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Title:
CHARGING DEVICE FOR A MELTING FURNACE OF A MELT-METALLURGICAL PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/031973
Kind Code:
A1
Abstract:
A charging device (4) for a melting furnace (1) of a melt-metallurgical plant has a charging element (5), which can be filled with metal scrap (2) intended for the melting furnace (1) in a stockpiling area (6) of the melt-metallurgical plant, can be transferred from there into a charging area (7), can be tipped there about a horizontal tipping axis (7) for emptying and, in the emptied state, can be transferred back into the stockpiling area (6). The charging element (5) has a bottom plate (10) and side walls (11). At least one of the side walls (11) can be opened for emptying the charging element (1). This side wall (11) runs parallel to the tipping axis (9). A component of a respective local normal vector (N) that the bottom plate (10) defines by its contour varies in a horizontal direction (x), which extends orthogonally in relation to the tipping axis (9), in such a way over the locus on the bottom plate (10) that, when the charging element (5) is tipped about the tipping axis (9), the metal scrap (2) located in the charging element (5) does not fall out of the charging element (5) all at once but with a time lag.

Inventors:
DORNDORF, Markus (Mauerbergstr. 31, Baden-Baden, 76534, DE)
HUBER, Hansjörg (Friedhofstr. 103, Kehl, 77694, DE)
Application Number:
EP2011/065113
Publication Date:
March 15, 2012
Filing Date:
September 01, 2011
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
DORNDORF, Markus (Mauerbergstr. 31, Baden-Baden, 76534, DE)
HUBER, Hansjörg (Friedhofstr. 103, Kehl, 77694, DE)
International Classes:
C21C5/52; F27B3/18
Domestic Patent References:
Foreign References:
GB564824A
US5647288A
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Beschickungseinrichtung für einen Schmelzofen (1) einer schmelzmetallurgischen Anlage,

- wobei die Beschickungseinrichtung ein Beschickungselement (5) aufweist, das in einem Bevorratungsbereich (6) der schmelzmetallurgischen Anlage mit für den Schmelzofen (1) bestimmtem Metallschrott (2) füllbar ist, von dort in einen Beschickungsbereich (7) überführbar ist, dort zum Entleeren um eine horizontale Kippachse (9) kippbar und in entleertem Zustand wieder in den Bevorratungsbereich (6) verfahrbar ist,

- wobei das Beschickungselement (5) eine Bodenplatte (10) und Seitenwände (11) aufweist,

- wobei mindestens eine der Seitenwände (11) zum Entleeren des Beschickungselements (5) offenbar ist,

- wobei die offenbare Seitenwand (11) parallel zur Kippachse (9) verläuft,

- wobei ein Anteil eines jeweiligen lokalen Normalenvektors (N) , den die Bodenplatte (10) aufgrund ihres Verlaufs defi¬ niert, in einer Horizontalrichtung (x) , die orthogonal zur Kippachse (9) verläuft, derart über den Ort auf der Boden¬ platte (10) variiert, dass beim Kippen des Beschickungsele¬ ments (5) um die Kippachse (9) der im Beschickungselement (5) befindliche Metallschrott (2) nicht schlagartig, son¬ dern zeitlich versetzt aus dem Beschickungselement (5) her¬ ausfällt .

2. Beschickungseinrichtung nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die of¬ fenbare Seitenwand (11) um eine horizontale Schwenkachse (12) schwenkbar ist, die in der Nähe des von der Bodenplatte (10) abgewandten Endes der offenbaren Seitenwand (11) angeordnet ist .

3. Beschickungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kippachse (9) orthogonal zu einer Verfahrrichtung des Beschickungselements verläuft.

4. Beschickungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der An¬ teil des jeweiligen lokalen Normalenvektors (N) in der Horizontalrichtung (x) zwar in Richtung der Horizontalrichtung (x) gesehen variiert, in Richtung der Kippachse (9) gesehen jedoch konstant ist.

5. Beschickungseinrichtung nach Anspruch 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bo- denplatte (10) vor dem Kippen des Beschickungselements (5) um die Kippachse (9)

- in einem vorderen Randbereich (13), der in der Nähe der offenbaren Seitenwand (11) gelegen ist, auf die offenbare Seitenwand (11) zu abschüssig ist,

- in einem hinteren Randbereich (14), der in der Nähe einer der offenbaren Seitenwand (11) gegenüber liegenden Seitenwand (11) gelegenen ist, auf die gegenüber liegende Seiten¬ wand (11) zu abschüssig ist und

- in einem zwischen dem vorderen und dem hinteren Randbereich (13, 14) gelegenen Mittelbereich (15) im Wesentlichen horizontal verläuft.

6. Beschickungseinrichtung nach Anspruch 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwi- sehen dem Mittelbereich (15) und dem vorderen Randbereich

(13) ein vorderer Übergangsbereich (16) angeordnet ist, dass zwischen dem Mittelbereich (15) und dem hinteren Randbereich

(14) ein hinterer Übergangsbereich (17) angeordnet ist und dass die Übergangsbereiche (16, 17) zum Mittelbereich (15) hin abschüssig sind.

7. Beschickungseinrichtung nach Anspruch 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bo¬ denplatte eine Mehrzahl von Wellen oder Halbwellen (18) aufweist, die in Richtung der Horizontalrichtung (x) gesehen vor dem Kippen des Beschickungselements (5) um die Kippachse (9) hintereinander liegen.

8. Beschickungseinrichtung nach Anspruch 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wellenlänge (λ) der Wellen oder Halbwellen (18) mit zunehmendem Abstand von der offenbaren Seitenwand (11) ansteigt.

Description:
Beschreibung

Beschickungseinrichtung für einen Schmelzofen einer schmelzmetallurgischen Anlage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschickungseinrichtung für einen Schmelzofen einer schmelzmetallurgischen Anlage,

- wobei die Beschickungseinrichtung ein Beschickungselement aufweist, das in einem Bevorratungsbereich der schmelzmetallurgischen Anlage mit für den Schmelzofen bestimmtem Metallschrott füllbar ist, von dort in einen Beschickungsbe ¬ reich überführbar ist, dort zum Entleeren um eine horizontale Kippachse kippbar und in entleertem Zustand wieder in den Bevorratungsbereich überführbar ist,

- wobei das Beschickungselement eine Bodenplatte und Seiten ¬ wände aufweist,

- wobei mindestens eine der Seitenwände zum Entleeren des Be ¬ schickungselements offenbar ist,

- wobei die offenbare Seitenwand parallel zur Kippachse ver ¬ läuft .

Zur Vorwärmung von Stahlschrott werden bei Schmelzöfen oftmals die im Schmelzofen entstehenden Prozessgase verwendet. Die Prozessgase werden oftmals durch Schachtförmige Anordnun ¬ gen geleitet, in denen der Stahlschrott mittels eines Rück ¬ haltesystems - beispielsweise in Form von schwenkbaren Fin ¬ gern - über dem Ofengefäß gehalten wird und von den Prozessgasen des Ofens durchströmt wird. Der Stahlschrott wird sozu- sagen zwischen Ofengefäß und Abgassystem in einer Form gehalten, dass möglichst viel Wärme des Abgases in den Stahl ¬ schrott bzw. in die Schrottsäule übergeht. Diese Vorgehens ¬ weise verbessert die Energiebilanz und senkt damit den Ener ¬ giebedarf des Schmelzofens.

Beladen wird der Schacht im Stand der Technik über ein Beschickungselement, das in vielen Fällen als Schurre ausgebil ¬ det ist. Die Schurre wird über einen Drehpunkt abgekippt, um den Stahlschrott von der Schurre abrutschen zu lassen (Kipplasterprinzip) . Beim Übergang von Haftreibung zu Gleitreibung löst sich der in der Schurre befindliche Schrott schlagartig, so dass der gesamte Schrott praktisch ebenso schlagartig auf den Finger auftrifft. Aufgrund der Höhe des Schachtes und der damit gegebenen Fallhöhe des Schrotts wirken auf das Rückhal ¬ tesystem hohe dynamische Kräfte. Auch auf die Schachtwand wirken hohe Kräfte. Aufgrund der Vorgehensweise des Standes der Technik ergeben sich hohe Verschleiß- und Verformungsef- fekte. Diese verringern die Betriebssicherheit und die Stand ¬ zeit der schmelzmetallurgischen Anlage. Sie erhöhen weiterhin den Wartungs- und Reparaturaufwand erheblich.

Die mit der Vorgehensweise des Standes der Technik verbunde- nen Nachteile werden im Stand der Technik einfach hingenommen .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Belastung des Rück- haltssystems verringert werden kann, ohne anderweitig nen ¬ nenswerte Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Die Aufgabe wird durch eine Beschickungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun- gen der erfindungsgemäßen Beschickungseinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Bodenplatte einer Beschi ¬ ckungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch auszu- gestalten, dass ein Anteil eines jeweiligen lokalen Normalenvektors, den die Bodenplatte aufgrund ihres Verlaufs defi ¬ niert, in einer Horizontalrichtung, die orthogonal zur Kippachse verläuft, derart über den Ort auf der Bodenplatte vari ¬ iert, dass beim Kippen des Beschickungselements um die Kipp- achse der im Beschickungselement befindliche Metallschrott nicht schlagartig, sondern zeitlich versetzt aus dem Beschi ¬ ckungselement herausfällt. Die erfindungsgemäße Lösung liegt somit m einer speziellen Formgebung der Bodenplatte des Beschickungselements, aufgrund derer der Übergang von Haftreibung zu Gleitreibung etappenweise erfolgt und somit der Sturz des Schrotts in den Schacht von „alles auf einmal" zu „kontinuierlich - stückweise" über ¬ führt wird.

Vorzugsweise ist die offenbare Seitenwand um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar, die in der Nähe des von der Bodenplatte abgewandten Endes der offenbaren Seitenwand angeordnet ist .

Vorzugsweise verläuft weiterhin die Kippachse orthogonal zu einer Verfahrrichtung des Beschickungselements.

Es ist möglich, dass der Anteil des jeweiligen lokalen norma- len Vektors in der Horizontalrichtung sowohl in Richtung der Horizontalrichtung gesehen als auch in Richtung der Kippachse gesehen variiert. Vorzugsweise jedoch variiert der genannte Anteil nur in Richtung der Hori zontalrichtung gesehen, ist in Richtung der Kippachse gesehen jedoch konstant.

Beispielsweise ist es möglich, die Bodenplatte derart auszu ¬ gestalten, dass sie vor dem Kippen des Beschickungselements um die Kippachse

- in einem vorderen Randbereich, der in der Nähe der offenbaren Seitenwand gelegen ist, auf die offenbare Seitenwand zu abschüssig ist,

- in einem hinteren Randbereich, der in der Nähe einer der offenbaren Seitenwand gegenüber liegenden Seitenwand gelegenen ist, auf die gegenüber liegende Seitenwand zu ab ¬ schüssig ist und

- in einem zwischen dem vorderen und dem hinteren Randbereich gelegenen Mittelbereich im Wesentlichen horizontal verläuft .

Bei der letztgenannten Ausgestaltung ist vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen dem Mittelbereich und dem vorderen Rand- bereich ein vorderer Übergangsbereich angeordnet ist, dass zwischen dem Mittelbereich und dem hinteren Randbereich ein hinterer Übergangsbereich angeordnet ist und dass die Übergangsbereiche zum Mittelbereich hin abschüssig sind.

Alternativ ist es möglich, dass die Bodenplatte eine Mehrzahl von Wellen oder Halbwellen aufweist, die in Richtung der Horizontalrichtung gesehen vor dem Kippen des Beschickungselements um die Kippachse hintereinander liegen. In diesem Fall steigt die Wellenlänge der Wellen oder Halbwellen vorzugswei ¬ se mit zunehmendem Abstand von der offenbaren Seitenwand an.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:

FIG 1 schematisch eine schmelzmetallurgische Anlage von der Seite,

FIG 2 einen Ausschnitt der schmelzmetallurgischen Anlage von FIG 1,

FIG 3 den Ausschnitt von FIG 2 in einem anderen Betriebs zustand,

FIG 4 ein Beschickungselement im Querschnitt und

FIG 5 eine Bodenplatte.

Gemäß Figur 1 weist eine schmelzmetallurgische Anlage einen Schmelzofen 1 auf. Der Schmelzofen 1 kann beispielsweise als Lichtbogenofen ausgebildet sein. Der Schmelzofen 1 wird mit Metallschrott 2 beschickt. In vielen Fällen - so auch in der Darstellung von Figur 1 - ist oberhalb des Schmelzofens 1 ein Schacht 3 angeordnet. In diesem Fall wird der Metallschrott 2 zunächst in den Schacht 3 geschüttet und dort mittels der beim Betrieb des Schmelzofens 1 entstehenden Abwärme vorge ¬ wärmt .

Für das Beschicken des Schmelzofens 1 (bzw. zuvor des

Schachts 3) ist eine Beschickungseinrichtung 4 vorgesehen. Die Beschickungseinrichtung 4 weist ein Beschickungselement 5 auf. Das Beschickungselement 5 wird zunächst in einem Bevor ¬ ratungsbereich 6 der schmelzmetallurgischen Anlage mit dem für den Schmelzofen 1 bestimmten Metallschrott 2 gefüllt. Sodann wird das Beschickungselement 5 in einen Beschickungsbe- reich 7 der schmelzmetallurgischen Anlage überführt. Das

Überführen des Beschickungselements 5 erfolgt beispielsweise durch Verfahren auf Schienen 8, die schräg von unten nach oben verlaufen (Schrägaufzug) . Figur 2 zeigt den Beschickungsbereicht 7 der schmelzmetallurgischen Anlage mit darin befindlichem Beschickungselement 5.

Im Beschickungsbereich 7 wird das Beschickungselement 5 um eine horizontal verlaufende Kippachse 9 gekippt. Der Verlauf der Kippachse 9 kann nach Bedarf gewählt sein, solange die Kippachse 9 horizontal bleibt. In der Regel verläuft die Kippachse 9 orthogonal zur Verfahrrichtung des Beschickungs ¬ elements 5. Aufgrund des Kippens des Beschickungselements 5 um die Kipp ¬ achse 9 wird der Metallschrott 2 in den Schacht 3 gekippt, das Beschickungselement 5 also entleert. Figur 3 zeigt den Beschickungsbereich 7 der schmelzmetallurgischen Anlage mit gekipptem Beschickungselement 5. Nach dem Entleeren des Be- schickungselements 5 wird das Beschickungselement 5 wieder in seine Ausgangslage zurück gekippt und sodann wieder in den Bevorratungsbereich 6 überführt.

Alternativ kann beispielsweise ein Kran verwendet werden, welcher das Beschickungselement 5 mittels Seilen aufnimmt und transportiert. Beim Kippen wird das Beschickungselement 5 hier über eine virtuelle horizontale Kippachse geneigt und der Metallschrott 2 in den Schacht 3 entleert. Das Beschickungselement 5 weist - siehe ergänzend auf FIG 4 - eine Bodenplatte 10 und Seitenwände 11 auf. Mindestens eine der Seitenwände 11 ist zum Entleeren des Beschickungselements 5 offenbar. Diese Seitenwand 11 verläuft parallel zur Kipp ¬ achse 9.

Die Öffenbarkeit der offenbaren Seitenwand 11 kann auf belie ¬ bige Weise erreicht werden. In der Regel ist die offenbare Seitenwand 11 um eine horizontale Schwenkachse 12 schwenkbar. Die Schwenkachse 12 ist in diesem Fall in der Nähe des von der Bodenplatte 10 abgewandten Endes der offenbaren Seitenwand 11 angeordnet. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung ist es sinnvoll, nachfolgend zunächst ein kartesisches Koordinaten ¬ system zu definieren. Das kartesische Koordinatensystem weist drei Koordinatenachsen x, y, z auf. Die x-Achse und die y- Achse verlaufen horizontal. Die z-Achse verläuft vertikal. Die y-Achse soll in Richtung der Kippachse 9 verlaufen. Die x-Achse soll orthogonal zur Kippachse 9 verlaufen. Diese Ach ¬ se wird nachfolgend teilweise auch als Horizontalachse be ¬ zeichnet . Die nachfolgenden Ausführungen zur Ausgestaltung der Bodenplatte 10 beziehen sich auf den unverkippten Zustand des Beschickungselements 5, also den Zustand, der in den Figuren 1, 2 und 4 (und auch in Figur 5) dargestellt ist. Wie besonders deutlich aus Figur 4 ersichtlich ist, ist die

Bodenplatte 10 nicht als einheitliche, durchgängig horizontal verlaufende Bodenplatte 10 ausgebildet. Ein Normalenvektor N auf die Bodenplatte 10, also ein Vektor der Länge 1, der lo ¬ kal orthogonal auf der Bodenplatte 10 aufsteht, zeigt folg- lieh nicht überall in dieselbe Richtung. Insbesondere vari ¬ iert gemäß FIG 4 ein Anteil des jeweiligen lokalen Normalenvektors N in Richtung der x-Achse in Abhängigkeit vom Ort auf der Bodenplatte 10. Diese Variation ist derart gewählt, dass beim Kippen des Beschickungselements 5 um die Kippachse 9 der im Beschickungselement 5 befindliche Metallschrott 2 nicht schlagartig, sondern zeitlich versetzt aus dem Beschickungs ¬ element 5 heraus fällt. Es ist möglich, dass der Anteil des jeweiligen lokalen Normalenvektors N sowohl in Richtung der x-Achse als auch in Richtung der y-Achse gesehen variiert. Beispielsweise kann in der Mitte der Bodenplatte 10 eine Vertiefung vorgesehen sein, die - bezogen auf die Bodenplatte 10 - allseitig von erhöhten Be ¬ reichen umgeben ist. Vorzugsweise jedoch variiert der Anteil des jeweiligen lokalen Normalenvektors N in der Horizontal ¬ richtung x zwar in Richtung der Horizontalrichtung x gesehen, ist in Richtung der Kippachse 9 gesehen jedoch konstant. Die- se Ausgestaltung ist auch im vorliegenden Fall ergriffen. Aus diesem Grund ist das Beschickungselement 5 in den Figuren nur in Seitenansicht bzw. im Schnitt dargestellt.

Entsprechend der Darstellung der Figuren 1 bis 4 weist die Bodenplatte 10 einen vorderen Randbereich 13, einen hinteren Randbereich 14 und einen Mittelbereich 15 auf. Der vordere Randbereich 13 ist in der Nähe der offenbaren Seitenwand 11 gelegen. Der hintere Randbereich 14 ist in der Nähe derjenigen Seitenwand 11 gelegen, die der offenbaren Seitenwand 11 gegenüber liegt. Der Mittelbereich 15 liegt zwischen dem vorderen und dem hinteren Randbereich 13, 14.

Der vordere Randbereich 13 ist auf die offenbare Seitenwand 11 zu abschüssig. Der hintere Randbereich 14 ist auf die obenstehend erwähnte gegenüber liegende Seitenwand 11 zu ab ¬ schüssig. Der Mittelbereich 15 verläuft im Wesentlichen horizontal .

Die Randbereiche 13, 14 weisen in der Horizontalrichtung x jeweilige Längserstreckungen 1, 1' auf. Ebenso weist der Mit ¬ telbereich 15 in der Horizontalrichtung x eine Längserstreckung 1" auf. Die Längserstreckungen 1, 1', 1" liegen in der Regel zwischen 20 % und 40 % einer Gesamterstreckung L des Beschickungselements 5, diese gemessen von der offenbaren Seitenwand 11 zur gegenüber liegenden Seitenwand 11.

Vorzugsweise ist weiterhin, entsprechend der Darstellung der Figuren 1 bis 4, zwischen dem Mittelbereich 15 und dem vorde- ren Randbereich 13 ein vorderer Übergangsbereich 16 angeordnet. Weiterhin ist vorzugsweise zwischen dem Mittelbereich 15 und dem hinteren Randbereich 14 ein hinterer Übergangsbereich 17 angeordnet. Die beiden Übergangsbereiche 16, 17 sind in diesem Fall zum Mittelbereich 15 hin abschüssig.

Alternativ zur oben stehend beschriebenen Ausgestaltung

(Stichwort Rand- und Mittelbereiche 13, 14, 15) kann die Bo ¬ denplatte 10 gemäß Figur 5 eine Mehrzahl von Wellen oder Halbwellen 18 - dargestellt sind in Figur 5 Halbwellen 18 - aufweisen. Die Wellen oder Halbwellen 18 liegen in diesem Fall in Richtung der Horizontalrichtung x gesehen hintereinander . Die Wellenlänge λ der Wellen oder Halbwellen 18 kann konstant sein. Vorzugsweise steigt die Wellenlänge λ entsprechend der Darstellung von Figur 5 jedoch mit dem Abstand a von der offenbaren Seitenwand 11 an. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, insbesondere der Bodenplatte 10 des Beschickungselements 5, ergibt sich an verschiedenen Stellen der Bodenplatte 10 ein unterschiedliches Verhältnis von Normalkraft zu Querkraft beim Ankippen des Beschickungselements 5. Der Haftreibungskoeffizient bleibt jedoch konstant. Im Ergebnis ergibt sich somit ein zeitlich versetztes Abrutschen des Metallschrotts 2. Dadurch wird das Einbringen des Metallschrotts 2 in den Schacht 3 und damit der Zeitraum, in dem dynamische Kräfte auf das Rückhal ¬ tesystem des Schachts 3 wirken, deutlich verlängert.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson ¬ dere verlängern sich die Standzeiten und verbessert sich die Betriebssicherheit des Gesamtsystems. Auch ist die schmelzme ¬ tallurgische Anlage nicht so wartungsanfällig wie eine schmelzmetallurgische Anlage des Standes der Technik. Weiter ¬ hin sind weitergehende Designoptimierungen des Rückhaltesys ¬ tems, des Schachts 3 usw. möglich. Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.