DE69706752T2 - Abgasanordnung eines Elektrolichtbogenofens und Verfahren dafür - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Abgasanordnung für einen Elektrolichtbogenofen und das betreffende Verfahren, wie in den entsprechenden Ansprüchen umrissen.
• Die Abgasanordnung findet vorteilhafterweise bei Elektrolichtbogenöfen Anwendung, gleichgültig, ob mit Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben, wie sie in Hüttenwerken verwendet werden, um Metalle zu schmelzen, im Zusammenwirken mit dem konventionellen System für die Zwangsabsaugung von Rauchgasen.
• Der Stand der Technik erfaßt Abgassysteme für die Rauchgase, die normalerweise in Elektrolichtbogenöfen verwendet werden, wo Ansaugeinrichtungen die Rauchgase aus dem Innern des Ofens über eine Auslaßleitung ansaugen, die mit einem Loch verbunden ist, das am Umfang des Kopfes des Ofens angeordnet ist und als das "vierte Loch" bekannt ist.
• Aus diesem Loch tritt zusammen mit den aufsteigenden Rauchgasen eine große Menge granularer Schlacke und pulveriger Schlacke aus, die dann durch Filter ausgefiltert wird, die stromaufwärts der Einlaßvorrichtung angeordnet sind.
• Eine Entschlackungstür, die in der Wand des Ofens angeordnet ist, erlaubt neben der Entfernung von übermäßiger Schlacke von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls den Eintritt von Luft in den Ofen und daher eine Zirkulation von Luft, die das Austreten der Rauchgase noch begünstigt.
• Ein Problem, das häufig bei solchen Öfen anzutreffen ist, stellt die Anwesenheit von Öffnungen im zentralen Abschnitt des Kopfes dar, die das Einsetzen und Bewegen der Elektroden ermöglichen. Gleichgültig, wie die Konstrukteure versuchen, die Öffnungen bestmöglich an die Konfiguration der Elektroden anzupassen, ist es doch sehr schwierig, einen luftdichten Sitz zu erreichen, und ein Teil der Rauchgase kann in jedem Falle leicht aus den Öffnungen entweichen, und sie nehmen beachtliche Schlacke und Pulvermengen mit, die nicht gefiltert werden.
• Diese Rauchgase sind extrem umweltverschmutzend und daher für die Gesundheit und die Umgebung gefährlich.
• FR-A-2 488 380 beschreibt eine Abdeckung für den Elektroofen, die höher ist, als der Ofen und die gesamte Ausdehnung des Ofens überdeckt. Das vierte Loch, durch das die Rauchgase abgegeben werden, ist tangential an der Abdeckung angeordnet.
• Diese Lösung verleiht dem Verhalten der Rauchgase in der Abdeckung eine beachtliche Unregelmäßigkeit und filtert sie nicht wirksam aus, weil der hohe Abschnitt der Abdeckung einen großen Durchmesser aufweist.
• Diese ineffiziente Filterung wird von einer zwangsläufigen Vergrößerung im Einlaß der Rauchgase begleitet, wenn dieses einen Kühleffekt an den Elektroden haben muß.
• Diese notwendige Vergrößerung im Einlaß führt auch zu einer Vergrößerung des Wärmeverlustes und zu einer Verminderung der Leistung des Ofens.
• GB-A-865 936 lehrt, eine Kuppel um die Elektroden anzuordnen, die sich über dem Kopf erhebt.
• Darüberhinaus beginnt das vierte Loch für den Auslaß der Rauchgase an dieser Kuppel, und, um genauer zu sein, an deren Seite.
• Dieses System ergibt eine schwache Filterwirkung und einen Verlust an Gleichförmigkeit beim Abzug der Rauchgase, was für die Minimierung eine Vergrößerung im Einlaß und daher eine größere Menge in den Ofen eintretender kalter Luft erfordert mit einer sich ergebenden Vergrößerung der Abnutzung der Elektroden und einer Verminderung der Leistung des Ofens.
• Die vorliegenden Anmelder haben diese Erfindung geschaffen, geprüft und ausgeführt, um die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und weitere Vorteile zu erzielen.
• Diese Erfindung ist im Hauptanspruch beschrieben und charakterisiert, während die abhängigen Ansprüche Varianten der Idee der Hauptausführungsform beschreiben.
• Der Zweck dieser Erfindung ist es, eine Vorrichtung und das zugehörige Verfahren anzugeben, um einen örtlichen Einlaß der Rauchgase aus einem Elektrolichtbogenofen auszuführen, der es im wesentlichen verhindert, daß Rauchgase aus den Öffnungen im Kopf entweichen, die für den Einsatz und die Bewegung der Elektroden notwendig sind.
• Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, eine Zwangszirkulation der Rauchgase im Ofen zu erhalten, insbesondere im Bereich des Einlasses, was zur Folge hat, daß wenigstens einiges von der Schlacke und den Pulvern, die in den Rauchgasen mitgeführt werden, durch einen Absetzvorgang abgeschieden werden, und daß deshalb die Rauchgase den Filtern in einem bereits teilweise gereinigten Zustand zugeführt werden können.
• Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, den Einlaß der Rauchgase derart unverändert zu halten, daß sich kein negativer Effekt auf die Abnutzung der Elektroden und die Leistung des Ofens ergibt.
• Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, die Rauchgasströme zu trennen, wenn sie die Einlaßkammer des Ofens verlassen, um die gewünschten Wirkungen der Reinigung und Filterung der Rauchgase zu erzielen.
• Gemäß der Erfindung hat der Kopf es Ofens an einem oberen Abschnitt eine Kuppel, die als eine Absetzkammer wirkt und im wesentlichen zylindrische Gestalt hat und in einer mittleren und die Elektroden umlaufenden Position angeordnet sind.
• Die Kuppel, die als eine Absetzkammer arbeitet, hat einen kleineren Durchmesser als der Kopf des Ofens und weist an ihrer Seitenfläche und vorteilhafterweise nahe der Decke oder Oberseite eine Öffnung auf, die mittels des geeigneten Rohres mit der Auslaßleitung verbunden ist, die dem vierten Loch des Ofens zugeordnet ist.
• Die dem vierten Loch zugeordnete Auslaßleitung ist an der Seite der Absetzkammer angeordnet und ist stromabwärts mit den üblichen Einlaßsystemen, Behandlungssystemen und mit dem Auslaßkamin verbunden.
• Aufgrund des Einschlusses der als Absetzkammer arbeitenden Kuppel werden zwei gleiche Rauchgasströmungen gebildet, die die Einlaßkammer des Ofens verlassen; diese Rauchgase bewegen sich mit verminderter Geschwindigkeit, was das Absetzen und die Ausfilterung der Pulver unterstützt.
• Der erste Rauchgasstrom, der den Ofen verläßt, umläuft die Elektroden und füllt dann die Kuppel der Absetzkammer; eine zweite Strömung geht von dem vierten Loch direkt in die Auslaßleitung über.
• Die stromabwärts der Auslaßleitung angeordnete Abgasvorrichtung nimmt nicht nur die aus dem vierten Loch kommenden Rauchgase auf, sondern saugt auch jene an, die in der als Absetzkammer arbeitenden Kuppel vorhanden sind, und zwar mittels des genannten Rohres, das für diesen Zweck vorgesehen ist.
• Das Rohr ist derart gerichtet, daß die Rauchgase tangential von der Innenseite der als Absetzkammer arbeitenden Kuppel angesaugt werden, was sie dazu zwingt, einem vorgeschriebenen spiralförmigen Weg zu folgen, bevor sie entweichen.
• Dieser spiralförmige Weg richtet die turbulente Bewegung der Rauchgase gleich und erlaubt es den schwereren Schlackepartikeln, sich im Ofen abzusetzen und auszufallen, wodurch die Menge der in den Rauchgasen mitgeführten Schlacke vermindert wird. Darüberhinaus verhindert der Unterdruck, der innerhalb der als Absetzkammer arbeitenden Kuppel erzeugt wird und davon herrührt, daß das Rohr, das die Kuppel mit dem Auslaßrohr verbindet, die Rauchgase einsagt, daß ein großer Teil der Rauchgase aus den Öffnungen entweicht, die in Korrespondenz mit den Elektroden angeordnet sind, und sich in der Luft verteilt, ohne gefiltert zu werden.
• Die verminderte Schlackenmenge in den Rauchgasen hat außerdem zur Folge, daß die der Abgasvorrichtung zugeordneten Filter länger halten, was eine Kostenverminderung zur Folge hat.
• Gemäß einer Variante hat die Auslaßleitung, die dem vierten Loch des Ofens zugeordnet ist, ein erstes zylindrisches Segment mit der Funktion einer sekundären Absetzkammer, und die Kuppel oberhalb des Kopfes arbeitet als eine erste Absetzkammer.
• Von der Oberseite des zylindrischen Segmentes werden die Rauchgase tangential durch ein zweites Segment der gerichteten Leitung abgesaugt, das in einer höheren Position als die Kuppel der ersten Absetzkammer angeordnet ist.
• Dieses erste, zylindrische Segment der Auslaßleitung hat eine Öffnung, die mittels des geeigneten Rohres mit der Umfangsöffnung in Verbindung ist, die in der Hauptabsetzkammer gelegen ist.
• Die spiralförmige Zirkulation der Rauchgase, die in der sekundären Absetzkammer erhalten wird, ähnlich dem, was in der Hauptabsetzkammer abläuft, bewirkt einen weiteren Niederschlag der mitgeführten Schlackepartikel mit weiteren Vorteilen, wie oben erläutert.
• Gemäß einer Variante sind die Haupt- und Sekundärabsetzkammern einander benachbart.
• In diesem Falle wird der tangentiale Einlaß der Rauchgase aus der Hauptabsetzkammer durch ein Fenster erzielt, das die zwei Kammern direkt miteinander verbindet, ohne daß ein Verbindungsrohr notwendig ist.
• Die beigefügten Zeichnungen sind als ein nicht einschränkendes Beispiel zu verstehen und zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wie folgt.
• Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Elektrolichtbogenofens, der mit einer Abgasanordnung gemäß der Erfindung versehen ist;
• Fig. 2 ist eine Variante von Fig. 1;
• Fig. 3 zeigt in schematischer Form die Seitenansicht des Elektrolichtbogenofens von Fig. 1;
• Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf den Elektrolichtbogenofen von Fig. 1;
• Fig. 5 zeigt in schematischer Form eine Seitenansicht des Elektrolichtbogenofens von Fig. 2;
• Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht auf den Elektrolichtbogenofen von Fig. 2.
• Das Bezugszeichen 10 in den beigefügten Zeichnungen bezeichnet allgemein eine Abgasanordnung für Rauchgase in einem Elektrolichtbogenofen 11.
• In diesem Falle befindet sich im mittleren Abschnitt des Kopfes 20 und über diesem in Korrespondenz mit den Elektroden 12 eine zylindrische Kuppel, die als eine Absetzkammer 13 arbeitet und vertikal die Elektroden 12 wenigstens teilweise umgibt.
• Die als Absetzkammer 13 arbeitende Kuppel erhebt sich vertikal über dem Kopf 20, hat einen kleineren Durchmesser als der des Kopfes 20 und ist in diesem Fallein im wesentlichen koaxialer Position in Bezug auf den Kopf 20 angeordnet.
• Die als Absetzkammer 13 arbeitende Kuppel ist darüberhinaus an der Seite der Auslaßleitung 14 angeordnet, die das vierte Loch des Ofens, das ist das Auslaßloch für die Rauchgase, mit den Einlaßsystemen, den Behandlungssystemen und dem Kamin verbindet, die hier nicht dargestellt sind.
• Die als Absetzkammer 13 arbeitende Kuppel hat in diesem Falle eine Höhe von 400 bis 800 mm, und die Seitenwand 17 befindet sich in einer Distanz von 800 bis 1200 mm zu den Elektroden 12.
• An der Seitenwand 17 und in der Nähe der Oberseite 18 der als Absetzkammer 13 arbeitenden Kuppel befindet sich ein Fenster 16a von vorzugsweise rechteckiger oder elliptischer Gestalt und einer Höhe von 100 bis 150 mm, das mittels einer Leitung 15 mit dem Auslaßrohr 14 in Verbindung steht.
• Die Anordnung des Fensters 16a nahe der Oberseite 18 der als Absetzkammer 13 arbeitenden Kuppel bestimmt eine große Fläche, durch die die Rauchgase, die aus dem Innern des Ofens hindurchwandern, bevor sie aus der als Absetzkammer 13 arbeitenden Kuppel entfernt werden.
• Die Seitenwand 17 der als Absetzkammer 13 arbeitenden Kuppel, die Wände des Auslaßrohres 14 und die Wände der Leitung 15, die die als Absetzkammer 13 arbeitende Kuppel mit dem Auslaßrohr 14 verbindet, haben auf wenigstens einem Teil ihrer Länge Kühleinrichtungen zugeordnet, die hier nicht gezeigt sind.
• Diese Kühleinrichtungen bestehen aus Rohren für die Zirkulation von Kühlwasser, die als Platten ausgebildet sind, die die innere Geometrie des Rohres oder der Leitung, in die sie eingesetzt sind, im wesentlichen reproduzieren.
• In dem Augenblick, indem die Rauchgase aus dem Ofen 11 eingesaugt werden,. was im wesentlichen in konventioneller Weise durch eine hier nicht gezeigte Abgasvorrichtung ausgeführt wird und stromabwärts des Auslaßrohres 14 angeordnet ist, werden die in der als Absetzkammer 13 arbeitenden Kuppel vorhandenen Rauchgase durch die Leitung 15 eingesaugt. Die Leitung 15 ist tangential in Bezug auf die Seitenwand 17 der als Absetzkammer 13 arbeitenden Kuppel ausgerichtet, so daß die Rauchgase, die eingesaugt worden sind, zwangsweise einem spiralförmigen Weg folgen, bevor sie aus dem Fenster 16a entweichen.
• Gemäß einer Variante kann das Fenster 16 mehrere Rippen haben, um den spiralförmigen Weg der Rauchgase zu begünstigen.
• Die Funktion dieses Weges ist es, die turbulente Strömung der Rauchgase im Ofen 11 und innerhalb dessen oberen Abschnitts gleichzurichten, was es ermöglicht, einen Teil der mitgeführten Schlachte abzuscheiden und im Ofen 11 als Folge der Schwerkraft auszufällen. Da ein Teil der Schlacke auf diese Weise niedergeschlagen wird, sind die angesaugten und den nahe der Abgasanordnung angeordneten Filtern zugeführten Rauchgase bereits teilweise gereinigt, was die Lebensdauer der Filter, die hier nicht gezeigt sind, verlängert.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß der Einlaß der Rauchgase durch die Leitung 15 einen Unterdruck in der als Absetzkammer arbeitenden Kuppel hervorruft, was die Rauchgase daran hindert, aus der Öffnung 19 zu entweichen, die in der Oberseite der als Absetzkammer 13 arbeitenden Kuppel angeordnet sind und durch die die Elektroden 12 eingesetzt sind. Folglich werden Rauchgase, die nicht gefiltert worden sind und daher noch voll von umweltverschmutzender Schlacke sind, nicht in die Atmosphäre abgegeben.
• Gemäß einer Variante der Erfindung, die in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt ist, arbeitet ein erstes Segment 14a des Auslaßrohres 14 als eine sekundäre Absetzkammer, die ihrerseits als ein Abscheideort für die mitgeführten Schlacken und Pulver dient. In der gezeigten Ausführungsform werden die Rauchgase vom ersten Segment 14a mittels einer Öffnung 16b entfernt, die mit einem zweiten Segment 14b des tangential orientierten Auslaßrohres 14 verbunden ist. Dieses erzeugt eine Spiralbewegung der Rauchgase, wenn sie in dem Auslaßrohr 14 hochsteigen, was die Abscheidung bei der Abtrennung der in den Rauchgasen mitgeführten Schlacke und die wenigstens teilweise Filtration der Rauchgase unterstützt.
• Wie in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt, ist das erste Segment 14a des Auslaßrohres 14 höher als die erste Absetzkammer 13 und steht mit der ersten Absetzkammer 13 über die Leitung 15 in Verbindung, die in einer Zwischenposition des ersten Segments 14a angeordnet ist.
• Das Fenster 16a, aus dem die Rauchgase von der ersten Absetzkammer 13 angesaugt werden, ist im wesentlichen in der gleichen Richtung wie das Immissionsfenster der Rauchgase im ersten Segment 14a ausgerichtet.
• Die Ausrichtung des Einlaßfensters 16a und des Fensters im ersten Segment 14a sind derart, daß die durch das vierte Loch angesaugten Rauchgase weiter darin unterstützt werden, einem spiralförmigen Weg zu folgen, so daß die Rauchgase gefiltert werden können, wenn Pulver und Schlacke sich absetzen.
• Darüberhinaus ist die tangentiale Ausrichtung des Einlaßfensters 16a mit der tangentialen Ausrichtung des zweiten Segments 14b in Bezug auf das erste Segment 14a abgestimmt, um die Kontinuität der spiralförmigen Bewegung der zwei Rauchgasströme sicherzustellen, von denen einer das vierte Loch und der andere die erste Absetzkammer 13 verläßt.
• In der in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigten Variante ist die Menge der Schlacke, die aus den Rauchgasen abgetrennt worden ist und in den Ofen zurückkehrt größer, was die Lebensdauer der Filter weiter steigert.
• Die vertikale Lage des Auslaßrohres 14b ist höher als der obere Abschnitt der Verbindung zwischen der Leitung 15 und dem ersten Segment 14a, und zwar um wenigstens 200 mm.
• Wenn das erste Segment 14a der Auslaßleitung 14 oder die zweite Absetzkammer im wesentlichen tangential zur ersten Absetzkammer 13 ist, wie in den Fig. 2 und 6, dann ist die Leitung 15 auf ein Minimum vermindert.
• Das Auslaßrohr 14b hat dann eine Richtung derart, daß es mit dem Einlaßfenster 16 und dem Immissionsfenster im ersten Segment 14a zusammenwirkt, um die Rauchgase im ersten Segment 14a oder der zweiten Absetzkammer zu veranlassen, in einer spiralförmigen Bewegung aufzusteigen.

Claims (17)

1) Abgasanordnung für einen Elektrolichtbogenofen (11), der mit Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben ist, wobei die Anordnung enthält: einen Kopf (20) mit wenigstens einer Öffnung (19) zur Einführung und Positionierung der Elektroden (12), einer zugeordneten Kuppel, die die Elektroden (12) in vertikaler Richtung teilweise umgibt und die einen kleineren Durchmesser aufweist, als der Kopf (20), ein viertes Loch in dem Kopf (20), das mit einem Auslaßrohr (14) für die Abgase verbunden ist, wobei die Kuppel in Bezug auf den Kopf vertikal noch oben vorsteht und das Auslaßrohr (14) durch Einrichtungen zum Einsaugen der Rauchgase bestimmt ist, wobei die überhöhte Kuppel eine Absetzkammer (13) im wesentlichen zylindrischer Gestalt ist, die Kuppel in ihrem oberen Abschnitt eine Leitung (15) zum Auslassen der Rauchgase aufweist, die tangential von der Seitenwand der Kuppel vorsteht und die Kuppel (13) mit dem Auslaßrohr (14) verbindet, das seitlich neben der Kuppel (13) angeordnet ist.

2) Abgasanordnung nach Anspruch 1, beider die als Absetzkammer (13) arbeitende Kuppel mit der Leitung (15) durch eine Einlaßöffnung (16a) in Verbindung steht, die ausgerichtete Rippen aufweist, um die Rauchgase so zu richten und zu führen, daß sie tangential in der als Absetzkammer (13) arbeitenden Kuppel hochsteigen.

3) Abgasanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die als Absetzkammer (13) arbeitende Kuppel eine Höhe von wenigstens 400 mm hat.

4) Abgasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Seitenwand (17) der als Absetzkammer (13) arbeitenden Kuppel in einem Abstand von wenigstens 700 mm vom Umfang der nächstliegenden Elektrode (12) angeordnet ist.

5) Abgasanordnung nach Anspruch 2, bei der die Höhe der Einlaßöffnung (16a) wenigstens 100 mm beträgt.

6) Abgasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Auslaßrohr (14) durch ein erstes, im wesentlichen zylindrisches und vertikales Segment (14a) gebildet ist, das in seinem oberen Abschnitt eines Auslaßleitung (14b) aufweist, die von dem ersten Segment (14a) tangential wegsteht.

7) Abgasanordnung nach Anspruch 6, bei der die Höhe des ersten Segments (14a) größer als die der als Absetzkammer (13) arbeitenden Kuppel ist.

8) Abgasanordnung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die am ersten Segment (14a) gemessene vertikale Distanz zwischen dem oberen Abschnitt der Leitung (15) und dem unteren Abschnitt der Auslaßleitung (14b) wenigstens 200 mm beträgt.

9) Abgasanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der der tangentiale Vorsprung der Auslaßleitung (14b) an dem ersten Segment (14a) mit der Richtung des Vorsprungs der Leitung (15) an demselben ersten Segment (14a) koordiniert ist.

10) Abgasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Seitenwand (17) der als Absetzkammer (13) arbeitenden Kuppel Kühleinrichtungen zugeordnet sind, die aus Paneelen aus Kühlrohren bestehen.

11) Abgasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Innenwand des Auslaßrohres (14) Kühleinrichtungen zugeordnet sind, die aus Paneelen aus Kühlrohren bestehen.

12) Abgasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Innenwand der Leitung (15) Kühleinrichtungen zugeordnet sind, die aus Paneelen aus Kühlrohren bestehen.

13) Verfahren zum Ansaugen von Rauchgasen von einem Elektrolichtbogenofen, der, gleichgültig ob mit Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben, ein viertes Loch aufweist, das mit einem Rohr (14) verbunden ist, um die Rauchgase an eine Anlage abzugeben, die Einrichtungen zum Ansaugen der Rauchgase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der angesaugte Rauchgasstrom vor dem Eintreten in das Hauptauslaßrohr (14) in zwei Ströme unterteilt wird, von denen der erste die oberen Elektroden (12) umkreist und über den Kopf (20) des Ofens innerhalb der als Absetzkammer (13) arbeitenden Kuppel ansteigt und eingeleitet wird, um in einer Spirale anzusteigen, bevor er durch eine Leitung entweicht, die tangential von der Seitenwand der Kuppel vorsteht und die Kuppel mit dem Auslaßrohr verbindet, und der zweite Strom von dem vierten Loch direkt in das Auslaßrohr (14) übergeht.

14) Verfahren nach Anspruch 13, bei dem in der als Absetzkammer arbeitenden Kuppel (13) ein Unterdruck aufrechterhalten wird.

15) Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der zweite Rauchgasstrom, der durch das vierte Loch strömt, veranlaßt wird, in dem Auslaßrohr 814) in einer Spiralentwicklung hochzusteigen.

16) Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der erste Rauchgasstrom sich mit dem zweiten Rauchgasstrom tangential zu jenem und an einer Zwischenposition desselben vereinigt.

17) Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem der Auslaßkanal der ersten und zweiten Rauchgasströme tangential angeordnet ist, um die Spiralentwicklung der aufsteigenden Rauchgase zu begünstigen.