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Elektrischer Großraumofen, insbesondere Reduktionsofen mit mehreren
parallelen Elektrodenreihen Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit des Betriebes von
Elektrodenöfen ist man bestrebt, zu immer größeren Ofeneinheiten zu gelangen. Das
gilt insbesondere für Reduktionsöfen, beispielsweise zur Roheisenherstellung. Gerade
wegen des begrenzten Fassungsvermögens sind die bisher gebauten elektrischen Roheisenöfen
den Hochöfen - zumindest in Ländern mit hohen Strompreisen - wirtschaftlich nicht
ebenbürtig und haben sich bisher nicht durchzusetzen vermocht. Während ein Hochofen
normalerweise eine Leistung von 800 bis 1200 Tagestonnen hat, ist man bei elektrischen
Roheisenöfen noch nicht über eine Leistung von etwa 200 Tagestonnen hinausgekommen.
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Zweck der Erfindung ist es, einen Elektrodenofen, insbesondere für
die Erzeugung von Roheisen, zu schaffen, der mit der Leistung eines Hochofens in
IAVettbewerb treten kann.
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Die runde Ofenbauart scheidet bei Überlegungen, die in Richtung auf
theoretisch unbegrenzte Ofengrößen zielen, wegen der begrenzten Belastbarkeit der
im Dreieck anzuordnenden Elektroden aus. Die Anordnung von Paketelektroden oder
von mehr als drei Elektroden haben das Problem der Leistungssteigerung von Elektrodenöfen
nicht zu lösen vermocht.
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Die gegebene Bauart für Großraumöfen ist die längliche Form, daher
geht die Erfindung von dieser Bauart aus. Es ist bekannt, in derartigen Öfen bei
Anordnung der Elektroden in Dreieckform die Schaltung so vorzusehen, daß alle einer
Elektrode benachbarten Elektroden an eine andere Phase angeschlossen sind als diese.
Hierdurch soll erreicht werden, daß zwischen je zwei Elektroden konstante Spannungen
bestehen und die Energiedichte über den ganzen Ofen gleichmäßig verteilt ist.
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Die auf diese Weise versetzt zueinander angeordneten Elektroden wie
die Größe des Ofens selbst bei nur sechs Elektroden in zwei Reihen haben aber eine
Reihe von Schwierigkeiten zur Folge, die es verständlich erscheinen lassen, warum
die bisherigen Vorschläge zur Schaffung elektrischer Großraumöfen papierne Technik
geblieben sind. Die Anlagekosten eines elektrischen Roheisenofens sind verhältnismäßig
hoch. Man muß daher bei der Anschaffung eines solchen Elektroofens besonders bestrebt
sein, den zu erwartenden Konjukturschwankungen Rechnung tragen zu können, um sowohl
eine Ausweitung als auch eine Beschränkung der Produktion bei einer einzigen Großanlage
vornehmen zu können. Der Weg, mehrere kleinere Anlagen - vergleichbar einer Hochofenbatterie
- voll oder nur zum Teil in Betrieb zu nehmen, ist bei elektrischen Großöfen ein
kostspieliges Unternehmen. Ein Großraumofen gemäß der Erfindung zeichnet sich zunächst
dadurch aus, daß die Elektroden in Längsrichtung des Ofen zu elektrisch in sich
geschlossenen Systemen zusammengeschlossen und die Systeme einzeln zu- und abschaltbar
sind. Durch das Abschalten einzelner Systeme kann der Ofen leicht in seiner Produktion
gedrosselt werden, so daß kein Zwang besteht, aus wirtschaftlichen Überlegungen
heraus die Ofenkapazität begrenzt zu halten und dadurch Gefahr zu laufen, bei Kapazitätserweiterung
eine weitere Anlage mit allem erforderlichen elektrischen Zubehör errichten zu müssen.
Dieses Vorurteil gegen den Einsatz elektrischer Großraumöfen wird durch die Erfindung
beseitigt.
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Es ist zwar bei runden Öfen bekannt, zwei in sich geschlossene elektrische
Drehstromsysteme unter Einschluß einer gemeinsamen mittleren Null-Elektrode einzeln
arbeiten zu lassen, um den Ofen entweder mit voller oder mit halber Leistung zu
fahren, jedoch ist damit beim runden Ofen die Möglichkeit einer Leistungsunterteilung
erschöpft. Es ist eine Erkenntnis von erfinderischer Bedeutung, daß nur der längliche
Ofen mit der Möglichkeit, an den Längswandungen Abstichöffnungen in Anpassung an
den stufenweise eingeschränkten Betrieb vorsehen zu können, für solche Betriebsweise
geeignet ist.
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Der Ausführung länglicher elektrischer Großraumöfen standen auch konstruktive
Schwierigkeiten entgegen, die mit den großen, kaum zu beherrschenden Abmessungen
des Ofendeckels im Zusammenhang stehen, wenn dieser in üblicher Weise anhebbar sein
soll, um Elektrodenbruchstücke entfernen zu können.
Hierbei wird
stets der Ofen in Gesamtheit abgeschaltet werden müssen. Diese Schwierigkeit wird
gemäß der weiteren Erfindung dadurch beseitigt, daß zuminde>t die von Elektroden
durchsetzte Deckelfläche in einzelne Deckelteile gleicher geometrischer Gestalt
aufgeteilt ist, die hinsichtlich der Lage der Elektrodendurchführung bzw. -durchführungen_
sowie der Beschickungsrohre, der Kühlrohre usw. gleichartig aus--ebildet sind, und
daß im Bereich jeder Elektrodendurchführung, die im Durchmesser größer ausgeführt
ist. als der Elektrodendurchmesser es erfordert, der verbleibende Ringspalt durch
ein leicht abnehmbares Ringteil verschlossen ist. Dieses Ringteil kann beispielsweise
von der Tasse einer bekannten Tassendichtung hergetellt sein, wenn diese leicht
lösbar anrebracht ist.
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Hierdurch wird nicht nur der naheliegend erscheiilenden Forderung,
einen zu schweren Deckel in einzelne Teile aufzulösen, Rechnung getragen, sondern
es ist durch die Gleichartigkeit der Deckelteile nach dein Prinzip des Baukastensystems
eine Möglichkeit gegeben, diese Teile für alle beliebigen Ofengrößen serienmäßig
vorzufertigen und auch eine nachträgliche Vergrößerung der Kapazität des Ofens vorzunehmen.
Die Erweiterung der Ofenwanne über eine Schmalseite hinaus bereitet keine besonderen
Schwierigkeiten, da diese nur aus dem Mantel und der Ausmauerung besteht. Die Einheitlichkeit
des Ofendeckels mit seinen zahlreichen Durchführungen für die Elektroden, die Beschickungsrohre
usw. aber ließ eine nachträgliche Erweiterung des Ofens bisher wenig sinnvoll erscheinen.
Hier schafft die Erfindung durch die Einführung des Baukastensystems in den hau
großer Elektroöfen Abhilfe.
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Eine bevorzugte Elektrodenanordnung, die sich in gleicher Weise elektrisch
als auch für die gleichartige Gestaltung der Deckelteile vorteilhaft auswirkt, besteht
in zwei Reihen von Elektroden, die alle an den Spitzen gleichseitiger Dreiecke liegen,
wobei die Deckelteile in ihrer Symmetrieachse eine einzige Durchlaßöffnung für eine
Elektrode haben, mit einem Ende jeweils nur an einer Längswandung der Ofengefäße
aufliegen und im Abstand von dieser Längswandung aufgehängt oder mittels eines zwischen
den Elektrodenreihen verlaufenden Trägers abgestützt sind.
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Auf diese Ausführungsförm ist der in der Zeichnung dargestellte Ofen
getriäß der Erfindung gerichtet, in der Abb. 1 einen senkrechten Querschnitt, Abb.
2 eine Draufsicht auf den Deckel und Ahb. 3 die Stromspeisung der Eelektroden zeigt.
Mit 1 ist das rechteckige Ofengefäß bezeichnet, in dessen Beschickung 2 die in zwei
Reihen versetzten, untereinander in gleichen Abständen liegenden Elektroden 3 eintauchen.
Die Speisung der Elektroden erfollt gemäß Abb. 3 durch seitlich des Ofens angeordnete
Zweiphasentransformatoren 4. Die Schaltung und Leitungsführung ist dabei so getroffen,
daß jedes llektrodendreieck alle drei Phasen des Drehstromnetzes umfaßt und für
sich ein- oder abgeschaltet u-crden kann, wobei jede Elektrode einer Elektrode anderer
Phase benachbart ist- Elektrische Symmetrie ist also weitgehend gewährleistet. Das
mittlere Elektrodendreieck wird beispielsweise von den drei nebeneii@andcriiegenden
Transformatoren 4a gespeist, denn deren äußere Phasen R reichen bis zur Elektrode
3 a in der jenseitigen Reihe. Umgekehrt gehen von den Transformatoren 4b Phasen
R zu den Elektroden 3 b der Jenseitigen Reihe, die neben denjenigen dei Phasen R
aus den Transformatoren 4a herlaufen, Besondere Induktionsverluste entstehen durch
die Schaltung also nicht.
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Die Deckelfläche des Ofens ist bis auf den Bereich an den schmalen
Kanten des Rechteckes in einzelne Deckelteile 5 gleicher geometrischer Gestalt,
nämlich eines Fünfecks mit zwei quer zur Ofenlängsachse und einer in Ofenlängsachse
verlaufenden Seiten, aufgeteilt (Abb.2). Diese Deckelteile sind völlig gleichartig,
indem sie einen Durchlaß für eine Elektrode 3 bzw. eine leicht lösbare Tassendichtung
6 und Durchlässe für Beschickungsrohre 7 aufweisen. Lediglich an den Kopfenden des
Ofens sind Deckelteile 5 a abweichender Ausführung vorhanden, wenn die Rechtecltform
des Ofengefäßes streng gewahrt sein soll. Die Deckelteile 5 liegen mit einer Kante
an einer Längswand des Ofengefäßes 1 auf und reichen in gegenüberliegend versetzter
Anordnung bis zwischen die Elektrodenreihen, wo ihre Stoßkanten auf Grund d°r gleichen
Fünfeckform eine Zickzacklinie bilden. Die metallischen Stoßkanten sind durch Deckschienen
8 überdeckt und die Fugen durch Verschweißen der Schienen abgedichtet. Die Stoßkanten
können auch nach oben abgewinkelt und die Deckschienen aus einem diese Abwinkelungen
von oben übergreifenden U-Profil gebildet sein. Um die nur einseitig aufgelegten
Deckelteile zu halten, sind sie bei 9 aufgehängt. Hierdurch ist es möglich, auf
jede Wölbung des'nicht selbsttragenden Deckelgebildes zu verzichten und den Deckel
als eine ebene Platte auszubilden.
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Dadurch, daß erfindungsgemäß an jeder auf der Zickzacklinie zwischen
den Elektrodenreihen liegenden Ecke ein Beschickungsrohr 7 vorgesehen ist, kann
im Bereich zwischen den Elektrodenreihen, wo die größte Energiedichte ist, die notwendige
Anzahl voll Beschickungsrohren untergebracht werden. Auch werden durch die Rohre
7 die Stoßkanten unterbrochen, so daß die Schweißeng erleichtert oder nur gerade
Deckschienen 8 verwendet zu werden brauchen.
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Durch die baukastenartige Gestaltung der Deckelteile 5, d. h. im wesentlichen
der die Ausmauerung tragenden Stäbe, ist eine Vergrößerung des Ofens in Längsrichtung
leicht möglich. Mehrere Abstichrinnen 10 liegen an einer Längsseite, und zwar derart
verteilt, daß sie je nach Voll- oder Teilbetrieb des Ofens einen Abstich gestatten.
10a. sind Blindabstichrinnen, die erst bei einer Verlängerung des Ofens zur Geltung
kommen.
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Das Baukastensystem beim Aufbau des Deckels hat über die Erweiterungsmöglichkeit
einer Anlage hinaus bedeutende Vorteile. Man braucht nun nicht mehr je nach den
gegebenen Verhältnissen eine besondere Ofenkonstruktion zu entwerfen, sondern das
Baukastensystem des Deckels mit seinen Auswirkungen auf die Gleichheit der Elektroden,
deren Halte- und Nachsetzvorrichtungen, der Regulierungseinrichtungen, der Leitungsführungen
und gegebenenfalls schließlich der Transformatoren führt zu einer erheblichen Verringerung
des konstruktiven Aufwandes beim Entwurf neuer Anlagen. Mit einer Lagerhaltung der
bei verschiedener fallweisen Ofengröße stets gleichen Teile kann jede Neuanlage
in kürzester Zeit projektiert und gebaut werden. Die Kosten von Neuanlagen werden
hiermit ebenfalls erheblich gesenkt.
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Im Hinblick auf die Erweiterung eines Großraumofens gemäß der Erfindung
ordnet man zweckmäßig von vornherein alle zum Betrieb des Ofens erforderlichen Nebeneinrichtungen,
wie Transformatoren, Gleise für Fördermittel usw., seitlich des Ofenquerschnittes
bzw. läßt sie seitlich verlaufen. Zumindest.
eine Ofenschmalseite
sollte von betriebsnotwendigen Einrichtungen frei gehalten werden, dann kann man
die Erweiterungsarbeiten praktisch so durchführen, daß der Ofenbetrieb nicht unterbrochen
zu werden braucht. Vor dem Abnehmen einer schmalen Seitenwand braucht man lediglich
den angrenzenden Ofenbereich abzuschalten und die Beschickung erkalten zu lassen.
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Mit 11 sind zwei Gasabzugsrohre bezeichnet.