EP0196432A1 - Lichtbogenofen - Google Patents

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EP0196432A1
EP0196432A1 EP86101929A EP86101929A EP0196432A1 EP 0196432 A1 EP0196432 A1 EP 0196432A1 EP 86101929 A EP86101929 A EP 86101929A EP 86101929 A EP86101929 A EP 86101929A EP 0196432 A1 EP0196432 A1 EP 0196432A1
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EP
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vessel
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ribs
furnace
melting
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Horst Dipl.-Ing. Willaschek
Heinz Dipl.-Ing. Berentsen
Norbert Jäger
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MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08—Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/24—Cooling arrangements

Definitions

  • the invention relates to a melting vessel, in particular an arc furnace, with a refractory lining or partial lining with water-cooled wall elements.
  • Arc furnaces with pouring spouts or floor tapping are nowadays operated with high electrical outputs and short batch times.
  • This method of furnace requires the use of highly wear-resistant brick lining or water-cooled wall elements and water-cooled lids.
  • the lining in the melting pot especially in the area directly above the slag zone and at the hot spots, is consequently exposed to an increasing load, which results in earlier wear and thus forces the worn parts to be replaced more often.
  • the object of the invention is to develop a melting vessel construction which enables the use of the aforementioned optimized stone qualities without the disadvantages mentioned.
  • the arrangement of vertical ribs, projections or the like in the area of the refractory lining of the melting vessel increases the heat-emitting furnace area, so that heat accumulation in the vessel jacket is prevented.
  • the vertical arrangement of the ribs or the like proves to be particularly advantageous in that a natural, directed air flow with good convection can be achieved and the radial thermal expansion of the vessel jacket is not hindered.
  • the ribs, protrusions or the like can be welded to the entire surface of the vessel jacket, which means a welded connection over the entire end face of the ribs which bear against the vessel jacket.
  • it can also be expedient to weld the ribs or the like to the vessel jacket with continuous or interrupted fillet welds.
  • Ribs can be made from sheet metal strips, section steels (e.g. L, T, U sections etc.) or hollow sections. Steel, cast steel, cast iron, non-ferrous metal or composite metal can be used as the material for producing the ribs.
  • the vessel jacket with ribs or the like can also be produced in such a way that this jacket consists of several jacket segments, the individual jacket segments being T, U or L profiles which form the vessel jacket with ribs by vertical welding to one another.
  • the ribs, protrusions or the like arranged on the vessel jacket can, which has been found to be particularly advantageous, be designed in such a way that vertical or completely closed vertical cooling channels are formed by their shape.
  • the annular gap between the tilting platform of the furnace and the furnace vessel jacket so large that the width of the annular gap matches the dimensions of the cooling channels formed by the ribs on the vessel jacket.
  • the air conversion to improve the convection on the melting vessel wall can possibly be further improved if external ventilation by fans is provided.
  • the vessel jacket 1 has an upper shell 2 and a lower shell 3.
  • the upper part and lower part are separated from the wall elements and brickwork in the transition area in order to guarantee independent working in the event of temperature stress between the two parts.
  • the upper and lower parts of the vessel jacket are detachably connected to one another by screw connections (not shown).
  • the vertical ribs 7 with which this jacket part is provided all around can be seen on the vessel jacket lower part 3. These ribs 7 serve to enlarge the heat-emitting surface and, in this respect, are intended to avoid heat accumulation in the vessel jacket.
  • the supports of the furnace support frame are designated 4.
  • Stiffening rings 11, which are connected to the furnace supporting structure 4, are placed around the lower part 3 of the vessel shell.
  • rib 7 on the right, which is welded to the vessel jacket 3 over the entire surface.
  • rib shapes such as I, L, T profiles, as well as ribs which are formed from half-tubes.
  • Fig. 4 shows a section of the vessel jacket lower part 3 with ribs 7, the jacket with ribs consisting of one piece. They can be manufactured by forging, casting, pressing or mechanical processing from thick-walled blanks.
  • the lower part of the vessel jacket is made by welding T-section steels together, whereby a ribbed vessel jacket is formed.
  • Closed vertical cooling channels 8 can be produced by welding two L-profiles (FIG. 7, left), two T-profiles (FIG. 7, center) or U-profiles (FIG. 7, right).
  • Strength in F. 6 shows an embodiment in which the vessel jacket lower part 3 consists of loosely inserted jacket sheets with ribs 7.
  • the jacket sheets only have contact with the furnace support frame 4 via spacer blocks 9.
  • the vertical gap between the jacket sheets serves for radial thermal expansion.
  • FIG. 1 In the enlarged section of FIG. 1 surrounded by a circle, the area of the annular gap 6 between the tilting platform 5 and the lower part 3 of the vessel jacket is shown.
  • a circumferential baffle 10 under the tilting platform 5 serves to guide the cooling air, which is to go upward from below into the cooling channels 8 formed by the ribs 7.

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Abstract

Bei einem Schmelzgefäb, insbesondere Lichtbogenofen (1), mit feuerfester Auskileidung oder teilweiser Auskleidung mit wassergekühlten Wandeementen, ist im Bereich (3) der feuerfesten Auskleidung die Oberfläche des Ofengefäßes (1) durch vertikale Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) vergrößert. Die Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) sind an den Gefäßmantel (3) angeschweißt und aus Blechstreifen, aus Profilstählen, Rohr- oder Hohlprofilen hergestellt. Der Gefäßmantel mit Rippen, Vorsprüngen oder dgl. (7) kann aber auch aus einem Stück bestehen, hergestellt durch Schmieden, Gießen, Pressen oder mechanische Bearbeitung aus dickwandigen Rohlingen. Der Gefäßmantel (3) mit Rippen usw. läßt sich aus mehreren Mantelsegmenten zusammensetzen. Die Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) können so ausgebildet sein, daß sie vollständig oder teilweise geschlossene Kühlkanäle (8) bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schmelzgefäß, insbesondere Lichtbogenofen, mit feuerfester Auskleidung oder teilweiser Auskleidung mit wassergekühlten Wandelementen.
  • Lichtbogenöfen mit Ausgußschnauze oder Bodenabstich werden heutzutage mit hohen elektrischen Leistungen und kurzen Chargenzeiten gefahren. Diese Ofenfahrweise bedingt den Einsatz von hochverschleißfester Ausmauerung oder wassergekühlten Wandelementen sowie wassergekühlten Deckeln. Die im Schmelzgefäß vorhandene Ausmauerung, insbesondere im Bereich unmittelbar über der Schlackenzone und an den hot spots, ist infolgedessen einer steigenden Belastung ausgesetzt, die einen früheren Verschleiß zur Folge hat und damit zum öfteren Auswechseln der verschlissenen Teile zwingt.
  • Um die Haltbarkeit der Ausmauerung in den gefährdeten Bereichen zu verbessern, wurden spezielle Steinqualitäten, wie beispielsweise kohlenstoffhaltige Steine, entwickelt. Mit diesen Steinqualitäten lassen sich infolge des hohen Wärmedurchgangs längere Standzeiten erreichen.
  • Der hohe Wärmedurchgang führt nicht nur örtlich, sondern auch großflächig zur Uberhitzung der Mantelbleche. Bei Mantelblechen, deren radiale Dehnung behindert ist, wirkt sich diese hohe Temperaturbelastung in der Weise aus, daß Verformungen der Mantelbleche auftreten, die letztlich zur Zerstörung nicht nur der Mantelbleche selbst, sondern auch des Stützgerüstes des Schmelzgefäßes führen können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schmelzgefäßkonstruktion zu entwickeln, die den Einsatz der zuvor genannten optimierten Steinqualitäten ermöglicht, ohne daß die aufgezeigten Nachteile entstehen.
  • Diese Aufgabe wird in der Weise gelöst, wie es in den Patentansprüchen angegeben ist.
  • Durch die Anordnung von vertikalen Rippen, Vorsprüngen oder dergl. im Bereich der feuerfesten Auskleidung des Schmelzgefäßes wird die wärmeabgebende Ofenfläche vergrößert, so daß im Gefäßmantel ein Wärmestau verhindert wird.
  • Die vertikale Anordnung der Rippen oder dergl. erweist sich insofern als besonders vorteilhaft, als eine natürliche, gerichtete Luftströmung mit guter Konvektion erzielbar ist und die radiale Wärmedehnung des Gefäßmantels nicht behindert wird.
  • Die Rippen, Vorsprünge oder dergl. lassen sich ganzflächig an den Gefäßmantel anschweißen, worunter eine Schweißverbindung über die gesamte Stirnfläche der Rippen, die am Gefäßmantel anliegen, zu verstehen ist. Andererseits kann es auch zweckmäßig sein, die Rippen oder dergl. mit durchgehenden oder aber unterbrochenen Kehlnähten an den Gefäßmantel anzuschweißen.
  • Als Rippen, Vorsprünge usw. sind eine ganze Reihe von Ausführungsformen denkbar. Man kann Rippen aus Blechstreifen, Profilstählen (z.B. L-, T-, U-Profilen usw.) oder Hohlprofilen herstellen. Als Material zur Herstellung der Rippen läßt sich Stahl, Stahlguß, Grauguß, Nichteisenmetall oder Verbundmetall verwenden.
  • Der Gefäßmantel mit Rippen oder dergl. läßt sich aber auch so herstellen, daß dieser Mantel aus mehreren Mantelsegmenten besteht, wobei die einzelnen Mantelsegmente T-, U- oder L-Profile sind, die durch vertikales Aneinanderschweißen den Gefäßmantel mit Rippen bilden.
  • Die am Gefäßmantel angeordneten Rippen, Vorsprünge oder dergl. können, was sich als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, so gestaltet werden, daß durch ihre Formgebung vollständig oder teilweise geschlossene vertikale Kühlkanäle gebildet werden.
  • Um die natürliche Luftströmung durch die somit entstandenen Kühlkanäle noch zu verbessern, ist es zweckmäßig, den Ringspalt zwischen der Kippbühne des Ofens und dem Ofengefäßmantel so groß zu bemessen, daß die Breite des Ringspaltes mit den Abmessungen der durch die Rippen am Gefäßmantel gebildeten Kühlkanäle übereinstimmt. Der Luftumsatz zur Verbesserung der Konvektion an der Schmelzgefäßwand läßt sich gegebenenfalls noch weiter verbessern, wenn man eine Fremdbelüftung durch Ventilatoren vorsieht.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 eine Ansicht eines Lichtbogen-Ofengefäßes,
    • Fig. 2 bis 7 ausschnittsweise Horizontalschnitte des Ofengefäßmantels.
  • Das Ofengefäß 1 nach Fig. 1 weist ein Gefäßmantel-Oberteil 2 und ein Gefäßmantel-Unterteil 3 auf. Oberteil und Unterteil sind im Übergangsbereich von Wandelementen und Ausmauerung getrennt, um ein unabhängiges Arbeiten bei Temperaturbeanspruchung zwischen beiden Teilen zu gewährleisten. An den Trennstellen sind Gefäßmantel-Ober- und-Unterteil durch (nicht dargestellte) Schraubverbindungen lösbar miteinander verbunden.
  • Am Gefäßmantel-Unterteil 3 erkennt man die vertikalen Rippen 7, mit denen dieser Mantelteil ringsum versehen ist. Diese Rippen 7 dienen der Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche und sollen insofern einen Wärmestau im Gefäßmantel vermeiden.
  • Die Stützen des Ofen-Traggerüstes sind mit 4 bezeichnet. Um das Gefäßmantel-Unterteil 3 sind Aussteifungsringe 11 gelegt, die mit dem Ofen-Traggerüst 4 verbunden sind.
  • Der Ofengefäßmantel-Ausschnitt gemäß Fig. 2 zeigt rechts eine Rippe 7, die ganzflächig an den Gefäßmantel 3 angeschweißt ist. Die linke Rippe 7 ist dagegen mittels Kehlnaht, d.h. nicht ganzflächig, angeschweißt. Es kann sich dabei um eine gänzlich oder teilweise umlaufende Kehlnaht handeln.
  • In Fig. 3 sind unterschiedliche Rippenformen gezeigt, wie I-, L-, T-Profile, sowie Rippen, die aus Halbrohren gebildet werden.
  • Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Gefäßmantel-Unterteils 3 mit Rippen 7, wobei Mantel mit Rippen aus einem Stück bestehen. Die Herstellung kann durch Schmieden, Gießen, Pressen oder mechanische Bearbeitung aus dickwandigen Rohlingen erfolgen.
  • Nach Fig. 5 ist das Gefäßmantel-Unterteil durch Aneinanderschweißen von T-Profilstählen hergestellt, wodurch ein berippter Gefäßmantel gebildet wird.
  • Durch Anschweißen von jeweils zwei L-Profilen (Fig. 7, links), zwei T-Profilen (Fig. 7, Mitte) oder U-Profilen (Fig. 7, rechts) lassen sich geschlossene vertikale Kühlkanäle 8 herstellen.
  • In Fig. 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das Gefäßmantel-Unterteil 3 aus lose eingesetzten Mantelblechen mit Rippen 7 besteht. Die Mantelbleche haben nur über Distanzklötze 9 Kontakt mit dem Ofen-Traggerüst 4. Der Vertikalspalt zwischen den Mantelblechen dient der radialen Wärmedehnung.
  • In dem von einem Kreis umgebenen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 ist der Bereich des Ringspaltes 6 zwischen Kippbühne 5 und Gefäßmantel-Unterteil 3 dargestellt. Ein umlaufendes Leitblech 10 unter der Kippbühne 5 dient der Führung der Kühlluft, die von unten aufwärts in die von den Rippen 7 gebildeten Kühlkanäle 8 gelangen soll.

Claims (13)

1. Schmelzgefäß, insbesondere Lichtbogenofen, mit feuerfester Auskleidung oder teilweiser Auskleidung mit wassergekühlten Wandelementen,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der feuerfesten Auskleidung die äußere, zylindrische Oberfläche des Gefäßmantels (3) des Ofengefäßes (1) durch vertikale Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) vergrößert ist.
2. Schmelzgefäß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) ganzflächig an den Gefäßmantel (3) angeschweißt sind.
3. Schmelzgefäß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) mit einer umlaufenden oder unterbrochenen Kehlnaht an den Gefäßmantel (3) des Ofengefäßes (1) angeschweißt sind.
4. Schmelzgefäß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) aus Blechstreifen, aus Profilstählen, Rohr- oder Hohlprofilen, hergestellt sind.
5. Schmelzgefäß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gefäßmantel mit Rippen, Vorsprüngen oder dgl. (7) aus einem Stück besteht, hergestellt durch Schmieden, Gießen, Pressen oder mechanische Bearbeitung aus dickwandigen Rohlingen.
6. Schmelzgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gefäßmantel (3) mit Rippen, Vorsprüngen oder dgl. (7) aus mehreren Mantelsegmenten zusammengesetzt ist, verbunden durch Aneinanderschweißen von T-, U- oder L-Profilen.
7. Schmelzgefäß nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die als Gefäßmantel (3) lose eingesetzten Mantelsegmente sich über Distanzklötze (9) zum Traggerüst (4) des Ofengefäßes (1) abstützen.
8. Schmelzgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen, Vorsprünge oder dgl. (7) so ausgebildet sind, daß sie vollständig oder teilweise geschlossene Kühlkanäle (8) bilden.
9. Schmelzgefäß nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlkanäle (8) bis unter die Ofenbühne (5) verlängert sind und trichterförmige Leitbleche (10) für das Richten der Luftströmung angeordnet sind.
10. Schmelzgefäß nach den Ansprüchen 8 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ringspalt (6) zwischen Kippbühne (5) und Ofengefäß (1) vorhanden ist, dessen Breite wenigstens der Breite der Kühlkanäle (8) entspricht.
11. Schmelzgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Erzeugung der Luftströmung an dem berippten Gefäßmantel-Unterteil (3) eine Fremdbelüftung angeordnet ist.
12. Schmelzgefäß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gefäßmantel-Oberteil (2) vom Gefäßmantel-Unterteil (3) im Übergangsbereich zwischen Wandelementen und Ausmauerung getrennt ist.
13. Schmelzgefäß nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gefäßmantel-Oberteil (2) mit dem Gefäßmantel-Unterteil (3) an den Trennstellen durch Schrauben, Keile oder andere lösbare Verbindungen verbunden ist.
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