Kontinuierliche Schrottzuführung in einen elektrischen Schmelzofen (EAF)

Die Erfindung betrifft eine kontinuierliche Schrottzuführung in einen elektrischen Schmelzofen (EAF), wobei ein Kanal vorgesehen ist, der an einem Ende mit einer Öffnung in der Wand des Schmelzofens verbunden ist und an seinem anderen Ende eine Aufgabeeinrichtung für den Schrott aufweist, sowie mit einer Absaugeinrichtung für die durch den Kanal geleiteten, zum Vorwärmen des Schrotts dienenden, Abgase aus dem Schmelzprozess, die zwischen den beiden Enden des Kanals an diesen angeschlossen ist, wobei sich die Absaugeinrichtung - bezogen auf die Gesamtlänge des Kanals - näher dem dem Schmelzofen zugewandten Ende des Kanals befindet, als dem der Schrottaufgabe zugewandten Ende.

Die kontinuierliche Schrottzuführung in einen Elektrolichtbogenofen ist beispielsweise aus der EP 744 585 B1, EP 190 313 B2, US 5400358 oder WO 2007/006558 A2 bekannt.

Die Größe der Schrottstücke auf dem Zuführband kann mit einer Kantenlänge von < 1,5m dabei sehr groß sein. Daraus lässt sich eine entsprechende Öffnung in der Seite des EAF von ca. 3 bis 4 m ² ableiten, die während des Schmelzens bei konventioneller Entstaubungstechnik in jedem Fall verschlossen werden müsste, da sonst ein zu hoher Falschlufteinfall in das Schmelzgefäß gelangen würde.

Das Gebläse zur Absaugung der Prozessgase steht bei der kontinuierlichen Schrottzuführung heute typischerweise im Bereich der Schrottaufgabe, so dass die EAF Gase über eine große Strecke über den zugeführten Schrott gezogen werden.

Zur Reduktion des Falschlufteinfalls in den EAF und zur Steigerung der Effizienz der Entstaubung hat es in der Vergangenheit zwei Vorschläge gegeben:

1. Ein neben der Absaugung stehendes zweites Gebläse, dessen Leistung von dem Unterdrück in dem Schrott-Versorgungstunnel des EAF gesteuert wird oder

2. eine mechanische Sperre, die den Luftwiderstand am Eingang der Schrottaufgabe erhöhen soll.

Eine Regelung im Sinne der ersten Lösung ist sehr aufwändig und nur ungenügend zu überwachen. Darüber hinaus ist es sehr wartungsintensiv. Durch das doppelte Gebläse wird eine zusätzliche Menge an elektrischer Energie verbraucht.

Bei der zweiten Lösung werden Strömungswiderstände in den Schrottzuführtunnel eingebracht, die genau auf die Saugleistung und den Anfall an Prozessgasen dimensioniert werden müssen.

Bei beiden Lösungen wird das Ofengas (je nach Ausführung und Ofengröße) über eine Länge von 30 bis 50m abgesaugt, so dass es erkaltet ist und zur Unterdrückung der Emission von Furanen und Dioxinen über einen Stützbrenner wieder auf eine Temperatur von >700°C (Temperatur ist Funktion der O ₂ Gehalte im Abgas) aufgewärmt werden muss.

Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, dass sich die Absaugeinrichtung - bezogen auf die Gesamtlänge des Kanals - näher dem dem Schmelzofen zugewandten Ende des Kanals befindet, als dem der Schrottaufgabe zugewandten Ende.

Schrott und Abgase bewegen sich in dem Kanal in entgegengesetzter Richtung; während der Schrott in den Schmelzofen hineingefördert wird, wird das Abgas von dem Schmelzofen weg abgesaugt.

Die Absaugeinrichtung bzw. deren Schacht zum Absaugen der Abgase aus dem EAF, der mit einer kontinuierlichen Beschickung ausgeführt ist, wird an dem Kanal so platziert, dass die Absaugeinrichtung bzw. deren Schacht in der Nähe des Schmelzofens ist und die Distanz zur Aufgabeposition des Schrotts sowie der (möglichen) Zuschläge deutlich größer ist. Um den Strömungswiderstand im Bereich der Schrottaufgabe und damit die nutzbare Leistung der Absaugung bezogen auf den Lichtbogenofen zu erhöhen, können zudem bewegliche Klappen eingebracht werden. Das Verhältnis Kanallänge zum EAF zur Kanallänge bis zur Schrottaufgabe könnte z. B. 1 zu 2 betragen.

Untersuchungen an bereits installierten EAFs mit kontinuierlicher Schrottbeschickung konnten zeigen, dass die Wärme einer merklichen Nachverbrennung der CO reichen Abgase nur lokal begrenzt auf den ersten Metern hinter dem Schmelzofen an den zugeführten Schrott abgegeben werden kann. Auch die sensible Wärme der Abgase können nur in diesem Bereich bedingt nutzbar gemacht werden.

Eine Platzierung des Ansaugstutzen als Funktion der Abgasmenge und der Leistung des EAF benötigt wegen der im Abgas befindlichen Restwärme keine oder nur eine begrenzte zusätzliche Energiemenge, die zur Einstellung der Abgastemperatur und damit zur Unterdrückung der Furane und Dioxine nötig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, über eine einstufige Absaugung die Abgase der Heiz-, Schmelz- und chemischen Reaktionen aus dem EAF sicher zu entfernen, ohne dass eine zu große Menge an Falschluft über den Schrottzuführtunnel einfällt und daher die Saugzugleistung unnötig vergrößert werden muss.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer kontinuierliche Schrottzuführung in einen elektrischen Schmelzofen (EAF), wobei ein Kanal vorgesehen ist, der an einem Ende mit einer Öffnung in der Wand des Schmelzofens verbunden ist und an seinem anderen Ende eine Aufgabeeinrichtung für den Schrott aufweist, sowie mit einer Absaugeinrichtung für die durch den Kanal geleiteten, zum Vorwärmen des Schrotts dienenden, Abgase aus dem Schmelzprozess, die zwischen den beiden Enden des Kanals an diesen angeschlossen ist, wobei sich die Absaugeinrichtung - bezogen auf die Gesamtlänge des Kanals - näher dem dem Schmelzofen zugewandten Ende des Kanals befindet, als dem der Schrottaufgabe zugewandten Ende, dadurch, dass die Absaugeinrichtung als einstufiges Gebläse ausgebildet ist, dessen Ansaugöffnung im Wesentlichen in Richtung auf den Schmelzofen ausgerichtet ist und dass der lichte Kanalquerschnitt zwischen der Absaugeinrichtung und der Schrottaufgabe derart auf die zuzuführende Schrottmenge abgestimmt ist, dass die Höhe der Schrottschüttung den lichten Querschnitt weitestgehend ausfüllt.

Vorzugsweise erstreckt sich die Ansaugöffnung über die gesamte Breite der Schrottzuführung. Besonders günstig ist es, wenn die Ansaugöffnung einen spitzen Winkel mit der Schrottzuführung bildet.

Nach einer weiteren Ausführung, die allerdings nicht so optimal ist, ist die durch die Ansaugöffnung gebildete Ebene senkrecht zu der Schrottzuführung ausgerichtet.

Das Verhältnis der Länge des Kanals von der Absaugeinrichtung zum Schmelzofen bzw. zur Aufgabeeinrichtung kann 1 zu 6 betragen.

Außerdem können an dem der Aufgabeeinrichtung zugewandten Ende des Kanals in den freien Kanalquerschnitt ragende, bewegliche Klappen vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß ist der Querschnitt des Kanals zwischen der Absaugeinrichtung und der Schrottaufgabe verglichen mit herkömmlichen Anlagen deutlich geringer, wobei die Abmessung des Kanals - also der lichte Querschnitt des Kanals, der für die Schrottzuführung zur Verfügung steht - so bemessen ist, dass die aufgegebene Schrottmenge weitestgehend diesen lichten Querschnitt ausfüllt.

Unterstützt werden kann dies noch dadurch, dass über die Länge des Kanals verteilt zwischen der Absaugeinrichtung und der Schrottaufgabe, zusätzliche bewegliche oder flexible Klappen vorgesehen werden können, die einen noch verbleibenden Zwischenraum zwischen Kanalquerschnitt und Schrottoberfläche abdecken, so dass der für die eventuelle Ansaugung von Falschluft von der Schrottaufgabeseite her, minimiert ist.

Die Erfindung ermöglicht es, Schrott kontinuierlich in den EAF zu transportieren und ihn dabei unter optimaler Ausnutzung der Gebläseleistung effektiv vorzuwärmen. Durch den Einsatz einer auf die geometrischen Verhältnisse der Einhausung abgestimmten strömungstecnniscnen Absaugeinrichtung in der Nähe des Ofens wird das Ofenabgas gezielt abgesaugt und zur effizienten Schrottvorwärmung genutzt. Im Gegensatz zum früheren Stand der Technik wird das Abgas nur über den Bereich der Schrottschüttung geleitet, in dem eine effektive Aufheizung durch das Abgas stattfindet. Damit wird die Gebläseleistung gezielt zur Schrottvorwärmung genutzt und die Gebläsegröße und -leistung kann geringer angesetzt werden als bei bisherigen Anlagen zur Schrottvorwärmung. Gleichzeitig wird durch bewegliche Klappen in der Einhausung und im Bereich zwischen Schrottaufgabe und Absaugeinrichtung der Eintrag an Falschluft minimiert. Durch die Absaugung des Ofenabgases bei hohen Temperatoren von über 700 ⁰ C wird zudem die Bildung von Dioxinen und Furanen unterbunden. Die Erfindung ermöglicht damit Kosteneinsparung bei gleichzeitiger Verringerung der Umweltbelastung.

Die Erfindung ergibt eine effiziente Lösung der Entstaubungsproblematik bei niedrigem Energieverbrauch im Falle der kontinuierlichen Schrottchargierung.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.

Dabei zeigt die

Figur schematisch den Kanal für die Schrottzuführung in einen EAF.

Im Einzelnen ist der Kanal mit 1 bezeichnet. Dieser erstreckt sich von der Aufgabeeinrichtung für den Schrott, auf die der Pfeil 3 hinweist bis zur Abgabeseite, die in den EAF mündet. Diese Richtung deutet der Pfeil 4 an.

Nicht ersichtlich ist aus dieser schematischen Darstellung die Längenaufteilung des Kanals, wobei vorzugsweise der Abstand der Absaugeinrichtung 6 von der Aufgabeeinrichtung für den Schrott, kurz Schrottaufgabe genannt, - also der mit 2 bezeichnete Teil des Kanals 1, in etwa sechs mal so lang ist, wie der Abstand der Absaugeinrichtung 6 von dem Übergang zum EAF. Dieser Kanalteil ist mit 5 bezeichnet.

Die Transportrichtung des Schrotts ist mit dem Pfeil 7 und die des heißen Ofengases mit 8 bezeichnet.

Die aus dem EAF austretenden heißen Ofenabgase werden im Gegenstrom über den in Richtung des EAF transportierten Schrotts geleitet und wärmen diesen in bekannter Weise vor.

Aus der schematischen Darstellung ist ersichtlich, dass der Querschnitt des Kanals 1 im Abschnitt 2, also dem Bereich zwischen Schrottaufgabe 3 und Absaugeinrichtung 6, wesentlich kleiner ist, als im Abschnitt 5 zwischen Absaugeinrichtung 6 und EAF.

Dieser Querschnitt des Abschnittes 2 ist vorzugsweise so auf die zuzuführende Schrottmenge abgestimmt, dass der lichte Querschnitt dieses Kanalabschnittes vom zugeführten Schrott weitestgehend ausgefüllt ist. Ein noch verbleibender Restquerschnitt kann durch bewegliche oder flexible Klappen im Kanal ausgefüllt werden, so dass die durch die Absaugeinrichtung 6 von der Schrottaufgabeseite 3 angesaugte Falschluft durch die Schrottfüllung und ggf. die Klappen auf ein Minimum reduziert werden kann