Stand der Technik Ein metallurgischer Ofen wie ein elektrischer Lichtbogenofen, wie er aus der WO 98/08041 Al bekannt ist, weist ein Gefäß, das bevorzugterweise aus einem Untergefäß und einem O- bergefäß besteht, einen Deckel für das Gefäß, und eine als Schacht ausgebildete Chargiervor- richtung, in der ein verschwenkbares Rückhaltemittel angeordnet ist, auf. Bei der Vorrichtung wird das gesamte Chargiergut (zum Beispiel Schrott) für einen Einschmelzvorgang auf ein- mal chargiert. Da das Volumen des eingeschmolzenen Materials, insbesondere bei Schrott, wesentlich geringer als im nichtgeschmolzenen Zustand ist, reicht das von dem Gefäß und dem Deckel begrenzte Volumen nicht aus, um das gesamte Chargiergut für einen Ein- schmelzvorgang aufzunehmen. Daher steht ein Teil des nicht eingeschmolzenen Chargiergu- tes als Säule in dem Schacht.

Als Folge kann das Rückhaltemittel, das durch mehrere schwenkbar gelagerte Finger gebildet wird, so lange nicht in den Schließzustand zurückgeschwenkt werden, bis die Säule des Char- giergutes auf ein Maß zusammengeschmolzen ist, das die Oberseite der Säule unterhalb des Schwenkbereichs des Rückhaltemittels liegt (siehe insbesondere Fig. 4 der WO 98/08041 Al).

Damit das gesamte Chargiergut auf einmal in den Ofen chargiert werden kann, muß entweder der Schacht ein entsprechendes Volumen aufweisen, was aufgrund der räumlichen Verhält- nisse, insbesondere der Anordnung der Elektroden, bei dem Lichtbogenofen dazu führt, daß der Schacht sehr hoch ausgebildet werden muß. Alternativ kann der Schacht nur zur Aufnah- me eines Teils des auf einmal zu chargierenden Chargierguts ausgebildet sein. Dann muß

weiteres Chargiergut mittels eines Krans und eines Materialkorbs (zum Beispiel ein Schrott- lcorb) durch den Schacht hindurch chargiert werden. In jedem Fall wird auch der Schacht von oben mit dem Chargiergut beladen, so daß noch ausreichend Raum für die Beladevorrichtung wie einen Kran oder ähnliches über dem Schacht vorhanden sein muß. Insgesamt resultiert diese Anordnung in einer sehr großen Höhe, die in dem Gebäude des Stahlwerks über dem Schacht vorhanden sein muß.

Beim Beladen des Schachtes mit dem Chargiergut, zum Beispiel mit Schrott, fällt das Char- giergut aus einer Höhe von 4 bis 6 m, weil das Material von oben in den Schacht fallengelas- sen werden muß. Dies führt zu der Möglichkeit einer Beschädigung des Rückhalteorgans und/oder der Schachtwände.

Aufgrund der notwendigen Bauhöhe wird ein Lichtbogenofen der Art, wie er in der WO 98/08041 AI beschrieben ist, normalerweise mit einem Schacht gebaut, der für die Hälfte der notwendigen Chargiergutmenge ausgelegt ist. Der Rest des Chargierguts für einen Ein- schmelzvorgang wird mittels eines Materialkorbs (Schrottkorb) von oben durch den Schacht in den Ofen chargiert. Da nur der Teil des Chargierguts (Schrott), der in dem Schacht wäh- rend der Finungsperiode der vorhergehenden Charge gelagert war, vorgewärmt ist, ist ein nennenswerter Teil des Chargierguts zum Beginn des Einschmelzvorgangs auf relativ niedri- ger Temperatur, so daß das Abgas, das durch den Schacht zieht, auf sehr niedriger Temperatur ist. Dieses ist aus bekannten Gründen nachteilig im Hinblick auf Schadstoffe, insbesondere sogenannte VOCs (Volatile Organic Compounds). Zum Beispiel müssen VOCs bei einer Temperatur von ca. 700 bis 800°C verbrannt und das resultierende Abgas dann gequencht (schnell abgekühlt) werden, damit es nicht zur erneuten Bildung von Schadstoffen kommt.

Das durch den Schacht und das kalte Chargiergut ziehende Abgas hat bei weitem nicht die entsprechende Temperatur, so daß in einer Nachbrennkammer ein erheblicher Energieeinsatz notwendig ist, um die VOCs zu vernichten. Dieses resultiert in erhöhten Betriebskosten.

Da der Schacht und das durch die Finger gebildete Rückhaltemittel während aller Betriebs- zyklen auf dem Ofen sitzen, ist aus thermischen Gründen eine Kühlung des Rückhaltemittels und mindestens des unteren Teils des Schachtes notwendig. Die entsprechende Ausbildung des Schachtes führt dazu, daß ein Traggerüst für den Schacht notwendig ist, das einerseits die Kühlung und die notwendigen Versorgungen hält und andererseits ein ausreichendes Wie- derlager für den durch den Schacht chargierten Schrott bildet. Außerdem treten beim Chargie-

ren des Chargierguts, insbesondere von Schrott durch den Schacht, erhebliche dynamische Kräfte durch die hohe Fallhöhe auf, die die Gefahr von Beschädigungen des Schachtes und der Finger, insbesondere der Kühlung, mit sich bringen. Aufgrund der hohen dynamischen Kräfte ist es auch notwendig, die Finger des Rückhalteorgans aufwendig, zum Beispiel mit Federpaketen, einzeln und austauschbar zu lagern. Dieses resultiert in einem erhöhten Auf- wand der Konstruktion und dem dafür notwendigen Volumen für das Rückhaltemittel.

Aufgrund der obigen Gegebenheiten ist das Volumen des Schachtes, insbesondere durch das Vorhandensein des Gerüstes, der Kühlung etc. relativ groß, so daß der Schacht, um den not- wendigen Abstand zu den in der Mitte des Gefäßdeckels befindlichen Elektroden zu wahren, relativ weit entfernt von der Mitte in Richtung des Rands des Deckels bzw. des Gefäßes an- geordnet werden muß.

Aus der EP 0 672 881 A1 ist ein Lichtbogenofen bekannt, bei dem zwei Chargierschächte vorgesehen sind, wobei diese Schächte Chargieröffnungen aufweisen, die seitlich an den Sei- tenwänden der aus Gefäß und Deckel gebildeten Einheit angeordnet sind.

Aus der DE 44 24 324 A1 und der DE 43 26 369 A1 sind jeweils durch geteilte Finger gebil- dete Rückhaltemittel für einen Schacht bekannt. In der DE 44 24 324 AI ist in der Fig. 1 die Situation bei einem herkömmlichen Lichtbogenofen dargestellt, bei dem ein Materialkorb 27 oberhalb des Schachtes zum weiteren Chargieren von Chargiergut befindlich ist, was in der oben beschriebenen notwendigen lichten Höhe über dem Schacht resultiert.

Aus der JP 7-332836 (A) ist ein Lichtbogenofen mit einem Schacht bekannt, in dem zwei Chargen übereinander, jeweils durch entsprechende Rückhalteorgane, gehalten werden. Aus der Steel Times International, November 1995, ist der sogenannte"Daido MSP-DCArc Fur- nace"bekannt, der auch in einem Paper zur SEAISI 1996 THAILAND CONFERENCE unter dem Titel"Development of MSP-DC EAF Process"veröffentlicht ist. Dieser Ofen weist eine als Schacht ausgebildete Chargiervorrichtung auf. In dem Schacht sind senkrecht übereinan- der zwei Kammern angeordnet. Jede der Kammern ist an ihrer Unterseite durch ein schwenk- bares Rückhaltemittel verschließbar. Der gesamte Schacht kann zu Wartungszwecken oder ähnlichem seitlich gegenüber dem Ofengefäß verfahren werden. Die Kammern des Schachtes werden von oben mittels eines Schrottkorbes beladen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten metallurgischen Ofen und einen für einen solchen Ofen angepaßten Materialkorb anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Ofen nach Anspruch 1 bzw. einen Materialkorb nach Anspruch 15.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem metallurgischen Ofen kann das Rückhaltemittel sofort nach dem Chargieren zum Schließen der Chargiervorrichtung zurückgeschwenkt werden. Das führt einerseits dazu, daß bei einer Ausbildung der Chargiervorrichtung mit entsprechenden wechselbaren Materialkör- ben der entsprechende Materialkorb sofort nach dem Entladen ausgetauscht werden kann, und andererseits dazu, daß im oberen Bereich des Ansatzes ein leerer Raum vorhanden ist, in dem ggfs. eine Beeinflussung des Abgases möglich ist.

Beim Ausbilden der Chargiervorrichtung mit den austauschbaren Materialkörben entfällt die Notwendigkeit der Kühlung des Rückhaltemittels und des Schachtes, da diese bei der relativ kurzen Verweilzeit oberhalb des Ansatzes nicht so stark aufgeheizt werden, daß eine Kühlung notwendig ist.

Beim Ausbilden der Chargiervorrichtung mit den austauschbaren Materialkörben entfällt weiterhin die Notwendigkeit der großen lichten Höhe über dem Ofen, da die Materialkörbe durch seitliches Führen über den Ansatz ausgetauscht werden können.

Da in dem leeren Raum des Ansatzes oberhalb des chargierten Chargierguts normalerweise immer die Zündtemperatur für die Verbrennung von Kohlenstaub und/oder CO gegeben ist, kann durch einfaches Zuführen von Kohlenstaub und/oder Sauerstoff die Abgastemperatur/ Abgaszusammensetzung in einer sehr einfachen und kostengünstigen Weise eingestellt wer- den.

Bei Ausbildung der Chargiervorrichtung mit den austauschbaren Materialkörben entfällt die Notwendigkeit des Schachtgerüstes und der Wasserkühlung, so daß die entsprechenden Mate- rialkörbe bei gleichem Chargiervolumen wesentlich näher an den Elektroden als die her-

kömmlichen Schächte angeordnet werden können. Darum ist es möglich, eine in der Drauf- sicht runde anstatt einer hufeisenförmigen Gefäßform zu verwenden.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispie- len anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen : Fig. 1 einen metallurgischen Ofen einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer Vorderansicht a) im Schnitt, einer Seitenansicht b) im Schnitt, die von links in Fig. la) genommen ist und einer Draufsicht c) im Schnitt ; Fig. 2 die Vorderansicht aus Fig. la) in Vergrößerung ; Fig. 3 die Seitenansicht aus Fig. lb) in Vergrößerung ; Fig. 4 die Draufsicht aus Fig. lc) in Vergrößerung ; Fig. 5 den metallurgischer Ofen der ersten Ausführungsform aus Fig. 1, der zum Betrieb als Lichtbogenofen ohne Schacht mittels eines Deckels verschlossen ist, in einer Vorder- ansicht a) im Schnitt, einer Seitenansicht b) im Schnitt, die von links in Fig. 5a) genommen ist, und einer Draufsicht c) im Schnitt ; Fig. 6 die Vorderansicht aus Fig. 5a) in Vergrößerung ; Fig. 7 die Seitenansicht aus Fig. 5b) in Vergrößerung ; Fig. 8 die Draufsicht aus Fig. 5c) in Vergrößerung ; Fig. 9 eine zweite Ausführungsform des metallurgischen Ofens in einer Vorderansicht a) im Schnitt in einem Stahlwerk, einer Seitenansicht b) im Schnitt, die von links in Fig. 9a) genommen ist, und einer Draufsicht c) im Schnitt ; und Fig. 10 einen Materialkorb nach einer Ausführungsform der Erfindung auf einem Transport- wagen in einer Schnittansicht.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 eine erste Ausführungsform eines metallurgischen Ofens nach der Erfindung beschrieben, die die bevorzugte Ausführungsform darstellt.

In den Fig. 1 bis 4 ist die erste Ausführungsform in einer ersten Konfiguration gezeigt, in der Materialkörbe 32, die mittels einer Wechselvorrichtung 30 über einem Ansatz 40 positionier- bar sind, als Schacht verwendet werden.

In den Fig. 5 bis 8 ist eine zweite Konfiguration der ersten Ausführungsform dargestellt, bei der die Chargieröffnung 42 des Ansatzes 40 mittels eines Deckels 43 beim Schmelzvorgang nach der Art eines herkömmlichen Lichtbogenofens ohne Schacht verschlossen ist. Diese Konfiguration kann zur Aufrechterhaltung des Betriebes verwendet werden, wenn an der Wechselvorrichtung und/oder den Materialkörben oder ähnlichem Wartungsarbeiten auszu- führen sind.

Es wird nun die erste Konfiguration unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Die erste Ausführungsform ist als ein Lichtbogenofen 1 mit einem auf einer Ofenwiege 2 ge- lagerten Ofengefäß 10 ausgebildet. Das Ofengefäß 10 besteht aus einem Gefäßunterteil 11, das durch einen gemauerten Ofenherd gebildet wird, und einem Gefäßoberteil 12, das in übli- cher Weise aus wassergekühlten Elementen gebildet ist. Das Ofengefäß weist einen Erker 13 mit einem Abstichloch 15 und einer Verschlußvorrichtung 16 für das Abstichloch 15 auf.

Der Ofen weist weiter einen Deckel 20 auf, der in üblicher Weise aus wassergekühlten Ele- menten gebildet ist und in üblicher Weise Öffnungen zum Einfahren und Ausfahren der E- lektroden 71 in das und aus dem Ofengefäß aufweist. Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform weist der Deckel einen, in der Draufsicht des Gefäßes 10 und des Deckels 20 auf einer Seite der Elektroden angeordneten Ansatz 40 auf. Der Ansatz 40 ist aus wassergekühlten Elementen ausgebildet und mit dem Deckel 20 verbunden.

Nach einer alternativen Ausführung kann der Ansatz 40 auch getrennt von dem Deckel 20 ausgebildet sein. Der Ansatz 40 kann dann als separates Teil oder als Teil des Gefäßes 10 ausgebildet werden.

Bevorzugt ist die Ausbildung als Teil des Deckels 20, da dann der Ansatz, zum Beispiel bei Wartungsarbeiten, zusammen mit dem Deckel 20 mit der Hubvorrichtung für den Deckel ab- gehoben und weggeschwenkt bzw. weggefahren werden kann.

Der Ansatz 40 ist im wesentlichen zylindrisch mit einem in horizontaler Richtung im wesent- lichen rechteckigen Querschnitt. Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform weist der Ansatz 40 in der nicht gekippten Position des Ofengefäßes im wesentlichen senk- rechte Wände auf. Wie in den Fig. 2 und 4 zu erkennen ist, erfolgt die Anpassung der im we-

sentlichen rechteckigen Form des Ansatzes an den aus einem Schnitt in horizontaler Richtung resultierenden, im wesentlichen runden Querschnitt (gestrichelte Linie 14 in Fig. 4) des Ofen- gefäßes im wesentlichen durch eine entsprechende Ausbildung der Seitenwände des Oberge- fäßes 12.

Alternativ kann die entsprechende Anpassung in der Form des Ansatzes 40 vorgenommen werden, so daß die Wände des Gefäßes 12 bereits senkrecht und an die Form des Untergefä- ßes angepaßt sind. Diese alternative Ausführung, die in den Fig. 1 bis 4 nicht gezeigt ist, wird bevorzugt, da dadurch die Fallhöhe des Chargiergutes auf die schrägen Wände und deren re- sultierende dynamische Belastung vermindert werden.

Der Ansatz 40 weist seitlich über der Höhe H2 und unter der Höhe Hl eine Öffnung 41 auf, die als Absaugöffnung zum Absaugen von Abgas dient. Die Absaugöffnung 41 ist über eine Abgasleitung 61 mit einer Abgashauptleitung 62, die in eine Nachverbrennungskammer 60 mündet, verbunden. In der Abgasleitung 61 ist eine gesteuerte Ventilklappe 64 vorgesehen.

Der Ansatz 40 weist eine nach oben offene Öffnung 42, die eine Chargieröffnung für den O- fen ist, auf.

Eine Chargiervorrichtung 30, die einen Drehturm 33 als eine Ausführung einer Wechselvor- richtung aufweist, ist zum Chargieren von Chargiergut, im vorliegenden Fall von Schrott als Einsatzmaterial, vorgesehen.

Bei der ersten Ausführungsform ist eine Elektrodenanordnung 70 mit einer Elektrodenhalte- und Verfahrvorrichtung 72 zum Halten und Verfahren der Elektroden 71 auf der einen Seite (der linken Seite in Fig. 2) und die Chargiervorrichtung 30 auf der entsprechenden anderen Seite des Ofengefäßes 10 (der rechten Seite in Fig. 2) angeordnet.

Die Wechselvorrichtung 33, die als Drehturm ausgebildet ist, weist zwei, gegenüber der ver- tikalen Drehachse 35 des Drehturms 33 um 180° versetzte Ausleger 34 auf, die jeweils zum Halten eines Materialkorbes 32 ausgebildet sind. Die Ausleger 34 sind so bemessen, daß ein von ihnen gehaltener Materialkorb 32 über der Chargieröffnung 42 des Ansatzes 40 positio- nierbar ist. Die Wechselvorrichtung ist so ausgebildet, daß die Ausleger 34 und damit die Materialkörbe 32 in Richtung des Pfeils A (siehe Fig. 2) nach oben anhebbar oder in der ent- gegengesetzten Richtung nach unten absenkbar sind.

Derart ist die Chargiervorrichtung 30 so ausgebildet, daß durch Anheben in Richtung des Pfeils A der leere Materialkorb 32 (links in Fig. 2) angehoben, durch Drehen der Wechselvor- richtung um die Achse 35 um 180° gegen den vollen Materialkorb 32 (rechts in Fig. 2) aus- getauscht, und der volle Materialkorb 32 dann durch Absenken in der Richtung entgegenge- setzt des Pfeils A auf den Ansatz 40 über der Chargieröffnung 42 abgesenkt werden kann.

Dabei werden zu jedem Zeitpunkt die Materialkörbe 32 von den Auslegern 34 der Wechsel- vorrichtung 30 gehalten und nicht von dem Ansatz 40 getragen. Der Übergang zwischen den Materialkörben 32 und dem Ansatz 40 kann in geeigneter Weise zum Beispiel durch Schür- zen abgedichtet werden.

Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform werden die Ausleger 34 insgesamt in Richtung des Pfeils A nach oben angehoben bzw. in der entgegengesetzten Richtung abge- senkt. Alternativ kann, wie in Fig. 9 zu sehen ist, die Wechselvorrichtung mit einzeln um eine horizontale Achse 36 verschwenkbaren Auslegern 34 oder mit nach Art einer Wippe um eine horizontale Achse 36, verschwenkbaren Auslegern 34 ausgebildet sein. Die Ausbildung mit dem um die horizontale Achse verschwenkbaren Auslegern 34 ergibt eine weitere Ersparnis in der Höhenrichtung der Halle des Stahlwerkes. Bei besonderen Anforderungen an eine Re- duzierung der Höhe ist daher diese Ausführungsform zu bevorzugen.

Eine Ausführungsform des Materialkorbs 32, der als ein Schrottkorb ausgebildet ist, ist in Fig.

10 in größerem Detail in einem Zustand gezeigt, in dem der Schrottkorb 32 auf einem Wagen 80 gelagert ist. Der Schrottkorb 32 weist, wie in der Draufsicht in Fig. 4 gut zu erkennen ist, einen aus einem Schnitt in horizontaler Richtung resultierenden, rechteckigen Querschnitt auf.

An den den längeren Seiten des Rechtecks entsprechenden Seitenwänden sind Vorsprünge 32a ausgebildet, die ein Eingreifen von Halteelementen 91 eines Krans 90 (siehe Fig. 2 und 9) ermöglichen. An der Unterseite dieser längeren Seitenwände ist jeweils eine Welle 3 la vorge- sehen, auf denen Finger 31 des Rückhaltemittels (Rückhalteorgans) angelegt/angelenkt sind.

Die Finger 31 weisen eine Länge auf, die im wesentlichen der halben Länge (bevorzugterwei- se etwas mehr) der kurzen Seite der Rechteckform entsprechen, wie in Fig. 10 gut zu sehen ist. Die Finger sind seitlich voneinander so beabstandet, zum Beispiel mit einem ihrer Breite entsprechenden Abstand, daß ein Zwischenraum zum Durchtritt von Gas verbleibt. Die Finger 31 sind um die Wellen 3 la mittels eines Stellgliedes 35 zum Schließen und Öffnen der Unter- seite des Schrottkorbes 32 verschwenkbar. Das Stellglied 35 weist einen Hydraulikzylinder

3 5 a und eine Hebelanordnung 35b auf, mittels derer die Finger 31 um die Welle 31a in der beschriebenen Weise verschwenkt werden, wie in Fig. 10 zu erkennen ist. Das Stellglied 35 kann entweder nur auf einer kurzen Seite oder auf beiden kurzen Seiten des Schrottkorbes 32 vorgesehen sein.

Der Schrottkorb 32 wird in einem Chargiergutlager, zum Beispiel in dem Schrottsammellager des Stahlwerkes, beladen. Dabei werden die Finger 31 an ihren freien Enden durch ein Wi- derlager 81, das an dem Wagen 80 vorgesehen ist, von unten gelagert. Die Finger 31 sind da- her beim Beladen des Schrottkorbes 32 an beiden Enden fest gelagert, so daß eine stabile un- tere Begrenzung des Schrottkorbes 32 gebildet wird.

Der Innenraum des Schrottkorbes 32 weist ein vorbestimmtes Volumen C auf und ist mit wärmespeichernden Platten (Thermoplatten) 37 ausgekleidet, die bei der bevorzugten Ausfüh- rungsform Gußplatten aus Stahl sind. Die Finger 31 sind bei der bevorzugten Ausführungs- form aus Stahlbrammen geschnitten und weisen einen Querschnitt von ca. 300 mm (horizon- tal) x 200 mm auf. Je nach Anforderung können die Längsabmessung anders gewählt werden, wobei eine Stärke von 100 mm nicht unterschritten werden sollte.

Der Schrottkorb 32 weist weder an den Fingern 31 noch an den Seitenwänden 37 eine Was- serkühlung auf.

Weiterhin wird der Schrottkorb 32 auf dem Schrottplatz in Portionen der Gesamtfüllmenge beladen, z. B. indem durch einen Bagger oder ähnliches 3 bis 5 t Schrott auf einmal in den Schrottkorb, der zum Beispiel 50 t oder 80 t faßt, chargiert werden, so daß die dynamischen Kräfte beim Beladen minimiert sind. Daher muß der selbsttragende Aufbau des Schrottkorbs 32 keine so hohen dynamischen Kräfte aufnehmen, wie sie beim gleichzeitigen Chargieren von 50 t oder 80 t Schrott in den Schacht des herkömmlichen Ofens auftreten. Die Struktur des Schrottkorbes 32 ist daher lediglich zum Halten des Gewichtes und nicht zur Aufnahme der dynamischen Kräfte, die beim Fallen von 80 t Schrott aus 6 m Höhe entstehen, ausgelegt.

Dieses spart Kosten und reduziert die Außenabmessungen gegenüber einem Schacht gleichen Innenvolumens erheblich.

Der in Fig. 10 gezeigte Schrottkorb 32 weist den ungefähr rechteckigen Querschnitt auf. Bei einer anderen Ausführungsform des Schrottkorbes ist wenigstens die eine Seitenwand, die im

Betrieb in der Position auf dem Ansatz 40 die Elektrodenanordnung 70 anblickt (die in Fig. 4 linke Seitenwand des über dem Ansatz 40 befindlichen Schrottkorbs) konvex ausgebildet, wobei diese Außenwand einen Krümmungsradius in horizontaler Richtung aufweist, die dem Radius R (siehe Fig. 4) der Schwenkbewegung der Außenwand um die Achse 35 beim Dre- hen des Drehturms 33 entspricht. Dadurch kann der Korb ein höheres Volumen aufweisen und näher an die Elektroden gebracht werden, ohne beim Verschwenken mit den Elektroden 71 bzw. der Elektrodenanordnung 70 zu kollidieren.

Es ist klar, daß auch eine oder mehrere der übrigen Außenwände zur Erhöhung des Volumens des Innenraums konvex ausgebildet werden können. Dabei kann entweder der gleiche Krüm- mungsradius gewählt werden, damit der Schrottkorb in beiden möglichen Orientierungen verwendet werden kann, oder es wird die der Elektrodenanordnung entgegengesetzt angeord- nete Seitenwand zum Beispiel an die Außenform der Gefäßwand angepaßt. Bei dieser Aus- bildung ist natürlich auch die Form des Ansatzes 40 im horizontalen Querschnitt an den hori- zontalen Querschnitt des Schrottkorbes 32 mit der einen oder den mehreren konvexen Außenwänden angepaßt.

Alternativ ist es auch möglich, den Schrottkorb 32 und den Ansatz 40 so auszubilden, daß der Schrottkorb 32 einen aus einem Schnitt in horizontaler Richtung resultierenden, rechteckigen Querschnitt derart aufweist, daß die Ecken des Schrottkorbes bei der Position über dem An- satz über den Kreis mit dem Radius R (siehe Fig. 4) vorstehen, so daß beim Schwenken des Korbes um die Achse 35 die Ecken des Schrottkorbes 32 mit den Elektroden kollidieren wür- den. Für diesen Fall ist der Ausleger 34 so ausgebildet, daß der Schrottkorb vor dem Drehen radial in Richtung der Drehachse 35 bewegt wird, bis die Ecken auf oder innerhalb des Radius R, der gerade nicht mehr mit den Elektroden kollidiert, liegen. Dieses kann einerseits durch eine Bewegung in horizontaler Richtung oder, wie es zum Beispiel mit der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform möglich ist, durch eine Schwenkbewegung um eine horizontale Drehachse 36 erreicht werden, die ebenfalls eine radiale Komponente hat.

Der Ofen der ersten Ausführungsform weist weiter eine Absaughaube 50 auf, die in senk- rechter Richtung auf und ab bewegbar und im wesentlichen senkrecht über dem Ansatz 40 aufgehängt ist. Die Absaughaube 50 ist über eine Abgasleitung 63 mit der Hauptabgasleitung 62 verbunden. In der Abgasleitung 63 ist eine steuerbare Ventilklappe 65 vorgesehen. Die Absaughaube 50 ist zusammen mit der Abgasleitung 63 in Richtung des Pfeils B (siehe Fig.

3) absenkbar bzw. in der entgegengesetzten Richtung anhebbar. Dieses Anheben und Absen- ken ist notwendig, um einen ausreichenden Freiraum zum Anheben und Absenken des Schrottkorbes 32 über dem Ansatz 40 beim Wechseln des Schrottkorbes 32 bzw. beim Kippen des Ofengefäßes zum Abstechen (s. Fig. 3) zu ermöglichen.

Die Absaughaube 50 weist eine untere Eintrittsöffnung auf, deren Öffnungsquerschnitt an die Form des oberen Teils des Materialkorbes 32 angepaßt ist, so daß die auf den Materialkorb abgesenkte Absaughaube 50 den Korb nach oben abdichtet.

Wie in Fig. 3 gut zu sehen ist, kann das Ofengefäß 10 mittels der Wiege 2 zum Abstechen gekippt werden (siehe die gestrichelte Darstellung des Ansatzes 40 in Fig. 3). Die Abgaslei- tung 61 ist dabei so ausgebildet, daß sie durch ein entsprechendes verschiebbares Teil, das in eine Hülse gleitet, in der Länge veränderlich ist.

An dem Ansatz 40 sind Düsen zum Einblasen von Kohlenstaub (oder einem anderen Brenn- stoff) und Sauerstoff vorgesehen. An der Nachverbrennungskammer 60 ist ein Abgasanaly- sator (nicht dargestellt) vorgesehen, der in Echtzeit die Zusammensetzung des aus der Nach- verbrennungskammer 60 ausgegebenen Abgases mißt. Die Düsen (Zufuhrvorrichtung) für Brennstoff und Sauerstoff sowie die Ventile 64 und 65 und der Abgasanalysator sind mit ei- ner Steuerung verbunden, die zur Steuerung und Regelung der Abgaszusammensetzung pro- grammierbar ist.

Die in Fig. 1 gezeigte erste Konfiguration der ersten Ausführungsform dient zum Betrieb des Lichtbogenofens als Schachtofen. Derjenige Materialkorb 32, der über dem Ansatz 40 positi- oniert ist, hat dabei die Funktion des Schachtes, der oben durch die Absaughaube 50 abge- deckt ist. Die Wechselvorrichtung kann den Materialkorb 32 in ca. 30 s wechseln. Derart kann das Material in einem ersten Materialkorb während der Feinungsperiode des vorherge- henden Einschmelzvorgangs vorgewärmt werden. Wenn nach dem Abstich des vorhergehen- den Einschmelzvorgangs der Ofen neu gefüllt wird, kann diese vorgewärmte Materialcharge in den Ofen chargiert werden (siehe Fig. 2). Dann kann innerhalb von 30 s ein zweiter Mate- rialkorb 32 (rechts in Fig. 2), der mit einer zweiten Charge gefüllt ist, über dem Ansatz 40 positioniert werden, so daß diese Charge während des Einschmelzens der ersten Charge vor- gewärmt wird. Wiederum dient der Materialkorb 32 als Schacht.

Wenn an der Chargiervorrichtung 30, oder den Materialkörben 32 oder ähnlichem Wartungs- oder Reparaturarbeiten auszuführen sind, kann der Lichtbogenofen der ersten Ausführungs- form in der in den Fig. 5 bis 8 gezeigten zweiten Konfiguration als herkömmlicher Ofen mit Deckel (nicht als Schachtofen) betrieben werden, um einen völligen Stillstand zu vermeiden.

Dazu wird die Chargieröffnung 42 des Ansatzes 40 mit einem Deckel 43 verschlossen. Zum Chargieren kann entweder in herkömmlicher Weise der Deckel 20 mit dem Ansatz 40 (und dem Deckel 43) sowie den Elektroden 71 angehoben und weggeschwenkt werden, oder es kann nach Abheben des Deckels 43 durch den Ansatz 40 chargiert werden.

Der leere Raum im Ansatz 40, der durch den Deckel 43 abgeschlossen ist, dient dabei als her- kömmlicher Ofenabgaskrümmer.

Da sich die zweite Konfiguration im übrigen nicht von der ersten Konfiguration unterschei- det, wird die weitere Beschreibung hier weggelassen.

Eine zweite Ausführungsform des Lichtbogenofens der Erfindung ist in Fig. 9 gezeigt. Wie bereits oben beschrieben wurde, ist bei dieser Ausführungsform die Wechselvorrichtung 33 mit einzeln um eine horizontale Achse 36 verschwenkbaren Auslegern 34 vorgesehen. Die Ausleger 34 können auch als ein Arm einer Wippe gemeinsam um die Achse 36 geschwenkt werden.

In Fig. 9 ist gut zu erkennen, was für alle Ausführungsformen der Erfindung gilt, daß die Bauhöhe über dem Schacht merklich reduziert werden kann, da kein Platz für einen weiteren Schrottkorb oder Chargiergutbehälter, der beim Chargieren von dem Kran 90 über dem Schacht bzw. Materialkorb 32 gehalten wird, vorhanden sein muß.

In Fig. 9 ist eine Deckenabsaugung 100 gezeigt, die über eine Abgasleitung 101 mit einer Abgasentsorgung verbunden ist. Dieses kann zum Beispiel die Nachbrennkammer 60 oder eine andere Vorrichtung sein.

Für alle Ausführungsformen gilt, daß ein solcher Lichtbogenofen für eine bestimmte Menge von einzuschmelzendem Material ausgelegt ist. So gibt es zum Beispiel 100 t Öfen oder 160 t

Öfen. Eine solche Menge an einzuschmelzendem Material entspricht einem bestimmten Vo- lumen von Einsatzmaterial, zum Beispiel von Schrott.

Das Ofengefäß und der Ansatz sind bei den Ausführungsformen der Erfindung bevorzugter- weise so bemessen, daß eine Schrottmenge, die der halben einzuschmelzenden Charge ent- spricht (also 50 t bei einem 100 t Ofen), in einer durch den Ansatz 40 eingefüllten Schüttsäule im ungeschmolzenen Zustand maximal bis zur Höhe H2 (maximale Füllhöhe) des Ansatzes 40 reicht. Das bedeutet, daß näherungsweise das Volumen des Ofengefäßes, das durch eine Schüttsäule eingenommen wird, die von der Unterkante 44 des Ansatzes 40, die der Elektro- denanordnung 70 am nächsten liegt, im 45°-Winkel zu dem Boden des Untergefäßes 11 reicht und den unter dem Ansatz gelegenen Teil des Gefäßes ausfüllt, im wesentlichen dem Volu- men C eines Materialkorbs 32 entspricht (Fig. 2).

Die Unterkante der Ansaugöffnung 41, die in der Höhe H2 liegt, ist bevorzugterweise leicht höher als die den Elektroden zugewandte Unterkante 44 des Ansatzes, wie in Fig. 2 gut zu erkennen ist. In Fig. 2 ist die Schüttsäule der Charge C leicht höher als die den Elektroden zugewandte Unterkante 44 des Ansatzes 40, was eine noch tolerierbare Größe darstellt, wie später anhand der Beschreibung des Betriebs des Ofens klar wird.

Es sind nun der Betrieb des Lichtbogenofens der Ausführungsformen der Erfindung in der ersten Konfiguration beschrieben.

In der Feinungsperiode eines vorhergehenden Einschmelzvorgangs wird ein gefüllter Schrott- korb 32 durch die Wechselvorrichtung 33 über der Chargieröffnung 42 des Ansatzes 40 mit in Schließstellung befindlichen Fingern 31 gehalten. Dadurch wird das in dem Schrottkorb 32 befindliche Material durch die zwischen den Fingern 31 und durch den Schrottkorb 32 auf- steigenden heißen Gase erwärmt. Die Verweildauer des Schrottkorbes 32 beträgt, abhängig von der sogenannten Tap-zu-Tap-Zeit (Zeitintervall zwischen zwei Abstichen) ca. 20 Minu- ten. Dabei nehmen auch die den Innenraum auskleidenden Gußplatten 37 Wärme auf, die sie wiederum an den Schrott abgeben. Die Oberseite des Schrottkorbes 32 ist durch die Abdeck- haube 50 verschlossen, wodurch die durch den Schrottkorb 32 aufsteigenden Gase zu der Nachbrennkammer 60 weitergeleitet werden.

Nachdem der Abstich des vorhergehenden Einschmelzvorgangs erfolgt ist, wird in einem Zu- stand, in dem die Elektroden 71 aus dem Gefäß herausgezogen sind, die sich in dem Materi- alkorb 32 befindliche Charge durch Öffnen der Finger 31 chargiert, was in dem in Fig. 2 ge- zeigten Zustand resultiert. Da die Elektroden 71 herausgezogen sind, kann es nicht zu einem Elektrodenbruch durch Schrottstürze kommen.

Nach dem Entladen ist die Schrottsäule nicht so hoch, daß das Zurückschwenken der Finger 31 in die Schließstellung behindert wird.

Daher wird der entleerte Materialkorb 32 sofort verschlossen und durch entsprechendes Betreiben der Wechselvorrichtung 33 durch den nächsten, gefüllten Schrottkorb 32 ersetzt.

Für dieses Ersetzen werden die Haube 50 und die Schrottkörbe 32 angehoben, dann werden die Ausleger 34 des Schrottwechslers 33 um 180° um die senkrechte Drehachse 35 gedreht, und dann werden der gefüllte Schrottkorb 32 und die Absaughaube 50 in Richtung des Ansat- zes 40 (siehe die Pfeile B in Fig. 3) abgesenkt. In der Zwischenzeit sind die Elektroden 71 wieder in das Ofengefäß abgesenkt worden und nachdem der zweite Schrottkorb 32 in seiner Position ist, werden die Elektroden mit Leistung zum Schmelzen der Charge aus dem ersten Schrottkorb versorgt.

Die Elektrodenanordnung 70 wird bei der Drehbewegung der Materialkörbe um die Achse 35 (Schwenkbewegung) nicht in horizontaler Richtung von dem Ansatz 40 bzw. den Material- körben 32 wegbewegt. Wie bereits oben beschrieben wurde, ist bei einer Ausbildung des Materialkorbs mit rechteckigem Querschnitt in horizontaler Richtung die Anordnung entwe- der so, daß die Ecken bei der Schwenkbewegung die Elektroden gerade nicht berühren, oder daß der Materialkorb zuerst soweit von der Elektrodenanordnung 70 in horizontaler Richtung (durch horizontale Bewegung oder durch Schwenken um die horizontale Achse 36) wegbe- wegt wird, bis die Ecken bei der Schwenkbewegung nicht mehr mit der Elektrodenanordnung 70 kollidieren. Alternativ weist wenigstens die den Elektroden zugewandte Seitenwand des Materialkorbes 32 die konvexe Form mit dem Krümmungsradius R der Kreisbahn, die gerade nicht mit der Elektrodenanordnung 70 kollidiert, auf. In allen drei Fällen wird verhindert, daß die Elektrodenanordnung 70 in horizontaler Richtung von dem Ansatz 40 wegbewegt werden muß.

Beim Einschmelzen der Charge aus dem ersten Korb wird in gleicher Weise das Material im zweiten Schrottkorb 32, der über der Chargiervorrichtung 42 positioniert ist, vorgewärmt.

Wenn das Material aus dem ersten Korb eingeschmolzen ist, wird die Charge aus dem zwei- ten Korb durch Öffnen der Finger 31 in das Ofengefäß chargiert, nachdem die Elektroden 71 abermals aus dem Gefäß gezogen worden sind (um einen Bruch durch stürzenden Schrott zu vermeiden).

Da ein relativ großes Schmelzbad in dem Untergefäß 11 vorhanden ist, schwimmt der Schrott der zweiten Charge stärker in Richtung der dem Ansatz 40 in horizontaler Richtung abge- wandten Gefäßseite, so daß die Schüttsäule nicht die Höhe erreicht, die in Fig. 2 gezeigt ist, sondern deutlich niedriger ist.

Nun werden wiederum der leere Schrottkorb 32 und die Haube 50 angehoben, und der leere Schrottkorb 32 wird durch einen vollen Schrottkorb 32, der mittlerweile durch den Kran 90 auf den anderen Ausleger 34 gesetzt wurde, ersetzt. Derart wird beim Einschmelzen der zweite Charge die nächste Charge, die bereits für den nächsten Einschmelzvorgang vorgese- hen ist, vorgewärmt.

Nunmehr wird nach dem erneuten Absenken der Elektroden 71 die zweite Charge einge- schmolzen, so daß danach ein Schmelzbad vorhanden ist, das aus der ersten und der zweiten Charge gebildet ist.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind das Ofengefäß und die Schrottkörbe so ausge- legt, daß zwei Chargen zur vollen Befüllung des Ofens ausreichen. Es ist natürlich auch mög- lich, die entsprechenden Abmessungen des Ofengefäßes so zu ändern, daß ein Drittel oder ein anderer Bruchteil der gesamten Ofenfüllung auf einmal chargiert wird.

Beim Wechsel der Materialkörbe ist die Chargieröffnung 42 nach oben offen. Durch die Ab- saugöffnung 41 werden auch in diesem Zustand ca. 40 bis 50 % der Abgase abgesaugt. Die übrigen Abgase steigen aufgrund ihrer Temperatur nach oben und werden zum allergrößten Teil durch die obere Absaughaube 50 aufgefangen. Die verbleibenden Abgase gelangen zu der Deckenabsaugung 100 (siehe Fig. 9).

Im Vergleich zu herkömmlichen Schachtöfen wird durch die Absaugöffnung 41 und die obere Absaughaube 50 die Belastung der Deckenabsaugung 100 wesentlich reduziert, wie später beschrieben wird.

Nach der Feinungsperiode für das Schmelzbad aus der eingeschmolzenen ersten und zweiten Charge wird in herkömmlicher Weise ein Abstechen ausgeführt.

Danach wird der oben beschriebene Betrieb wiederholt.

Sollte der Betrieb mit dem Wechsel der Schrottkörbe nicht möglich sein, zum Beispiel wegen Reparaturarbeiten, so kann der Lichtbogenofen nach den Ausführungsformen der Erfindung in der zweiten Konfiguration betrieben werden, die in den Fig. 5 bis 8 gezeigt ist. Der Betrieb in dieser Konfiguration unterscheidet sich nicht von dem Betrieb eines herkömmlichen Licht- bogenofens. Die Beschreibung wird daher hier weggelassen.

Die Ausbildung des Lichtbogenofens nach den Ausführungsformen der Erfindung und die daraus resultierende Möglichkeit des entsprechend beschriebenen Betriebs ermöglichen die folgenden Vorteile.

Aufgrund der relativ geringen Verweildauer der Materialkörbe 32 über dem Ansatz 40 (ca. 20 min bei einem Einschmelzvorgang) und deren Auswechslung durch einen an anderer Stelle mit Chargiergut gefüllten anderen Materialkorb ist die thermische Belastung der Finger 31 und der Seitenwände 37 so gering, daß auf eine Wasserkühlung verzichtet werden kann.

Aufgrund der Tatsache, daß anstelle des herkömmlichen Schachtes die austauschbaren Mate- rialkörbe 32 verwendet werden und es daher beim Chargieren nicht wie herkömmlich not- wendig ist, die gesamte Menge des zu chargierenden Schrotts auf einmal von oben in den Schacht zu chargieren, sondern auf dem Schrottplatz in kleineren Portionen in den Material- korb chargiert wird, werden die Fallhöhe des in Richtung der Finger 31 zu chargierenden Schrottes als auch die gleichzeitig in den Materialkorb zu chargierende Menge drastisch redu- ziert. Daher kann auf eine aufwendige Lagerung der Finger verzichtet werden, was in einer kleineren Bauweise und erheblichen Kosteneinsparung resultiert. Da auf die Wasserkühlung der Finger und der Seitenwände verzichtet werden kann, treten ebenfalls keine Probleme durch Leckagen die durch stürzenden Schrott verursacht werden können, auf.

Die Materialkörbe 32 ersetzen die in Schrott verarbeitenden Stahlwerken ohnehin vorhande- nen Schrottkörbe, so daß diesbezüglich kein zusätzlicher Aufwand entsteht.

Auch bei herkömmlichen Schachtöfen war es notwendig, zu Reparaturzwecken eine Mög- lichkeit zum Verfahren des Schachtes vorzusehen. Diese Funktion wird von der Wechselvor- richtung mit übernommen, so daß kein nennenswerter zusätzlicher Aufwand entsteht.

Bei den herkömmlichen Schachtöfen stand am Beginn des Einschmelzens eine Schrottsäule bis in den Schacht hinein. Daher war einerseits das Abgas über der Schrottsäule kalt und an- dererseits bestand keine Möglichkeit, die Abgastemperatur und/oder die Abgaszusammenset- zung unter Ausnutzung der immer im Ofen vorhandenen Wärme zu regeln.

Durch den immer in dem Ansatz 40 vorhandenen leeren Raum, in dem die Absaugöffnung 41 und die Düsen für Brennstoff und/oder Sauerstoff vorhanden sind, ist es in einfacher Weise möglich, zu jedem Zeitpunkt des Einschmelzvorgangs die Abgaszusammensetzung zu steuern und zu regeln. Wenn beispielsweise die Abgastemperatur, insbesondere auch diejenige des Anteils, der durch die Haube 50 und/oder die Deckenabsaugung 100 aufgenommen wird, zu niedrig liegt, so kann über der Schrottsäule, über der immer eine Zündtemperatur von ca.

500°C herrscht (allein schon wegen des auf ca. 500°C vorgewärmten Schrotts), durch Einbla- sen von Kohlenstoff und/oder Sauerstoff heißes Abgas erzeugt werden, das über die Absaug- öffnung 41 und die Abgasleitung 61 der Nachbrennkammer 60 zugeführt wird. Die Nach- verbrennungskammer hat den Abgasanalysator, so daß über die Steuerung durch Regelung der Zufuhr des Brennstoffs, des Sauerstoffs und die Stellung der Ventile 64 und 65 die opti- male Zusammensetzung der nachzuverbrennenden Abgase in der Nachverbrennungskammer 60 eingestellt werden kann. In gleicher Weise kann zum Beispiel eine sogenannte CO- Schwarte durch Einblasen von Sauerstoff in den Ansatz 40 vernichtet werden.

Die durch die horizontale Austauschbarkeit der Materialkörbe 32 resultierende Einsparung von Bauhöhe über dem Ofen wurde bereits oben diskutiert.

Gegenüber einem herkömmlichen Lichtbogenofen kann die Gesamtleistung der Abgasreini- gung um ca. 60 % reduziert werden, da der allergrößte Teil der entweichenden Abgase durch

die Absaugöffnung 41 und die Absaughaube 50, selbst bei fehlendem Materialkorb 32, aufge- nommen werden.

Durch das Fehlen des Stützgerüstes des Schachtes kann der Materialkorb 32 wesentlich näher an die Elektrodenanordnung 70 gesetzt werden. Daraus folgt, daß die bei herkömmlichen Schachtöfen notwendige Hufeisenform stark zu den energetisch und baulich günstigeren run- den Formen vermindert werden kann.