Lichtbogenofen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei konventionellen Lichtbogenöfen sind zur Erzielung des Abstichgewichtes des Lichtbogenofens, das heißt des Gewichtes an erschmolzenem Flüssigmetall, bei dem der Ofen abgestochen wird, zwei oder drei Chargiervorgänge erforderlich. Dies bedeutet, dass wenigstens einmal der Schmelzprozess unterbrochen, der Ofengefäßdeckel entfernt und Einsatzmaterial eines weiteren Schrottkorbes chargiert werden muss. Dies bedingt Verluste und eine Verlängerung der tap-to- tap-Zeit.

Das Volumen des zu chargierenden Einsatzmaterials hängt von dessen Volumengewicht ab. Soll Leichtschrott (Metallspäne) eingeschmolzen werden, so ist ein größeres Volumen zur Erzielung des Abstichgewichtes der Schmelze erforderlich als bei Schwerschrott..

Durch das Dokument TRENKLER H: „ENERGY-SAVING DC TWIN SHELL ARC FURNA- CE FOR MELTING LOW-GRADE SCRAP" ABB REVIEW, ABB ASEA BROWN BOVERI, ZüRICH, CH, Nr. 9/10, 1996, Seiten 18-27, XP000681512, ISSN: 1013-3119 ist ein energieop- timierter Gleichstromofen bekannt geworden, bei dem zur Erzielung des Abstichgewichtes nur ein einziger Chargiervorgang erforderlich ist (Einkorbchargierung). Dies wird durch eine Vergrößerung des Ofengefäß volumens erreicht. Zu diesem Zweck wird gegenüber öfen, bei denen zur Erzielung des Abstichgewichtes der Schmelzprozess durch wenigstens einen weiteren Chargiervorgang unterbrochen werden muss, die Gefäßhöhe vergrößert.

Bei dem beschriebenen Ofen erreicht das obere Gefäßteil eine Höhe von 6,5m über der Ofenplattform und die größere Höhe hat einen Elektrodenhub von 8,5 m zur Folge. Diese Höhe und die resultierende Zunahme des Gesamtvolumens des Ofens ermöglicht zwar eine Einkorbchargierung von Leichtschrott einer Dichte von etwa 0,6 t/m ³ , es sind mit der technischen Realisie- rung der größeren Gesamthöhe und des vergrößerten Elektrodenhubes aber auch große technische Probleme verbunden.

Um ein zu großes Moment zu vermeiden ist bei dem beschriebenen Gleichstromlichtbogenofen bei dem sich die Elektrodentragvorrichtung auf der Ofenplattform abstützt der Elektrodentragarm aus Aluminium hergestellt und selbst tragend ausgeführt.

Bei Drehstromlichtbogenöfen mit drei Elektroden, bei denen sich die Elektrodentragvorrichtung direkt oder über ein Schwenkportal auf der Ofenplattform abstützt (DE 35 22 559 Cl ; DE 12 16 900 B; DE 198 23 226 Al; EP 0 203 339 Bl) würden bei einer Vergrößerung der Gefäßhöhe wegen der auf die Elektroden einwirkenden Lorentzkräfte zusätzliche Probleme auftreten.. überschreitet die Länge der Elektroden 3 bis 3,5 m, so kann es auf Grund der Lorentzkräfte zu Elekt- rodenbrüchen kommen, die eine Unterbrechung des Schmelzprozesses erforderlich machen. Die Elektrodenlänge ist damit begrenzt. Da insbesondere beim Feinungsprozess die Elektroden so weit eintauchen müssen, bis der Lichtbogen auf der Badoberfläche brennt, ist durch die begrenzte zulässige Länge der Elektroden auch die Höhe des Ofengefäßes begrenzt, wenn diese, wie beim bekannten Ofen nicht veränderbar ist.

Die wassergekühlten Panels des zylindrischen oberen Gefäßteils sind bei dem bekannten Ofen in Richtung der Zylinderachse in zwei Abschnitte unterteilt. Hierdurch wird unter anderem eine größere Flexibilität beim Betreiben des Ofens erreicht, beispielsweise wenn bei einem Wechsel des Chargiermaterials das größere Ofenvolumen nicht gerechtfertigt ist.

Durch die DE-B-I 433 424 ist eine Mehrofen-Schmelzanlage bekannt geworden, die einen Lichtbogenofen mit einem Ofengefäß zur Aufnahme von zu schmelzendem Einsatzmaterial, insbesondere von Metallschrott, und einen auf ein Ofengewölbe des Lichtbogenofens aufgesetzten Ofengefäßdeckel enthält. Ein seitlich des Ofengefäßes angeordneter drehbarer Hubzylinder dient außer zum Schwenken eines den Ofengefäßdeckel tragenden Schwenkarms dazu, den Deckel zusammen mit dem Schwenkarm und den Elektroden einschließlich ihrer Tragvorrichtung auf dem Ofengewölbe abzusetzen. Zu diesem Zweck wird der Schwenkarm mit den Elektroden und dem Deckel über den Ofen geschwenkt und der Deckel über die öffnung des Gewölbes gelegt und es werden die Elektroden in das Ofengefäß eingefahren.

Bei dieser Schmelzanlage wird, wie auch bei dem Lichtbogenofen gemäß der EP 0 039 023 Al die gesamte Elektrodentragvorrichtung vom Deckeltragarm bzw. der Tragkonstruktion des Deckels getragen.

Da der (als Schwenkarm bezeichnete) Deckeltragarm die gesamte Tragvorrichtung der Elektroden trägt, werden beim Anheben des Deckels durch den Deckeltragarm auch die Elektroden einschließlich der Elektrodenhubsäulen und Elektrodenhubvorrichtungen mit angehoben, d.h. Deckelhubvorrichtung und Elektrodenhubvorrichtung sind in Reihe angeordnet, so dass sich Elekt- rodenhub- und Deckelhub addieren. Hierdurch kann der Hub der Elektrodenhubvorrichtung im Vergleich zu einer auf der Ofenplattform angeordneten Elektrodentragvorrichtung um die Größe des Deckelhubs verringert werden. Der die gesamte Elektrodentragvorrichtung tragende Deckeltragarm (Schwenkorgan) ist allerdings ebenso wie die den Deckeltragarm anhebende und absenkende Deckelhubvorrichtung wegen der großen Gewichtsbelastung entsprechend stabil auszubil- den und setzt damit einer Vergrößerung des Elektrodenhubes, wie sie für einen Ofen der einleitend genannten Art mit Einkorbchargierung erforderlich ist, eine Grenze.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , bei dem Elektrodenhubvorrichtung und Deckelhubvorrichtung so angeordnet sind, dass sich Deckelhub und Elektrodenhub addieren, die Gewichtsbelastung der Deckelhubvorrich- tung durch die Elektrodentragvorrichtung zu reduzieren und die Konstruktion von Elektroden- und Deckeltragwerk zu vereinfachen.

Dieses Ziel wird durch den Lichtbogenofen gemäß Patentanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Aus- gestaltungen des erfindungsgemäßen Lichtbogenofens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Während sich bei bekannten Lichtbogenöfen die gesamte Elektrodentragvorrichtung entweder direkt bzw. über ein Schwenkportal auf der Ofenplattform abstützt (keine Addition von Deckelhub und Elektrodenhub) oder in ihrer Gesamtheit vom heb- und senkbaren Tragarm des Deckels getragen wird (Addition von Deckelhub und Elektrodenhub), ist bei der Erfindung die Elektrodentragvorrichtung in zwei Konstruktionsteile unterteilt, von denen einer, nämlich die die Elektrode anhebende Elektrodenhubsäule, mit dem Deckeltragarm verbunden ist, und der andere Konstruktionsteil, nämlich die Führung, sich auf dem Schwenkportal abstützt.

Bei dem Lichtbogenofen gemäß der Erfindung, bei dem wegen der Reihenanordnung von Deckelhubvorrichtung und Elektrodenhubvorrichtung die Elektrodenhubsäulen verkürzt werden können, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Rand des Ofengefäßdeckels einen das zylindrische obere Gefäßteil übergreifenden zylindrischen Abschnitt enthält, der durch die Deckelhubvorrichtung relativ zum zylindrischen oberen Gefäßteil teleskopisch verschiebbar ausgebildet ist. Bei

einem solchen Lichtbogenofen wird bezogen auf den Gesamthub der Deckelhub um die Höhe des übergreifenden zylindrischen Abschnittes vergrößert und es können darüber hinaus durch Absenken des Deckels während des Einschmelzprozesses kürzere Elektroden eingesetzt werden.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von sieben Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine perspektivische Ansicht einer Ofenanlage mit einem Lichtbogenofen, dessen Elektroden teilweise in das Gefäß eingefahren sind, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Lichtbogenofen einschließlich seiner Tragvorrichtungen für Deckel- und Elektroden,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Ofenanlage von Fig. 1,

Fig. 4 eine Ansicht des Lichtbogenofens von hinten entsprechend dem Schnitt IV-IV von Fig. 3, Fig. 5 den Schnitt V-V von Fig. 2 mit einem Ausschnitt, der die Anordnung eines Deckelhubzylinders zeigt,

Fig. 6 den Schnitt VI-VI von Fig. 2

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung der Ansicht von Fig. 2 in der Schnittebene der oberen Rollenführungen der Elektrodenhubsäulen (Schnitt VII-VII von Fig. 5), und Fig. 8 eine der Fig. 3 entsprechende Seitenansicht einer Ofenanlage, bei der die Ausgestaltung des Schwenkportals modifiziert ist.

In Fig. 1 ist schematisch in perspektivischer Darstellung ein Teil einer Ofenanlage mit einem kippbaren Lichtbogenofen 1 und einem Pfannenwagen 32 dargestellt. Mit 33 ist eine Trafowand bezeichnet.

Der Lichtbogenofen 1 enthält, wie insbesondere aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 ersicht- licht ist - hier ist der Schnitt längs der Linie V-V von Fig. 1 bzw. Fig. 2 gezeigt - ein Ofengefäß 2 aus einem, die Metallschmelze aufnehmenden unteren Gefäßteil 2/1 und einem zylindrischen oberen Gefäßteil 2/2. Auf dem Ofengefäß ist ein Ofengefäßdeckel 3 mit Durchtrittsöffnungen für Lichtbogenelektroden 4 (Fig. 1 bis 3) und einen gestrichelt angedeuteten Abgaskrümmer 5 angeordnet. Am Rand des Ofengefäßdeckels 3 ist unten ein, das zylindrische obere Gefäßteil 2/2 ü- bergreifender zylindrischer Abschnitt 3/1 so angebracht, dass dieser zylindrische Abschnitt 3/1 beim Anheben und Absenken des Ofengefäßdeckels 3 relativ zum zylindrischen oberen Gefäß-

teil 2/2 teleskopisch verschiebbar ist (ältere, nach dem Anmeldetag vorliegender Anmeldung veröffentlichte DE 10 2006 941 421 Al).

Der Ofengefaßdeckel 3 wird von einem, durch eine Deckelhubvorrichtung 6 (Fig. 6) hebbaren und senkbaren Deckeltragarm 7 (Fig. 5 und 2) getragen, der mit zwei Schenkeln 7/1 und 7/2 den Deckel 3 gabelförmig umgreift und über am Rand des Deckels angebrachte Zapfen den Ofengefäßdeckel trägt.

Der Deckeltragarm 7 ist auf zwei im Abstand zueinander angeordneten Deckelhubsäulen 8/1 und 8/2 befestigt (siehe Fig. 4, 5 und 7), die durch jeweils einen Hydraulikzylinder 9/1 bzw. 9/2 der Deckelhubvorrichtung 6 synchron hebbar und senkbar sind.

Wie insbesondere die Fig. 5 und 6 zeigen, stützen sich die beiden Hydraulikzylinder 9/1 und 9/2 gelenkig auf einem ersten Querträger 10 ab, der auf einem seitlich des Ofengefäßes angeordne- ten Schwenkportal 11 befestigt ist. Das Schwenkportal 11 ist in bekannter Weise ausgestaltet und um einen ortsfesten Drehzapfen 12 schwenkbar, dessen Achse parallel zur Ofengefäßachse verläuft, um den durch die Deckelhubvorrichtung angehobenen Ofengefäßdeckel und in dem dargestellten Fall auch die Elektrodentragvorrichtung für einen Chargiervorgang zur Seite schwenken zu können. Im dargestellten Fall weist das Schwenkportal 11 ein Fahrwerk auf, das geführt durch den Drehzapfen 12 auf einer kreisförmigen Schiene 13 läuft. Es sind auch andere bekannte Ausgestaltungen eines Schwenkportals einsetzbar, wie zum Beispiel die in Fig. 8 gezeigte Modifikation.

Der auf dem Schwenkportal befestigte erste Querträger 10, der bei dem Ausführungsbeispiel als Rechteckprofilträger ausgebildet ist, ist Teil eines auf dem Schwenkportal 11 befestigten Rahmens 14, in dem die Führungen 15/1 bzw. 15/2 für die Deckelhubsäulen 8/1 bzw. 8/2 (siehe Fig. 4 und 5) befestigt sind. Die Führungen 15/1 bzw. 15/2 sind jeweils in einer oberen und in einer unteren Ebene angeordnet und üblicherweise als Rollenführungen ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel sind, wie in Fig. 7 anhand der Rollenführungen für Elektrodenhubsäulen gezeigt, V-förmig angeordnete Rollen eingesetzt, auf denen Leisten der Hubsäulen laufen. Derartige Führungen sind bekannt und werden deshalb nicht näher erläutert.

Der dargestellte Lichtbogenofen ist ein Drehstromofen mit drei Elektroden 4, die jeweils in E- lektrodentragarmen 16, 17 bzw. 18 eingespannt sind. Die Elektrodentragarme 16, 17 bzw. 18

sind jeweils auf Elektrodenhubsäulen 19, 20 bzw. 21 befestigt, die durch als Hydraulikzylinder ausgebildete Elektrodenhubvorrichrungen 22, 23 bzw. 24 unabhängig voneinander anhebbar und absenkbar sind. Die Hubzylinder stützen sich gelenkig auf einem zweiten Querträger 25 ab, der mit den Deckelhubsäulen 8/1 und 8/2 verbunden ist und damit zusammen mit dem Ofengefäßde- ekel durch die Deckelhubvorrichtung anhebbar bzw. absenkbar ist. Durch den mit den Deckelhubsäulen verbundenen Querträger 25 wird erreicht, dass sich beim Betätigen der Hubvorrich- tungen für den Deckel und die Elektroden die Hübe addieren.

Die Elektrodenhubsäulen 19, 20 bzw. 21 sind ebenso wie die Deckelhubsäulen 8/1, 8/2 durch Führungen 26/1, 27/1 bzw. 28/1 geführt, die in einer zweiten oberen Ebene des Rahmens 14 befestigt sind, sowie durch Führungen 26/2, 27/2 bzw. 28/2, die in einer zweiten unteren Ebene des Rahmens 14 befestigt sind. Der bewegliche Querträger 25 und die Deckelhubzylinder 9/1, 9/2 werden damit nicht durch das Gewicht der Führungen für die Elektrodenhubsäulen belastet. Die Führungen sind, wie aus der Schnittdarstellung von Fig. 7 ersichtlich als Rollenführungen aus- gebildet, in denen die mit Führungskanten versehenen Elektrodenhubsäulen 19, 29 bzw. 21 geführt werden.

In Fig. 6 sind der Deckelhub DH und der Elektrodenhub EH bei jeweils ausgefahrenen Hubzylindern 6 bzw. 22, 23 und 24 angegeben. Es ist ersichtlich, dass sich Deckelhub DH und Elektro- denhub EH zu einem möglichen Gesamthub der Elektrodentragarme 16, 17 und 18 und damit auch der eingespannten Elektroden 4 addieren. Bei dem oben beschriebenen Lichtbogenofen nach der DE-B-I 433 424 liegt der Ofengefäßdeckel wie üblich mit dem Rand auf dem Ofengefäß, so dass ein sehr kleiner Deckelhub genügt, um den Deckel frei zur Seite schwenken zu können. Die Addition von Deckelhub und Elektrodenhub bringt damit nur einen geringfügig größe- ren Gesamthub als der Elektrodenhub alleine. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung, wenn, wie bei dem beschriebenen Lichtbogenofen der Ofengefäßdeckel 3 einen das zylindrische obere Gefäßteil 2/2 übergreifenden zylindrischen Abschnitt 3/1 enthält, der durch die Deckelhubvorrichtung 6 relativ zum zylindrischen oberen Gefäßteil 2/2 teleskopisch verschiebbar ausgebildet ist. Ein Lichtbogenofen mit einer derartigen Ausgestaltung des Ofengefäßdeckels er- laubt eine Einkorbchargierung, wie bei dem einleitend beschriebenen energieoptimierten Gleichstromofen und gleichzeitig eine Verkürzung der Elektrodenlänge, so dass die Einkorbchargierung auch bei Drehstromöfen realisiert werden kann. Wegen des zylindrischen Abschnittes 3/1 ist der Deckelhub DH um wenigstens die Höhe des zylindrischen Abschnittes 3/1 vergrößert,

damit der Deckel einerseits auf den Ofenrand aufgesetzt und andererseits soweit angehoben werden kann, dass ein seitliches Verschwenken möglich ist.

Bei dem dargestellte Lichtbogenofen ist auf der den Deckelhubsaulen gegenüberliegenden Seite an der Gefäßwand ein hydraulischer Stützzylinder 30 angebracht, auf dem sich ein am zylindrischen Abschnitt 3/1 des Deckels befestigter Anschlag 31 abstützen kann. Diese Maßnahme dient dazu, den an den Schenkeln 7/1, 7/2 des Deckeltragarms 7 angehängten Deckel 3 während des Schmelzens abzustützen unmögliche Nickschwingungen des Ofenportals zu vermeiden. Es können am Deckelumfang mehrere Stützzylinder 30 angebracht sein. Der Kolben des bzw. die KoI- ben der Stützzylinder(s) 30 werden während des Schmelzprozesses synchron zum Deckel abgesenkt. Der Hub ist gegenüber dem Hub der Deckelhubzylinder 8/1, 8/2 verkürzt, um beim Verschwenken des Deckels in der angehobenen Position Kollisionen mit den Kolbenstangen der Stützzylindern 30 zu vermeiden.

Fig. 8 zeigt einen Lichtbogenofen, bei dem im Vergleich zu dem oben an Hand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Lichtbogenofen die Ausgestaltung des Schwenkportals modifiziert ist. Fig. 8 ist eine der Fig. 3 entsprechenden Seitenansicht der Ofenanlage.

Während sich bei dem Schwenkportal 1 1 des oben an Hand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Licht- bogenofens der Rahmen 14, in dem die Führungen 26/1, 26/2; 27/1 , 27/2: 28/1, 28/2 der Elektro- denhubsäulen 19, 20, 21 befestigt sind, auf ein Fahrwerk abstützt, das, geführt durch einen ortsfesten Drehzapfen 12, auf einer kreisförmigen Schiene 13 des Fundaments läuft (Fig. 1), stützt sich bei dem modifizierten Schwenkportal 11 ' gemäß Fig. 8 der Rahmen 14 auf der Plattform 34 der Ofenwiege des kippbaren Lichtbogenofens ab. Zu diesem Zweck ist an der mitkippenden Plattform 34 der Ofenwiege oben eine obere Tragkonstruktion 35 mit einem oberen Drehzapfen 36 und unten eine untere Tragkonstruktion 37 mit einem unteren Drehzapfen 38 befestigt. Die beiden Drehzapfen haben eine gemeinsame Achse 39, die ebenso wie die Achse des Drehzapfens 12 der Ausgestaltung nach Fig. 3 parallel zur zentralen Achse des Ofengefäßes verläuft. Die Drehzapfen 36 und 38 dienen beim Verschwenken des Schwenkportals 1 1 ' mittels einer nicht dargestellten Schwenkvorrichtung als Führung, ebenso wie bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 der Drehzapfen 12 für das Schwenkportal 1 1. Am Rahmen 14 ist oben ein oberes Tragglied 40 befestigt, das ein Stützdrehlager 41 aufweist, mit dem sich das obere Tragglied 40 auf dem oberen Drehzapfen 36 drehbar abstützt. Außerdem ist unten am Rahmen 14 bzw. an dem mit dem Rah-

men 14 fest verbundenen Querträger 10 ein unteres Tragglied 42 befestigt, das durch ein unteres Drehlager 43 drehbar mit dem unteren Drehzapfen 38 verbunden ist.