Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Fingeranordnung zum Halten von Metallteilen während eines Vorwärmprozesses, vorzugsweise zur Verwendung in einem Schacht oberhalb eines Schmelzofengefäßes zum Einschmelzen der Metallteile, wobei die Fingeranordnung einen Finger aufweist, der mit einem Kühlmittel durchströmbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Vorwärmen der Metallteile sowie einen Schmelzofen.

Hintergrund der Erfindung

Zum Schmelzen von metallischem Schrott in einem Schmelzofen, beispielsweise Elektrolichtbogenofen, kann es nötig oder zumindest nützlich sein, die Metallteile vorzuwärmen. Zu diesem Zweck können die heißen Abgase, die im Schmelzofen erzeugt werden, genutzt werden, indem ein oder mehrere bewegliche Finger in einen Schacht oberhalb des Schmelzofens eingebaut werden. Die Aufgabe der Finger besteht darin, die von oben eingebrachten Metallteile zu halten und dadurch eine Erwärmung derselben zu ermöglichen. Nach erfolgter Erwärmung werden die Finger mittels Hydraulikzylindern vollständig oder teilweise aus dem Schacht herausbewegt, wodurch die Metallteile in ein Ofengefäß darunter fallen, in dem sie schließlich eingeschmolzen werden.

Derartige Finger sind beispielsweise in der DE 699 06 630 T2 und WO 95/04910 A1 beschrieben. Es ist bekannt, die Finger während der Erwärmung der Metallteile zu kühlen, da sie einer hohen thermischen Strahlung ausgesetzt sind. Dazu werden die Finger auf kontinuierliche Weise mit Kühlwasser durchströmt. Die Kühlwasserversorgung wird üblicherweise durch Gummischläuche realisiert.

Neben der thermischen Beanspruchung ist im Wesentlichen die mechanische Belastung maßgeblich für einen hohen Verschleiß der Gummischläuche. Die mechanische Belastung tritt beim Bewegen der Finger durch die Hydraulikzylinder auf. Dabei bewegen sich die U-förmig abgehängten Schläuche hin und her, wobei sie einer oftmals übermäßigen Biegebeanspruchung ausgesetzt sind, die eine Materialermüdung zur Folge hat und schließlich zum Reißen der Schläuche führen kann.

Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fingeranordnung zum Halten von Metallteilen während eines Vorwärmprozesses, vorzugsweise zur Verwendung in einem Schacht oberhalb eines Schmelzofengefäßes zum Einschmelzen der Metallteile, eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Metallteilen sowie einen Schmelzofen anzugeben, deren Haltbarkeit und Wartbarkeit verbessert sind. Gelöst wird die Aufgabe mit einer Fingeranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einer Vorrichtung zum Vorwärmen von Metallteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie einem Schmelzofen mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Die erfindungsgemäße Fingeranordnung ist zum Halten von Metallteilen, vorzugsweise von metallischem Schrott, während eines Vorwärm prozesses vorgesehen. Vorzugsweise ist die Fingeranordnung zur Verwendung in einem Schacht oberhalb eines Schmelzofengefäßes zum Einschmelzen der Metallteile eingerichtet. Die Fingeranordnung weist einen Finger auf, der zwischen einem eingefahrenen Zustand und einem ausgefahrenen Zustand bewegbar ist und eingerichtet ist, um Metallteile im ausgefahrenen Zustand zu halten. Zu diesem Zweck kann die Bewegung des Fingers zwischen den beiden Zuständen eine Schwenkbewegung sein. Vorzugsweise vollzieht der Finger zwischen dem eingefahrenen Zustand und dem ausgefahrenen Zustand eine kombinierte Bewegung aus einer Schwenkbewegung und einer Translationsbewegung, um ein zuverlässiges Halten der Metallteile im ausgefahrenen Zustand und ein zuverlässiges Freigeben der Metallteile im eingefahrenen Zustand zu gewährleisten. Der Finger ist ein länglicher Körper, der vorzugsweise aus einem hitzebeständigen stabilen Metall gefertigt ist. So kann der Finger beispielsweise aus miteinander verschweißten Stahlplatten hergestellt sein. Der Finger weist einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf sowie einen oder mehrere damit verbundene Kanäle im Innern des Fingers auf, wodurch der Finger mit einem Kühlmittel durchströmbar ist. Das Kühlmittel ist vorzugsweise Wasser oder ein flüssiges Mehrstoffkühlmittel auf Wasserbasis. Mit den Bezeichnungen "Kühlmittelzulauf' bzw. "Kühlmittelablauf sind Leitungsabschnitte zum Transport des Kühlmittels bezeichnet, die den Kühlkreis im Innern des Fingers mit äußeren Leitungsabschnitten verbinden. Der Kühlmittelzulauf und/oder Kühlmittelablauf können beispielsweise als lösbare/verbindbare Leitungsanschlüsse ausgebildet sein, sie können aber auch Rohrabschnitte bezeichnen, die den inneren Kühlkreis auf integrale oder einstückige Weise mit äußeren (relativ zum Finger) Leitungen verbinden. Die Fingeranordnung weist ferner eine Fingerkühlung auf, die ein System aus Leitungen bzw. Rohren zum Zuführen des Kühlmittels zum Kühlmittelzulauf des Fingers und Abführen des erwärmten Kühlmittels vom Kühlmittelablauf des Fingers bezeichnet. Die Fingeranordnung gemäß der Erfindung weist ein oder mehrere Zulaufdrehgelenke, die Rohrdrehgelenke sind, und wenigstens zwei damit verbundene Rohrstücke, wobei eines der Rohrstücke mit dem Kühlmittelzulauf verbunden ist, sowie ein oder mehrere Ablaufdrehgelenke, die Rohrdrehgelenke sind, und wenigstens zwei damit verbundene Rohrstücke auf, wobei eines der Rohrstücke mit dem Kühlmittelablauf verbunden ist. Die Bezeichnungen "Rohr", "Rohrstück", "Leitung" und dergleichen werden synonym verwendet, wobei darauf hingewiesen sei, dass der Querschnitt der Rohrstücke weder kreisförmig noch über die Länge des Rohrstücks konstant sein muss. Rohrstücke können über lösbare Verbindungen oder integral, etwa durch verschweißen, oder einstückig miteinander verbunden sein. Vorzugsweise sind die Rohrstücke und/oder Rohrdrehgelenke aus einem starren unflexiblen Material, etwa Stahl, gefertigt, um zu verhindern, dass die Haltbarkeit aufgrund von Biegebelastungen beeinträchtigt wird.

Indem das Kühlmittel über Rohrstücke und Rohrdrehgelenke dem Finger zugeführt wird, unterliegt die Verrohrung außerhalb des Fingers wohldefinierten Bewegungstrajektorien, wenn der Finger zwischen dem eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand hin und her bewegt wird. Insbesondere sind die Rohrstücke nur geringen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Dadurch wird die Haltbarkeit der Fingerkühlung deutlich verbessert, insbesondere in schwierigen Arbeitsumgebungen, in denen die Finger und die Komponenten der Kühlung hohen thermischen Strahlungen und Konvektionsströmen ausgesetzt sind. Ein weiterer Beitrag der gelenkartigen Rohrverbindungen besteht darin, dass etwaige an den Rohrdrehgelenken auftretende Leckagen nicht plötzlich und unmittelbar zum Vorschein kommen, sondern diese werden erst nach und nach undicht, wodurch eine frühzeitige Schadenserkennung und -behebung möglich ist. Dadurch verbessert sich die Wartbarkeit der Vorrichtung.

Vorzugsweise weist die Fingerkühlung eine Zulaufgelenkschere, die mit dem Kühlmittelzulauf verbunden ist, und eine Ablaufgelenkschere, die mit dem Kühlmittelablauf verbunden ist, auf, wobei die Zulaufgelenkschere und die Ablaufgelenkschere jeweils eine Gelenkschere ist, die drei Rohrdrehgelenke und Rohrstücke, welche die drei Rohrdrehgelenke in Reihe verbinden, aufweist. In anderen Worten: Die Verrohrung des Kühlmittelzulaufs und des Kühlmittelablaufs wird vorzugsweise jeweils durch eine Gelenkschere realisiert, wodurch vielfältige Bewegungstrajektorien unter geringen mechanischen Belastungen realisierbar sind. Insbesondere wenn der Finger zwischen seinen beiden Zuständen, dem eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand, keine reine Schwenkbewegung sondern eine kombinierte Bewegung aus einer rotatorischen und einer translatorischen Komponente durchführt, bietet der Einsatz einer oder mehrerer Gelenkscheren eine technisch einfach zu realisierende Verrohrung mit den oben dargelegten Wirkungen. Vorzugsweise weist die Fingeranordnung ein Gehäuse auf, wodurch sie modular aufbaubar ist. Auf diese Weise kann der Schmelzofen nicht nur auf einfache Weise um eine oder mehrere Fingeranordnungen erweitert werden, sondern die Fingeranordnungen lassen sich unkompliziert warten und reparieren. Vorzugsweise sind ein oder mehrere der Zulaufdrehgelenke relativ zum Gehäuse verfahrbar bzw. nicht-stationär vorgesehen, während ferner ein oder mehrere Zulaufdrehgelenke relativ zum Gehäuse stationär vorgesehen sind. Die stationären Zulaufdrehgelenke sind vorzugsweise am Gehäuse befestigt. Im Fall der oben dargelegten Gelenkschere sind vorzugsweise genau zwei Zulaufdrehgelenke nicht-stationär vorgesehen, während genau ein Zulaufdrehgelenk stationär vorgesehen ist. Analog sind vorzugsweise ein oder mehrere der Ablaufdrehgelenke relativ zum Gehäuse verfahrbar bzw. nichtstationär vorgesehen, während ferner ein oder mehrere Ablaufdrehgelenke relativ zum Gehäuse stationär vorgesehen sind. Die stationären Ablaufdrehgelenke sind vorzugsweise am Gehäuse befestigt. Im Fall der oben dargelegten Gelenkschere sind vorzugsweise genau zwei Ablaufdrehgelenke nicht-stationär vorgesehen, während genau ein Ablaufdrehgelenk stationär vorgesehen ist. Eine so aufgebaute Verrohrung für die Zufuhr und Abfuhr des Kühlmittels eignet sich besonders für einen Finger, dessen Bewegungstrajektorie durch einen Kniehebelmechanismus definiert wird. Vorzugsweise weist die Fingeranordnung einen Hydraulikzylinder zum Betätigen des Fingers auf, wobei der Hydraulikzylinder mechanisch mit dem Finger gekoppelt ist. Die mechanische Kopplung kann über einen Hebelmechanismus erfolgen, vorzugsweise über einen Kniehebelmechanismus, um die oben dargelegte kombinierte Bewegungstrajektorie des Fingers zu realisieren.

Die dargelegte Fingeranordnung ist in erster Linie zur Verwendung in einem Elektrolichtbogenofen ausgelegt. Allerdings kann der Finger auch in Schmelzöfen anderer Bauart eingesetzt werden.

Die oben dargelegte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Metallteilen, vorzugsweise von metallischem Schrott, gelöst, wobei die Vorrichtung einen Schacht und einen oder mehrere Fingeranordnungen aufweist. Hierbei ragen die Finger jeweils im ausgefahrenen Zustand in den Schacht hinein, um dadurch die Metallteile zu halten. Nach erfolgter Erwärmung werden die Finger in den eingefahrenen Zustand gebracht, wodurch die Metallteile zum Einschmelzen in ein unterhalb des Schachts angeordnetes Ofengefäß fallen können. Vorzugsweise sind mehrere Finger vorgesehen, die in ihren ausgefahrenen Zuständen in unterschiedlichen Längen, vorzugsweise konzentrisch, in den Schacht hineinragen, wodurch Metallteile unterschiedlicher Beschaffenheit auf zuverlässige Weise gehalten und freigegeben werden können. Die oben dargelegte Aufgabe wird ferner durch einen Schmelzofen, vorzugsweise Elektrolichtbogenofen, mit einem Ofengefäß und einer Vorrichtung zum Vorwärmen von Metallteilen gelöst.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen. Kurze Beschreibung der Figuren

Die Figur 1A zeigt eine Fingeranordnung zum Halten von Metallteilen auf eine perspektivische Weise im eingefahrenen Zustand. Die Figur 1 B zeigt die Fingeranordnung der Figur 1A als Seitenansicht.

Die Figur 2A zeigt eine Fingeranordnung zum Halten von Metallteilen auf eine perspektivische Weise im ausgefahrenen Zustand. Die Figur 2B zeigt die Fingeranordnung der Figur 2A als Seitenansicht.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden. Die Figur 1A zeigt eine Fingeranordnung 1 zum Halten von Metallteilen, vorzugsweise von metallischem Schrott, auf eine perspektivische Weise. Die Fingeranordnung 1 ist zur Verwendung in einem Schacht oberhalb eines Schmelzofengefäßes zum Einschmelzen der Metallteile vorgesehen. Die Figur 1 B zeigt die Fingeranordnung 1 der Figur 1A in einer Seitenansicht. Die Fingeranordnung 1 weist einen Finger 10 auf, der zum Halten der Metallteile vorgesehen ist, wodurch die Metallteile aufgrund der Abwärme und Strahlungswärme eines nicht dargestellten Schmelzofens erwärmt, bevor sie dem Ofengefäß zugeführt werden. Die Figuren 1A und 1 B zeigen den Finger 10 im eingefahrenen Zustand, in dem dieser zum großen Teil hinter eine Vorderwand 21 zurückgezogen ist. Die Figuren 2A und 2B zeigen den Finger 10 im ausgefahrenen Zustand.

Die Vorderwand 21 kann Teil eines Schachts sein, in den die Metallteile eingebracht werden. Der Schacht wiederum kann Teil eines Schmelzofens oder einer eigenständigen Vorrichtung sein, die auf den Schmelzofen aufgesetzt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Vorderwand 21 zusammen mit weiteren Wänden ein Gehäuse 20 der Fingeranordnung 1 . Dadurch lässt sich die Fingeranordnung 1 modular aufbauen, wodurch der Schmelzofen nicht nur auf einfache Weise um eine oder mehrere Fingeranordnungen 1 erweitert werden kann, sondern die Fingeranordnungen 1 können somit auf unkomplizierte Weise ausgetauscht, gewartet und repariert werden.

Die Vorderwand 21 weist eine Öffnung 22 auf, durch die der Finger 10 in den Schacht einfahrbar und ausfahrbar ist. Die Betätigung des Fingers 10 erfolgt auf geeignete Weise mittels eines Hydraulikzylinders 1 1 , der im vorliegenden Beispiel über ein erstes Gelenk 12 mit einem Schwenkhebel 13 verbunden ist, der wiederum an einem Ende über ein zweites Gelenk 14 drehbar gelagert ist und am anderen Ende über ein drittes Gelenk 15 mit dem Finger 10 gekoppelt ist. Das erste Gelenk 12 und das dritte Gelenk 15 sind nicht-stationäre Gelenke, d.h. sie sind relativ zum Gehäuse 20 verfahrbar. Das zweite Gelenk 14 hingegen ist stationär vorgesehen, beispielsweise am Gehäuse 20 befestigt, wodurch ein Kniehebelmechanismus zum Verfahren des Fingers 10 ausgebildet wird. Wenn in diesem Zusammenhang die Bezeichnungen "erstes", "zweites" usw. (beispielsweise in "erstes Gelenk", "zweites Gelenk" usw.) verwendet werden, ist damit keine numerische Ordnung verbunden, sie dienen lediglich der Benennung der entsprechenden Komponenten.

Durch Zuführen/Abführen eines Hydraulikfluids zum/vom Hydraulikzylinder 1 1 wird über den beschriebenen Hebelmechanismus der Finger 10 auf die oben dargelegte Weise betätigt. Es sei darauf hingewiesen, dass der in den Figuren dargestellte Hebelmechanismus nur beispielhaft ist. Das Einfahren/Ausfahren und/oder Schwenken des Fingers 10 lässt sich auch auf andere Weise realisieren. Wichtig ist, dass die Position des Fingers 10 so veränderbar ist, dass im ausgefahrenen Zustand (der auch einen ausgeschwenkten Zustand umfasst) der Finger 10 so im Schacht angeordnet ist, dass dieser Metallteile halten kann, während die Metallteile im eingefahrenen Zustand (der auch einen eingeschwenkten Zustand umfasst) durch den Schacht in das darunter befindliche Ofengefäß fallen können.

Am hinteren Ende des Fingers 10 befinden sich ein Kühlmittelzulauf 31 und ein Kühlmittelablauf 32, die Bestandteile einer Fingerkühlung 30 sind. Durch den Kühlmittelzulauf 31 wird dem Finger 10 Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Mehrstoffkühlfluid auf Wasserbasis, zugeführt, das anschließend den Finger 10 über nicht dargestellte Kanäle durchströmt und diesen über den Kühlmittelablauf

32 wieder verlässt. Die Fingerkühlung 30 weist weitere Komponenten auf, so etwa Rohre, Rohrdrehgelenke usw., die im Folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels genauer beschrieben werden. Der Kühlmittelzulauf 31 ist über ein Rohrstück mit einem ersten Zulaufdrehgelenk

33 verbunden. Dieses wiederum ist über ein Rohrstück mit einem zweiten Zulaufdrehgelenk 34 verbunden. Das zweite Zulaufdrehgelenk 34 ist über ein Rohrstück mit einem dritten Zulaufdrehgelenk 35 verbunden. Während das erste Zulaufdrehgelenk 33 und das zweite Zulaufdrehgelenk 34 nicht-stationäre Rohrdrehgelenke sind, die jeweils zwei Rohrstücke auf schwenkbare Weise verbinden, wobei die beiden Rohrdrehgelenke relativ zum Gehäuse 20 verfahrbar sind, ist das dritte Zulaufdrehgelenk ein stationäres Rohrdrehgelenk, d.h. es ist relativ zum Gehäuse 20 stationär vorgesehen, also beispielsweise am Gehäuse 20 befestigt. Auf diese Weise wird eine Gelenkschere aufgebaut, die einen Teil des Kühlwasserzulaufwegs bildet und als Zulaufgelenkschere 36 bezeichnet wird. Die genannten Rohrstücke sind vorzugsweise stabile, nicht flexible Rohre, beispielsweise aus einem langlebigen und hitzebeständigen Metall.

Analog ist eine Gelenkschere als Teil des Kühlwasserablaufwegs aufgebaut, die als Ablaufgelenkschere 40 bezeichnet wird und ein erstes Ablaufdrehgelenk 37, ein zweites Ablaufdrehgelenk 38 und ein drittes Ablaufdrehgelenk 39 aufweist, die wie bei der Zulaufgelenkschere 36 über Rohrstücke miteinander verbunden sind. Dabei sind in dem obigen Sinne das erste Ablaufdrehgelenk 37 und das zweite Ablaufdrehgelenk 38 als nicht-stationäre Rohrdrehgelenke ausgebildet, während das dritte Ablaufdrehgelenk 39 als ein stationäres Rohrdrehgelenk ausgebildet ist.

Durch einen Gehäusezulauf 41 wird das Kühlwasser über einen stationären Rohrabschnitt dem dritten Zulaufdrehgelenk 35 zugeführt, das Kühlwasser strömt dann durch die Zulaufgelenkschere 36 in den Finger 10 und wird über die Ablaufgelenkschere 40 an einen Gehäuseablauf 42 transportiert. Der Gehäusezulauf 41 und der Gehäuseablauf 42 können Anschlüsse sein oder Rohrstücke, die das Kühlwasser von außen (bezüglich des Gehäuses 20) zuführen und nach außen abgeben.

Der oben dargelegte Aufbau realisiert eine beispielhafte Ausführungsform, wie eine Verrohrung mit Rohrdrehgelenken und Rohrstücken aussehen kann, um eine zuverlässige Kühlwasserzirkulation zu gewährleisten. Die beispielhaften Gelenkscheren 36 und 40 weisen je drei Rohrdrehgelenke auf, die mit Rohrstücken untereinander verbunden sind. Durch die Konstruktion unterliegen die Gelenkscheren 36 und 40 einer definierten Bewegung, die so ausgelegt ist, dass die Gelenkscheren 36 und 40 nur geringen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Gelenkscheren (oder allgemeiner, die Verrohrung) in Abhängigkeit der Bewegungstrajektorie des Fingers 10 anders verwirklicht werden können, als es in den Figuren dargestellt ist. Insbesondere kann der Aufbau der Gelenkscheren situationsbedingt vereinfacht werden. So können bei einem Finger 10, der zwischen dem eingefahrenen Zustand und dem ausgefahrenen Zustand eine reine Schwenkbewegung durchführt, der Kühlwasserzulaufweg und der Kühlwasserablaufweg mit je nur einem Rohrdrehgelenk realisiert werden, wenn der Kühlwasserzulauf 31 und der Kühlwasserablauf 32 so am Finger 10 vorgesehen sind, dass sie beim Schwenken des Fingers 10 eine Kreisbewegung um die zugehörigen Gelenke vollziehen.

Neben der besonderen Haltbarkeit der oben dargelegten gelenkartigen Rohrverbindungen in schwierigen Arbeitsumgebungen besteht ein weiterer Vorteil darin, dass etwaige an den Rohrdrehgelenken auftretende Leckagen nicht plötzlich und unmittelbar zum Vorschein kommen, sondern diese erst nach und nach undicht werden und somit eine frühzeitige Schadenserkennung und - behebung ermöglichen.

Bezugszeichenliste

1 Fingeranordnung

10 Finger

1 1 Hydraulikzylinder

12 Erstes Gelenk

13 Schwenkhebel

14 Zweites Gelenk

15 Drittes Gelenk

20 Gehäuse

21 Vorderwand

22 Öffnung

30 Fingerkühlung

31 Kühlmittelzulauf

32 Kühlmittelablauf

33 Erstes Zulaufdrehgelenk

34 Zweites Zulaufdrehgelenk

35 Drittes Zulaufdrehgelenk

36 Zulaufgelenkschere

37 Erstes Ablaufdrehgelenk

38 Zweites Ablaufdrehgelenk

39 Drittes Ablaufdrehgelenk

40 Ablaufgelenkschere

41 Gehäusezulauf

42 Gehäuseablauf