EP1181489A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb von lichtbogenschmelzöfen und/oder widerstandsschmelzöfen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb von lichtbogenschmelzöfen und/oder widerstandsschmelzöfen

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EP1181489A1
EP1181489A1 EP00951282A EP00951282A EP1181489A1 EP 1181489 A1 EP1181489 A1 EP 1181489A1 EP 00951282 A EP00951282 A EP 00951282A EP 00951282 A EP00951282 A EP 00951282A EP 1181489 A1 EP1181489 A1 EP 1181489A1
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EP
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cooling
cooling medium
furnace
cooling device
side walls
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Manfred Schubert
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SMS Demag AG
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/24—Cooling arrangements
    • 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
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • 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
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0005—Cooling of furnaces the cooling medium being a gas
    • F27D2009/0008—Ways to inject gases against surfaces

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating Li arc melting furnace and / or
  • Resistance melting furnaces / with a melting vessel for holding the melt, the lid and upper side wall of which are cooled to or including the area of the slag zone by a cooling medium, preferably water.
  • Such cooled furnaces are known in a versatile design.
  • the base of the hearth is the only uncooled area with a tendency to increased wear of the refractory lining and increased repair work on the construction elements.
  • the measure of the invention likewise to cool the lower region of the furnace, the hearth floor and the lower part of the side walls, has an overall beneficial effect on the service life of the refractory delivery and on the further structural elements of the furnace. Furthermore, the measure of the invention also exerts an advantageous cooling effect on the floor electrode
  • the cooling according to the invention takes place by means of a cooling device, which surrounds the area of the lower furnace to be cooled and through which the cooling medium flows.
  • a gaseous substance for example air or a liquid substance, for example water, can be used as the cooling medium.
  • the convection flow can be used to maintain the flow of the cooling medium within the cooling device; in the case of air cooling, the convection flow can be reinforced by a chimney which is connected to the drain opening of the cooling device. This chimney also advantageously prevents flames from entering the cooling device when the furnace is tapped.
  • cooling medium can be conveyed through the cooling device with the aid of a delivery device arranged outside the cooling device, for example a pump or a blower.
  • a delivery device arranged outside the cooling device, for example a pump or a blower.
  • the coolant can be conveyed through the cooling device in a closed circuit.
  • the heated cooling medium can then advantageously be cooled in such a way that heat recovery is possible.
  • the flow rate and the temperature of the cooling medium determine the cooling capacity of the cooling device, which is why, in an advantageous embodiment of the invention, the cooling capacity can be adapted to the operating temperature of the furnace by changing these parameters by changing these parameters.
  • the cooling device enveloping the lower part of the furnace is designed in a simple manner according to the invention. Through a plate that corresponds to the furnace contour -. -
  • a jacket-shaped cavity is created through which the cooling medium flows.
  • the cavity has at least one inlet opening and at least one outlet opening for the cooling medium, whereby in the case of convection flow the inlet opening is expediently to be arranged in the center at the bottom of the stove bottom and the outlet opening at the top on the side walls.
  • the inlet and outlet openings can also be arranged differently.
  • cooling fins are located within the cavity of the cooling device and are attached to the furnace wall, for example by welding. These cooling fins are designed in such a way that they ensure an optimum cooling effect without, however, significantly increasing the flow resistance of the cooling device, which is why they are expediently bent in the direction of flow.
  • a heat recovery device is arranged in the cooling circuit lines next to the conveyor for maintaining the circuit flow, in which the heated cooling medium is cooled and the heat released is used or stored.
  • a measuring and control system into which measured values of the operating temperatures of the furnace are incorporated, with this heat recovery device and connected to the conveying device in order in this way to be able to influence the temperature and the amount of the cooling medium flowing into the cooling device.
  • Fig. 2 is a Blockdi agramra a Kreislaufkü treatment.
  • Figure 1 shows schematically a furnace 1 with a furnace bottom 2, lower side walls 3 on the melting vessel 4, upper side walls 5 and a lid 6.
  • the upper side walls 5 extend down to about the melting vessel 4 containing the melt and are up to this Provide area like cover 6 with water cooling 5 1 .
  • the melting vessel 4 has a fireproof lining 8 identified by the hatching and is formed by the furnace bottom 2 and the lower side walls 3.
  • the melting vessel 4 is preferably surrounded by a jacket 9 made of sheet steel, which corresponds to the contour of the outer furnace wall 7 is shaped.
  • the resulting bowl-shaped cavity forms the cooling device 10 through which the cooling medium 14 flows.
  • the coolant enters in the illustrated embodiment in the middle of the bottom of the furnace 2 via the inlet opening 12, flows in the direction of the arrow to the side walls 3 and then leaves the cooling device 10 at the upper end of the side walls 3 through the outlet openings 13.
  • Inside the cooling device 10 are for better heat transfer and arranged for the swirling of the cooling medium 14 on the furnace wall 7 in accordance with the direction of flow of the cooling medium 14 cooling fins 11.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a circuit cooling in the form of a block diagram.
  • the cooling device 10 of the furnace 1 or of the melting vessel 4 is connected at its outlet opening 13 via the outlet line 16 to a heat recovery device 18.
  • the cooling medium 14 heated during the cooling of the melting vessel 4 is cooled with heat recovery.
  • the heat recovery device 18 and the conveying device 17 are connected via control lines 21 to a measuring and regulating device 19, by means of which the conveying capacity of the conveying device 17 and the temperature of the cooling medium 14 in the heat recovery device 18 are regulated as a function of the operating state of the furnace 1 .
  • the measuring and control device 19 via a measurement data line 20 with corresponding measuring devices on the furnace (the measuring devices are not shown) connected.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown in the drawing figures, which, for better clarity, have been shown with an oversized cooling device.
  • the shape and size of the cooling device, the number and arrangement of the inlet and outlet openings and the linking of the cooling device with other devices can be designed variably if the basic principle of the invention, with as little construction and cost as possible in a simple manner to bring about optimal cooling of the entire melting vessel, is observed.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von L chtbogenschmelzöfen und/oder Widerstandsschmelzöfen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von Li chtbogenschmelzofen und/oder
Widerstandsschmelzöfen/, mit einem Schmelzgefäß zur Aufnahme der Schmelze, dessen Deckel und obere seitliche Wandung bis zur oder einschließlich des Bereichs der Schlackenzone durch ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, gekühlt sind.
Derartig gekühlte Öfen sind in vielseitiger Ausgestaltung bekannt. Bei diesen bekannten Öfen ist der Herdboden der einzig ungekühlte Bereich mit der Neigung zu einem erhöhten Verschleiß der feuerfesten Auskleidung und erhöhtem Reparaturaufwand bei den Konstruktionselementen.
Um zumindest den Teil des Herdbodens zu kühlen, in dem sich die Bodenelektroden befinden, ist aus der EP 02 03 301 B1 bekannt, in diesem Bereich des Herdbodens mit Abstand eine Platte anzuordnen, durch die die Hälse der Elektroden oder Kontaktstifte geführt sind und in den Zwischenraum zwischen dieser Platte und dem Herdboden Luft einzublasen. Durch diese Maßnahme wird beim Schmelz- und Abstichbetrieb die Bodenelektrode gekühlt, wobei bei längeren Betriebspausen durch Reduzierung der Kühlleistung diese so eingestellt werden kann, dass die Geschwindigkeit der Temperaturänderung der Bodenelektrode insbesondere bei Beginn oder am Ende der Betriebspause vorgegebene Maximalwerte nicht übersteigt.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb von Elekt roli chtbogenschme Izöfen und Widerstandsschmelzöfen anzugeben, mit dem die Nachteile der nur teilweisen Kühlung vermieden werden können.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst bei
Elekt rolichtbogenschmelzöfen und Widerstandsschmelzδfen der beschriebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Maßnahme der Erfindung, den unteren Bereich des Ofens, den Herdboden und den unteren Teil der seitlichen Wände, gleichfalls zu kühlen, wird insgesamt ein günstiger Einfluss auf die Standzeit der feuerfesten Zustellung sowie auf die weiteren Konstruktionselemente des Ofens erzielt. Weiterhin wird durch die Maßnahme der Erfindung gleichfalls eine vorteilhafte Kühlwirkung auf die Bodenelekt rode ausgeübt
Die erfindungsgemäße Kühlung erfolgt mittels einer schalenförmig den zu kühlenden Bereich des unteren Ofens umhüllenden Kühlvorrichtung, durch die das Kühlmedium strömt. Als Kühlmedium kann ein gasförmiger Stoff, be spielsweise Luft oder ein flüssiger Stoff, beispielsweise Wasser, verwendet werden . Zur Aufrechterhaltung der Strömung des Kühlmediums innerhalb der Kühlvorrichtung kann im einfachsten Fall die Konvekt ionsst römung genutzt werden, wobei im Falle von Luftkühlung die Konvekt i onsst römung durch einen Kamin verstärkt werden kann, der mit der AblaufÖffnung der Kühlvorrichtung verbunden ist. Durch diesen Kamin wird dabei mit Vorteil gleichzeitig verhindert, dass beim Abstich des Ofens ein Flammeneintri t in die Kühlvorrichtung erfolgen kann.
Falls eine Konvekt i onsst römung nicht ausreichend ist, ist es gemäß der Erfindung auch möglich, mit Hilfe einer außerhalb der Kühlvorrichtung angeordneten Fördereinrichtung, beispielsweise einer Pumpe oder einem Gebläse, das Kühlmedium durch die Kü lvorrichtung zu fördern. Inbesondere bei flüssigen Kühlmedien bietet sich dabei an, das Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf durch die Kühlvorrichtung zu fördern. Hierbei kann dann mit Vorteil das aufgeheizte Kühlmedium so abgekühlt werden, dass eine Wärmerückgewinnung mög lieh wird.
Die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur des Kühlmediums bestimmen die Kühlleistung der Kü lvorrichtung, weshalb in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe einer Mess- und Regelvorrichtung durch Veränderung dieser Parameter die Kühlleistung an die Betriebstemperatur des Ofens angepasst werden kann.
Die den unteren Teil des Ofens scha lenf δrmi g umhüllende Kühlvorrichtung ist gemäß der Erfindung in einfacher Weise ausgebildet. Durch ein Blech, das entsprechend der Ofenkontur - . -
geformt und mit Abstand zum Ofen an diesem angeordnet ist, wird ein mantelfδrmiger Hohlraum geschaffen, durch den das Kühlmedium strömt. Der Hohlraum besitzt mindestens eine ZulaufÖffnung und mindestens eine AblaufÖffnung für das Kühlmedium, wobei im Falle der Konvekt ionsst römung die ZulaufÖffnung zweckmäßig mittig unten am Herdboden und die AblaufÖffnung seitlich oben an den Seitenwänden anzuordnen ist. Bei der Zwangsst römung mit Hilfe einer Fördereinrichtung können Zulauf- und AblaufÖffnungen auch anders angeordnet sein.
Zur Verbesserung der Kühlwirkung durch das Kühlmedium befinden sich nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung innerhalb des Hohlraums der Kühlvorrichtung Kühlrippen, die an der Ofenwand, beispielsweise durch Schweißen befestigt sind. Diese Kühlrippen sind so gestaltet, dass sie ein Optimum an Kühlwirkung gewährleisten, ohne dabei jedoch den Durchs römungswiderstand der Kühlvorrichtung wesentlich zu erhöhen, weshalb sie zweckmäßigerweise in Strömungsrichtung gebogen sind.
Um bei der Kühlung in einem geschlossenen Kreislauf die Möglichkeit der Wärmerückgewinnung zu realisieren, ist in den Kühlkreislauf Leitungen neben der Fördereinrichtung zur Aufrechterhaltung der KreislaufStrömung eine Wärmerückgewinnungseinrichtung angeordnet, in der das aufgeheizte Kühlmedium gekühlt und die dabei frei werdende Wärme genutzt, bzw. gespeichert wird.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mess- und Regelsystem, in das Messwerte der Betriebstemperaturen des Ofens einfließen, mit dieser Wärmerückgewinnungseinrichtung und mit der Fördereinrichtung verbunden, um auf diese Weise einen Einfluss auf die Temperatur und auf die Menge des in die Küh leinr ichtung einfließenden Kühlmediums nehmen zu können.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert .
Es ze i gen
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Ofen,
Fig. 2 ein Blockdi agramra einer Kreislaufkü lung.
Figur 1 zeigt schematisch einen Ofen 1 mit einem Ofenboden 2, unteren seitlichen Wänden 3 am Schmelzgefäß 4, oberen seitlichen Wänden 5 und einem Deckel 6. Die oberen seitlichen Wände 5 reichen nach unten bis etwa zum die Schmelze enthaltenen Schmelzgefäß 4 und sind bis zu diesem Bereich wie der Deckel 6 mit einer Wasserkühlung 51 versehen.
Das Schmelzgefäß 4 besitzt eine durch die Schraffur kenntlich gemachte feuerfeste Ausmauerung 8 und wird gebildet durch den Ofenboden 2 und die unteren seitlichen Wände 3. Erfindungsgemäß ist das Schmelzgefäß 4 mit Abstand von einem Mantel 9 vorzugsweise aus Stahlblech umgeben, der entsprechend der Kontur der äußeren Ofenwand 7 geformt ist. Der sich auf diese Weise ergebende scha lenförmige Hohlraum bildet die Kühlvorrichtung 10 aus, durch die das Kühlmedium 14 strömt. Der Kühlmitteleintritt erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel mittig unten im Ofenboden 2 über die ZulaufÖffnung 12, strömt in Pfeilrichtung zu den Seitenwänden 3 und verlässt dann die Kühlvorrichtung 10 am oberen Ende der Seitenwände 3 durch die AblaufÖffnungen 13. Innerhalb der Kühl orrichtung 10 sind zum besseren Wärmeübergang sowie zur Verwirbelung des Kühlmediums 14 an der Ofenwand 7 entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmediums 14 ausgeformte Kühlrippen 11 angeordnet.
In Figur 2 ist in Form eines Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel einer Kreislaufkühlung dargestellt. Die Kü lvorrichtung 10 des Ofens 1 bzw. des Schmelzgefäßes 4 ist an seiner AblaufÖffnung 13 über die Ablauf Lei tung 16 mit einer Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 verbunden. In dieser Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 wird das bei der Kühlung des Schmelzgefäßes 4 aufgeheizte Kühlmedium 14 unter Wärmerückgewinnung abgekühlt. Eine Fördereinrichtung 17, beispielsweise eine Pumpe oder ein Gebläse, die in der Zulauf Lei tung 15 angeordnet ist, drückt das aus der Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 austretende nun abgekühlte Kühlmedium 14 dann über die Zu laufÖffnung 12 zurück in die Kühleinrichtung 10.
Die Wärmerückgewinnungseinrichtung 18 und die Fördereinrichtung 17 sind über Steuer Lei tungen 21 mit einer Mess- und Regeleinrichtung 19 verbunden, durch die die Förderleistung der Fördereinrichtung 17 und die Temperatur des Kühlmediums 14, in der Wärmerückgewinnungseinrichtung 18, in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Ofens 1 geregelt werden. Hierzu ist die Mess- und Regeleinrichtung 19 über eine Messdaten Lei tung 20 mit entsprechenden Messgeräten am Ofen (die Messgeräte sind nicht dargestellt) verbunden.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, die, der besseren Anschaulichkeit wegen, mit einer überdimensionierten Abküh Lvorri chtung abgebildet wurden. Je nach Bauart und Betriebsbedingungen des Ofens können gemäß der Erfindung Form und Größe der Abküh Ivo r ri chtung, Anzahl und Anordnung der Zulauf- und Ab laufÖffnungen sowie die Verknüpfung der Abküh lvorri chtung mit sonstigen Vorrichtungen (Mess- und Regeleinrichtung, Fδrdervorri chtung, usw.) variabel gestaltet werden, wenn das Grundprinzip der Erfindung, mit möglichst geringem Konst rukt ions- und Kostenaufwand in einfacher Weise eine optimale Kühlung des gesamten Schme Lzgef ßes herbeizuführen, eingehalten wird.

Claims

Ans p rü c he
1. Verfahren zum Betrieb von Li chtbogenschme Izδfen und/oder Widerstandschmelzδfen, mit einem Schmelzgefäß zur Aufnahme der Schmelze, dessen Deckel und oberen seitlichen Wände bis zur oder einschließlich des Bereichs der Schlackenzone durch ein Kühlmedium gekühlt sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein durch eine Kühleinrichtung (10) strömendes Kühlmedium (14) wenigstens der gesamte Ofenboden (2), vorzugsweise auch die unteren seitlichen Wände (3) bis zu den oberen seitlichen Wänden (5) gekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport des Kühlmediums (14) innerhalb der Kühleinrichtung (10) durch Konvektion und/oder durch eine Fördereinrichtung (17) aufrechterhalten wird, die außerhalb der Kühleinrichtung (10) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (14) in einem geschlossenen Kreislauf durch die Küh Lei nri chtung (10) geführt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Kühlmedium (14) während der Kühlung aufgenommene Wärmeenergie zurückgewonnen wi rd.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung der Kühlvorrichtung (10) durch Änderung der Kühlmediumgeschwindigkeit und/oder der Kühlmediumtemperatur an die Betriebstemperaturen des Ofens (1) mit Hilfe einer Mess- und Regelvorrichtung (19) angepasst wird.
6. Vorrichtung zum Betrieb von Li chtbogenschmelzofen und/oder Widerstandschmelzöfen (1), mit einem Schmelzgefäß (4) zur Aufnahme der Schmelze, dessen Deckel (6) und oberen seitlichen Wände (5) bis zur oder einschließlich des Bereichs der Schlackenzone durch ein Kühlmedium gekühlt sind, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine schalenförmig den unteren Teil des Schmelzgef ßes (4) umhüllende Küh leinri chtung (10), die durch einen Mantel (9) entsprechend der Kontur der äußeren Ofenwand (7) ausgebildet ist und mit Abstand zum Schmelzgefäß (4) an diesem angeordnet ist, wobei mindestens eine ZulaufÖffnung (12) und mindestens eine AblaufÖffnung (13) für das Kühlmedium (14) an der Kühlvorrichtung (10) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ZulaufÖffnung (12) mittig unten im Ofenboden (2) und die AblaufÖffnung (13) seitlich oben an der unteren Seitenwand (3) an der Küh Lei nri chtung (10) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Kühlvorrichtung (10) Kühlrippen (11) an der äußeren Ofenwand (7) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Luf t-Konvekt ionsküh lung die AblaufÖffnung (13) mit einem Kamin verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (10) in einem geschlossenen Kreislauf über eine Ab lauf Lei tung (16) und einer Zulauf Lei tung (15) mit einer
Wärmerückgewinnungsvorrichtung (18) verbunden ist, wobei in der Zulauf lei tung (15) und/oder in der Ablauf lei tung (16) eine Fördereinrichtung (17), beispielsweise ein Gebläse oder eine Pumpe, angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (18) und/oder die Fördereinrichtung (17) über Steuerleitungen (21) mit einer Mess- und Regelvorrichtung (19) verbunden sind, in die über eine Messdatenleitung (20) Messwerte der Betriebstemperaturen des Ofens (1) einfließen.
EP00951282A 1999-06-04 2000-06-03 Lichtbogen- oder widerstandsschmelzofen Expired - Lifetime EP1181489B1 (de)

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