvorrichtungen, besonders hinsichtlich Wirtschaftlichkeit
und in Hinblick auf Instandhaltung und Reparatur, zu
verwenden.
-
Die vorliegende Erfindung dient der Überwindung der
obengenannten und weiterer Probleme, die im Stand der
Technik auftreten, und hat die Aufgabe, eine
Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung
bereitzustellen, die ermöglicht, Schrottmaterial unter Verwendung der
heißen Abgase aus dem Ofenmantel bei einem höheren
Übertragungswirkungsgrad aufzuheizen, bewegte Teile nicht
direkt den heißen, Abgasen aus dem Ofenmantel auszusetzen,
um dadurch die Festigkeit der Vorrichtung zu erhöhen, und
das vorgeheizte Schrottmaterial im wesentlichen
kontinuierlich dem Ofenmantel zuzuführen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Schrottmaterial
durch einen Verschlußabschnitt einem
Wärmetauscherabschnitt zugeführt, in dem es sehr wirksam bei einem
höheren Wärmeübertragungswirkungsgrad durch heiße Abgase,
die vom Ofenmantel durch einen Durchlaßabschnitt aufwärts
in den Wärmetauscherabschnitt strömen, vorgeheizt wird.
Das Schrottmaterial, das im Wärmetauscherabschnitt
vorgeheizt worden ist, wird im Durchlaßabschnitt durch
Betätigung einer Materialausgabevorrichtung bewegt und im
wesentlichen kontinuierlich durch einen
Materialbeschickungseinlaß an einem Ende des Durchlaßabschnitts dem
Ofenmantel zugeführt.
-
Kraft des Durchlaßabschnitts der Schrottmaterialvorheiz-
und -beschickungsvorrichtung wirken die heißen Abgase
nicht direkt und schädlich auf bewegliche Teile, z.B.
auf die Materialausgabevorrichtung. Die
Ausgabevorrichtung dient nur der Förderung des Schrottmaterials und
trägt nicht das Gewicht des Schrottmaterials, was sehr
vorteilhaft hinsichtlich thermischer Wirkung und
Festigkeit ist. Dieser Sachverhalt bringt weiterhin eine
Vereinfachung des Aufbaus und kompakte Abmessungen der
Vorrichtung mit sich.
-
Der Neigungswinkel des Durchlaßabschnitts kann zwischen 3
und 25 Grad betragen. Die Höhe der
Ausschnitt-Ausstoßeinrichtung darf höchstens die Hälfte derjenigen des
Durchlaßabschnitts betragen, während der Hub der
Ausstoßeinrichtung größer als die Breite des
Wärmetauscherabschnitts in Richtung der Bewegung der Ausstoßeinrichtung
ist. Dann kann das Schrottmaterial zwangsweise dem
Materialbeschickungseinlaß mit einer kleinen Ausstoßkraft
zugeführt werden.
-
Ein oberer Abschnitt des Wärmetauscherabschnitts kann
sich seitlich und nach oben erstrecken, um einen weiteren
Durchlaßabschnitt zu definieren, der mit einem weiteren
Wärmetauscherabschnitt verbunden ist, der über dem
zusätzlichen Durchlaßabschnitt angeordnet ist. Jeder der
Wärmetauscherabschnitte kann eine geringere Kapazität
aufweisen, um die Verdichtung von Schrottmaterial zu
verhindern, damit der Ausschnitt aus dem Schrottmaterial
auf eine zuverlässigere Weise erhalten und der
Wärmeübertragungswirkungsgrad zwischen dem Schrottmaterial und den
Abgasen verbessert wird.
-
Das vom Durchlaßabschnitt gefallene Schrottmaterial kann
zunächst von einem Materialaufnahmegerüst empfangen
werden, so daß der Block aus Schrottmaterial gebrochen
wird. Das gebrochene Schrottmaterial wird dann auf dem
Aufnahmegerüst durch eine Ausstoßvorrichtung in die
Materialbeschickungsöffnung gefördert. Aufgrund einer
Führung, die über dem Aufnahmegerüst angeordnet ist, wird
ein darüberliegender Teil des beförderten
Schrottmaterials abgetrennt und das Schrottmaterial überragt nicht die
Führung. Folglich wird das Schrottmaterial dem Ofenmantel
nach und nach in kleinen Mengen zugeführt, was dazu
beiträgt, das Aufflammen zu verringern und das Spritzen
von geschmolzenem Metall zu minimieren.
-
Die Führung kann so gelagert sein, daß ihre Position
vertikal gesteuert werden kann, um den Abstand der
Führung vom Materialaufnahmegerüst einzustellen, was dazu
beiträgt, das Ausschneiden des Schrottmaterials durch die
Material-Ausschnitteinrichtung zu stabilisieren. Die
Führung in Form von rotierenden Walzen verhindert, daß
das Schrottmaterial von der Führung eingefangen wird, so
daß das Schrottmaterial auf eine stabile Weise
ausgeschnitten wird.
-
Das Materialaufnahmegerüst kann zum quantitativen
Ausschneiden von Schrottmaterial mittels der
Material-Ausschnitteinrichtung von einer Wiegeeinrichtung getragen
werden, so daß die dem Ofenmantel zugeführte Menge an
Schrottmaterial genau gemessen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht
eines herkömmlichen Gleichstrom-Lichtbogenofens;
-
Fig. 2 ist eine geschnittene Seitenansicht einer
herkömmlichen Schrottmaterialvorheiz- und
-beschickungsvorrichtung;
-
Fig. 3 ist eine geschnittene Seitenansicht einer
rotierenden, röstofenförmigen Schrottvorheiz- und
-beschickungsvorrichtung;
-
Fig. 4 ist eine geschnittene Seitenansicht einer
herkömmlichen vertikalen Materialvorheiz- und
-beschickungsvorrichtung;
-
Fig. 5 ist eine teilweise geschnittene, perspektivische
Ansicht einer Ausführung eines ersten Aspekts der
Erfindung;
-
Fig. 6 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer Ausführung eines zweiten Aspekts der Erfindung;
-
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Neigungswinkel des Durchlaßabschnitts und der
Ausstoßkraft der Antriebseinrichtung in Fig. 6 zeigt;
-
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Höhenverhältnis zwischen Ausschnitt-Ausstoßeinrichtung
und Durchlaßabschnitt und der Ausstoßkraft der
Antriebseinrichtung in Fig. 6 zeigt;
-
Fig. 9 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer Ausführung eines dritten Aspekts der Erfindung;
-
Fig. 10 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer weiteren Ausführung des Aspekts der Erfindung, der
in Fig. 9 gezeigt ist;
-
Fig. 11 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer Ausführung eines vierten Aspekts der Erfindung;
-
Fig. 12 zeigt eine Vorderansicht von Ausführungen des
fünften und sechsten Aspekts der Erfindung;
-
Fig. 13 ist eine Ansicht mit Blick in die Richtung, die
in Fig. 12 durch die Pfeile XIII angegeben ist;
-
Fig. 14 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines siebten
Aspekts der Erfindung, die eine Einzelheit zeigt, das in
Fig. 11 durch XIV gekennzeichnet ist;
-
Fig. 15 ist eine geschnittene Seitenansicht eines
Beispiels einer Aufstauschutzeinrichtung;
-
Fig. 16 ist eine Schnittansicht längs der Linie XVI-XVI
in Fig. 15;
-
Fig. 17 ist eine geschnittene Seitenansicht eines
weiteren Beispiels einer Aufstauschutzeinrichtung und
-
Fig. 18 ist eine geschnittene Seitenansicht eines
nochmals weiteren Beispiels einer Aufstauschutzeinrichtung.
GÜNSTIGSTE AUSFÜHRUNGEN DER ERFINDUNG
-
Die Ausführungen der Erfindung werden anhand der
beigefügten Zeichnung erklärt.
-
Fig. 5 zeigt eine Ausführung eines ersten Aspekts der
Erfindung, die in einem Gleichstrom-Lichtbogenofen
verwendet wird. Ein Ofenmantel 2 besitzt an seiner
Unterseite eine Bodenelektrode 1 und ist an seiner oberen
Öffnung mit einem Ofendach 3 verschlossen. Eine
Materialbeschickungsöffnung 33 ist im Ofendach 3 im wesentlichen
koaxial zu diesem ausgebildet. Zwei obere Elektroden 34
und 35 erstrecken sich vertikal durch das Dach 3 und sind
diametral zueinander angeordnet. Eine
Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung 36 ist oberhalb der
Öffnung 33 angeordnet.
-
Die Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung
36 besitzt einen Durchlaßabschnitt 38, der an seinem
einen Ende einen mit der Beschickungsöffnung 33
verbundenen Schrottmaterial-Beschickungseinlaß 37 aufweist, und
sich schräg seitlich und nach oben erstreckt. Das andere
Ende des Durchlaßabschnitts 38 ist mit einem
Schichtbündel-Wärmetauscherabschnitt 39 verbunden, der sich nach
oben erstreckt. Das obere Ende des
Wärmetauscherabschnitts 39 ist mit einem Verschlußabschnitt 42
verbunden, der obere und untere Schieber 41 und 40 umfaßt, die
jeweils horizontal verschiebbare Schieberelemente
aufweisen, um wahlweise eine obere Öffnung des
Wärmetauscherabschnitts 39 zu öffnen und zu schließen. Das obere Ende
des Verschlußabschnitts 42 ist mit einer
Materialzufuhreinrichtung 43, beispielsweise einem Förderband,
verbunden, um dem Verschlußabschnitt 42 Schrottmaterial 13
zuzuführen.
-
Das andere Ende des Durchlaßabschnitts 38 ist mit einer
Materialausgabevorrichtung 46 versehen, die Ausschnitt-
Ausstoßeinrichtungen 45 besitzt, die von
Antriebseinrichtungen 44, z.B. außerhalb installierte Zylinder,
angetrieben werden, so daß die Ausstoßeinrichtungen 45 an der
Unterseite des Durchlaßabschnitts 38 in dessen
Längsrichtung hin und her bewegt werden.
-
Die Aufstauschutzeinrichtung 49 ist im
Wärmetauscherabschnitt 39 unmittelbar über der
Materialausgabevorrichtung 46 angebracht und umfaßt ein Paar sich horizontal
erstreckender Walzen 47, die jeweils an einer
ausgerundeten Stelle angeordnet sind, die durch Ausbauchen eines
Teils der Seitenwand des Wärmetauscherabschnitts 39
erhalten wird, und Motoren 48, die die Walzen 47
rotatorisch antreiben, so daß sich das Schrottmaterial 13 nicht
aufstauen kann und zwangsweise der
Materialausgabevor
richtung 46 zugeführt wird. Über der
Aufstauschutzvorrichtung 49 ist ein Aufstaudetektor 52 angebracht, der
eine Lichtquelle 50 und einen Lichtsensor 51 umfaßt, so
daß jedes Aufstauen von Schrottmaterial 13 automatisch
erfaßt wird. Es ist anzumerken, daß anstelle der
optischen Aufstauerfassung, welche die obengenannte
Lichtquelle und den Sensor 50 und 51 verwendet, eine
magnetische oder elektrische Erfassung unter Verwendung von
Magnetelementen, Lastsensoren oder dergleichen
durchgeführt werden kann.
-
Ein Teil des Wärmetauscherabschnitts 39, der sich genau
unterhalb des Verschlußabschnitts 42 befindet, ist mit
einem Abgasrohr 53 verbunden, das wiederum an ein
Abgassystem 58 angeschlossen ist, das eine Brennvorrichtung 54
zum Verbrennen nicht entflammbarer Gase, die sich aus dem
Schrottmaterial 13 in die Abgase 24 verflüchtigt haben,
einen Wärmetauscher 55 zur Wiedergewinnung von Wärme aus
den Abgasen, einen Staubkollektor 56 und ein Sauggebläse
52 umfaßt.
-
In der Ausführung in Fig. 5 sind die Schieber 40 und 41
normalerweise geschlossen. Das Schrottmaterial 13 fällt
von der Zufuhreinrichtung 43 auf den oberen Schieber 41.
Dann wird der obere Schieber 41 geöffnet, um das darauf
liegende Schrottmaterial 13 auf den unteren Schieber 40
fallen zu lassen, und der obere Schieber wird
geschlossen. Nachdem das gesamte Schrottmaterial 13 auf den
unteren Schieber 40 gefallen ist, wird der untere
Schieber 40 geöffnet, um das Schrottmaterial 13 dem
Schichtbündel-Wärmetauscherabschnitt 39 zuzuführen. Dies
verhindert im wesentlichen ein Entweichen von heißen Abgasen 24
durch den Verschlußabschnitt 42 nach außen sowie ein
Eindringen der umgebenden Atmosphäre.
-
Das dem Wärmetauscherabschnitt 39 zugeführte
Schrottmaterial 13 wird teils zum Durchlaßabschnitt 38 gefördert,
teils im Wärmetauscherabschnitt 39 gesammelt, wobei es
von den heißen Abgasen 24, die vom Ofenmantel 2 durch das
Schrottmaterial 13 im Durchlaßabschnitt 38 in den
Wärmetauscherabschnitt 39 strömen, wirksam aufgeheizt wird, da
der Wärmetauscherabschnitt 39 vom Schichtbündeltyp ist
und einen höheren Wärmeübertragungswirkungsgrad besitzt.
-
Das im Wärmetauscherabschnitt 39 vorgeheizte
Schrottmaterial 13 fällt kraft der Aufstauschutzvorrichtung 49 ohne
Aufstauen in die Materialausgabevorrichtung 46 und wird
von der Vorrichtung 46 durch den Durchlaßabschnitt 38
gefördert, woraufhin es dem Ofenmantel 2 durch den
Beschickungseinlaß 37 im wesentlichen kontinuierlich
zugeführt wird. In diesem Fall kann die dem Ofenmantel 2 bei
jeder Hin- und Herbewegung der Zufuhrvorrichtung 46
zugeführte Menge an Schrottmaterial durch Steuern der
Antriebsgeschwindigkeit oder des Hubtakts der
Antriebseinrichtungen 44, die beispielsweise Zylinder
umfaßt, frei angepaßt werden.
-
Die Abgase 24, die aufwärts durch den
Wärmetauscherabschnitt 39 geströmt sind und im Wärmetauscherabschnitt 39
an das Schrottmaterial 13 Wärme übertragen haben, werden
durch das Abgasrohr 53 in das Abgassystem 58 gesaugt, wo
sie auf geeignete Weise verarbeitet und behandelt werden.
-
Da sich der Durchlaßabschnitt 38 der
Schrottmaterialvorheiz- und -beschickungsvorrichtung 36, wie oben erwähnt,
vom Einlaß 37 seitlich erstreckt, wird das
Schrottmaterial 13 auch im Durchlaßabschnitt 38 gesammelt, wodurch
verhindert wird, daß bewegliche Teile, z.B. die
Materialausgabevorrichtung 46, den heißen Abgasen 24 direkt
ausgesetzt sind. Die Tatsache, daß die Ausgabevorrichtung
46 ausschließlich der Förderung des Schrottmaterials 13
dient und nicht das Gewicht des Schrottmaterials 13
trägt, ist hinsichtlich thermischer Wirkung und
Festigkeit wesentlich vorteilhafter und bewirkt eine
Vereinfachung des Aufbaus der Vorrichtung, eine Erleichterung der
Instandhaltung und kompakte Abmessungen der gesamten
Vorrichtung.
-
Fig. 6 zeigt eine Ausführung eines zweiten Aspekts der
Erfindung, deren Durchlaßabschnitt 38 einen
Neigungswinkel α zwischen 3 und 25 Grad aufweist. Die Ausschnitt-
Ausstoßeinrichtungen 45, die die
Materialausgabevorrichtung 46 bilden und von den Antriebseinrichtungen 44,
beispielsweise Zylinder, angetrieben werden, besitzen die
Höhe H&sub1;, die höchstens die Hälfte der Höhe H&sub2; des
Durchlaßabschnitts 38 beträgt, und haben einen Hub L, der
größer als die Breite D des Wärmetauscherabschnitts 39 in
Richtung der Bewegung der Ausstoßeinrichtung 45 ist. In
dieser Ausführung besitzt der Verschlußabschnitt 42
drehbare Platten 42a und an seinem oberen Ende ein
schwenkbares Dach 42b.
-
Fig. 7 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der
Beziehung zwischen dem Neigungswinkel α des Durchlaßabschnitts
38 und einer minimalen erforderlichen Ausstoßkraft zur
Förderung einer vorbestimmten Menge an Schrottmaterial 13
in den Ofenmantel 2 durch die Antriebseinrichtungen 44
der Ausgabevorrichtung 46. Angenommen, die erforderliche
Ausstoßkraft bei einem Neigungswinkel α von 9 Grad ist 1,
dann ist zu sehen, daß sich die Ausstoßkraft verdoppelt,
wenn der Winkel α 3 Grad beträgt, und null wird, wenn α
25 Grad beträgt. Wenn der Winkel α kleiner als 3 Grad
ist, ist die erforderliche Ausstoßkraft zu groß, während,
falls der Winkel α 25 Grad übersteigt, das Problem
auftritt, daß das Schrottmaterial 13 von selbst fällt. In
Anbetracht dessen ist der Neigungswinkel α des
Durchlaßabschnitts 38 zwischen 3 und 25 Grad eingestellt.
-
Fig. 8 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der
Beziehung zwischen dem Höhenverhältnis H&sub1;/H&sub2; und der
Schrottmaterial-Ausstoßkraft der Antriebseinrichtungen 44. Es
ist zu sehen, daß bei einem Höhenverhältnis kleiner als
1/5 die Stärke der Ausstoßeinrichtungen 45 nicht derart
erhöht werden kann, daß die
Ausschnitt-Ausstoßeinrichtungen 45 brechen; dies ist eine Begrenzung hinsichtlich der
Stärke der Ausstoßeinrichtungen 45. Wenn das
Höhenverhältnis 1/2 überschreitet, wird die Ausstoßkraft enorm
erhöht. In Anbetracht dessen ist das Höhenverhältnis
H&sub1;/H&sub2; zwischen 1/5 und 1/2 gewählt.
-
Anschließend wurde der Einfluß des Hubes L der
Ausstoßeinrichtungen 45 untersucht. Wenn der Hub der
Ausstoßeinrichtungen 45 größer als die Breite D des
Wärmetauscherabschnitts 39 in Richtung der Bewegung der
Ausstoßeinrichtungen 45 ist (L > D), ist die Ausstoßkraft
der Antriebseinrichtungen 44 beachtlich erniedrigt. Ist
andererseits L < D, ist die Ausstoßkraft beträchtlich
erhöht. In Anbetracht dessen ist der Hub L der
Ausstoßeinrichtungen 45 größer als die Breite D des
Wärmetauscherabschnitts 39 gewählt.
-
In der Ausführung nach Fig. 6 beträgt der Neigungswinkel
α des Durchlaßabschnitts 38 zwischen 3 und 25 Grad; das
Verhältnis der Höhe H&sub1; der Ausstoßeinrichtungen 45 der
Ausgabevorrichtung 46 zur Höhe H&sub2; des Durchlaßabschnitts
38 beträgt höchstens 1/2; und der Hub L der
Ausstoßeinrichtungen 45 ist größer als die Breite D des
Wärmetauscherabschnitts 39 in der Richtung der Bewegung der
Ausstoßeinrichtungen 45. Folglich kann das
Schrottmaterial 13 der Beschickungsöffnung 33 mit einer relativ
geringen Ausstoßkraft der Ausstoßeinrichtungen 45
zwangsweise zugeführt werden.
-
Fig. 9 zeigt eine Ausführung eines dritten Aspekts der
Erfindung, in der sich ein oberer Teil des Schichtbündel-
Wärmetauscherabschnitts 39 schräg seitlich und nach oben
erstreckt, um einen weiteren Durchlaßabschnitt 38a zu
bilden, der an seinem oberen Ende mit einem weiteren
Schichtbündel-Wärmetauscherabschnitt 39a verbunden ist.
Somit besitzt die Schrottmaterialvorheiz- und
-beschickungsvorrichtung mehrere Wärmetauscherabschnitte 39 und
39a, die an den Durchlaßabschnitten 38 und 38a jeweils
mit Materialausgabevorrichtungen 46 und 46a versehen
sind.
-
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführung des in Fig. 9
gezeigten Aspekts der Erfindung, die im wesentlichen
Fig. 9 gleicht, mit der Ausnahme, daß sich die
Durchlaßabschnitte 38 und 38a in entgegengesetzte Richtung
erstrecken, im Gegensatz zur gleichen Richtung in Fig. 9.
-
In den Ausführungen in den Fig. 9 und 10, bei denen sich
jeweils der obere Teil des Wärmetauscherabschnitts 39
schräg seitlich und nach oben erstreckt, um den weiteren
Durchlaßabschnitt 38a zu definieren, der an seinem oberen
Ende mit dem weiteren Wärmetauscherabschnitt 39a
verbunden ist, wodurch mehrere Wärmetauscherabschnitte 39 und
39a bereitstehen, kann jeder Wärmetauscherabschnitt 39
und 39a eine kleinere Kapazität aufweisen, um eine
Verdichtung des Schrottmaterials 13 zu vermeiden, so daß die
relativ kleinen Ausstoßeinrichtungen das Schrottmaterial
13 auf eine zuverlässigere Weise ausschneiden und der
Wärmeübertragungswirkungsgrad zwischen Schrottmaterial 13
und Abgasen verbessert werden kann.
-
Fig. 11 zeigt eine Ausführung eines vierten Aspekts der
Erfindung, in der sich zwischen dem Durchlaßabschnitt 38
und der Beschickungsöffnung 33 eine
Materialvorschubvorrichtung 71 befindet.
-
Die Materialvorschubvorrichtung 71 ist mit einem
Materialaufnahmegerüst 73 (siehe Fig. 14) versehen, das in
einem Ausschnittschacht 72 zwischen einem unteren Ende
des Durchlaßabschnitts 38 und der
Materialbeschickungsöffnung 33 angeordnet ist. Das Aufnahmegerüst 73 empfängt
das Schrottmaterial 13, das kraft der
Materialausgabevorrichtung 46 vom Durchlaßabschnitt 38 rutscht und fällt.
Die Materialvorschubvorrichtung 71 ist ferner mit einer
Ausstoßvorrichtung 74 versehen, die unterhalb des
Durchlaßabschnitts 38 angeordnet ist und das Schrottmaterial
13 in die Materialbeschickungsöffnung 33 schiebt und
fallen läßt. Die Ausstoßvorrichtung 74 umfaßt
Antriebseinrichtungen 75, beispielsweise Zylinder, die an
der Außenseite angebracht sind, sowie.
Ausschnitt-Ausstoßeinrichtungen 76, die von den Antriebseinrichtungen
75 so angetrieben werden, daß sich die
Ausstoßeinrichtungen 76 in Längsrichtung des Durchlaßabschnitts 38 hin und
her bewegen. Das Aufnahmegerüst 73 besitzt eine kleinere
Fläche, die ungefähr die Hälfte derjenigen des
Durchlaßabschnitts 38 beträgt, während die Ausstoßvorrichtung 74
einen kleineren Hub besitzt, der ebenfalls ungefähr die
Hälfte desjenigen der Ausgabevorrichtung 46 beträgt.
-
Eine stangenähnliche Materialführung 77 ist parallel zum
Materialaufnahmegerüst 73 angeordnet und erstreckt sich
durch den Schacht 72. Die Führung 77 befindet sich über
dem Gerüst 73 und ist von diesem um S beabstandet. Die
Führung 77 kann verschiedenartige Querschnitte aufweisen,
wie z.B. diejenigen einer Walze, eines Rohrs, einer
Platte und eines Polygons; vorzugsweise besitzt die
Führung 77 einen walzen- oder rohrähnlichen Querschnitt,
um zu verhindern, daß sich Schrottmaterial 13 in der
Führung 77 verfängt.
-
Die Fig. 12 und 13 zeigen Ausführungen des' fünften und
sechsten Aspekts der Erfindung, bei denen die
Schrottmaterialführung 77 die Form einer rotierenden Walze 38
aufweist, die sich durch den Schacht 72 erstreckt und
drehbar von Lagern 79 außerhalb des Schachts getragen
wird. Die Walze 78 kann frei drehbar sein; abweichend
davon kann eine Antriebseinrichtung 80, die in Fig. 12
durch imaginäre Linien angedeutet ist, verwendet werden,
um die Walze 78 zwangsweise in die gewünschte Richtung zu
drehen.
-
Die Lagerung 79 nimmt die Walze 78 durch einen vertikal
verlängerten Schlitz 81 im Schacht 72 auf und ist
vertikal beweglich vom Zylinder 82 getragen, so daß die
Position der Walze vertikal gesteuert werden kann. In den
Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 83 eine
Verschlußplatte, die von den Lagern 79 getragen wird, um den
verlängerten Schlitz 81 mittels eines Dichtelements 84 zu
bedecken.
-
- Fig. 14 zeigt eine Ausführung eines siebten Aspekts der
Erfindung. Das in Fig. 11 gezeigte Aufnahmegerüst 73 wird
an seiner unteren Oberfläche von Tragpfosteneinrichtungen
85 getragen, die sich vertikal durch den Schacht 72
erstrecken und ihrerseits über Wiegeeinrichtungen 87 von
einem ortsfesten Bauteil 86 getragen werden. Das
Bezugszeichen 88 bezeichnet einen Dichtbalg, der die
Tragpfosteneinrichtungen 85 an der Stelle umgibt, an der sich
diese durch den Schacht 72 erstrecken.
-
In der in Fig. 11 gezeigten Ausführung fällt das
Schrottmaterial 13, das von der Materialausgabevorrichtung 46
ausgegeben wird, vom Durchlaßabschnitt 38 über dem
Materialaufnahmegerüst 73 der Materialausschnittvorrichtung
71 herunter.
-
Ohne die Materialausschnittvorrichtung 71 würde das
Schrottmaterial 13 vom Durchlaßabschnitt 38 ein großer
Block werden, der vom Schacht 72 durch die Beschickungs-
öffnung 33 in den Ofenmantel 2 fällt, so daß die
Spannungsregelung und das Aufflammen verstärkt würden,
wodurch die Versorgungsleistung stark schwanken würde. Ein
weiteres Problem besteht darin, daß das Herunterfallen
eines derartig großen Blocks aus Schrottmaterial 13 in
den Ofenmantel 2 den geschmolzenen Stahl zum Spritzen
bringen würde, was die Innenfläche des Ofenmantels
beschädigen würde.
-
Entsprechend der Anordnung in Fig. 11 wird das
Schrottmaterial 13 vom Durchlaßabschnitt 38 jedoch zunächst vom
Materialaufnahmegerüst 73 empfangen, so daß der Block aus
Schrottmaterial gebrochen wird. Das gebrochene
Schrottmaterial wird dann mittels der Ausstoßvorrichtung 74 über
das Materialaufnahmegerüst 73 gefördert und fällt dann in
die Materialbeschickungsöffnung 33. Da über dem
Materialaufnahmegerüst 73 die Führung 77 vorgesehen ist, wird ein
darüberliegender Teil des geförderten Schrottmaterials 13
abgetrennt, so daß das Schrottmaterial 13 nicht die
Führung 77 überragt. Demgemäß wird das Schrottmaterial
dem Ofenmantel 2 nach und nach in kleinen Mengen
zugeführt, was dazu beiträgt, das Aufflammen zu verkleinern
und das Spritzen von geschmolzenem Stahl zu minimieren.
-
In den Ausführungen in den Fig. 12 und 13 ist die
Materialführung 77 vertikal einstellbar gelagert, um den
Abstand S der Führung 77 vom Materialaufnahmegerüst 73
einzustellen, so daß die Materialausschnittvorrichtung 71
das Schrottmaterial 13 auf stabile Weise ausschneiden
kann. Die Führung 77 in Form einer rotierenden Walze 78
verhindert, daß sich das Schrottmaterial 13 in der
Führung 77 verfängt, so daß das Schrottmaterial auf stabile
Weise ausgeschnitten wird.
-
In der Ausführung in Fig. 14 führen die
Wiegeeinrichtungen 87, die das Materialaufnahmegerüst 73 tragen, das
Wiegen aus, wenn die Materialvorschubeinrichtung 71 eine
bestimmte Menge aus dem Schrottmaterial 13 ausschneidet.
Dementsprechend kann die Menge des Schrottmaterials 13,
das dem Ofenmantel 2 zugeführt wird, genau gemessen
werden.
-
Die Fig. 15-18 zeigen Varianten der in Fig. 5 gezeigten
Aufstauschutzvorrichtung 49 mit paarweise angeordneten
Walzen 47, denen weitere Einrichtungen zugefügt wurden.
Die in den Fig. 15 und 16 gezeigte Variante besitzt eine
Brechstange 64 zum Ausfahren durch den unteren Teil des
Durchlaßabschnitts 38 in den Wärmetauscherabschnitt 39.
Jegliches Aufstauen wird von einem optischen
Aufstaudetektor 52 ermittelt, woraufhin die Brechstange 64
ausgefahren wird, um das Aufstauen zu beheben.
-
In der weiteren Variante, die in Fig. 17 gezeigt ist, ist
der Wärmetauscherabschnitt 39 in seinem unteren Teil mit
Brechstangeneinrichtungen 66 versehen, die für den
Antrieb mittels Zylinder 65 oder dergleichen zum Ausfahren
in radialer Richtung ausgelegt sind. Jegliches Aufstauen
wird von einem magnetischen Aufstaudetektor 52 mit Hilfe
eines Elektromagneten 67 ermittelt.
-
Die nochmals weitere Variante in Fig. 18 besitzt
Schwenkeinrichtungen 69 in Form von Platten oder Stangen, die
mit Hilfe von Zylindern 68 in den und aus dem
Wärmetauscherabschnitt 39 heraus geschwenkt werden können. Ein
Aufstaudetektor 52 wird durch einen Lastsensor 70
gebildet, der direkt unter dem Wärmetauscherabschnitt 39
angeordnet ist und die Menge des Schrottmaterials 13 im
Durchlaßabschnitt 38 ermittelt, um jegliches Aufstauen
festzustellen.
-
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht
auf die obenbeschriebenen Ausführungen beschränkt.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf
Gleichstrom-Lichtbogenöfen, sondern auch auf
Wechselstrom-Lichtbogenöfen und elektrodenlose Schmelzöfen
angewendet werden.
INDUSTRIELLE ANWENDUNG
-
In einer Vorrichtung zum Vorheizen und Zuführen von
Schrottmaterial in einen Ofenmantel wird das
Schrottmaterial mit einem hohen Wärmeübertragungswirkungsgrad von
heißen Abgasen aus einem Ofenmantel aufgeheizt, während
verhindert wird, daß bewegliche Teile den heißen Abgasen
direkt ausgesetzt sind, woraus sich Vorteile hinsichtlich
der thermischen Wirkung und der Festigkeit ergeben. Die
vorliegende Erfindung ist für das im wesentlichen
kontinuierliche Zuführen von vorgeheiztem Schrottmaterial
geeignet.