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Title:
ELECTRIC REDUCTION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/220726
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric reduction device with an electric reduction furnace (100) for preparing feedstock and with at least one transformer (200) for providing a three-phase supply voltage (R, S, T). In an elongated furnace casing (110) of the electric reduction furnace, K electrodes are arranged in a zigzag form with respect to the centre line of the furnace casing and in groups. Each group of electrodes is respectively assigned a transformer of its own, to which the electrodes of the respective group are connected in each case to another of the three phases of the supply voltage. In order to improve the input of electrical energy into the electric reduction furnace, the invention provides that at least three single-phase transformers (200-1, 200-2, 200-3) are provided for providing the three-phase supply voltage and that - with consecutive numbering and arrangement of the K electrodes along the centre line - the electrodes (120-k) of one group are interconnected with the electrodes of another group at least partially in a crossing manner.

Inventors:
HENKE, Patrick (Kuhkamp 37, Duisburg, 47169, DE)
KÖNIG, Roland (Klotzdelle 15 d, Mülheim a. d. Ruhr, 45472, DE)
STRIEDER, Detlef (Waldenburger Straße 92, Duisburg, 47239, DE)
BIRNBACH, Detlef (Herder Straße 66, Ratingen, 40882, DE)
KÖNEKE, Martin (Tempelhofer Str. 53, Leverkusen, 51375, DE)
ZAUNER, Katrin (Heckenweg 5, Erkrath, 40699, DE)
Application Number:
EP2017/065405
Publication Date:
December 28, 2017
Filing Date:
June 22, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SMS GROUP GMBH (Eduard-Schloemann-Str. 4, Düsseldorf, 40237, DE)
International Classes:
F27B3/08; F27D11/10; H05B7/144; H05B7/148
Attorney, Agent or Firm:
KLÜPPEL, Walter (HEMMERICH & KOLLEGEN, Hammerstr.2, Siegen, 57072, DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Elektroreduktionsvorrichtung aufweisend:

einen Elektroreduktionsofen (100) zur Aufbereitung von Einsatzgut, wie Schlacke; und

mindestens einen Transformator (200) zum Bereitstellen einer 3-phasigen

Versorgungsspannung (R,S,T);

wobei der Elektroreduktionsofen (100) aufweist:

ein Ofengefäß (1 10) mit einem Grundriss mit einer ausgeprägten

Längserstreckung; und

K Elektroden (120-k), welche innerhalb des Ofengefäßes (1 10) in Gruppen und zickzackförmig in Bezug auf eine Mittellinie (M) entlang der

Längserstreckung des Grundrisses des Ofengefäßes angeordnet sind; wobei jeder Gruppe von Elektroden jeweils ein eigener der Transformatoren zugeordnet ist, an welchen die Elektroden (120-k) der jeweiligen Gruppe (G) jeweils an eine andere der 3 Phasen der Versorgungsspannung (R, S, T) angeschlossen sind;

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens 3 Einphasentransformatoren (200-1 , 200-2, 200-3) vorgesehen sind zum Bereitstellen der 3-phasigen Versorgungsspannung (R,S, T); und

dass - bei fortlaufender Nummerierung und Anordnung der K Elektroden (120-k) entlang der Mittellinie (M) mit k=1 bis K - die Elektroden einer der Gruppen mit den Elektroden einer anderen der Gruppen zumindest teilweise über Kreuz verschaltet sind.

2. Elektroreduktionsvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

- bei fortlaufender Nummerierung und Anordnung der K Elektroden (120-k) entlang der Mittellinie (M) mit k=1 bis K mit K=6 -die Elektroden k=1 und k=3, die Elektroden k=2 und k=5 sowie die Elektroden k=4 und k=6 jeweils eine Gruppe (G) bilden und als Gruppe jeweils an einen anderen der drei Einphasentransformatoren (200-1 , 200-2, 200-3) angeschlossen sind.

3. Elektroreduktionsvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

- bei fortlaufender Nummerierung und Anordnung der K Elektroden (120-k) entlang der Mittellinie (M) mit k=1 bis K mit K=6 - die Elektroden k=1 und k=6, die Elektroden k=2 und k=3 sowie die Elektroden k=4 und k=5 jeweils eine Gruppe (G) bilden und als Gruppe jeweils an einen anderen der drei Einphasentransformatoren (200-1 , 200-2, 200-3) angeschlossen sind.

4. Elektroreduktionsvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

- bei fortlaufender Nummerierung und Anordnung der K Elektroden (120-k) entlang der Mittellinie (M) mit k=1 bis K mit K=3 - die Elektroden k=1 und 2, die Elektroden k=2 und k=3 sowie die Elektroden k=1 und k=3 jeweils eine Gruppe (G) bilden und als Gruppe jeweils an einen anderen der drei Einphasentransformatoren (200-1 , 200-2, 200-3) angeschlossen sind.

5. Elektroreduktionsvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

- bei fortlaufender Nummerierung und Anordnung der K Elektroden (120-k) entlang der Mittellinie (M) mit k=1 bis K mit K=6 - die Elektroden k= 1 und k=3; die Elektroden k=2 und k=5 sowie die Elektroden k=4 und k=6 jeweils eine Gruppe (G) bilden und als Gruppe jeweils über andere der drei Einphasentransformatoren (200-1 , 200-2, 200-3) (200-1 , 200-2, 200-3) primärseitig an derselben Phase angeschlossen sind.

6. Elektroreduktionsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den senkrechten Abstand d jeder der Elektroden (120-k) zu der

Mittenlinie (M) gilt:

1/2 * D < d < 0,25* B-1/2*D

mit

D : Elektrodendurchmesser

B: Innenbreite des Ofens

Description:
Elektroreduktionsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Elektroreduktionsvorrichtung umfassend einen Elektroreduktionsofen zur Aufbereitung von Einsatzgut, wie beispielsweise Schlacke, und mindestens einen Transformator zum Bereitstellen einer dreiphasigen Versorgungsspannung für den Elektroreduktionsofen.

Klassische Elektroreduktionsofen werden mit rundem oder eckigem Ofengefäß gebaut. In den runden Ofengefäßen sind typischerweise drei Elektroden kreisförmig angeordnet. In eckigen Ofengefäßen sind typischerweise drei Elektroden in Reihe angeordnet. Größere Öfen sind meist rechteckig oder teilweise auch oval ausgebildet und mit mehreren Elektroden in einer oder zwei parallelen Reihen angeordnet.

Ein Beispiel für eine Ofenanlage zum Einschmelzen von Einsatzstoffen mit rechteckigem Grundriss ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 224 610 A1 bekannt. In dem Ofen ist eine Mehrzahl von Elektroden zickzackförmig entlang der Mittellinie des langestreckten Ofengefäßes angeordnet. Die Elektroden sind darüber hinaus in Gruppen angeordnet, wobei eine erste Gruppe eine Schmelz- und Reduktionszone, vergleichbar einem Elektroreduktionsofen und eine zweite Gruppe eine Homogenisierungszone bildet bzw. repräsentiert. Die bekannte Ofenanlage kombiniert als Besonderheit die besagte Schmelz- und Reduktionszone sowie die erwähnte Homogenisierungszone in ein und demselben Ofengefäß. Den beiden besagten Elektrodengruppen können jeweils eigene separate Transformatoren, typischerweise Dreiphasentransformatoren, zugeordnet sein, um die Elektroden mit einer geeigneten dreiphasigen Wechselspannung zu versorgen. Figur 5 zeigt eine solche bekannte Verschaltung einer Elektrodengruppe G-1 . Es sind drei kreisförmig angeordnete Elektroden 120-1 , 120-2, 120-3 zu erkennen. Diese drei Elektroden dieser Gruppe G-1 sind über einen Dreiphasentransformator 200 an ein elektrisches Versorgungsnetz U V W angeschlossen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Elektroreduktionsvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass bei ihr der Eintrag von elektrischer Energie verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Einphasentransformatoren vorgesehen sind zum Bereitstellen der dreiphasigen Versorgungsspannung und dass - bei fortlaufender Nummerierung der K-Elektroden entlang der Mittellinie mit k = 1 bis K - die Elektroden einer der Gruppen mit den Elektroden einer anderen der Gruppen zumindest teilweise über Kreuz verschaltet sind. Der Ausdruck„über Kreuz verschaltet" meint, dass die Elektroden einer Gruppe, d. h. die Elektroden, die an einem gemeinsamen Einphasentrafo angeschlossen sind, oder die Elektroden, die auf der Primärseite des Einphasentrafos an dieselbe Phase ausgeschlossen sind, nicht immer unmittelbar benachbart sind. Vielmehr können Elektroden anderer Gruppen zwischen ihnen angeordnet sein. Auf diese Weise steigt der Abstand und damit auch der elektrische Widerstand der einzelnen Elektroden zwischen den einzelnen Elektroden einer Gruppe. Infolge dessen kann eine gleiche elektrische Leistung mit geringeren Elektrodenströmen und somit mit geringeren elektrischen Verlusten in den Elektroofen eingebracht werden. Die Überkreuzverschaltung der Elektroden führt zu sich überschneidenden elektrischen Feldern, die nachteiligerweise eine gewisse elektrische Asymmetrie bei dem Wärmeeintrag in den Ofen und gegenüber dem Primärnetz zur Folge haben. Insgesamt ermöglicht die beanspruchte Verschaltung jedoch vorteilhafterweise einen partiell erhöhten Wärmeeintrag. Die weiterhin beanspruchte Zickzack-Anordnung der Elektroden entlang der Mittellinie des Ofengefäßes bewirkt vorteilhafterweise eine bessere Raumabdeckung des Energieeintrags in den Ofen ohne dass die Ausmauerung zusätzlich wärme-belastet wird. Der Energieeintrag in den Ofen wird vergleichmäßigt, d. h. das Einsatzgut und insbesondere die Schlacke können gleichmäßiger mit Wärme beaufschlagt werden. Durch die Zickzack-Anordnung kann mehr Einsatzgut bzw. mehr Schlacke mit den Elektroden in Kontakt treten und Turbulenzen können auf ein gewünschtes Maß begrenzt werden. Die durch die Zickzack-Anordnung der Elektroden erreichte leichte Querstellung des elektrischen Feldes in dem Ofen ermöglicht es, dass der Schmelzprozess noch individueller an die jeweiligen Verfahrenserfordernisse angepasst werden kann. Die durch die besagte Zickzack-Anordnung der Elektroden bewirkte verbesserte Raumaufteilung meint insbesondere eine verbesserte Verteilung des Energieeintrags in den Ofen. Unerwünschte Anbackungen insbesondere an den Seitenwänden können dadurch vermieden werden; damit bleibt das ganze Ofenvolumen vorteilhafterweise für den metallurgischen Prozess erhalten. Mehr Schlacke kann in Kontakt mit den Elektroden gebracht werden und Turbulenzen in dem aufgeschmolzenen Einsatzgut und der Schlacke können auf ein gewünschtes Maß begrenzt werden. In der Vergangenheit oftmals erforderliche temporär erhöhte Leistungseinbringungen zum Abbrennen der Anbackungen sind bei der Zickzack-Anordnung entbehrlich. Vielmehr bleibt der Prozess aufgrund der fehlenden Leistungspeaks ruhig, nicht turbulent und energetisch stabil.

Konkrete Ausgestaltungen der Elektroreduktionsvorrichtungen und insbesondere der Verschaltung der Elektroden sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der Beschreibung sind 5 Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße

Reduktionsvorrichtung;

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße

Elektroreduktionsvorrichtung; Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße

Elektroreduktionsvorrichtung;

Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel; und

Figur 5 einen Anschluss einer Gruppe von Elektroden an einen

Dreiphasentransformator nach dem Stand der Technik zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren 1 bis 4 in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Elektroreduktionsvorrichtung. Zu erkennen ist ein elektrisches Versorgungsleistungsnetz mit den drei Phasen U, V, W. An dieses elektrische Versorgungsleitungsnetz sind drei Einphasentransformatoren 200-1 , 200-2 und 200-3 mit ihren Primärseiten angeschlossen. Auf ihren Sekundärseiten stellen die drei Einphasentransformatoren jeweils einphasige Versorgungsspannungen für jeweils zwei Elektroden bereit. Die jeweiligen Phasen an der Sekundärseite der Einphasentransformatoren sind mit R, S, T bezeichnet. Zusammen stellen die drei Einphasentransformatoren eine dreiphasige Versorgungsspannung für den Elektroreduktionsofen 100 zu Verfügung.

Der Elektroreduktionsofen besteht aus einem Ofengefäß 1 10 mit einer ausgeprägten Längserstreckung. In dem Ofengefäß sind bei dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel beispielhaft K = 6 Elektroden zickzackförmig in Bezug auf eine Mittellinie M entlang der Längserstreckung des Ofengefäßes angeordnet. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel bilden die Elektroden 120-1 und 120-3 eine erste Gruppe G-1 ; sie sind beide sekundärseitig an den ersten Einphasentransformator 200-1 angeschlossen. Die Elektroden 120-2 und 120-5 bilden eine zweite Gruppe G-2; sie sind sekundärseitig an den zweiten Einphasentransformator 200-2 angeschlossen. Schließlich bilden die Elektroden 120-4 und 120-6 eine dritte Gruppe G-3; sie sind sekundärseitig an den dritten Einphasentransformator 200-3 angeschlossen. Jede Elektrode innerhalb einer Gruppe ist jeweils an eine andere der drei elektrischen Phasen der Versorgungsspannung R, S, T angeschlossen.

Dadurch dass die Elektroden einer Gruppe - bei fortlaufender Nummerierung bzw. Anordnung der Elektroden entlang der Mittellinie nicht unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, sondern dass auch Elektroden anderer Gruppen zwischen ihnen angeordnet sind, wird vorteilhafterweise erreicht, dass der räumliche Abstand zwischen den Elektroden einer Gruppe und damit der elektrische Widerstand zwischen diesen Elektroden innerhalb einer Gruppe vorteilhafterweise vergrößert wird. Diese Vergrößerung des elektrischen Widerstandes innerhalb einer Gruppe ermöglicht vorteilhafterweise, dass eine gleiche elektrische Leistung mit geringeren Elektrodenströmen und somit mit geringeren elektrischen Verlusten in den Öfen eingebracht werden kann.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die gruppenweise Anordnung der Elektroden in dem Elektroreduktionsofen. Hier bilden die Elektroden 120-1 und 120-6, die Elektroden 120-2 und 120-3 sowie die Elektroden 120-4 und 120-5 jeweils eine Gruppe im Sinne der Erfindung, weil sie jeweils an einen eigenen Einphasentransformator 200-1 , 200-2, 200-3 angeschlossen sind. Der räumliche Abstand der ersten und sechsten Elektrode, die zusammen die erste Gruppe G-1 bilden, ist hier vorteilhafterweise besonders groß; demgegenüber sind die elektrischen Widerstände zwischen den Elektroden der beiden anderen Gruppen G-2 und G-3 aufgrund der kürzeren räumlichen Abstände eher begrenzt bzw. kleiner.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind lediglich 3 Elektroden 120-1 , 120-2 und 120-3 in dem Ofengefäß 1 10 des Elektroreduktionsofens 100 angeordnet. Jeweils zwei der drei Elektroden bilden eine Gruppe, die jeweils an einen eigenen Einphasentransformator angeschlossen sind. Konkret bilden die Elektroden 120-1 und 120-2 eine erste Gruppe G-1 , die an den ersten Einphasentransformator 200-1 angeschlossen ist. Weiterhin bilden die Elektroden 120-2 und 120-3 eine zweite Gruppe G-2; sie sind an den zweiten Einphasentransformator 120-2 angeschlossen. Schließlich bilden auch die Elektroden 120-1 und 120-3 eine dritte Gruppe G-3. Sie sind als Gruppe an den dritten Einphasentransformator 200-3 angeschlossen. Auch hier ist das erfindungsgemäß beanspruchte Merkmal der Überkreuzverschaltung der Elektroden realisiert, insbesondere bei der dritten Gruppe G-3. Die beiden Elektroden dieser Gruppe sind - entlang der Mittellinie M des Ofengefäßes 1 10 betrachtet - nicht unmittelbar nebeneinander angeordnet, sondern es ist vielmehr die Elektrode 120-2, wenn auch zickzackförmig, dazwischen angeordnet. Deshalb ist der räumliche Abstand - entlang der Mittellinie gesehen - zwischen den Elektroden der Gruppe größer als zwischen den Elektroden der beiden Gruppen G-1 und G-2.

Für alle zuvor genannten drei Ausführungsbeispiele gilt, dass der senkrechte Abstand d jeder der Elektroden 120-k zu der Mittellinie M vorzugsweise in folgendem Intervallbereich liegt:

1 / 2 * D < d < 0,25 * B-1/2 * D

mit

D : Elektrodendurchmesser

B: Innenbreite des Ofens

Üblicherweise liegen die Elektrodendurchmesser D zwischen 300 mm und 1 .900 mm. Das Längen-Breiten-Verhältnis beträgt bei Rechteck-Öfen für die vorliegende Erfindung vorzugsweise zwischen 2,5 und 4. Figur 4 zeigt eine weitere mögliche Gruppierung von Elektroden in einem Elektrolichtbogenofen 1 10. Es ist zu erkennen, dass hier die Elektroden 120-1 und 120-3 eine erste Gruppe G-1 bilden, dass die zweite Elektrode 120-2 und die fünfte Elektrode 120-5 zusammen eine zweite Gruppe G-2 und die vierte Elektrode 120-4 und die sechst Elektrode 120-6 zusammen eine dritte Gruppe G-3 bilden. Hier sind die Elektroden einer Gruppe jeweils über Einphasentransformatoren 200-1 , 200-2 und 200-3 an gleiche primärseitige Phasen angeschlossen. Beispielsweise hängen die Elektroden 120-1 und 120-3 der ersten Gruppe beide an der Phase W. Analog hängen die Elektroden 120-2 und 120-5 der zweiten Gruppe beide an der Phase V. Und schließlich hängen die Elektroden 120-4 und 120-6 beide an der Phase U.

Bezugszeichenliste

100 Elektroreduktionsofen

1 10 Ofengefäß

120 Elektrode

200 Transformator, insbesondere Einphasentransformator a direkter Abstand zwischen zwei Elektrodenmitten B Innenbreite des Ofens

d vertikaler Abstand zur Mittellinie

D Elektrodenbreite bzw. Elektrodendurchmesser

K Anzahl der Elektroden k=1 bis K

M Mittellinie

n Faktor mit n e N

N Menge der natürlichen Zahlen

G Gruppe

R elektrische Phase

S elektrische Phase

T elektrische Phase