MODULARER ELEKTRO-REDUKTIONSOFEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Elektro-Reduktionsofen mit beliebiger, beispielsweise runder oder rechteckiger, Querschnittsform des Ofengefäßes, der bei Ferrolegierungs- und NE-Prozessen (NE = Nichteisenmetalle) zu Versuchszwecken und in vereinfachter Bauform unter Wegfall der Versuchsoptionen als industrieller SAF (Submerged Arc Furnace) einsetzbar ist.

[0002] Bekannte kleinere Elektro-Reduktionsöfen erfordern genau wie größere Öfen jeweils ein komplettes Engineering. Einmal errichtete Öfen können mechanisch nur noch schwer angepasst bzw. geändert werden. Eine mögliche Standardisierung beschränkt sich auf Maße und Bauarten, jedoch weniger auf die universelle Einsetzbarkeit einzelner Bauteile. Hinsichtlich der elektrischen Betriebsweise können bekannte Öfen wechselweise auch in verschiedenen Verschaltungen betrieben werden, wozu aber oftmals zuvor mechanische Bauteile aufwändig umgebaut oder gar gewechselt werden müssen, was im Regelfall individuelle Lösungen erforderlich werden lässt.

[0003] Bei kleinen Öfen fallen zusätzlich die Engineering-Kosten überproportional ins Gewicht, da sie mit der Ofengröße nicht abnehmen, sondern in weiten Teilen eine Art "Fixkosten" darstellen. Änderungen an bestehenden Öfen - ob groß oder klein - sind sehr aufwändig. Es besteht deshalb die Schwierigkeit, kleine Öfen zu vermarkten, da dem Markt nur schwer vermittelbar ist, dass die Kosten für Engineering und Fertigung kleiner Öfen nicht im gleichen Maße wie die Nenn - Leistungen sinken.

[0004] Dokument EP-A-1286 123 offenbart ein modelaren Elektro-Reduktionsofen.

[0005] Ausgehend von diesem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen kleineren flexiblen Reduktionsofen anzugeben, der es ermöglicht, preisgünstig zu projektierende und dennoch prozessspezifisch anpassbare Reduktionsöfen für den Versuchsbetrieb bzw. für eine entsprechende industrielle Verwendung entwerfen zu können.

[0006] Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Elektro-Reduktionsofen komplett zerlegbar aus beliebig austauschbaren Modulen ausgebildet ist, wobei für Leistungsstärken oberhalb von 5 MVA als Leistungsgrenze eine unwirtschaftlich werdende Gesamtkonstruktion gilt, die je nach Ausführung und Verwendung des Ofens u. a. beispielsweise zur stützenden Aufnahme von Dehnungsspannungen erforderlich ist, und dass die Abmessungen und der Aufbau des Elektro-Reduktionsofens bezüglich des Ofengefäßes, der Seitenwände, des Bodens, der Decke sowie der Anordnung der Elektroden durch Verwendung einzelner und/oder mehrerer Module mit unterschiedlichen Abmessungen und Materialien individuell variabel gestaltbar und beispielsweise für industriell genutzte Öfen die für unterschiedliche Prozesse erforderlichen unterschiedlichen Herdhöhen in wesentlich einfacher Weise veränderbar sind.

[0007] Die modulare Bauform mit schnell austauschbaren Segmenten, wobei einzelne oder mehrere Module auch Schweißkonstruktionen sein können, erleichtert durch ihre Eignung für möglichst zahlreiche elektrische Betriebsweisen bei der Anwendung als Versuchsofen die Anpassung an unterschiedliche Versuchsziele aus beispielsweise dem Gebiet der Nichteisenmetalle und Schlackenreinigung, der Herstellung von Stahl und Ferrolegierungen und der Hüttenreststoffverwertung. Auch für die Prüfung von Feuerfest- und Seitenwandkühlkonzepten (Kanalkühlung, Rieselkühlung, verschiedene Kupferkühlkonzepte) ist dieser erfindungsgemäße multifunktionale Elektro-Reduktionsofen bestens geeignet.

[0008] Die modulare Bauform erleichtert durch die Übertragung einzelner Elemente nach ihrer Bewährung in den industriellen Maßstab die Projektierung und individuelle Gestaltung gerade kleinerer Öfen, die dann erfindungsgemäß gleichfalls aus einem "Baukasten" zusammengestellt werden können. Mit Vorteil lassen sich derartige kleinere Öfen dann beispielsweise bei einem späteren Prozess- oder Produktwechsel in einfacher und schneller Weise an die geänderten Verhältnisse anpassen.

[0009] So sind die Seitenwände des Ofengefäßes zur schnellen Höhen- und Ausmauerungsadaption in Gefäßringe mit möglichen unterschiedlichen Höhen unterteilt, die wiederum in Gefäßringsegmente geteilt sind, beispielsweise in Hälften oder Drittel. Diese Gefäßringsegmente besitzen teilweise verschiedene Aufgaben und dementsprechend teilweise auch verschiedene Höhen. So können beispielsweise vorne ein Metallabstichsegment und ein Schlackenabstichsegment übereinander liegen, während das Segment auf der gegenüberliegenden Seite so hoch wie das Metallabstichsegment und das Schlackenabstichsegment zusammen ist. Durch Verwendung einzelner standardisierter, beispielsweise gebogen, ausgebildeter Gefäßringsegmente, die in beliebiger Anzahl miteinander verkettet werden, können beispielsweise auch pseudorunde und/oder eckige Gefäßringe mit unterschiedlich großem Durchmesser gebildet werden. Der erfindungsgemäße Elektro-Reduktionsofen geht somit weg von der geschweißten Stahlkonstruktion und auch von der Vorstellung, dass ein Ofen zwangsläufig außen rund sein muss, um Dehnungskräfte aufzunehmen. Dies können auch verkettete gebogene Elemente.

[0010] Die modulare Bauform schließt auch die individuell möglichen unterschiedlichen elektrischen Betriebsweisen ein. So kann beispielsweise der Boden des Elektro-Reduktionsofens aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt werden, um Versuche mit einer Bodenelektrode durchzuführen. Weiterhin wird durch eine entsprechende Geometrie der Elektrodendurchführung sowie einer intelligenten Verschaltung des elektrischen Anschlusses ein AC- und DC-Betrieb und die Anwendung zahlreicher unterschiedlicher elektrischer Betriebsweisen ermöglicht, wobei folgende, teilweise auch für die Verwendung im industriellen Maßstab geeignete änderbare elektrische Betriebsweisen durchführbar sind:

* DC-Betrieb und 1 bis 3 Elektroden mit Bodenelektrode,

* AC/DC-Betrieb und 1 Elektrode mit Bodenelektrode,

* DC-Betrieb mit 2 Elektroden ohne Bodenelektrode,

* DC-Betrieb mit 2 Elektroden mit Bodenelektrode,

* AC-Betrieb mit 3 Elektroden direkt am Drei-Phasen-Netz für kleine Leistungen,

* AC-Betrieb mit 3 Elektroden in üblicher Verschaltung und Steuerung.

[0011] Zusammengefasst sind dabei folgende Vorteile durch den Elektro-Reduktionsofen der Erfindung gegeben:

• Möglichkeit, auch ohne AC-Elektrik einen AC-Betrieb mit 3-Elektroden im DC-Betrieb hinsichtlich des Stromflusses nachahmen zu können,
• schnelle Korrektur z. B. der Herdhöhe bei industriellen Ofengrößen,
• rationellere Konstruktion und Fertigung, insbesondere von selteneren Ofentypen,
• vereinfachte Wartung und Kontrolle des Ofens im Betrieb,
• schneller Austausch einzelner Segmente,
• Möglichkeit der Lagerhaltung einzelner Bauteile,
• schnelles Engineering durch Verwendung eines modularen Baukastensystems,
• Möglichkeit der Vorbereitung späterer Umbauten.

[0012] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an in schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0013] Es zeigen:

Fig. 1

einen Elektro-Reduktionsofen mit fehlendem Seitenwandsegment in einer perspektivischen Seitenansicht schräg von oben,

Fig. 2

zwei Seitenwandsegmente in einer perspektivischen Seitenansicht,

Fig. 3

einen Elektro-Reduktionsofen in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,

Fig. 4

einen aus standardisierten Gefäßringsegmenten gebildeten pseudorunden Gefäßring,

Fig. 5

eine Verkettung von standardisierten Gefäßringsegmenten,

Fig. 6

eine Elektrodenanordnung in einer Draufsicht,

Fig. 7

einen elektrischen Schaltplan.

[0014] In der Figur 1 ist ein Elektro-Reduktionsofen 1 in einer perspektivischen Seitenansicht dargestellt. Er besteht im Wesentlichen aus einem Ofengefäß 2 mit einer Seitenwand 3, einem Boden 4 und einer Decke 5. Durch in der Decke 5 vorhandene Öffnungen sind von oben in das Ofengefäß 2 an Elektrodenarmen 8 gehaltene Elektroden 6 eingeführt, wobei zur vertikalen Verschiebung der Elektroden 6 die Elektrodenarme 8 an Führungsrahmen 9 beweglich befestigt sind. Die Elektrodenarme 8 dienen hierbei zusätzlich zur Halterung der für den Betrieb erforderlichen Zuführung elektrischer Energie mittels einer Hochstrombahn 10. Zur Dokumentation der modularen Bauweise und um einen Blick in das Ofengefäß 2 zu ermöglichen, wurde in der Fig. 1 eines von ursprünglich drei vorhandenen Seitenwandsegmenten 30 (vgl. Fig. 2), die die Seitenwand 3 bilden, sowie ein entsprechend großes Teilstück des Bodens 4 entfernt. An einem der verbleibenden Seitenwandsegmente 30 (vgl. Fig. 2) ist eine Schmelzrinne 23 angeordnet.

[0015] In der Figur 2 sind die beiden Seitenwandsegmente 30 (in der Abbildung links mit der Schmelzrinne 23 und rechts mit zugehörendem Bodenteilstück 4) der Fig. 1 in einer perspektivischen Seitenansicht einzeln dargestellt. Die Seitenwandsegmente 30 sind aus einzelnen übereinander liegenden Gefäßringsegmenten 21 aufgebaut, wobei eines als Metallabstichsegment oder als Schlackenabstichsegment mit einer Schmelzrinne 23 versehen ist.

[0016] Zur weiteren Verdeutlichung der erfindungsgemäßen modularen Bauform des Elektro-Reduktionsofens 1 ist dieser in der Figur 3 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung abgebildet. Einzelne Bauteile des Elektro-Reduktionsofens 1 sind auf diese Weise gegenüber der Figur 1 klarer zu erkennen. So ist erkennbar, dass der Boden 4 aus zwei übereinander liegenden Schichten 41, 42 gebildet ist, wobei zur Verwendung des Bodens 4 als Bodenelektrode 7 die obere Schicht 41 beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt werden kann.

[0017] Die Figur 4 zeigt in einer Draufsicht einen pseudorunden Gefäßring 20, der in diesem Ausführungsbeispiel aus fünf standardisierten, gebogenen Gefäßringsegmenten 22 gebildet ist, die lösbar untereinander verkettet sind. Die hier verwendete Anzahl von fünf Gefäßringsegmenten 22 ist beliebig veränderbar, wobei als sinnvolle untere Grenze drei miteinander verkettete Gefäßringsegmente 22 gelten, die dann ein 3-eckiges Ofengefäß ergeben, während eine größere Anzahl sich der runden Form weiter annähert. Eine mögliche Ausführung einer derartigen Verkettung 24 ist in der Figur 5 dargestellt, wobei jedes Gefäßringsegment 22 in das benachbarte Gefäßringsegment 22 von oben eingehängt wird.

[0018] Eine mögliche Anordnung der Elektroden 6 mit ihren Elektrodenarmen 8 sowie den Elektroanschlüssen 11 ist in der Figur 6 dargestellt. Aus dieser Darstellung ist die innerhalb des Ofengefäßes 2 frei zueinander mögliche Verstellbarkeit (innerhalb einer entsprechend ausgebildeten Öffnung im Ofendeckel, die vorzugsweise y-förmig ausgestaltet sein kann) der Elektroden 6 ersichtlich, welche erforderlich ist, um verschiedene Verschaltungen realisieren zu können. Eine mögliche elektrische Verschaltung hierzu für Gleichstrom (=) oder Wechselstrom (~) ist dem in der Figur 7 wiedergegebenen Schaltplan zu entnehmen. Er zeigt die Schalter S2, S3 und S4 für die Elektroden 6 sowie die Schalter S1 und S5 für die Bodenelektrode 7. Mit dieser Verschaltung sind dann folgende Betriebsweisen möglich:

Schalter:	S1	S2	S3	S4	S5
Schalterstellungen:	DC-Betrieb mit drei Elektroden und Bodenelektrode
	AUS	EIN	EIN	EIN	EIN
	DC/AC-Betrieb mit einer Elektrode und Bodenelektrode
	AUS	AUS	EIN	AUS	EIN
	DC-Betrieb mit zwei Elektroden ohne Bodenelektrode
	EIN	EIN	AUS	EIN	AUS
	DC-Betrieb mit zwei Elektroden und Bodenelektrode
	AUS	EIN	AUS	EIN	EIN
	AC-Betrieb mit drei Elektroden ohne Bodenelektrode
	AUS	EIN	EIN	EIN	AUS

Bezugszeichenliste

[0019] 

1

Elektro-Reduktionsofen

2

Ofengefäß

3

Seitenwand

4

Boden

5

Decke

6

Elektrode

7

Bodenelektrode

8

Elektrodenarm

9

Führungsrahmen

10

Hochstrombahn

11

Elektroanschluss

20

Gefäßring

21

Gefäßringsegment

22

standardisiertes Gefäßringsegment

23

Schmelzrinne

24

Verkettung

30

Seitenwandsegment

41, 42

den Boden bildende Schichten

S1 - S5

Schalter

~

Wechselstrom (AC-Betrieb)

=

Gleichstrom (DC-Betrieb)

Ansprüche

1. Elektro-Reduktionsofen (1) mit beliebiger Querschnittsform des Ofengefäßes (2)
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ofen aus beliebig austauschbaren Modulen gebildet ist, und zwar

- aus einem den Boden (4) bildenden Bodenmodul,

- zusammengesetzt die Seitenwände (3) bildenden Seitenwandmodulen, die aus Gefäßringen (20) gleicher oder unterschiedlicher Höhe bestehen,

- einen Metallabstich - und einem Schlackenabstichelementmodulen, sowie

- einem die Decke (5) bildenden Deckelmodul, mit unterschiedlichen Öffnungen für die Durchführung der Elektroden (6).

2. Elektro-Reduktionsofen (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass einzelne oder mehrere Module Schweißkonstruktionen sind.

3. Elektro-Reduktionsofen nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Boden (4) zur Verwendung als Bodenelektrode (7) mit einer aus einem elektrisch leitenden Material gefertigten Schicht (41) versehen ist.

4. Elektro-Reduktionsofen (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gefäßringe (20) auch in Gefäßringsegmente (21, 22) unterteilt sein können, mit beispielsweise Hälften oder Dritteln eines Ringes.

5. Elektro-Reduktionsofen (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine runde oder rechteckige Querschnittsform des Ofengefäßes (2).

Claims

1. Electric reduction furnace (1) with any cross-sectional shape of the furnace vessel (2),
characterised in that
the furnace is formed from any exchangeable modules and, in particular, from

- a base module forming the base (4),

- side wall modules which placed together to form the side walls (3) and consisting of vessel rims (20) of the same height or different heights,

- a metal-tapping and a slag-tapping element module and

- a cover module, which forms the cover (5), with different openings for passage therethrough of the electrodes (6).

2. Electric reduction furnace (1) according to claim 1, characterised in that individual or several modules are welded constructions.

3. Electric reduction furnace according to one of the preceding claims, characterised in that the base (4) is, for use as a base electrode (7), provided with a layer (41) made from an electrically conductive material.

4. Electric reduction furnace (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the vessel rings (20) can also be subdivided into vessel ring segments (21, 22) with, for example, halves or thirds of a ring.

5. Electric reduction furnace (1) according to any one of the preceding claims, characterised by a round or rectangular cross-sectional shape of the furnace vessel (2).

Revendications

1. Four d'électroréduction (1), dont la cuve (2) possède n'importe quelle forme en section transversale,
caractérisé en ce que
le four est formé par n'importe quel nombre de modules interchangeables, et plus précisément :

- par un module de base formant la base (4) ;

- par des modules de parois latérales formant, à l'état assemblé, les parois latérales (3), qui sont constitués par des anneaux de cuve (20) possédant des hauteurs égales ou différentes ;

- par des modules constituant des éléments pour la coulée du métal et des éléments pour le déchargement des scories ; et

- par un module de recouvrement formant le couvercle (5), comportant différentes ouvertures pour le passage des électrodes (6).

2. Four d'électroréduction (1), selon la revendication 1, caractérisé en ce que
des modules individuels ou plusieurs modules représentent des constructions soudées.

3. Four d'électroréduction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la base (4), pour pouvoir être utilisée comme électrode de base (7), est munie d'une couche (41) réalisée à partir d'une matière électroconductrice.

4. Four d'électroréduction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les anneaux de cuve (20) peuvent également être subdivisés en segments d'anneaux de cuve (21, 22), comprenant par exemple des moitiés ou des tiers d'un anneau.

5. Four d'électroréduction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par une forme ronde ou rectangulaire de la cuve de four (2) en section transversale.

Zeichnung