DE69007403T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschicken eines Ofens mit Stoffen und zum Vorwärmen derselben. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Beschicken eines metallurgischen Schmelzofens, beispielsweise eines Lichtbogenofens mit metallhaltigen schüttbaren Stoffen, z.B. Schrott, sowie das Vorwärmen dieser Stoffe.
• Es ist bekannt, daß die beim Schmelzen der zugeführten Stoffe entstehenden Abgase zum Vorwärmen der Stoffe vor ihrer Zufuhr zum Ofen verwendet werden konnen. Es ist insbesondere bekannt, im Falle von Lichtbogenöfen dem Ofen eine erste Schrottcharge zuzuführen, danach deren Schmelzen einzuleiten, wobei die dabei entstehenden Abgase aufgefangen und durch eine zweite Schrottcharge geleitet werden, um diese vorzuwärmen. Diese zweite Charge kann anschließend dem Ofen entweder auf einmal zugeführt werden, nachdem die erste Schrottcharge geschmolzen ist oder kontinuierlich, je nach dem Verlauf des Schmelzvorgangs.
• Ziel dieses Verfahrens ist es insbesondere, Energie einzusparen, indem teilweise die in den Abgasen enthältene Wärme wiederverwendet wird und indem eine Öffnung der Ofenabdeckung zur Zufuhr der zweiten Charge vermieden wird, die zu einem Energieverlust führt.
• Zur Durchführung dieses Verfahrens sind z.B. aus der Veröffentlichtung FR 23 28 046 Beschickungsvorrichtungen bekannt, die aus einem bezüglich der Horizontalen geneigten Rohr besteht, dessen unteres Ende oberhalb des Ofens mündet und das um seine Längsachse in Drehungen versetzt wird. Die Charge wird dem oberen Ende des Rohrs zugeführt und durchläuft dieses aufgrund dessen Drehung und seiner Neigung. Während dieser Zeit durchströmen die Gase in entgegengesetzter Richtung das Rohr und erwärmen die Stoffe. Da jedoch die Stoffe aufgrund der Schwerkraft im unteren Abschnitt des Rohres dessen Innenwand berühren, ist der Wirkungsgrad des direkten Wärmeaustausches zwischen Gas und Stoffen gering.
• Bei der in der Veröffentlichung GB-A 517 873 beschriebenen Vorrichtung sind die Stoffe auf einer in Richtung zum Ofen hin geneigten Platte angeordnet, wobei ein an einem Ende angeordneter Brenner verwendet wird, um diese Stoffe von oben her zu erwärmen.
• Die Veröffentlichung DE-A 2 747 499 beschreibt einen Tunnelofen, bei dem die Stoffe auf einer Halterung verteilt sind, die sich in Längsrichtung im Ofen erstreckt und dabei zunehmend von oben erwärmt werden während ihrer Fortbewegung auf der Halterung durch Brenner, die in Längsrichtung in der Ofenabdeckung verteilt sind.
• Diese Anordnungen weisen die gleichen Nachteile wie oben erwähnt auf, im Zusammenhang mit dem Wirkungsgrad des Wärmeaustausches.
• Gemäß einem anderen bekannten Verfahren wird die Charge insgesamt oberhalb des Ofens gehalten und von den heißen Abgasen oder dem Rauch durchsetzt. In diesem Fall ist es jedoch schwierig, die Gesamtheit der Abgase durch die Charge zu führen und diese gleichmäßig zu erwärmen. Die Halteanordnung und die große Stoffmenge, die an einer Stelle angeordnet sind, führen zu einem Leistungsverlust bei der Abfuhr der Abgase, die nachteilig für den Betrieb des Ofens ist. Außerdem erschwert diese Lösung eine zunehmende Zufuhr der Stoffe der Charge in den Ofen.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese verschiedenen Nachteile zu vermeiden und ein insbesondere kontinuierliches Beschicken mit vorgewärmten Stoffen zu ermöglichen, wobei die thermische Energie der Abgase in höchstmöglicher Weise wiedergewonnen wird.
• Im Hinblick auf dieses Ziel betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschicken eines metallurgischen Schmelzofens, beispielsweise eines Lichtbogenofens, mit metallhaltigen schüttbaren Stoffen, wobei dem Ofen wenigstens ein Teil dieser Stoffe durch ein Rohr zugeführt wird, dessen eines Ende oberhalb des Ofens mündet und in dessen anderes Ende die Stoffe eingeführt werden, wobei heiße Gase zur Vorwärmung durch die Stoffe geleitet werden, bevor diese in den Ofen eingeführt werden. Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsstoffe verteilt werden, indem sie auf Halterungen versetzt angeordnet werden, welche im Rohr entlang einer Ebene vorgesehen sind, die sich entlang eines schrägen Querschnitts des Rohrs erstreckt und in Richtung Ofen nach unten geneigt ist, so daß die Stoffe sich auf den Halterungen schichtweise verteilen und dabei im wesentlichen den Querschnitt vollständig bedecken und wobei zur Vorwärmung der Stoffe die heißen Gase das Rohr durchströmen und dabei Lücken durchsetzen, die zu diesem Zweck zwischen den Halterungen vorgesehen sind.
• Wie man sieht, besteht das erfindungsgemäße Prinzip darin, die Stoffe im Beschickungsrohr in Form einer Schicht zu verteilen, deren Dicke im wesentlichen regelmäßig ist, so daß der Wärmeaustausch mit den heißen Gasen erleichtert wird und die Gesamtheit der heißen Gase gezwungen wird, die Stoffcharge zu durchströmen, indem diese entlang eines schrägen Rohrquerschnitts angeordnet werden, d.h. dergestalt, daß sie über eine Oberfläche verteilt werden, die größer ist als ein gerader Rohrquerschnitt. Gemäß einer besonderen Anordnung der Erfindung bewegen sich die Stoffe, um sie zu verteilen, über eine Vielzahl von Halterungen, die entlang der Längsrichtung des Rohrs verteilt angeordnet sind auf unterschiedlichen Höhen, die in Richtung zum Ofen hin abnehmen, wobei diese Halterungen derart vibrieren, daß die auf den Halterungen angeordneten Stoffe in Richtung der nächsten zum Ofen hin gerichteten Halterung bewegt werden.
• Bei dieser besonderen Ausgestaltung erhält man die gewünschte Verteilung der Stoffe, indem sie auf den Halterungen ausgebreitet werden, wobei die Gasleistungsverluste aufgrund der Lücken zwischen den Halterungen begrenzt werden. Eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeaustauschwirkungsgrades zwischen den heißen Gasen und den Stoffen resultiert aus der Tatsache, daß während des Übergangs von einer Halterung zur nächsten, d.h. auf Höhe der Lücken, die Stoffe von den strömenden Gasen vollständig "umhüllt" werden, wie es bei den bekannten Vorrichtungen unmöglich ist, da dort die Stoffe in Berührung mit der Innenwand des Beschickungsrohr verbleiben.
• Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung bestehen die heißen Gasen aus dem im Ofen während des Schmelzvorgangs der bereits eingefüllten Stoffe entstehenden Rauch oder Abgas.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum insbesondere kontinuierlichen Beschicken eines metallurgischen Ofens mit Stoffen und die Vorwärmung dieser Stoffe, wobei er ein Beschickungsrohr aufweist, dessen eines Ende oberhalb des Ofens mündet und das an seinem anderen Ende eine Öffnung zum Einfüllen der Stoffe in das Rohr aufweist. Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Halteanordnung für die Stoffe aufweist, die im Rohr entlang einer Ebene angeordnet ist, welche sich entlang eines schrägen Abschnitts des Rohrs erstreckt und in Richtung Ofen nach unten geneigt ist sowie im wesentlichen über den gesamten Querschnitt verteilt ist, eine Anordnung zum Vorschub der Stoffe auf der Halteanordnung in Richtung Ofen aufweist sowie Durchlässe aufweist, die in der oder zwischen den Halterungen der Halteanordnung vorgesehen sind, um eine Strömung heißer Gase von einem Ende des Rohrs zum anderen zu ermöglichen.
• Cemäß einer besonderen Ausgestaltung besteht die Halteanordnung aus im wesentlichen ebenen Teilen, die ähnlich den Stufen einer in Richtung zum Ofen hin absteigenden Treppe angeordnet sind, wobei die Durchlässe für die heißen Gase zwischen den einzelnen ebenen Teilen vorgesehen sind.
• Um eine Fortbewegung der Stoffe in Richtung Ofen zu bewirken, weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Vibrationsanordnung für die stufenförmigen ebenen Teile auf, die geringfügig in Richtung Ofen geneigt sein können, um so die Stoffe von der Stufe, auf der sie sich befinden, zur nächsten tieferliegenden Stufe zu befördern.
• Es sei betont, daß der Ausdruck kontinuierliches Beschicken jede Art von Beschickung abdeckt, bei der die die Charge bildenden Stoffe nicht auf einmal eingeführt werden und beispielsweise auch eine Beschickung umfaßt, bei der aufeinanderfolgende Einführvorgänge geringer Stoffmengen, die zeitlich verschoben sind, durchgeführt werden.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Vorwärmung von Schrott und zum kontinuierlichen Beschicken eines Gleichstrom-Lichtbogenofens mit diesem Schrott.
In der beigefügten Zeichnung zeigen
• Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch die Beschickungsvorrichtung und den oberen Abschnitt des Lichtbogenofens und
• Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Variante der Vorrichtung.
• Die Beschickungsvorrichtung besteht aus einem Rohr oder einem rohrförmigen Tunnel 1, mit vorzugsweise rechtwinkligem Querschnitt. Das Rohr ist etwas gegen die Horizontale geneigt und mündet mit seinem oberen offenen Ende 11 oberhalb des nicht dargestellten Ofens in eine Zufuhrleitung 2, die mit der Abdeckung 3 des Ofens verbunden ist. Zwischen dem Rohr 1 und der Leitung 2 ist eine Abdichtanordnung 4 vorgesehen. In der Nähe seines oberen Endes 12 weist das Rohr eine Auslaßöffnung 5 für die Abgase auf sowie einen Einfülltrichter 6 für Schrott oder Alteisen 7.
• Die Wand des Rohrs 1 wird vorzugsweise gekühlt, beispielsweise durch einen Wasserkreislauf und besteht aus oder ist beschichtet mit einem feuerfesten Material, um so die Wärmeverluste zu begrenzen.
• Im Inneren des Rohrs sind Halterungen 8 in Form von Stufenplatten entlang einer schrägen Ebene P und zum Ofen hin geneigt angeordnet, die gekühlt sind oder aus einem feuerfesten Material bestehen und in der Anordnung ähnlich den Stufen einer Treppe sind, wobei sie sich in Querrichtung im wesentlichen über die gesamte Rohrbreite erstrecken. Die Stufenplatte 8', die die obere Stufe bildet, ist unterhalb des Trichters 6 in der Nähe der oberen Wand 1 des Rohrs angeordnet. Die Stufenplatte 8", welche die untere Stufe bildet, ist in der Nähe der unteren Wand 1" des Rohrs in der Nähe dessen unteren Endes 11 angeordnet.
• Die anderen Stufenplatten 8 sind im regelmäßigen Abstand voneinander zwischen der oberen Stufenplatte 8' ünd der unteren Stufenplatte 8" angeordnet, so daß die gesamte Stufenplattenanordnung über den gesamten schrägen Querschnitt des Rohrs entlang der Ebene P verteilt ist, während die Öffnung 11 des Rohrs 1, die im Ofen mündet, und die Auslaßöffnung 5 für die Abgase beidseits dieser Ebene P angeordnet sind. Zwischen zwei benachbarten Stufenplatten sind Lücken 9 vorgesehen, an den Stellen entsprechend der Steigung einer Stufentreppe, welche durch die Gesamtheit der Stufenplatten gebildet wird.
• Das Rohr 1 ist mit Vibrationserzeugern 10 versehen, um das gesamte Rohr in Schwingungen zu versetzen und demzufolge auch die Stufenplatten, die fest mit dem Rohr verbunden sind. Statt dessen können auch die Stufenplatten 8 nicht fest mit dem Rohr verbunden werden, wobei in diesem Fall die Vibrationserzeuger derart angeordnet werden, daß sie nur auf die Stufenplatten einwirken. Im folgenden wird die typische Betriebsweise des Beschickens eines Lichtbogenofens mit Schrott mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung dargelegt.
• In herkömmlicher Weise erfolgt die Beschickung eines Lichtbogenofens in mehreren Schritten. In den leeren Ofen wird eine erste Charge oder ein Korb mit Schrott eingeführt, wobei dessen obere Abdeckung offen ist. Nach dem Schließen des Ofens durch Anbringen der oberen Abdeckung auf diesen, werden die Elektroden mit elektrischem Strom beaufschlagt und in Berührung mit dem Schrott gebracht, um Lichtbögen zu erzeugen, welche ein Schmelzen des im Ofen enthaltenen Schrotts bewirken. Sind die Schrottstücke der ersten Charge wenigstens teilweise geschmolzen, so werden in den Ofen die nächst folgenden Chargen eingeführt.
• An dieser Stelle setzt nun das erfindungsgemäße Verfahren beim kontinuierlichen Beschicken mit Schrott ein.
• Der Schrott wird in das Rohr 1 durch den Trichter 6 in Richtung des Pfeiles 12 eingeführt. Er ruht nun auf der ersten Stufenplatte 8'. Aufgrund der Vibrationen der Stufenplatten, welche durch die Vibrationserzeuger 10 hervorgerufen werden, fallen die Schrottstücke auf die nächst folgende Stufenplatte und sofort bis zum unteren Ende des Rohrs, von dem sie aus in den Ofen fallen. Gleichzeitig werden die vom Ofen aufsteigenden Abgase von der Leitung 2 aufgefangen und durchströmen das Rohr 1 in Richtung des Pfeiles 13, d.h. entgegen der Vorschubrichtung des Schrotts, wobei sie durch die Öffnung 5 abgeführt werden, welche mit einer Rauchgasabzugsvorrichtung verbunden sein kann. Dabei werden die heißen Abgase gezwungen, die Lücken 9 zwischen den Stufenplatten 8 zu durchsetzen, wie es durch die Pfeile 14 dargestellt ist und erwärmen dabei den auf den einzelnen Stufenplatten in geringer Dicke angeordnet.en Schrott, wodurch der Wärmeaustausch zwischen Abgas und Schrott verbessert wird. Die mittlere Höhe der Schrottschicht hängt insbesondere von dessen Zusammensetzung ab sowie den Abmessungen und der Neigung des Rohrs sowie den Stufenplatten und auch der Intensität der Vibrationen. Diese Dicke muß kompatibel sein mit den durch den Gasabzug bewirkten Leistungsverlusten.
• Außerdem umhüllen auf Höhe der Lücken 9 die Abgase vollständig die Schrottstücke, die von einer Stufenplatte zur nächsten fallen, wodurch der Wärmeaustausch an diesen Stellen noch besser ist.
• Der Schrott wird demzufolge dem Ofen kontinuierlich und vorerwärmt zugeführt. Aufgrund der Anordnung der Stufenplatten im Rohr wird praktisch die Gesamtheit der das Rohr durchströmenden Gase in Kontakt mit dem Schrott gebracht, so daß deren thermische Energie in höchstmöglicher Weise wiedergewonnen werden kann.
• Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung kann z.B. eine Energieeinsparung von 60 kWh pro Tonne flüssigen Metalls erzielt werden im Vergleich zum Einsatz von nicht vorerwärmtem Schrott.
• Da der dem Ofen zugeführte Schrott bei dessen Einführung bereits erwärmt ist, ist weniger Zeit bis zum Schmelzen erforderlich, wodurch die Produktivität der Anlage steigt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Beschicken von Gleichstrom-Lichtbogenöfen mit wenigstens zwei Elektroden in der oberen Abdeckung. In diesem Fall kann nämlich die Zufuhr des vorerwärmten Schrotts in den Ofen zu einer Stelle zwischen Elektroden gleicher Polarität geleitet werden, d.h. zu einer Stelle, an der bekanntlich die Energie der elektrischen Bögen sich zu konzentrieren neigt. Der Schrott, der kontinuierlich an diese Stelle fällt, wird demzufolge schnell geschinolzen, so daß eine Anhäufung in noch fester Gestalt verhindert wird.
• Die Erfindung ist nicht auf die oben als Beispiele gegebene Vorrichtung und das Verfahren beschränkt. Insbesondere kann die Ausgestaltung der Stufenplatten solange verändert werden, wie diese einen Vorschub an Schrott vom Trichter bis zur Auslaßöffnung des Rohrs über einen gesamten Rohrquerschnitt ermöglicht und wobei die Gesamtheit oder wenigstens der größte Teil der heißen Gase oder Abgase durch die derart gebildete Schrottschicht geleitet wird.
• So kann z.B. das Rohr im wesentlichen horizontal angeordnet werden und die einzelnen Stufenplatte geneigt in Richtung zum Ofen, wobei dann vorzugsweise eine Anordnung vorgesehen wird, um den Abzug der Abgase durch die Auslaßöffnung 5 zu ermöglichen, die auch an der Stirnwand des Rohrs gegenüber der Auslaßöffnung 11 vorgesehen werden kann.
• Die Stoffe können auch entlang mehrerer schräger Rohrquerschnitte verteilt werden, indem z.B. eine oder mehrere Halterungen ähnlich der Halterung 8 entlang Ebenen vorgesehen werden, die im wesentlichen parallel zur Ebene P verlaufen und unter Anpassung des Rohrs daran (eine Zufuhröffnung für die Stoffe pro Halterung und einen Durchlaß unterhalb des oder der Halterungen, die dem Ofen am nächsten liegen zum Durchlaß der Stoffe, die von den Halterungen stammen, die den größten Abstand zum Ofen aufweisen).
• Wie Fig. 2 zeigt, können die Halterungen nicht nur entlang einer einzigen Ebene P angeordnet sein, sondern auch entlang mehrerer sich neigender Ebenen P', P", wie in Form einer Treppe, welche mehrere sich abwechselnd in die eine oder andere Richtung erstreckende Treppenläufe aufweist, wobei jeder Treppenlauf in einem Rohrabschnitt angeordnet ist und die verschiedenen miteinander verbundenen Rohrabschnitte aufeinander folgen.
• Mit dieser Variante kann nicht nur der Raumbedarf der Beschickungsvorrichtung verringert werden, sondern auch der Gesamtwirkungsgrad des Wärmetausches verbessert werden, da die verbleibende Wärmeenergie der Abgase 13' nach dem ersten Austausch mit dem Schrott im unteren Bereich 15 im oberen Bereich 16 weiter verwendet wird.
• Bei noch einer anderen Variante können mehrere Beschickungsvorrichtungen gemäß der obigen Beschreibung parallel zusammengeschaltet werden, wobei die Rohre einer jeden Vorrichtung in Richtung zur Einfüllöffnung des Ofens ausgerichtet sind.

Claims (9)

1. Verfahren zum Beschicken eines metallurgischen Schmelzofens, beispielsweise eines Lichtbogenofens, mit metallhaltigen Stoffen, wobei dem Ofen wenigstens ein Teil dieser Stoffe durch ein Rohr (1) zugeführt wird, dessen eines Ende (11) oberhalb des Ofens mündet und in dessen anderes Ende die Stoffe eingeführt werden und wobei heiße Gase zur Vorwärmung durch die Stoffe geleitet werden, bevor diese in den Ofen eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsstoffe (7) verteilt werden, indem sie auf Halterungen versetzt angeordnet werden, welche im Rohr entlang einer Ebene (P) vorgesehen sind, die sich entlang eines schrägen Querschnitts des Rohrs erstreckt und in Richtung Ofen nach unten geneigt ist, so daß die Stoffe sich auf den Halterungen schichtweise verteilen und dabei im wesentlichen den Querschnitt vollständig bedecken und wobei zur Vorwärmung der Stoffe die heißen Gase (Pfeil 13) das Rohr durchströmen und dabei Lücken (9) durchsetzen, die zu diesem Zweck zwischen den Halterungen vorgesehen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verteilung der Stoffe diese auf einer Vielzahl von Halterungen (8) fortbewegt werden, die in Längsrichtung des Rohrs auf hintereinander in Richtung zum Ofen hin abnehmenden Höhen angeordnet sind und daß diese Halterungen derart in Vibrationen versetzt werden, daß die auf einer Halterung befindlichen Stoffe hintereinander auf die sich unmittelbar in Fließrichtung zum Ofen hin befindliche Halterung bewegen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase aus den Abgasen bestehen, die beim Schmelzvorgang der zuvor in den Ofen eingeführten Stoffe entstehen.

4. Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschickung eines metallurgischen Schmelzofens mit Stoffen und zur Vorwärmung dieser Stoffe mit einem Beschickungsrohr (1), dessen eines Ende (11) oberhalb des Ofens mündet und das an seinem anderen Ende eine Öffnung (6) zum Einfüllen der Stoffe in das Rohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Halterung (8) für die Stoffe (7) aufweist, die im Rohr entlang einer Ebene (P) angeordnet ist, welche sich entlang eines schrägen Querschnitts des Rohrs erstreckt und in Richtung Ofen nach unten geneigt ist sowie im wesentlichen über den gesamten Querschnitt verteilt ist, eine Anordnung (10) zum Vorschub der Stoffe auf der Halteanordnung in Richtung Ofen aufweist, sowie Durchlässe (9) aufweist, die in der Halteanordnung oder zwischen den Halterungen vorgesehen sind, um eine Strömung heißer Gase (13) von einem Ende des Rohrs zum anderen zu ermöglichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteanordnung aus im wesentlichen ebenen Teilen (8) besteht, die ähnlich den Stufen einer in Richtung zum Ofen hin absteigenden Treppe angeordnet sind, wobei die Durchlässe (9) für die heißen Gase zwischen den ebenen Teilen vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Fortbewegung der Stoffe (7) auf den Halterungen (8) diese eine Anordnung (10) aufweist, um die Halterungen in Vibrationen zu versetzen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (8) in Richtung zum Ofen hin geneigt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) eine Auslaßöffnung (5) für die heißen Gase aufweist, wobei diese Auslaßöffnung (5) und die im Ofen mündende Endöffnung (11) beidseits der Anordnung aus Halterungen (8) für den Stoff vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) eine Schrotteinfüllöffnung (6) aufweist, die oberhalb der oberen Halterung (8') für den Stoff vorgesehen ist.