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Elektrisch beheizter Herdofen Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisch
beheizter Ofen, bei welchem das. bisher lediglich bei Schachtöfen zur Anwendung
vorgeschlagene Beschickungsverfahren durch eine von unten nach oben wandernde, aus
dem Beschickungsgut bestehende Säule zur Anwendung gebracht wird.
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Diese Übertragung lag deswegen nicht nahe, weil die allgemeinen Verhältnisse
in bezug auf die Zuführung des Beschickungsgutes bei den Herdöfen grundsätzlich
anders liegen als bei Schachtöfen. Außerdem wird durch. Anwendung dieses Beschickungsverfährens
bei dem neuen .Ofen der an sich bekannte Vorteil erzielt, .daß man sowohl mit Widerstandsheizung
als auch mit Lichtbogenheizung arbeiten kann;, so daß beim Betriebe des Ofens ein
praktisch unbegrenzter Temperaturbereich zur Verfügung steht. Insbesondere aber
kann man mit dem neuen Ofen 'nicht nur unmittelbar aus den Erzen reduzierte Rohmetalle,
z. B. Eisenschwamm, einschmelzen, sondern auch das Rohmetall raffinieren und sogar
Eisen und Stahl beliebiger Eigenschaften und Zusammensetzung fertigstellen.
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Erfindungsgemäß wird dies bei dem neuen Ofen dadurch erreicht, daß
das elektrisch leitende Beschickungsgut durch einen senkrecht von unten in den Herd
mündenden Schacht, in welchem es vorgewärmt werden kann, von unten nach oben in
den Herdofen derart gefördert, wird, daß der Strom -zwischen dem oberen Teil des
Schachtinhaltes und den im Herdraum angeordneten Elektroden verläuft.
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Dabei werden zweckmäßig mehrere zu einem Pol gehörende Elektroden
rund um die Mündung des Beschickungsschachtes. in einer Erhebung des Ofenherdes
fest angeordnet, während die andere Elektrode im Beschickungsschacht selbst beweglich
untergebracht wird. Dadurch ist der Abstand der Schachtelektrode von den Herdelektroden
verstellbar, so daß der Grad der Vorwärmung des Gutes im Schacht geregelt werden
kann. Durch Regelung der Beschickungsgeschwindigkeit kann der Ofen als Widerstandsofen
oder als Lichtbogenofen betrieben werden, je nachdem man höhere oder niedrigere
Temperaturen erzielen will.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des neuen elektrischen
Ofens dargestellt, und zwar zeigt Fig. z einen senkrechten Mittelschnitt einer vorzugsweisen
Ausführungsform eines elektrischen Schmelz- und Raffinierofens gemäß der Erfindung,
aus welchem die Lage des Beschickungsgutes beim Betrieb als Widerstandsofen ersichtlich
ist.
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Fig. 2 zeigt einen anderen senkrechten Mittelschnitt des oberen Teiles
des Ofens gemäß Linie 2-2 der Fig. 3, aus welchem die Lage des Beschickungsgutes
beim Betrieb als Lichtbogenofen ersichtlich ist.
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3ig. 3 zeigt einen waagerechten Schnitt durch den Herd des Ofens gemäß
Linie 3-3 der Fig. 2.
Fig.4 zeigt schematisch in Seitenansicht,
teilweise geschnitten, eine mit dem elektrischen Ofen in Verbindung stehende Vorrichtung
zur Reduktion von Erzen.
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Zu den Hauptmerkmalen des in den Fig. i, 2 und 3 dargestellten Ofens
54 gehört das Gewölbe 56 aus feuerfestem und schlecht wärmeleitendem Stoff, Dieses
Gewölbe ruht auf dem Herd- 58. Zwischen beiden befindet sich die dichte Verbindungsfuge
6o. Der Herd 58 wird vorzugsweise aus einem Stoff hergestellt, welcher die Wärme
schlecht leitet und auch insbesondere ein Nichtleiter für elektrischen Strom ist.
Auch ist es sehr wichtig, daß der Baustoff für den Herd 58 und das Gewölbe 56 des
Ofens hoch feuerfest ist. In dem Boden des Herdes 58 befindet sich eine ringförmige
Rinne 62 und zwei Abstichlöcher 64 und 66, um die Schlacke"und das raffinierte Metall
aus dem Ofen abstechen zu können. Innerhalb der Rinne 62 befindet sich im mittleren
Teil eine Erhöhung 68. des Herdes, welche über den normalen Spiegel des geschmolzenen
Metalls hinausragt, sowie eine Beschickungsöffnung 7o, welche durch die Mitte des
erhöhten Teiles 68 hindurchgeht und das Ofeninnere oberhalb der Herdfläche mit dem
Raum der darunter liegenden Förderschnecke 52 verbindet. Die Beschickungseinrichtung
52 des Ofens besteht, wie aus Fig.4 ersichtlich, aus einem senkrecht stehenden Hohlzylinder,
welcher unten von einem Getriebekasten 72 abgeschlossen ist, in welchem sich die
drehbare hohle Welle 74 befindet, welche die Förderschnecke 76 antreibt. Die Bohrung
78 (Fig. i) der Welle 74 der Förderschnecke steht mit einer Rohrleitung 8o (Fig.
4) in Verbindung, durch welche heiße Gase aus einer später zu beschreibenden Vorrichtung
in das geförderte Gut eingeführt werden können. Eine Anzahl niedriger Ringabschnitte
82 der zylindrischen inneren Wandung des Beschickungskanals 52 sind zweckmäßig aus
elektrisch leitendem, jedoch schlecht wärmeleitendem Baustoff hergestellt. Diese
Abschnitte sind gegeneinander isoliert und sollen als Kontaktelemente wirken, durch
welche der elektrische Strom in das Beschikkungsmaterial eintritt, und zwar von
einer verschiebbar angeordneten Kontakteinrichtung 84 und einer elektrischen Verbindung
86, welche über einen Transformator 87 von einem Stromerzeuger 88 (Fig. 4) herstammt,
jedoch nur von einer Anschlußklemme desselben. Der Strom der anderen Anschlußklemme
des Generators 88 gelangt durch den Transformator 87 in die Leitung 9o und von dort
zu einem ringförmigen Leiter 92 in den erhöhten Teil 68 des Ofens, und zwar in einem
bestimmten Abstand von der Beschickungsöffnung 7o. In dem erhöhten Teil
68 des Herdes sind in regelmäßigen Abständen um die Beschickungsöffnung 7o
(Fig. 3) eine Anzahl von Elektroden 94, zweckmäßig aus Graphit, eingebettet. Diese
dienen als Verbindung zwischen dem Ringleiter 92 und der Oberfläche des Herdbodens.
Zwischen den Elektroden 94 befinden sich radial angeordnete Kanäle oder Rinnen 96.
Diese gestatten dem sich auf der Oberfläche des Beschickungsgutes bildenden geschmolzenen
Metall, in die Rinne 62 zu fließen, ohne daß dadurch ein Kurzschluß entsteht. Die
Ringleitung 92 ist zum Zwecke der Kühlung mit Wasser hohl und so tief in dem nichtleitenden
Herdbodenmateria158 eingebettet, daß die Gefahr einer leitenden Verbindung zu dem
Beschickungsgut hin außer durch die Elektroden 94 nicht besteht.
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Eine durch die Ofendecke führende Öffnung mit daran anschließender
Rohrleitung 98 ermöglicht die Abführung heißer Gase und Dämpfe, welche aus der Beschickung
unter dem Einfluß der Behandlung im Ofen frei werden, nach der Hauptleitung 30.
Eine mit einem Absperrventil versehene Abzweigleitung ioo verbindet dieses Gashauptrohr
30 mit einem Ringraum zog in der Wand des Beschickungskanals. Der Ringraum
io2 steht in Verbindung mit dem Innern des Beschickungskanals durch die durchlöcherte
Scheidewand 104.
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In den Abbildungen ist das Gewölbe 56 des Schmelz- und Raffmierofens
als mit einem Wassermantel io6 versehen dargestellt, in welche das Kühlwasser bei
io8 eintritt und bei iio austritt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, führt das Warmwasserrohr
iio zu einem Abwärmekessel112. Zwischen dem Abwärmekessel112 und dem Gasrohr 8o
besteht eine Rohrverbindung 114 mit einem Absperrventil. Ferner besteht noch eine
dritte Verbindung zu dem Abwärmekessel 112, nämlich die Gasleitung 34, welche zur
Ableitung der Heizgase aus den Heizkanälen 24 des Reduktionsofens 18 dient. Jedes
brennbare Gas, welches durch die Heizkanäle des Kessels 112 hindurchgeführt wird,
kann durch die Rohrverbindung 116 in eine Kondensations- und Skrubberanlage 118
geleitet werden. Das gereinigte Gas wird dann durch die Rohrleitung i2o zur Gasmaschine
122 geführt.
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Die elektrische Einrichtung, mittels welcher der Strom dem Ofen und
den sonstigen Vorrichtungen zugeführt wird, besteht aus der Hauptleitung 124, welche
den Generator 88 mit den Elektroden des Ofens über den einstellbaren Transformator
87 verbindet, und aus den Zusatznetzen 126 und 128, welche von dem Hauptnetz abzweigen
und zu den regelbaren Motoren 130 und 132 führen.
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Gemäß Fig. 4 ist der Ofen mit einer Heizelektrode 134 versehen, welche
heb- und senkbar über dem Herd des Ofens oberhalb der Beschickungsöffnung angeordnet
ist. Zur Verbindung dieser Heizelektrode mit dem Transformator 87 und dem Hauptnetz
dient die Ver-
Bindungsleitung 1361 welche mittels des Schalters
138 an- und abgeschaltet werden kann. Das Ein- und Abschalten des Ringleiters 92
in dem erhöhten Herdteil erfolgt beispielsweise durch einen Schalter i4o in der
Verbindungsleitung go. Die Abschaltung dieser Verbindung wird zweckmäßig während
derjenigen. kurzen Zwischenräume vorgenommen, in denen der Elektrode 134 Strom zugeführt
wird, um im Ofen durch einen Lichtbogen von der Elektrode 134 zu dem oberen Teil
des Beschickungsgutes schnell Hitze zu erzeugen.
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Der mit regelbarer Geschwindigkeit umlaufende Motor 130 ist über ein
einstellbares Übersetzungsgetriebe mit der Antriebswelle 74 der Förderschnecke 76
verbunden. In ähnlicher Weise ist die Welle des ebenfalls mit regelbarer Geschwindigkeit
laufenden Motors 132 über ein -ähnliches Getriebe mit der Förderschnecke i42 in
der- -Fallrinne 5o (Fig. 4) verbunden. Auf diese Weise kann durch Einstellung der
Widerstände 144 und 146 bzw. die Einstellung der Übersetzungsgetriebe die in der
Zeiteinheit dem Ofen zuzuführende Menge an Beschickungsgut nach Bedarf eingestellt
werden. Ein Thermoelement 148 in der Ofendecke, dessen Enden zu einer Temperaturanzeigevorrichtung
150 führen, zeigt regelmäßig die im Ofen herrschende Temperatur an.
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In Fig. i ist der von unten beschickbare Ofen und die Oberfläche des.
darin befindlichen Beschickungsgutes in der Stellung dargestellt, in welcher der
Ofen als reiner Widerstandsofen arbeitet; der Ofen geht in diesem Fall unmittelbar
in und durch die Beschickung, und zwar von der einstellbaren Kontaktstelle 84 und
den leitenden Segmenten 82 durch die Beschickung und von dort durch die Elektroden
94 und den Leiter 92 zurück zum Generator 88. In Fig. 2 ist der Ofen und die Beschickungssäule
in einer Stellung gezeichnet, bei welcher der Ofen als Lichtbogenofen arbeitet,
wobei der Lichtbogen von der Oberfläche des Beschickungsgutes zu den Elektroden
94 führt und von dort zurück durch den Leiter 92 und die Verbindungsleitung go zu
dem Generator 88.
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Der Herd des Ofens und das Deckengewölbe bestehen zweckmäßig aus einem
isolierenden, feuerbeständigen Stoff, beispielsweise aus gebundenem Zirkon, welches
. bei größter Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen wie auch gegen Abrieb
und chemische Einwirkungen praktisch sowohl für Wärme als auch für elektrischen
Strom bei allen Temperaturen nichtleitend ist. Auch der obere Teil des Zuführungskanals
ist zweckmäßig innen verkleidet oder ganz aus gebundenem Zirkon oder anderen feuerfesten
Isolierstoffen hergestellt, welche höchsten Temperaturen in der Nähe der Oberfläche
des Beschickungsgutes Widerstand leisten können. Zur Herstellung raffinierten Eisens
oder Stahles direkt aus dem Roherz wird die beschriebene Einrichtung wie folgt betrieben.
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Eine pulverisierte und gut gemischte, zweckmäßig entsprechend aus
Eisenerz und Kohle oder Koks oder einem sonstigen nicht backenden Brennstoff gemöllerte
Beschickung wird durch Trichter io, Mischvorrichtung i2 und Fallrohr 14 dem Trichter
16 und dem oberen Teil des schräg gelagerten, mit niedriger Temperatur arbeitenden
Reduktionsofens 18 zugeführt. Bei dem allmählichen Wandern der Beschickung durch
den sich drehenden Ofen kommt das Beschickungsgut in weitgehende Berührung mit den
Innenwänden des Ofens und wird dadurch erwärmt, da durch den äußeren schraubenförmigen
Kanal 24 heiße Gase hindurchgeleitet werden. Eine weitere Erhitzung des Beschickungsgutes
in diesem Ofen kann, falls erwünscht, dadurch erzielt werden, daß ein Teil der heißen
Abgase des elektrischen Ofens 54 direkt in Berührung mit der im Innern des Ofens
sich befindlichen Beschickung gebracht wird, und zwar durch Offnen des Ventils in
der Leitung 158. Die Durchsatzmenge wird durch Regelung der Drehgeschwindigkeit
eingestellt. Desgleichen wird die Temperatur und die Menge der heißen Gase, welche
durch die Heizkanäle 24 strömen, geregelt, und zwar derart, daß. die Temperatur
etwas unter iooo ° C bleibt, wodurch das Erz zu Eisenschwamm reduziert wird unter
gleichzeitiger Entwicklung von Gasen, welche in der Hauptsache aus Kohlenoxyd bestehen.
Infolge des Umstandes, daß die reduzierende Atmosphäre in allen Teilen des Ofens
vorhanden ist und die Temperaturen an seinem unteren Ende unterhalb iooo ° C betragen,
erfolgt die Reduktion des Erzes zu Eisenschwamm ohne jegliche Schmelzwirkung oder'
Verbindung mit der im Erz enthaltenen Gangart. Von dem unteren Ende des Reduktionsofens
gelangt die Beschickung in die Kammer 36, in welcher sie so weit abgekühlt wird,
daß der Eisenschwamm wieder seins magnetischen Eigenschaften erhält. Darauf gelangt
der Eisenschwamm zusammen mit den Verunreinigungen der Beschickung durch den Leitkanal
42 zu der magnetischen Scheideeinrichtung 44, in welcher der metallische Eisenschwamm
von der Gangart getrennt wird. An Stelle des üblichen Magnetscheiders kann auch
ein nicht oxydierender Flüssigkeits- oder Windsichter zur Anwendung kommen. In diesem
Falle kann eine wirksame Kühlung des Gutes in der Kammer 36 zwecks Wiederherstellung
der magnetischen Eigenschaften in Fortfall kommen. Das vorstehend beschriebene Verfahren
ist bekannt und gehört nicht zur Erfindung.
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Der gereinigte Eisenschwamm gelangt nach Zusatz einer kleinen Brennstoffmenge
durch das Fallrohr 5o entweder unter der Wirkung
seiner eigenen
Schwere oder zweckmäßig durch die Wirkung einer Förderschnecke 42, welche mit regelbarer
Geschwindigkeit umläuft, zu dem untersten Teil des Beschickungsrohres 52 des Ofens
54. Flußmittel, wie Kalkstein, Flußspat u. dgl., können am oberen Ende des Fallrohres
50 zugefügt werden. Von dem Boden des Beschickungsrohres wird die Beschickung nach
oben gefördert, und zwar mit stetiger und regelbarer Geschwindigkeit unter dem Einfluß
der Förderschnecke 76. Durch die Bohrung 78 der Förderschneckenwelle zugeführter
Dampf und heiße Gase werden in reduzierenden Gasen, z: B. Wasserstoff und Kohenoxyd,
aufgespalten und dienen zur Vorwärmung des unteren Teiles der Beschickungssäule.
Die eingeführten Gase können durch die Kammer zog und die Leitung ioo abgezogen
werden, oder sie können durch weitere heiße Gase verstärkt werden, welche durch
den Nebenkanal ioo und die Kammer rot zugeführt werden, wobei dann die Gesamtmenge
der Heiz- und Reduktionsgase, welche in den Ofen eingeführt wird, durch die Leitung
3o aus dem Ofen abgezogen werden kann. Während die Beschickung durch das Beschickungsrohr
52 nach oben geführt wird, erfolgt ein elektrischer Kontakt zwischen dem leitenden,
mit den Elektroden 94 in Verbindung stehenden Beschickungsgut und der ringförmigen
Elektrode 82. Infolge des Widerstandes, welchen diese Beschickungssäule dem Durchgang
des Stromes bietet, wird das Beschickungsgut ziemlich hoch vorerhitzt. Der Kontaktanschluß
84 ist zweckmäßig im Hinblick auf den Kontaktpunkt mit einem der verschiedenen ringförmigen
Kontaktschuhe 82 einstellbar, beispielsweise durch Anordnung einer Zahnstange in
Verbindung mit einem Ritzel 16o, so daß der Grad der Vorerhitzung der Beschickung
geregelt werden kann.
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Wie bereits angegeben, kann der Ofen 54 abwechselnd als reiner Widerstandsofen
oder als Lichtbogenofen betrieben werden. Es können aber auch beide Erhitzungsarten
gleichzeitig zur Anwendung gelangen. Wenn die Beschickungssäule genügend schnell
gefördert wird, so daß sich das Gut oberhalb der Beschickungsöffnung 7o auftürmt
und über die Kohlenelektroden 94 gleitet, so wird ein geschlossener Stromkreis zwischen
den Elektroden 82 und 94 gebildet, so daß die Wärme nur durch den elektrischen Widerstand
zwischen beiden gebildet wird. Wird mit einer geringeren Fördergeschwindigkeit in
dem Zuführungskanal 52 gearbeitet, so daß ein Abrutschen des Beschickungsgutes
auf die Kohlenelektroden 94 nur in Zwischenräumen erfolgt, so ergibt sich eine abwechselnde
Widerstands- und Lichtbogenheizung. Wird mit noch geringerer Fördergeschwindigkeit
gearbeitet, so erfolgt die Erhitzung des Beschickungsgutes fast ausschließlich durch'
Lichtbogenheizung. Die von dem Lichtbogen abgegebene Wärmemenge ist so stark, daß
das Gut beim Eintritt in den Ofen schnell in den schmelzflüssigen Zustand überführt
wird. Das flüssige Eisen fließt durch die Äussparungen 96 in die Rinne 62, in welcher
es in an sich bekannter Weise einer weiteren Wärmebehandlung und gegebenenfalls
einer Raffination unterzogen wird, ehe es durch das Stichloch 66 abgezogen wird.
Durch Regelung der zugesetzten Flußmittelmenge kann, wie an sich bekannt ist, auch
der elektrische Leitungswiderstand des Beschickungsgutes verändert werden. Auch
im Herde des Ofens können dem geschmolzenen Metall Flußmittel durch Öffnungen zugesetzt
werden, welche gewöhnlich durch eine Beschickungstür i6i dicht verschlossen sind.
Bei der Herstellung von gereinigtem Stahl oder Roheisen aus Erz wird der Ofen normalerweise
einen Teil der Zeit mittels Widerstandsheizung und einen anderen Teil der Zeit mittels
Lichtbogenheizung betrieben.