Plasmaschmelzofen

Abstract

 Bei diesem Plasmaschmelzofen mit einem Deckel (2) und einem Schmelzenbehälter (1), durch dessen Seitenwand gegen die Ofenachse geneigt angeordnete Plasmabrenner (15) geführt sind, ist an den Deckel (2) eine mit Zugregler (5) ausgestattete Hauptabgasleitung (4) angeschlossen und weiters eine gesonderte Ableitung für Abgase aus anderen Ofenöffnungen vorgesehen.
Um entstehende Reaktionsgase sowie Stäube und Rauch wirksam abzuführen, ohne die Umgebung zu belasten und um die Schutzgasatmosphäre im Ofeninneren ohne Falschluftzutritt ständig aufrecht zu erhalten, ist die gesonderte Ableitung als nach unten offener Kanal (6) ausgebildet, welcher im Bereich des oberen Randes des Schmelzenbehälters (1) peripher an der Außenseite des Behälters (1) angebracht ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Plasmaschmelzofen mit einem Deckel und einem Schmelzenbehälter, durch dessen Seitenwand gegen die Ofenachse geneigt angeordnete Plasmabrenner geführt sind, wobei an den Deckel eine mit Zugregler ausgestattete Hauptabgasleitung angeschlossen ist und weiters eine gesonderte Ableitung für Abgase aus anderen Ofenöffnungen vorgesehen ist.

[0002] Bei einem Plasmaschmelzofen wird zwischen dem (den) als Kathode geschalteten Plasmabrenner(n) und einer Bodenelektrode bzw. einer Schmelze als Anode eine elektrische Entladung aufrecht erhalten. Der Gleichstrom erzeugt einen sogenannten Plasmastrahl und fließt in einem elektrisch leitenden Kanal aus ionisiertem, durch die Plasmabrenner eingebrachtem Gas. Als Gas wird vorzugsweise für die Zündung Stickstoff und für den Schmelzvorgang ein Edelgas, wie Argon, bzw. Mischungen dieser Gase verwendet. Im Innenraum des Plasmaofens wird somit gleichzeitig eine Schutzgasatmosphäre gebildet, welche während des Schmelzvorganges mit möglichst geringen Beimengungen erhalten werden soll. Dies ist insbesondere bei der Erschmelzung von Stahlqualitäten mit niedrigen Stickstoffgehalten erforderlich.

[0003] Beim Einschmelzen von verunreinigtem Schrott - z.B. von ölhaltigem Schrott - kommt es immer wieder zu starker Rauchgasentwicklung, wobei die Rauchgase üblicherweise über einen Rauchgasstutzen im Deckel abgeleitet bzw.abgesaugt werden. Beim Absaugen wird auch das Schutzgas mit abgezogen und infolge des entstandenen Unterdruckes tritt durch Ofenöffnungen, wie z.B. Ofentüre und Gießauslauf, Umgebungsluft und damit Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf in das Ofeninnere ein. Die Folge sind Verunreinigungen der Schmelze, welche nach dem Abguß als Einschlüsse, wie Oxide und Nitride, oder als gelöste Substanzen im Gußstück vorliegen und somit eine Verminderung von dessen Qualität bewirken.

[0004] Aus der AT-PS 295 179 ist ein Ventilationssystem für Lichtbogenöfen bekannt, mittels welchem Gase und Rauch beseitigt und gewünschte atmosphärische Bedingungen im Ofen geschaffen werden sollen.

[0005] Ein solcher Lichtbogenofen weist zwei voneinander getrennte Ableitungen für die Abgase auf, wobei jede Ableitung mit einem Zugregler ausgestattet ist. Weiters ist nach der AT-PS 295 179 ein Wahlschalter vorgesehen, der über Ventile die Zugregler wechselweise während der Perioden des Schmelzens -einerseits und des Frischens und Verschlackens andererseits öffnet und schließt. Die Elektroden sind durch das Ofengewölbe geführt, die Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre im Ofeninneren ist nicht vorgesehen. Mit einem Ventilationssystem gemäß der AT-PS 295 179 ist insbesondere das Absaugen des vom Gießauslauf sowie von der Ofentüre aufsteigenden Rauches nur sehr unvollkommen möglich.

[0006] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Plasmaschmelzofen - insbesondere einen Plasmaprimärschmelzofen - zu schaffen, bei dem entstehende Abgase bzw. Reaktionsgase sowie Stäube und Rauch wirksam abgeführt werden, ohne die Ofenhalle bzw. die Umwelt zu belasten,und bei dem die Schutzgasatmosphäre im Ofeninneren während allen notwendigen Arbeitsvorgängen - beispielsweise auch während eines eventuellen Nachchargierens oder Abziehens von Schlacke - mit Sicherheit aufrecht erhalten wird.

[0007] Die gestellte Aufgabe wird bei einem Plasmaschmelzofen der eingangs definierten Art dadurch gelöst, daß die gesonderte Ableitung als nach unten offener Kanal ausgebildet ist, welcher im Bereich des oberen Randes des Schmelzenbehälters peripher an der Außenseite des Behälters angebracht ist.

[0008] Mittels dieses Kanals ist die Absaugung von Rauch, Staub und Abgasen in jeder Phase des Ofenbetriebes unabhängig von der Stellung des Zugreglers in der von der Öffnung im Ofendeckel wegführenden Abgasleitung möglich.

[0009] Zweckmäßig weist der Kanal über Ofentüre und Gießauslauf haubenförmige Erweiterungen auf, um den Abgasaustritt aus diesen vergleichsweise großen Ofenöffnungen auch beim Anfall größerer Mengen sicher beherrschen zu können.

[0010] Vorzugsweise ist der Kanal-über eine Verbindungsleitung in Absaugrichtung hinter dem Zugregler mit der vom Dekkel wegführenden Abgasleitung verbunden. Auf diese Weise wird nur ein Saugzugventilator benötigt, die gesamten Abgase werden in einer Leitung vereinigt und können gereinigt und entstaubt werden, bevor sie ins Freie gelangen bzw. einer Gastrennung zur Wiedergewinnung von Schutzgas unterworfen werden.

[0011] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist innerhalb des Ableitungskanals eine Leitung für die Zufuhr von Schutzgas mit nach unten gerichteten Bohrungen über Ofentüre und Gießauslauf vorgesehen.

[0012] Durch diese Bohrungen kann im Bedarfsfall Schutzgas geblasen werden, so daß gleichsam ein Gasschleier oder -vorhang vor den beiden großen Ofenöffnungen aufgebaut wird. Ein solcher Gasschleier verhindert einen Falschluftzutritt in den Ofeninnenraum, wenn im Ofen kurzzeitig ein Unterdruck entsteht, und ermöglicht sogar die eventuelle Öffnung der Ofentüre während des Einschmelzens, ohne daß die Schmelze - beispielsweise durch Oxidation oder Stickstoffaufnahme - verunreinigt wird. Selbstverständlich sind zum gleichen Zweck wie oben in der Leitung weitere Bohrungen - beispielsweise auch über den Durchführungsöffnungen für die Plasmabrenner - möglich. Je nach Zusammensetzung der Schmelze kommen als Schutzgase für den Gasschleier vorzugsweise Edelgase, insbesondere Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid, in Frage.

[0013] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmaschmelzofens. In Fig. 3 und in Fig. 4 sind Details im Bereich der Ofentür und im Bereich des Gießauslaufes vergrößert und im Schnitt dargestellt, Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus dem Ableitungskanal mit der Anschlußstelle für die Zufuhrleitung von Schutzgas,teilweise im Schnitt.

[0014] Mit 1 ist der im wesentlichen zylindrische Schmelzenbehälter des Plasmaschmelzofens bezeichnet, auf welchem ein wassergekühlter Deckel 2 ruht. Der Deckel ist mit einem Deckeltragwerk 3 verbunden. Von einer Absaugöffnung im Deckel führt eine Abgasleitung 4 über einen Rohrkrümmer weg. Als Zugregler ist in der Abgasleitung eine Drosselklappe 5 eingebaut. Die Abgasleitung 4 ist an eine nicht dargestellte Absaugeinrichtung (Saugzugventilator) angeschlossen. Unterhalb des Deckels 2 ist an der Außenseite des Schmelzenbehälters 1 ein nach unten offener Kanal 6 entlang des gesamten Umfanges des Behälters 1 angebracht.

[0015] über der Ofentüre 7 und über dem Gießauslauf 8 weist der Ableitungskanal 6 haubenförmige Erweiterungen 9, 10 auf (_Fig. 3 und 4); der Kanal 6 ist über eine Verbindungsleitung 11 mit der Abgasleitung 4 verbunden, wobei die Verbindungsleitung 11 erst nach der Drosselklappe 5 in die Abgasleitung 4 einmündet. Innerhalb des Kanals 6 ist eine Ringleitung 12 mit nach unten gerichteten Bohrungen 13 über der Ofentür 7 und dem Gießauslauf 8 vorgesehen, welche über das Anschlußstück 14 mit Schutzgas beaufschlagt werden kann (Fig. 5).

[0016] Drei mit 15 bezeichnete Plasmabrenner sind gegen die Ofenachse geneigt durch die Seitenwand des Schmelzenbehälters 1 geführt. Die Plasmabrenner sind auf den Stützen 16 verfahrbar gelagert.

[0017] Seitlich neben dem Schmelzengefäß 1 sind ein Deckelhubwerk 17 und ein Deckelschwenkwerk 18 angeordnet. Der Bodenteil 19 des Ofens ruht mit Wiegebalken 20 auf am Fundament 21 abgestützten Laufbahnen 22. Die Bodenelektrode 23 durchsetzt den Bodenteil 19,-der Stromanschluß ist nicht eingezeichnet.

[0018] Während des Einschmelzvorganges wird die vom Deckel 2 des Plasmaschmelzofens wegführende Abgasleitung 4 mittels der Drosselklappe 5 verschlossen. Dadurch bleibt das in bekannter Weise durch die Plasmabrenner in den Ofeninnenraum gelangende Schutzgas im Ofen; die ursprünglich im Ofeninnenraum enthaltene Luft und die beim Einschmelzen entstehenden Rauchgase entweichen durch die erwähnten Ofenöffnungen und werden über den Kanal 6, Verbindungsleitung 11 und über die Abgasleitung 4 mittels eines Saugzugventilators abgesaugt. Erleichtert wird die Abführung der Gase durch die im Bereich der Ofentür und des Gießauslaufes vorgesehenen haubenförmigen Erweiterungen bzw. Fortsätze 9 und 10.

[0019] Bei Verwendung von stark verunreinigtem Material ist es natürlich auch möglich, am Beginn der Einschmelzphase das zu schmelzende Material mittels einer Zusatzheizung, einer sogenannten "Stützfeuerung" sowie unter O₂-Einblasen vorzuschmelzen, wobei große Mengen an Staub und Rauch anfallen, die durch öffnen der Drosselklappe 5 rasch abgesaugt werden können. Daran schließt sich der eigentliche, voranstehend beschriebene Einschmelzvorgang mit geschlossener Drosselklappe 5 an.

[0020] Wird Eisen- bzw. Stahlschrott erschmolzen, wird die Schmelze üblicherweise gefrischt.

[0021] Die während der Frischperiode anfallenden großen Mengen an Reaktionsgasen werden gleichfalls größtenteils durch die Abgasleitung 4 über den Ofendeckel 2 abgezogen.

[0022] Wenn beim Einschmelzen keine starke Rauchgasentwicklung eintritt, muß der Saugzugventilator überhaupt nicht eingeschaltet werden. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß aufgrund undefinierter Strömungsverhältnisse Druckschwankungen auftreten und daß sich temporär ein leichter Unterdruck im Ofeninnenraum einstellt, welcher zur Folge hätte, daß Falschluft durch die Ofentür bzw. den Gießauslauf in den Ofen dringen könnte. Falschluftzufuhr ist auch infolge ständig stattfindender Gegendiffusionsvorgänge möglich.

[0023] Es wird daher die Gasringleitung 12 über ihr Anschlußstück 14 mit Schutzgas beaufschlagt. Das Schutzgas strömt durch die Bohrungen 13 aus und bildet - wie bereits weiter oben beschrieben - einen Schutzgasschleier im Bereich der Ofentür 7 bzw. des Gießauslaufes 8.

Ansprüche

1. Plasmaschmelzofen mit einem Deckel (2) und einem Schmelzenbehälter (1), durch dessen Seitenwand gegen die Ofenachse geneigt angeordnete Plasmabrenner (15) geführt sind, wobei an den Deckel (2) eine mit Zugregler (5) ausgestattete Hauptabgasleitung (4) angeschlossen ist und weiters eine gesonderte Ableitung für Abgase aus anderen Ofenöffnungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderte Ableitung als nach unten offener Kanal (6) ausgebildet ist, welcher im Bereich des oberen Randes des Schmelzenbehälters (1) peripher an der Außenseite des Behälters (1) angebracht ist.

2. Plasmaschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (6) über Ofentüre (7) und Gießauslauf (8) haubenförmige Erweiterungen (9,10) aufweist.

3. Plasmaschmelzofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (6) über eine Verbindungsleitung (11) in Absaugrichtung hinter dem Zugregler (5) mit der vom Deckel (2) wegführenden Abgasleitung (4) verbunden ist.

4. Plasmaschmelzofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Ableitungskanals (6) eine Leitung (12) für die Zufuhr von Schutzgas mit nach unten gerichteten Bohrungen (13) über Ofentüre (7) und Gießauslauf (8) vorgesehen ist.

Zeichnung