DE2821453B2

DE2821453B2 - Plasmaschmelzofen

Info

Publication number: DE2821453B2
Application number: DE2821453A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.- Ing. Dr. Ddr 7025 Leipzig Papsdorf; Dipl.-Metr. Ddr 7021 Leipzig Phole Guenter; Konrad Dipl.-Metr. Dr. Ddr 7126 Moelkau Primke; Klaus Peter Dipl.-Ing. Ddr 7010 Leipzig Trautmann
Original assignee: VEB MANSFELD-KOMBINAT WILHELM PIECK DDR 4250 LUTHERSTADT EISLEBEN
Current assignee: VEB MANSFELD-KOMBINAT WILHELM PIECK DDR 4250 LUTHERSTADT EISLEBEN
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1980-07-24
Also published as: CS218001B1; GB1597699A; IT7850086A0; DD142491A3; US4263468A; IT1105336B; SU926477A1; YU147778A; DE2821453A1; RO75360A; FR2396252B1; FR2396252A1; DE2821453C3; HU180495B; SE7806408L; JPS5417540A; PL207924A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Plasmaschmelzofen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitetem Leichtmetallschrott.

Plasmaschmelzeinrichtungen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen sind bereits bekannt.

In der DE-OS 25 07 141 wird bereits ein Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen vorgeschlagen. Der Ofen besteht aus einer Vorwärmzone und aus einer Schmelzzone. Die Vorwärmzone hat die Form eines Schachtofens, der an seinem oberen Ende mit einer Vorrichtung zur Beschickung des Schachtofens mit den zu schmelzenden Metallen ausgestattet ist. Ferner hat diese Zone eine ^h0 Abgasöffnung sowie im unteren Bereich mehrere Einlaßöffnungen für das Eiiiolasen von Luft bzw. von einem mit Sauerstoff argereicherten Gas oder eines anderen zusätzlichen Brennstoffes. Die Schmelzzone ist entsprechend einem Flammenofen ausgebildet und hat <>5 einen Plasmabrenner, der über Leitungen mit einer elektrischen Stromquelle in Verbindung steht. Im unteren Teil der Schmelzzone befinden sich ein Abstichloch und Öffnungen zur Zuführung eines Spülgases.

Diese bereits bekannte Lösung weist den Nachteil auf, daß die Wärmeübertragung nahezu ausschließlich durch Konvektion des elektrisch erhitzten Gases erfolgt. Hierbei dient das Reduktionsgas als Arbeitsmedium, es ist das eigentliche Arbeitsmittel, so daß zur Durchführung des Verfahrens sin großer Gasdurchsatz erforderlich ist

Ein weiterer Nachteil besteht darin,' daß zur Erzeugung eines heißen Reduktionsgases sich nur ein Plasmabrenner mit nicht übertragenem Lichtbogen, indirekter Plasmabrenner, eignet Dieser erfordert aber, wie in DE-OS 25 07 141 auch angegeben, Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeübertragung zum Schmelzbad, die darin bestehen, daß die Schmelze zusätzlich mit Stickstoff begast wird, um deren Oberfläche zu vergrößern. Sowohl das vorgeschlagene Verfahren als auch die vorgeschlagene Einrichtung sind zum Schmelzen von Leichtmetallschrott ungeeignet

Weiterhin bekannt ist ein Tiegelofen zum Schmelzen von metallischem Schmelzgut (DE-AS 19 51 824) wie Schrott oder Eisenschwamm. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Schmelzgefäßes eine oder mehrere wassergekühlte Blasformen vorgesehen sind, in denen je eine höhenverstellbare, an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossene Elektrode geschoben ist, wobei nie durch die Blasform mit hoher Geschwindigkeit strömenden Brenn- bzw. Reduktionsgase die Elekirodenwandung im Bereich der Blasform vollständig umspulen. Unterhalb der Blasform, gasdicht mit dieser verbunden, ist eine Druckkammer zur Aufrechterhaltung des Gasdruckes vor der Blasform angeordnet. Die durch eine Blasform tretenden Gase verhindern ein Eindringen von Schmelze in die Blasform und halten eine Gasblase in der Schmelze aufrecht, in der die Gasentladung stattfindet.

Es handelt sich hierbei um eine Modifizierung des Prinzips des indirekten Plasmabrenners, Plasmabrenner mit nicht übertragenem Lichtbogen. Der eigentliche Plasmabogen brennt zwischen der Elektrode und dem System, bestehend aus Blasform und Schmelze, die leitend miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein Teil der im System Blasform — Schmelze umgesetzten Energie zur Erwärmung der Schmelze genutzt, während der Schrott durch die Konvektion des durch die Schmelze geblasenen Plasmagases erwärmt wird. Diese Lösung weist den Nachteil auf, daß der Schrott ausschließlich durch Konvektion des Gases erwärmt wird und die hohe Gasgeschwindigkeit in der Blasform einen hohen Gasverbrauch und damit erforderlich hohen Energieeintrag in das Gas bedingt. Dieses bereits vorgeschlagene Verfahren ist ungeeignet zum Einschmelzen von Leichtmetallschrott.

Weiterhin ist aus »Stahl und Eisen« 88 (1968) Nr. 3 Seiten 144 bis 146 ein Plasmaofen bekannt, der aus einem wannenförmigen Ofengefäß mit in der Längsachse der Ofenwanne angeordnetem Plasmabrenner sowie einer seitlich vorgesehenen Rührspule besteht. Die Rührspule ist nur dazu geeignet, die Temperatur in der Schmelze zu vergleichmäßigen. Mit ihr können jedoch keine gezielten Strömungen des flüssigen Metalls ausgelöst werden, um beispielsweise das Temperaturprofil des Ofens entsprechend dem vorgesehenen technologischen Prozeß im Ofen optimal anzupassen, wie Strömung des flüssigen Metalls in den Schrottschüttkegel oder zur Gießöffnung.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Piasmaschmelzofen zu entwickeln, mittels welchem eine Erhöhung der Metallausbeute bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität des erschmolzenen Mf tails erreicht wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Plasmaschmelzeinrichtung zum Schmelzen von Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitetem Lichtmetallschrott, zu schaffen, die aus einem Prozeiigefäß besteht, den strukturellen Besonderheiten des einzuschmelzenden Materials und dem Niederschmelzverhalten des Plasmabogens entspricht, einen optimalen Energieeintrag in das aufzuschmelzende Metall gewährleistet und gleichzeitig den Anteil der in die Schmelze gelangenden Fremdanhaftungen am Einsatzmaterial minimiert

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dp Q der oder die Plasmabrenner mit übertragenen Plasmalichtbögen so angeordnet werden, 4aß der oder die Fußpunkte des oder der Plasmabögen im Bereich des Überganges des Schrottschüttkegels in den Ofensumpf liegen. Die Anordnung erfolgt senkrecht oder unter einem Winkel zwischen 0° und 60° zur Senkrechten in der Längsachse geneigt. Bei Verwendung von mehreren Plasmabrennern werden diese zwecks Bewegung des Schmelzbades, die zu einer weiteren Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit und zum Abbau größerer Temperaturdifferenze.ι führt, senkrecht oder unter einem Winkel von 0° bis 60° in der Querachse des Plasmaofens angeordnet. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Metalltemperatur im Ofensiunpf und zur Steigerung der Aufschmelzgeschwindigkeit ist eine elektromagnetische Rühreinrichtung unmittelbar unter dem Fußpunktbereich des oder der Plasmalichtbögen vorgesehen. Die Energieübertragung auf das js Einsatzmaterial erfolgt durch Strahlung der Plasmabogensäule auf den Schrottschüttkegel, durch Leitung und Konvektion im Bereich des Fußpunktes des Plasmabogens auf den Ofensumpf, durch Konvektion des hocherhitzten flüssigen Ofensumpfes aus dem Bereich des Fußpunktes des Plasmabogens in den Schrottschüttkegel mit Hilfe der elektromagnetischen Rühreinrichtung und durch Konvektion des Plasmagases durch die Schrottschüttung im Schüttkegel und im Schacht. Das Verhältnis von Schachthöhe H zum Schachtdurchmesser D eines einem bekannten wannenförmigen Ofengefäßes aufgesetzten bekannten Schachtes ist größer oder gleich Eins.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt F i g. t Längsschnitt durch den Plasmaofen;

F i g. 2 Querschnitt ß-ßdurch den Plasmaofen;

F i g. 3 Schnitt C-Cdurch den Plasmaofen.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, besteht der Plasmaofen aus einem bekannten wannenförmigen Ofengefäß 1 mit aufgesetztem senkrechten oder leicht gegen die Senkrechte geneigten bekannten Schacht 2. Das, Verhältnis von Schachthöhe H zum Schachtdurchmesser D ist größer oder gleich Eins. Der Plasmaschmelzofen wird über eine am oberen Elnde des Schachtes 2 befindliche gasdichte Beschickungseinrichtung 3 kontinuierlich oder quasikontinuierlich mit dem zu schmelzenden Material 4 beschickt Der sich im Ofenraum ausbildende Schrottschüttkegel 5 geht in den Ofensumpf 6 über. Der oder die Plasmabrenner 7 sind so angeordnet daß der oder die Fußpunkte des oder der Plasmabögen 8 im Bereich des Übergangs des Schrottschüttkegels 5 in den Ofensumpf 6 liegen. Dadurch sind die im unmittelbaren Bereich des Plasmabogens liegenden Schrottschütthöhen gering, wodurch ein ruhiges und stabiles Brennen der Plasmabögen 8 erreicht wird. Die Plasmabrenner 7 sind senkrecht unter einem Winkel λ 1 zwischen 0° und 60° zur Senkrechten in der Längsachse angeordnet.

Wie in Fig.2 dargestellt können bei Verwendung mehrerer Plasmabrenner 7 diese weiterhin in einem Winkel λ 2 zwischen 0° und 60° zur Senkrechten in der Querachse und nach Fig.3 in einem Winkel «3 zwischen (T und 90° zur Längsachse des Plasmaschmeizofens angeordnet sein. Durch die geneigte Anbringung der Plasmabrenner 7 wird infolge der kinetischen Energie der Plasmabögen 8 eine Bewegung des Schmelzbades erzielt, die zu einer Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit und zum Abbau größerer Temperaturdifferenzen im Ofensumpf 6 führt.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Metalltemperatur im Ofensumpf 6 und zur Erhöhung der Aufschmelzgeschwindigkeit ist unmittelbar unter dem Fußpunktbereich des oder der Plasmabögen 8 im Bereich des Ofensumpfes 6 eine elektromagnetische Rühreinrichtung 9 vorgesehen. Das durch die Schrottschüttung strömende heiße Plasmagas 10 wird am oberen Ende des Schachtes 2 unterhalb der gasdichten Beschickungseinrichtung 3 abgenommen und einem bekannten Gaskühler 11 zugeführt, wodurch die mitgeführten Fremdstoffe wie öl und Wasser abgeschieden werden, während der infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit mitgeführte Staub im Zyklon 12 abgeschieden wird. Das gereinigte Abgas 13 kann somit ohne Umweltbelastung in die Atmosphäre abgegeben werden.

Das erschmolzene Metall kann kontinuierlich über einen gegen den Ofeninnenraum abgedichteten Überlauf 14 oder mit Hilfe einer elektromagnetischen Förderrinne 15 diskontinuierlich zwecks weiterer Verarbeitung entnommen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Plasmaschmelzofen zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen, insbesondere zum Einschmelzen von aufbereitete. Leichtmetallschrott, mittels Plasmabrenner, wobei das Ofengefäß wannenförmig ausgebildet ist, eine elektromagnetische Rühreinrichtung, einen zur kontinuierlichen Entnahme der Schmelze dienenden Überlauf oder zur diskontinuierlichen Entnahme dienende elektromagnetische Förderrinne aufweist und mit einem aufgesetzten senkrechten oder leicht gegen die Senkrechte geneigten Schacht mit an dessen oberem Ende befindlicher gasdichter, kontinuierlicher oder quasikontinuierlicher Beschickungseinrichtung versehen ist und dem Ofen zur Reinigung des Abgases ein Abgaskühler und Zyklon nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Plasmabrenner (7) mit übsrtragenen Plasmalichtbögen (8) so angeordnet sind, daß der oder die Fußpunkte des oder der Plasmalichtbögen (8) im Bereich des Übergangs des Schrottschüttkegels (5) in den Ofensumpf (6) liegen, die elektromagnetische Rühreinrichtung (9) unmittelbar unter dem Fußpunktbereich des oder der Plasmalichtbögen (8) angeordnet ist und das Verhältnis von Schachthöhe H zum Schachtdurchmesser D des dem Ofengefäß aufgesetzten Schachtes größer oder gleich Eins ist.

2. Plasmaschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Plasmabrenner (7) senkrecht oder unter einem Winkel von 0° bis 60° zur Senkrechten in der Längsachse des Plasmaofens angeordnet sind.

3. Plasmaschmelzofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Plasmabrenner(7) senkrecht oder unter einem Winkel von 0° bis 60° zur Senkrechten in der Querachse des Plasmaofens angeordnet sind.

4. Plasmaschmelzofen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ,Plasmabrenner (7) in einem Winkel von 0° bis 90° zur Längsachse des Plasmaofens angeordnet sind.