DE60000773T2

DE60000773T2 - System zum verschliessen der delta-zone eines elektro-lichtbogenofendeckels

Info

Publication number: DE60000773T2
Application number: DE60000773T
Authority: DE
Inventors: Angelico Della Negra; Milorad Pavlicevic; Alfredo Poloni; Peter Tishchenko
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: AU1886500A; ATE227831T1; EP1147351B1; US6219371B1; ES2182768T3; EP1147351A1; DE60000773D1; IT1310527B1; WO2000043719A1; ITUD990014A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein System zum Verschließen des Deltas der Abdeckung eines Lichtbogenofens (EAF), der in Stahlwerken verwendet wird, um Eisenmaterialien oder andere Metalle zu schmelzen.
Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Verschlusssystem, das verhindert, dass die Rauchgase, die wahrend des Schmelzprozesses erzeugt werden, aus dem in der Abdeckung hergestellten Loch oder Lochern, durch die die Elektroden eingesetzt werden, entweichen, und auch verhindern soll, dass die Außenluft in die mittige Kammer des Ofens eintritt und die inneren Wärmebedingungen beeinträchtigt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Im Stand der Technik ist der Bereich der Abdeckung eines Lichtbogenofens, wo die Elektroden positioniert sind, als Delta bekannt Er ist mit einem aus feuerfestem Material hergestellten Verschlusselement mit einem oder mehreren Lochern verwirklicht, um zu ermöglichen, dass die Elektroden in den Ofen eingesetzt werden.
Die Funktion des Verschlusselements besteht dann, ein Entweichen von sehr großen Mengen von Rauchgasen aus dem Ofens zu verhindern und die Elektroden gegen den gekühlten Metallkörper elektrisch zu isolieren, der die Struktur der Abdeckung bildet.
Es gibt zwei Hauptprobleme im Stand der Technik, die die Haltbarkeit der Elemente begrenzen, die die Abdeckung selbst bilden.
Das erste Problem ist dasjenige der hohen Oberflächentemperatur, die auf dem feuerfesten Material selbst auftritt und die das feuerfeste Material zum teilweisen Schmelzen bringt, und folglich wird das Verschlusselement verbraucht.
Das zweite Problem besteht darin, dass metallische Partikeln auf der Oberfläche des mittigen Teils der Abdeckung anhaften. Diese halbgeschmolzenen Partikeln werden von den Rauchgasen transportiert und haften an der Oberflache des feuerfesten Elements an, wenn sie sich nach oben bewegen Dies verringert das Isoliervermögen des Elements. Wenn der Ofen arbeitet, unterstützen außerdem die von den Gasen transportierten Metallpartikeln eine Ionisation derselben, wodurch Betriebsbedingungen geschaffen werden, die sich für die Bildung von Mikroentladungen zwischen den Elektroden und dem feuerfesten Element selbst eignen. Je großer die von den Rauchgasen transportierte Partikelmenge ist, desto häufiger und heftiger sind diese Mikroentladungen.
Diese Abnutzungserscheinung führt den Namen Elektroerosion und ist Arbeitskräften in diesem Gebiet weitverbreitet bekannt.
Außerdem weisen die im Verschlusselement zum Einsetzen der Elektroden erzeugten Löcher einen Durchmesser auf, der angemessen größer ist als derjenige der Elektroden selbst, um zu verhindern, dass sie in direkten Kontakt kommen. Um zu verhindern, dass die Rauchgase, die im Verlauf des Schmelzprozesses erzeugt werden, durch die Zwischenräume zwischen dem Verschlusselement und den Elektroden ins Freie entweichen, ist in Übereinstimmung mit den beiden im umgebenden Bereich eine leichte Einsenkung erzeugt. Deshalb gibt es einen beträchtlichen Einlass von Luft durch diese Öffnungen von außen und zum Schmelzvolumen, was die inneren Heizbedingungen beeinträchtigt und die Oxidation der Elektroden fördert.
In vielen Lichtbogenöfen, wo die beaufschlagte Leistung sehr hoch ist (von 20 MVA bis 100 MVA), ist es erforderlich, die Größe des Spalts zwischen der Wand des Lochs und der entsprechenden Elektrode zu vergrößern, und deshalb gibt es häufige Leckagen von großen Mengen von Abgasen aus dem Ofen, die für die Arbeitskräfte, die den Fabriksbetrieb aufrechterhalten, gefährlich und für die Arbeitsumgebung schädlich sind.
Bei Anwendungen von Öfen, die mit Gleichstrom mit zwei oder mehr Elektroden gespeist werden, gibt es auch eine Ablenkung der Bögen in Richtung auf die Mitte des Ofens, was auf die Anziehung zwischen den zwei Stromlinien zurückzuführen ist. Dies bringt eine direkte Strahlung in Richtung auf das feuerfeste Element mit sich und eine Steigerung der Wärmebelastung darauf.
Dokument EP-A-0 805 327, das den nächsten Stand der Technik darstellt, offenbart eine Abgasvorrichtung für einen Lichtbogenofen, die umfasst: eine Glocke mit einer mittigen Öffnung, um die Elektroden unterzubringen, und eine zylindrische Kuppel, die in einer vertikal erhöhten Position und koaxial zur unteren Glocke angeordnet ist und als Dekantierkammer wirkt. Ein einzelnes Austragrohr ist mit einem vierten Loch verbunden, das im oberen Teil der Glocke vorgesehen ist, um sowohl den Hauptstrom von Rauchgasen, der vom unteren Teil der Glocke ankommt, als auch den Sekundärstrom von Rauchgasen, der die oberen Elektroden umgibt und über die Glocke ansteigt, ins Innere der Kuppel auszutragen. Das letztere ist auch mit dem Austragrohr durch eine seitliche Rohrleitung verbunden, die tangential von der Seitenwand derselbe Kuppel vorsteht und die bewirkt, dass der Sekundärstrom von Rauchgasen im Innern der Kuppel mit einer spiralförmigen Entwicklung emporsteigt.
Dokument DE-A-197 29 317 offenbart eine wassergekühlte mehrteilige Abzugshaube für metallurgische Gefäße mit Kühlrohren, die vertikal und horizontal angeordnet sind, eines in der Nähe des anderen, um zwei unterschiedliche Durchlässe für die Abgase mit unterschiedlichen Temperaturen zu bilden. Insbesondere ist ein erster äußerer Durchlass vorgesehen, um den größten Teil von Gasen, z. B. etwa 80%, mit Temperaturumfängen zwischen 1200ºC und 1400ºC, in Richtung auf ein erstes Austragrohr zu fördern, während ein zweiter innerer Durchlass vorgesehen ist, um die übrigen Gase, z. B. etwa 20%, mit Temperaturumfängen zwischen 600ºC und 1200ºC, in Richtung auf ein zweites Austragrohr zu fördern. Die Abdeckung der Abzugshaube, die den wichtigeren Teil derselben bildet, wo die vertikalen Elektroden angeordnet sind, ist mit einem feuerfesten Material verwirklicht. Die in DE '317 beschriebene Abzugshaube weist die Nachteile von sämtlichen bekannten Systemen auf, die ein feuerfestes Material verwenden, um die Abdeckung derselben zu verwirklichen.
Der gegenwärtige Anmelder hat das Verschlusssystem gemäß der Erfindung erfunden, getestet und verwirklicht, um alle diese Nachteile zu beheben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Verschlusssystem für Lichtbogenöfen gemäß der Erfindung wird im Hauptanspruch dargelegt und gekennzeichnet, während die abhängigen Ansprüche andere erfinderische Merkmale der Erfindung beschreiben.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verschlusssystem für Lichtbogenöfen zu verwirklichen, bei dem die durch das schmelzende Metall erzeugten Rauchgase nicht aus der oben auf der Abdeckung hergestellten Öffnung oder Öffnungen, um eine Einführung der Elektroden zu ermöglichen, entweichen und bei dem gleichzeitig die Außenluft nicht in die Hauptkammer des Ofens durch dieselben Öffnungen eintritt.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verschlusssystem zu verwirklichen, das die Bildung von elektrischen Entladungen auf die Struktur der Abdeckung verhindert, die auf die enorme Anwesenheit von ionisierten Pulvern in der Atmosphäre des Ofens zurückzuführen sind, und das auch das "Haften" der Metallpartikeln auf den feuerfesten Materialien verhindert, was eine ersichtliche Verringerung im elektrischen Isoliergrad mit sich bringen würde.
Entsprechend diesen Zielen umfasst das Verschlusssystem gemäß der Erfindung ein aus einer Mehrzahl von Kühlrohren bestehendes oberes Element oder Hilfsabdeckungselement, das oben auf der Hauptabdeckung angeordnet ist, das so geformt ist, dass es eine innere Kammer definiert, und das mit Öffnungen versehen ist, durch die die Elektrode oder Elektroden bewegt werden können. Die innere Kammer des Hilfsabdeckungselements ist durch ein Kühlgitter von der Hauptkammer des Ofens getrennt und ist seitlich mit einem vertikalen Turm mit einer Hauptabsaugfunktion verbunden, um einen Wirbel- oder Zykloneffekt zumindest um den oberen Teil von jeder Elektrode zu erzeugen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, die als nichtbe schränkendes Beispiel mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen gegeben wird.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt in schematischer Darstellungsform eines Lichtbogenofens, der ein Verschlusssystem übernimmt, das im Stand der Technik bekannt ist;
Fig. 2 ist ein Längsteilschnitt in schematischer Darstellungsform der Abdeckung eines Lichtbogenofens, der das Verschlusssystem gemäß der Erfindung übernimmt;
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Abdeckung, die in Fig. 2 dargestellt ist;
Fig. 4 ist ein Längsteilschnitt in schematischer Darstellungsform einer Variante des in Fig. 2 dargestellten Verschlusssystems;
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Abdeckung eines Gleichstromofens mit zwei Elektroden, der ein Verschlusssystem gemäß der Erfindung übernimmt;
Fig. 6 ist eine Draufsicht in schematischer Darstellungsform auf den oberen Teil des in Fig. 4 dargestellten Verschlusssystems in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 7 ist eine Draufsicht in schematischer Darstellungsform auf den oberen Teil des in Fig. 4 dargestellten Verschlusssystems in einer zweiten Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 stellt ein Verschlusssystem für eine Abdeckung 10 eines Lichtbogenofens 11 dar, das gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist. Dieses System sieht vor, dass ein aus feuerfestem Material hergestelltes Verschlusselement 12 verwendet wird, das oben auf der Abdeckung 10 angeordnet ist und mit einem oder mehreren Öffnungen oder Löchern 13 versehen ist, die ermöglichen, dass eine oder mehrere Elektroden 15 in den Ofen 11 eingesetzt werden.
Gemäß dieser Erfindung ist, wie in Fig. 2 dargestellt, ein oberes Element oder Hilfsabdeckungselement 20 oben auf der Abdeckung 10 angeordnet, das so geformt ist, dass es eine innere Kammer 21 definiert.
Das Hilfsabdeckungselement 20 besteht aus einer Mehrzahl von Rohren 23, in denen ein Kühlfluid, wie z. B. Wasser, unter Druck umläuft, und ist mit Öffnungen 113 versehen, durch die die Elektroden 15 bewegt werden können. Die Öffnungen 113 mit demselben Durchmesser wie die Elektroden 15 sind viel größer als die Öffnungen 13 der feuerfesten Elemente 12, und so, dass sie die Bildung von Entladungen von den Elektroden 15 auf die gekühlten Rohre 23 verhindern.
Die Kammer 21 ist von der darunterliegenden Hauptkammer 25 des Ofens 11 durch ein Gitter 26 von Kühlrohren getrennt und ist seitlich mittels einer Öffnung oder Fenster 29 von geeigneter Größe mit einem vertikalen Turm 27 mit einer Hauptabsaugfunktion verbunden, durch den die durch das Schmelzen des Metalls erzeugten Rauchgase austreten.
Ein Zykloneffekt wird in der Kammer 21 erzeugt, was auf ihre Gestalt und die Tatsache zurückzuführen ist, dass sie direkt mit dem Turm 27 verbunden ist; dieser Zykloneffekt fördert die Luft, die von der Außenseite ankommt, direkt in Richtung auf den Turm 27, was verhindert, dass die Luft in die Hauptkammer 25 eintritt. Auf eine ähnliche Weise werden die durch das Schmelzen des Metalls erzeugten Rauchgase, die in die Kammer 21 eintreten, zum Turm 27 ausgetragen und werden nicht durch die Öffnungen 113 zur Außenseite verteilt.
Der Turm 27 ist mit einer seitlichen Öffnung 28 versehen, die auch als das vierte Loch bekannt ist, das mit einem Absaugsystem von einem bekannten Typ verbunden ist und in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Das Absaugsystem kann z. B. von dem Typ sein, der in der Anmeldung für ein Patent einer industriellen Erfindung No. UD96A000066 beschrieben ist, die vom gegenwärtigen Anmelder am 30. April 1996 eingereicht wurde.
Die Funktion des Absaugsystems ist es einen Bereich von gleichförmiger Absaugung in der Abdeckung des Ofens zu erzeugen, um die Geschwindigkeit zu verringern, mit der die Rauchgase mit einer vertikal aufsteigenden Bewegung hinauf durch das Schmelzvolumen abgesaugt werden, und gleichzeitig eine Drehbewegung der Rauchgase entlang ihrem Weg in Richtung auf das vierte Loch 28 auszulösen, um eine weitere Filterung derselben durchzuführen.
Das Verschlusssystem umfasst auch eine Mehrzahl von Rohren 30 (Fig. 4), die in Übereinstimmung mit der Abdeckung 10 im oberen Teil der Hauptkammer 25 angeordnet sind. Kühlflüssigkeit wird auch dazu gebracht, unter Druck im Innern der Rohre 30 zu fließen.
Die Rohre 30 sind in im Wesentlichen radialen Spiralen angeordnet (Fig. 5), die eine ringförmige Glocke definieren, die angeordnet ist, um den oberen Teil der mittigen Kammer 25 nahezu vollständig abzudecken, abgesehen von der mittigen Öffnung 31, durch die die Elektroden 15 hindurchtreten.
Die Spiralen der Rohre 30 weisen einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf (Fig. 4), bis auf diejenigen, die in Übereinstimmung mit dem Turm 27 angeordnet sind, die sich nach oben öffnen, um zu ermöglichen, dass die Rauchgase in Richtung auf den letzteren strömen.
Die Dichte der Spiralen der Rohre 30 variiert entsprechend den Zonen der Abdeckung 10 und ist größer in Übereinstimmung mit dem Turm 27, wo das Volumen der Rauchgase am größten ist und das Vorherrschender Absaugung am höchsten ist.
Das Gitter 26 ist so geformt, dass es mit dem äußeren Umriss der Elektroden 15 übereinstimmt.
Um die Ausbeute der Elektroden 15 zu verbessern und ihre Haltbarkeit zu erhöhen, wird ein Wirbel- oder Zykloneffekt um sie herum erzeugt, so dass die Luft und die Rauchgase aus der Kammer 21 in Richtung auf den Turm 27 an der Peripherie ausgetragen werden, weit entfernt von der Oberfläche der Elektroden 15 selbst.
Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in Fig. 6 dargestellt ist, wird ein einziger Wirbel von Luft um die Elektroden 15 herum erzeugt, was den Turm 27 in einer im Wesentlichen mittleren Position in Bezug dazu anordnet, wobei der jeweilige Auslasssammler 32 tangential in Bezug zum Turm 27 an dessen höchsten Teil angeordnet ist. Der Turm 27 und die Kammer 21 stehen mittels einer Öffnung oder eines Kanals 34 von einem geeignet dimensionierten Querschnitt in Verbindung. In Fig. 6 zeigen die Pfeile die Bewegung der Rauchgase an, bevor sie aus dem Ofen 11 austreten.
Gemäß einer unterschiedlichen Ausführungsform, die in Fig. 7 dargestellt ist, ist die innere Kammer 21 so geformt, dass sie zwei im Wesentlichen zylindrische Zonen 21a und 21b definiert, die koaxial zu den beiden Elektroden 15 sind und miteinander durch eine Zwischenzone 21c verbunden sind, während der Turm 27 so geformt ist, dass er eine erste im Wesentlichen zylindrische Zone 27a und eine zweite im Wesentlichen zylindrische Zone 27b definiert, die durch eine mittige Zone 27c verbunden sind. In diesem Fall ist der Auslasssammler 32 in Übereinstimmung mit der mittigen Zone 27c angeordnet, während die zylindrischen Zonen 27a und 27b jeweils in Übereinstimmung mit einer Elektrode 15 vorliegen. In diesem Fall sind die zwei Volumina 21 und 27 mittels zweier getrennter Öffnungen 33a und 33b von einer Größe in Verbindung gebracht, die geeignet ist, um die beiden komplementären Wirbel um die beiden Elektroden 15 mittels Wirbeln ingangzusetzen, die direkt im Turm 27 ausgelöst werden, und zwar mit der geeigneten mittleren Verbindung mit dem Austragsammler 32. Auf diese Weise werden zwei getrennte Wirbel gebildet, bevor die Rauchgase aus dem Ofen 11 austreten, wie durch die Pfeile dargestellt.
Es ist augenscheinlich, dass Modifikationen an und Hinzufügungen zu dem Verschlusssystem für Lichtbogenöfen, wie vorstehend beschrieben, vorgenommen werden können, aber diese sollen in den Bereich und Umfang der Erfindung bleiben.

Claims

1. System zum Verschließen der Abdeckung (10) eines Lichtbogenofens (11) mit einer Hauptkammer oder Schmelzvolumen (25), die/das unter der Abdeckung (10) angeordnet ist, und mindestens einer Elektrode (15), die in die Hauptkammer (25) eingeführt ist, wobei das System umfasst: ein oberes Element oder Hilfsabdeckungselement (20), das oben auf der Abdeckung (10) angeordnet ist und so geformt ist, dass es eine innere Kammer (21) und mindestens eine mittige Öffnung (113) definiert, durch welche die Elektrode (15) bewegt werden kann, wobei das Hilfsabdeckungselement (20) eine Mehrzahl von Rohren (23) umfasst, in deren Innern ein Kühl fluid unter Druck umläuft, wobei die innere Kammer (21) mit einem vertikalen Turm (27) mit einer Hauptabsaugfunktion verbunden ist, die geeignet ist, um einen Wirbel- oder Zykloneffekt zumindest um den oberen Teil der Elektrode (15) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsabdeckungselement (20) allein durch die Mehrzahl von Rohren (23) gebildet ist.

2. Verschlusssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kammer (21) des Hilfsabdeckungselements (20) durch ein Gitter (26) von Kühlrohren von der Hauptkammer (25) getrennt ist.

3. Verschlusssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (26) windungsförmig ist, so dass es mit dem äußeren Umriss der Elektrode (15) übereinstimmt.

4. Verschlusssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Turm (27) mit einem Absaugsystem versehen ist, das geeignet ist, um eine aufwärts gerichtete Zyklonbewegung im Innern des Turms (27) zu erzeugen, und dadurch, dass die Verbindung zwischen der inneren Kammer (21) und dem vertikalen Turm (27) durch mindestens eine seitliche Öffnung (33a, 33b, 34) erzielt wird, die geeignet ist, um eine Zyklonbewegung um jede Elektrode (15) auszulösen, wobei die aufsteigende Zyklonbewegung im Innern des vertikalen Turms (27) genutzt wird.

5. Verschlusssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (27) in einer mittleren Position in Bezug zur Elektrode (15) angeordnet ist und dass ein Sammler (32) für den Auslass der Rauchgase tangential in Bezug zum Turm (27) angeordnet ist.

6. Verschlusssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Öffnung (34) eine mittige Zone der inneren Kammer (21) in Verbindung mit einer entsprechenden mittigen Zone des vertikalen Turms (27) bringt.

7. Verschlusssystem nach Anspruch 1, bei dem mindestens zwei Elektroden (15) im Innern der Hauptkammer (25) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (27) in einer mittleren Position in Bezug zu den zwei Elektroden (15) angeordnet ist.

8. Verschlusssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige seitliche Öffnung (34) eine mittige Zone der inneren Kammer (21) in Verbindung mit einer entsprechenden mittigen Zone des vertikalen Turms (27) bringt.

9. Verschlusssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (27) so geformt ist, dass er eine erste im Wesentlichen zylindrische Zone (27a) und eine zweite im Wesentlichen zylindrische Zone (27b) definiert, die durch eine mittige Zone (27c) verbunden sind, und dadurch, dass ein Auslasssammler (32) für die Rauchgase in Übereinstimmung mit der mittigen Zone (27c) angeordnet ist, und dadurch, dass die im Wesentlichen zylindrischen Zonen (27a, 27b) in Übereinstimmung mit jeder der Elektroden (15) angeordnet sind.

10. Verschlusssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kammer (21) so gebildet ist, dass sie zwei im Wesentlichen zylindrische Zonen (21a, 21b) definiert, die zu den zwei Elektroden (15) koaxial angeordnet und durch eine Zwischenzone (21c) verbunden sind, und dadurch, dass die im Wesentlichen zylindrischen Zonen (21a, 21b) der inneren Kammer (21) mit den im Wesentlichen zylindrischen Zonen (27a, 27b) des vertikalen Turms (27) mittels zwei entsprechender Öffnungen (33a, 33b) verbunden sind, die sie in Verbindung miteinander bringen.

11. Verschlusssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittige Öffnung (113) einen viel größeren Querschnitt aufweist als der Querschnitt der Elektrode (15), um die Bildung von Entladungen der Elektrode (15) auf die Mehrzahl von gekühlten Rohren (23) zu verhindern.