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Die Erfindung betrifft einen teilgeschlossenen Elektro-Reduktionsofen
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einem Deckel, durch welchen Elektroden sowie Beschickungsrohre hindurchgeführt
sind, wobei der Deckel im Bereich der Einmiindungen der Beschickungsrohre tief eingezogene
Teile aufweist, deren Abschrägunoswinkel im Hinblick auf den natürlichen Böschungswinkel
des im Betriebszustand des Ofens den Ofenraum auszufüllenden und mit der Möllersäule
in Beschickungsrohren in Verbindung stehenden Möllers gewählt ist und wobei im Randbereich
des Ofengefäßes Leitungen zur Abführung der beim Prozeß entstehenden Gase vorgesehen
sind.
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Reduktionsprozesse werden zumeist in Elektroöfen offener oder teilgeschlossener
Bauweise durchgeftihrt. Das in den Reduktionsöfen entstehende Reduktionsgas verbrennt
auf der Mölleroberfläche, die dann örtlich überhitzt wird, und der Möller sintert
an diesen Oberhitzungsstellen zusammen. Durch die so gebildeten Sinterbrlicken wird
die Gasdurchlässigkeit der Mölleroberfläche stark eingeschränkt. Das Gas sammelt
sich unter der Möllerkruste so lange an, bis der Druck ausreicht, die Kruste durchzubrechen.
Das ausbrechende Gas reißt Metall, Schlacke sowie teigigen Möller mit, so daß weitere
Teile der Mölleroberfläche verklebt und somit wenig gasdurchlässig werden.
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Zur Vermeidung der Gasausbrüche, die eine Temperatur über 2000 C aufweisen
und den Ofenprozeß ungünstig beeinflussen, ist es erforderlich, die Mölleroberfläche
mechanisch mit Hilfe von Stochern bzw. durch Drehen des Ofengefäßes aufzulockern.
Durch Stochern und Drehen wird jedoch der Möller verdichtet und das Möllerfeingut
ins Gas gebracht, außerdem wird auf die Elektroden Seitendruck ausgeübt. Weil die
Mölleroberfläche stets bearbeitet werden muß, ist eine kontinuierliche Mölleraufgabe
nicht gut möglich.
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Ein diskontinuierlich aufgegebener Möller trägt aber zum Verdichten
der Mölleroberschicht bei und belastet das Gas zusätzlich mit Staub.
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Bei den Reduktionsprozessen, die in offenen Reduktionsöfen durchqeführt
werden, fällt eine sehr große Abgasmenge an, weil die angesaugte Falschluftmenge
ein unkontrollierbares Vielfaches des im Ofen erzeugten Gases ausmacht. Dazu sind
große und teure Abgas-Entstaubungsanlagen erforderlich.
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Um die Menge der anfallenden Abgase zu verringern, werden geschlossene
Reduktionsöfen verwendet. Aber auch bei Verwendung von geschlossenen Reduktionsöfen
konnten keine voll befriedigende Ergebnisse erzielt werden. Durch die regelbaren
Ansaugöffnungen dringt nämlich sehr viel Falschluft in den Ofen ein, so daß auch
dort große Abgasmengen anfallen.
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Außerdem treten bekanntlich auch in den geschlossenen affen örtliche
f3herhitzungen der Mölleroberfläche auf und damit auch die durch die Bildung der
Sinterbrücken verursachten HeSRgasausbriiche. Um die schädlichen Auswirkungen dieser
GasausbrWiche auf die Ofenteile einzuschränken, muß ein großer Abstand des Deckels
von der Mölleroberfläche vorgesehen sein und für den Deckel teure, hochtemperaturbeständige
Werkstoffe verwendet werden.
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Mit der Problematik der schädlichen Auswirkungen der Gasverbrennung
auf der Mölleroberfläche befaßt sich die Fachwelt bereits seit Jahrzehnten, und
es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, die oberhalb der Möllerschicht im
Ofen herrschenden Verhältnisse zu verbessern.
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So sind geschlossene elektrische Schmelzofen bekannt (DE-PS 824 813),
bei denen die parallel zur Elektrodenachse verlaufenden Teile der Beschickungsschächte
in einem solchen Abstand von der Elektrode angeordnet sind, daß ein Raum zwischen
dem Beschickungsschacht und der Elektrode gebildet ist, der sich ztm Sammeln der
Ofengase eignet. Somit sollte die Größe des Gasraumes reguliert werden.
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Aus der DE-PS 24 37 245 ist ein geschlossener Reduktionsofen bekannt,
in dessen Arbeitsraum durch in der Rauchgashaube angeordnete Düsen Verbrennungsluft
gefihrt wird. Durch diese Diisen wird die Verbrennungsluft auf die ganze Mölleroberfläche
kontrolliert verteilt.
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Ein anderer geschlossener Elektroreduktionsofen ist aus der DE-PS
10 75 841 bekannt. Dieser Ofen ist insbesondere für die Erzeugung von Ferro-Silizium
vorgesehen. Der Deckel dieses Ofens ist im Bereich der mittig angeordneten Elektrodendurchführungen
in Richtung zum Ofengefäß hin tief eingezogen. An den obersten, d.h. dem Gefäß entferntesten
Stellen des Deckels, wo sich tote Räume geringer Gasgeschwindigkeit befinden, sind
Gasableitungsrohre angeschlossen.
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Eine andere Anordnung eines geschlossenen Reduktionsofens mit Gasrückgewinnung
zeigt die DE-OS 26 10 592. Zwischen der Ofen-Außenwand und jeder Elektrode ist eine
zur Elektrode konzentrisch angeordnete Zwischenwand vorgesehen, die oben an dem
Ofendeckel angeschlossen ist. Das untere freie Ende dieser Wand liegt ungefähr in
derselben Höhe wie das Ende der sich in Arbeitsstellung befindlichen Elektrode.
Der Raum- zwischen der Außenwand und der Zwischenwand dient als Gasabzugskanal Die
Schmelzreduktion in diesem Ofen findet im Roheisenbad statt, auf dem sich eine Schicht
gasdurchlässigen Kokses befindet. Für übliche Reduktionsa verfahren, bei denen ein
zum Sintern neigender Möller verwendet wird, ist der letztbeschriebene Ofen nicht
geeignet, weil die Eigenschaften sowie die Verteilung des Möllers unterschiedlich
von denen von Koks sind.
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Schließlich ist aus der DE-PS 740 830 ein geschlossener Reduktionsofen
bekannt, dessen Deckel sowohl in Richtung nach der Elektrode als auch nach außen
hin entsprechend dem Böschungswinkel der Beschickung abgeschrägt ist.
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Die Ofengase, die sich an den obersten, d.h. vom Ofengefäß entferntesten
Stellen ansammeln, werden von diesen Stellen durch Leitungen abgeführt.
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Zweck dieser Anordnung ist es, die Bauhöhe des Ofens zu verringern.
Das Reduktionsgas sammelt sich oberhalb der ganzen Mölleroberfläche.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reduktionsofen
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Reduktionsgas-Verbrennungsvorgang
kontrollierbar in einem vorbestimmten Bereich der Mölleroberfläche stattfindet,
wobei eine kontinuierliche Möl-leraufgabe gewährleistet
wird. Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ofendeckel sich nur über den Bereich
der Elektrodendurchführungen sowie der Einmündungen der Beschickungsrohre für den
Möller erstreckt, wobei die in unmittelbarer Umgebung der Einmündungen der Beschickungsrohre
befindlichen Deckelteile steiler ausgeführt sind, als es dem jeweiligen natlirlichen
Böschungswinkel des Möllers entspricht und daß am Umfangsrand des Deckels eine ringförmige,
allseitig geschlossen, jedoch in Richtung zum Ofenherd hin offene, ausgemauerte,
gekühlte, einen Verbrennungsraum für die Reaktionsgase einschließende Rauchgashaube
dicht angeschlossen ist, welche Eintrittsöffnungen fUr Verbrennungsluft aufweist
und an welcher Kamine zur Abführung der Verbrennungsabgase angeschlossen sind.
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Nach der Erfindung dienen die an der Innenseite der Rauchgashaube
angeordneten Kühivorrichtungen, vorzugsweise Khlschlangen, als Wärmetauscher zur
Gewinnung der Wärmeenergie des Ofengases. Diese Wärmetauscher sind als auswechsel
bare, segmentförmige Teile ausgebildet.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Ofendeckel aus
einem die Elektrodendurchführungen sowie die Möllerbeschickungsrohre umschlieP,enden
Umfangsring, der mit die Elektrodenstränge umgebenden Ringen verbunden ist, wobei
der Umfangsring, die Ringe um die Elektroden und die Möllerbeschickungsrohre durch
die steil ausgeführten Deckelteile miteinander verbunden sind.
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Zur Einstellung der Möllerhöhe im Ofenraum ist die mit dem Ofendeckel
zusammengefügte Haube höhenverstellbar angeordnet.
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Die Größe der Eintrittsöffnungen kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
veränderbar sein.
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Damit die geringe Menge des durch die in den Beschickungsrohren anstehende
Möllersäule entweichten Gases im Ofen verbleibt, ist nach einem anderen Merkmal
der Erfindung an den Beschickungsrohren eine Gasableitung angeschlossen, die über
einen Lüfter in den Verbrennungsraum der Rauchgashaube zurückgeftihrt ist. Weil
sich in dem Randbereich der Mölleroberfläche, die sich
im Verbrennungsraum
der Rauchgashaube befindet, Sinterbrücken bilden, sind nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung Stochervorrichtungen vorgesehen, deren Arme durch die in der Haube
angeordneten Eintrittsöffnungen für Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum reichen.
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Am Außenumfang der Rauchgashaube ist ein verfahrbares oder abnehmbares,
der Form des Rauchgashaubenmantels angepaßtes Schild vorgesehen. Dieses Schild soll
im Falle, daß ein Wärmetauschersegment zwecks Reparatur ausgebaut wird, die Hauben-Außenseite
an der Reparaturstelle abschließen, damit der Ofenbetrieb ungestört fortgesetzt
werden kann.
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Auf diese Weise wird die Verbrennung des Reduktionsgases auf der gesamten
Mölleroberfläche oder ihrem überwiegenden Teil weitgehend verhindert, weil der Möller
bis dicht an die Unterseite des Ofendeckels reicht. Somit sind auf der Oberfläche
keine Stellen vorhanden, an denen sich die Gase ansammeln können oder die Verbrennung
stattfinden kann. Der Verbrennungsbereich ist auf den Randbereich des Möllers beschränkt,
der durch die Rauchgashaube begrenzt ist. Lediglich in diesem Verbrennungsraum findet
eine kontrollierte Verbrennung des Reduktionsoases statt.
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Die unterhalb des Ofendeckels befindliche Mölleroberfläche behält
während des Reduktionsprozesses ihre ursprüngliche Beschaffenheit, sintert und verklebt
nicht und ermöglicht daher eine kontinuierliche Möllerbeschickung durch die Beschickungsrohre.
Lediglich in ihrem Randbereich muß die Möller oberfläche durch Stochern bearbeitet
werden.
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Durch die Anordnung ist es möglich, die Menge, die- Temperatur und
den Staubgehalt des Gases so gering wie möglich zu halten. Damit ist auch die anfallende
Staubmenge kleiner, und es können entsprechend kleinere Entstaubungsanlagen verwendet
werden.
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Um die Elektroden wird eine gleichmäßige Möllerabdeckung erreicht.
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Schließlich bringt die erfindungsgemäße Anordnung auch wesentliche
konstruktive Vorteile mit sich: Die Konstruktion des Ofendeckels, insbesondere der
feuerfesten Ausmauerung sowie die Wärmeisolierung kann kostengünstiger ausgeführt
werden, da die Deckeltemperaturen niedriger sind. Die Elektrodenstrang-Bauteile,
wie Fassung, Abdichtzylinder und Kontakthacken, die sich oberhalb des Deckels befinden,
sind besser abgeschirmt.
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Das in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird zur Erläuterung der Erfindung im folgenden näher beschrieben.
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In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 den erfindungsgemäßen Elektro-Reduktionsofen
in Draufsicht und Fig. 2 einen Schnitt auf Linie I-I gemäß Fig. 1.
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In Fig. 1 ist ein teil geschlossener Elektro-Reduktionsofen dargestellt,
mit einem Ofendeckel 4, an dessen Umfangsring 4a eine ringförmige Rauchgashaube
2 dicht angeschlossen ist, so daß sie mit dem Deckel 4 eine zusammengefügte Baueinheit
bildet. Die Verbindung zwischen der Haube 2 und dem Deckel 4 ist lösbar, damit bei
Reparaturen der Haube, die einer höheren Wärmebelastung als der Deckel ausgesetzt
ist, eine Ersatzhaube eingesetzt und an den Deckel angeschlossen werden kann.
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Die Rauchgashaube 2 ist an der Innenseite mit Kühlrohrschlangen versehen,
die gleichzeitig einen Wärmetauscher 16 bilden. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel
sind segmentförmige Wärmetauscherteile vorgesehen, die leichter als ein ringförmiger
Wärmetauscher ausgewechselt werden können. Der Wärmetauscher besteht aus einer Kühlrohrschlange.
Durch die Wärmetauscher kann die Wärme der Gase sowie die Strahlungswärme des Möllers
zur weiteren Nutzung verwendet werden.
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An die Rauchgashaube 2 sind drei Kamine 11 angeschlossen, die zur
Abführung der Verbrennungsgase dienen. Am Außenrand der Haube 2 ist ein Schild 15
vorgesehen, der am Haubenmantel verfahrbar angeordnet ist und im Falle, daß ein
Wärnetauschersegment zwecks Reparatur -ausgebaut werden muß, die Außenseite der
Haube 2 an der Reparaturstelle abschließen soll, damit der Ofenbetrieb ungestört
fortgesetzt werden kann.
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Aus Fig. 1 ist ferner der Aufbau des Ofendeckels 4 ersichtlich: Der
Deckel 4 besteht aus dem bereits erwähnten Umfangsring 4a, aus eine jede Elektrode
7 umschließenden Ringen 4b sowie aus abgeschrägten- Deckelteilen 6, die die Ringe
4a und 4b miteinander verbinden. Die Elektroden 7 führen durch den Ofendeckel 4
hindurch.
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In Fig. 2 ist das Ofengefäß 14 dargestellt, welches bis dicht an den
Ofendeckel 4 mit Möller 13 gefüllt ist. Der Möller 13 steht mit den Möllersäulen,
die in Beschickungsrohren 5 ständig aufrechterhalten werden, während des Ofenbetriebes
in Verbindung. Die im Bereich der Elektroden 7 befindlichen Deckelteile 6 sind steiler
ausgeführt als dem jeweiligen natürlichen Böschungswinkel des Möllers 13 entspricht.
Damit ist es möglich, den Ofenraum unterhalb des Ofendeckels 4 so dicht auszufüllen,
daß zwischen dem Deckel 4 und der Mölleroberfläche kein Raum besteht, in dem sich
Gase ansammeln bzw. verbrennen können. Die Verbrennung der Gase auf der Mölleroberfläche
kann lediglich im kreisringförmigen Bereich der Mölleroberfläche stattfinden, die
(wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist) durch die Ofengefäß-Innenwand sowie
durch den unteren Innenrand der Rauchgashaube 2 begrenzt ist. Ein Verbrennungsraum
1, in dem allein die Reduktionsgase verbrennen, ist durch die mit feuerfester Auskleidung
versehene Innenwandung der Rauchgashaube 2 sowie die bereits erwähnte, unterhalb
der Haube 2 liegende, kreisringförmige Randzone des Möllers 13 begrenzt. In der
Haube 2 sind Eintrittsöffnungen 3 für die Zuführung von Verbrennungsluft vorgesehen.
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Wie bereits erwähnt, sind in bzw. an der feuerfesten Ausmauerungsschicht
der Haube 2 Kühlrohrschlangen vorgesehen, die gleichzeitig die Funktion
eines
Wärmetauschers 16 haben. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Haube 2 bis auf
die Eintrittsöffnungen 3 sowie die Uffnungen für die Kamine 11 zur Anführung der
Verbrennungsabgase allseitig geschlossen, jedoch in Richtung zum Ofenherd hin offen
ausgeführt. Die Elektroden 7 sind mit Hilfe von Abdichtungseinrichtungen 9 gegenüber
dem Ofendeckel abgedichtet.
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In den Beschickungsrohren sind Gasabsaugleitungen 8 vorgesehen, über
die die geringen, im Möller vorhandenen Mengen von Gas über einen nicht dargestellten
Lüfter abgezogen und in den Verbrennungsraum eingeblasen werden.
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Schließlich sind die mit 12 bezeichneten Stochervorrichtungen vorgesehen,
mit denen die Mölleroberfläche im Bereich des Verbrennungsraumes 1 bearbeitet werden
kann.
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Mit 17 ist die Arbeitshurne hezeichnet.
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Zur Einstellung der Möllerhöhe im Ofenraum kann der Ofendeckel 4 zusammen
mit der angeschlossenen Rauchgashaube 2 mit Hilfe von nicht dargestellten Mitteln,
wie z.B. Kran, höhenverstellt werden.
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L e e r s e i t e