DE3818794A1 - Absaugvorrichtung fuer ofenabgase eines schmelzaggregates, insbesondere lichtbogenofens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Absaugvorrichtung für die Ofenab­ gase eines Schmelzaggregats, insbesondere Lichtbogenofens, mit einem am Ofen angeordneten, die Abgase abführenden Rohrstutzen, der im wesent­ lichen vertikal verläuft und mit seinem unteren Endbereich im Innenraum des Ofens mündet, und mit einer im Abstand über dem oberen Endbereich dieses Rohrstutzens befindlichen Absaugeinrichtung, die eine Einlaß­ öffnung und einen Saugventilator aufweist, wobei zwischen dem oberen Endbereich des Rohrstutzens und der Einlaßöffnung eine mindestens der freien Länge des Rohrstutzens entsprechende, von den austretenden Ofen­ abgasen frei durchströmbare Strecke vorhanden ist.

Absaugvorrichtungen für Ofenabgase werden typischerweise entweder als Ofen-Direktabsaugungen oder als Haubenabsaugungen ausgebildet. Misch­ formen sind bekannt, bei denen bei geschlossenem Ofen eine Direktab­ saugung und bei geöffnetem Ofen eine Haubenabsaugung verwendet wird.

Bei einer Direktabsaugung besteht der Nachteil, daß die aus dem Ofen austretenden, heißen Gase umgelenkt werden müssen, im Bereich der Umlenkung ist ein wassergekühlter Krümmer erforderlich. In ihm findet eine starke Verzunderung statt, weiterhin lagert sich leicht Staub an seinen Innenwänden ab. Weiterhin sind die Ofenabgase trotz ihrer Kühlung im Bereich des Krümmers an dessen Ausgang noch sehr heiß, sie treten mit hoher Temperatur in die Filteranlage ein, dies führt zu Problemen im Bereich der Filterung. Schließlich ist es bei der Direkt­ absaugung nur sehr schwierig möglich, die Ofenabgase ausreichend abzu­ saugen und dabei den erwünschten Überdruck im Innenraum des Ofens aufrechtzuerhalten, der Überdruck beträgt typischerweise 0,1 bis 0,15 mbar. Wird kein Überdruck im Innenraum aufrechterhalten, sondern stellt sich ein geringer Unterdruck im Innenraum ein, so saugt der Ofen kalte Luft über die stets vorhandenen Luftspalte zwischen den Elektroden und dem Deckel, was zu Abkühlungen der Elektroden und Spannungen und erhöh­ tem Elektrodenverschleiß führt. Auch ein Bruch der Elektroden kann auftreten.

Bei der Haubenabsaugung läßt sich der gewünschte Überdruck im Innenraum des Ofens aufrechterhalten, die Absaugleistung der für die Absaugung benutzten Ventilatoren muß jedoch so ausreichend hoch sein, daß die Staubbelastung im Bereich des Ofens den Arbeitsplatzvorschriften ge­ nügt. Dies führt dazu, daß relativ hohe Absaugleistungen notwendig sind, was wiederum eine negative Auswirkung auf die Gesamtenergiebilanz des Stahlerzeugungsverfahrens hat.

Aus der AT-PS 2 50 687 ist eine Absaugvorrichtung mit Direktabsaugung bekannt, bei der das heiße Ofenabgas hinter dem wassergekühlten Krümmer eine kurze Freistrecke ungeführt durchströmt und anschließend wieder in einen Trichter, der an einen Saugventilator angeschlossen ist, ein­ strömt. Hierdurch wird zusätzlich Umgebungsluft angesaugt, die sich mit den heißen Ofenabgasen mischt. Es bildet sich ein Gasgemisch niedriger Temperatur, das von den Filtern problemfreier verarbeitet werden kann. Zugleich wird über die Steuerung der Länge der Freistrecke der Druck im Innenraum des Ofens eingestellt, denn durch die Freistrecke wird er­ zielt, daß der absaugende Ventilator nicht unmittelbar und ausschließ­ lich auf den Innenraum des Ofens einwirkt.

Weiterhin ist aus der CH-PS 6 53 124 eine Absaugvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Schlotwirkung eines vertikalen Rohrstutzens ausgenutzt wird, oberhalb dessen sich die Eintrittsöffnung der Absaugeinrichtung befindet. Bei dieser vorbekannten Vorrichtung ist der Rohrstutzen ein gerades Rohrstück, ein wassergekühlter Krümmer wird nicht eingesetzt, damit entfallen auch die Nachteile einer Ablagerung im Bereich der Innenwand der Krümmung. Oberhalb des freien Endes des Rohrstutzens durchlaufen die Ofenabgase eine relativ lange Freistrecke, die wesentlich größer ist als die gemäß der AT-PS 2 50 687 vorgesehene freie Strecke, es kommt zu einer erheblichen Zumischung von kalter Umgebungsluft. Hierdurch hat das in die Eintrittsöffnung der Ansaugein­ richtung eintretende Gasgemisch eine so ausreichend tiefe Temperatur, daß bei den nachgeschalteten Filtern keine Temperaturprobleme auf­ treten.

Nachteilig ist bei dieser vorbekannten Vorrichtung die gegenüber der Direktabsaugung immer noch relativ hohe notwendige Absaugleistung, die im Bereich der Einlaßöffnung ständig zur Verfügung steht. Weiterhin ist es nicht möglich, den Druck im Innenraum des Ofens zu steuern, er stellt sich vielmehr zwangsläufig auf einen Wert ein, der nicht immer mit dem erwünschten Druckwert übereinstimmt.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, die aus der genannten CH-Patentschrift vorbekannte Absaugeinrichtung dahingehend zu verbessern und weiterzuentwickeln, daß eine Steuerung des Drucks im Innenraum des Ofens möglich ist.

Ausgehend von der Absaugvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich im oberen Endbereich des Rohr­ stutzens eine Drossel befindet, die mit einer Steuereinheit verbunden ist, der ein Drucksensor für den Innendruck des Ofens zugeordnet ist.

Durch die Drossel kann der lichte Querschnitt des Rohrstutzens so verändert werden, daß der erwünschte Innendruck im Ofenraum vorliegt, dieser Innendruck wird mit dem Drucksensor erfaßt. Während des Ofenbe­ triebes wird die Drossel ständig der jeweiligen Verfahrensführung des Stahlerzeugungsverfahrens angepaßt, also mehr oder weniger geschlossen. Auf diese Weise kann zu jedem Verfahrenszeitpunkt der gewünschte In­ nendruck im Ofen eingestellt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, gleichzeitig mit der Stellung der Drossel auch die Absaugleistung der Ventilatoren zu regeln. Bei zugefahrener Drossel wird eine nur geringe Absauglei­ stung der Ventilatoren benötigt, bei weitestgehender Öffnung der Dros­ sel haben die Ventilatoren ihre höchste Absaugleistung. Erreicht wird eine Verminderung der Gesamtleistung der Absaugventilatoren, diese müssen nicht mehr während des ganzen Schmelzbetriebes mit voller Leistung durchlaufen, insgesamt wird also elektrische Energie einge­ spart.

In einer weiteren Verbesserung wird vorgeschlagen, daß der Stutzen in seinem unteren Bereich ein Knickgelenk aufweist, wodurch es möglich ist, daß bei in Abstichsstellung geneigtem Ofen der obere Bereich des Rohrstutzens so weit geknickt werden kann, daß er wieder weitgehend vertikal verläuft. Dadurch kann auch während des Abstichs ein Absaugen stattfinden.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Drossel so auszu­ bilden, daß sie in ihrer Schließstellung vollständig den Rohrstutzen nach oben hin abschließt. Bei Verfahrensführungen, in denen während gewisser Zeitdauern keine Absaugung stattfinden muß, wird die Drossel vollständig geschlossen. Hierdurch werden Wärmeverluste, die durch die Schlotwirkung des Rohrstutzens zwangsläufig anfallen, vermieden.

Als vorteilhaft hat sich weiterhin eine oberhalb der Drosselklappe angeordnete Düse am freien Ende des Rohrstutzens erwiesen. Sie bewirkt eine Verengung des freien Durchlaßquerschnittes des Rohrstutzens, eine erhöhte Austrittsgeschwindigkeit und damit eine strahlförmige Bündelung der Abgase einschließlich der in ihnen mitgeführten Staubteilchen. Hierdurch wiederum kann die Absaugleistung oberhalb des Rohrstutzens reduziert werden, daß die Abgase gezielter auf die Eintrittsöffnung der Absaugeinrichtung zulaufen und somit ein großräumiges Absaugen nicht notwendig ist. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausge­ stellt, die Düse einstellbar auszuführen und als erfindungsgemäße Dros­ sel einzusetzen. Dies führt zu einer schärferen Bündelung des austre­ tenden Abgases mit zunehmender Verringerung des freien Austrittsquer­ schnittes der Düse, was wiederum eine Verringerung der Absaugleistung der Ventilatoren bedingt.

Die Anordnung der Drossel am oberen Endbereich des Rohrstutzens hat den Vorteil, daß hier die thermische Belastung der Drossel am geringsten und die Drossel für Wartungsarbeiten frei zugänglich ist.

In einer weiteren Verbesserung wird vorgeschlagen, oberhalb des freien Endes des Rohrstutzens eine Absaugglocke vorzusehen, in deren Zentrum sich die Eintrittsöffnung der Absaugeinrichtung befindet. Hierdurch erfolgt die Absaugung gezielter und wird elektrische Leistung im Be­ reich der Absaugung eingespart.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übri­ gen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht ein­ schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schnittbildlich eine schematische Darstellung einer Absaugvor­ richtung mit einem Lichtbogenofen und einer Absaugeinrichtung, die eine Absaugglocke hat,

Fig. 2 eine schnittbildliche Darstellung einer Drossel und

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 eines anderen Ausführungs­ beispiels entsprechend dem Detail III in Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Absaugvorrichtung für die Ofenabgase 20 eines Lichtbogenofens 22 hat einen am Deckel 24 des Ofens 22 ange­ ordneten, das Abgas ableitenden Rohrstutzen 26, der mit seinem unteren Endbereich in einem Innenraum 28 des Ofens 22 mündet, vertikal angeord­ net ist und eine obere Auslaßöffnung 30 in seinem oberen Endbereich aufweist. Vertikal oberhalb dieser Auslaßöffnung 30 befindet sich eine Einlaßöffnung 32 einer Absaugeinrichtung 34. Der mit f gekennzeichnete Abstand zwischen dem oberen Endbereich des Rohrstutzens 26 und dieser Einlaßöffnung 32 beträgt ein Mehrfaches der Länge d des Rohrstutzens 26, im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis 2,2 zu 1. Der lichte Innendurchmesser des Rohrstutzens 26 liegt bei einem Drittel des lichten Durchmessers der Einlaßöffnung 32.

Zur Absaugeinrichtung 34 gehört eine Glocke 36, die sich um die Ein­ laßöffnung 32 erstreckt, auf einem Kreisbogen um die Mitte der Auslaß­ öffnung 30 als Zentrum liegt und sich über einen Winkelbereich von etwa 100 Grad von dieser Mitte der Auslaßöffnung 30 erstreckt (Kegelwinkel 100 Grad). Oberhalb der Einlaßöffnung 32 befindet sich ein kurzer Ansaugstutzen eines Ventilators 38, dessen Ausgang mit einem hier nicht näher dargestellten Filter 40 verbunden ist.

Aus dem Innenraum 38 aufsteigende Ofenabgase strömen durch den einen Kamineffekt bewirkenden Rohrstutzen 26 nach oben, da sie heißer (zum Beispiel 1500 Grad C) sind als die Umgebungsluft. Nach dem Austritt aus dem Rohrstutzen 26 strömen sie im Sinne der Pfeile 42 auf die Glocke 36 der Absaugeinrichtung 34 zu, dort werden sie in die Einlaßöffnung 32 eingesaugt. Auf ihrer freien Strecke f durch den Luftraum oberhalb des Ofens 22 reißen sie Umgebungsluft (Pfeile 44) mit, mischen sich mit dieser Umgebungslift, wodurch eine quantitativ größere Gasmenge die Einlaßöffnung 32 passiert, die Temperatur der Gasmischung aber deutlich unterhalb der Austrittstemperatur des Ofenabgases am Rohrstutzen 26 liegt.

Im oberen Endbereich des Rohrstutzens 26 ist eine Drossel 46 angeord­ net, die hier (siehe auch Fig. 3) als einfache, kreisscheibenförmige Klappe ausgeführt ist, die um eine quer zur Mittelachse des Rohr­ stutzens 26 angeordnete Schwenkachse 48 motorisch verschwenkt werden kann. In ihrer Stellung quer zur Achse des Rohrstutzens 26 schließt sie diesen praktisch vollständig ab, in der Öffnungsposition steht sie parallel zur Achse des Rohrstutzens 26. Ihre Position wird mittels einer Steuereinheit 50 geregelt, die ihrerseits mit einem Drucksensor 52 verbunden ist, der sich im Innenraum 28 befindet. Die Steuereinheit ist so ausgelegt, daß bei der jeweiligen Verfahrensstufe der Strahler­ zeugung im Lichtbogenofen 22 der gewünschte Innendruck im Innenraum 28 vorliegt. Hierzu kann in der Steuereinheit 50 ein fest programmierter Prozessor vorgesehen sein, andererseits ist es aber auch möglich, mit einer frei programmierbaren Steuerung zu arbeiten.

Zusätzlich ist die Steuereinheit 50 über eine Leitung 54 mit der Motor­ steuerung des Ventilators 38 verbunden. Der Elektromotor dieses Venti­ lators 38 wird mit einer frequenzgeregelten Spannung beaufschlagt, hierdurch wird - in an sich bekannter Weise - ein leistungsgünstiger Betrieb im jeweils gewählten Förderbereich des Ventilators 38 erhalten. Die Steuerung der Steuereinheit 50 ist so ausgelegt, daß der Ventilator 38 volle Saugleistung liefert, wenn die Drossel 46 in ihrer Öffnungs­ stellung steht. Bei Schließposition der Drossel wird die Leistung des Ventilators 38 heruntergeregelt. Die Ventilatorleistung wird auch so angepaßt, daß stets eine ausreichende Menge Seitenluft (Pfeile 44) angesaugt wird, um die Temperatur am Eingang des Filters 40 unterhalb einer gewissen Temperaturschwelle zu halten. Am Eingang zum Filter 40 kann ein Temperatursensor vorgesehen sein (nicht dargestellt), der mit der Steuereinheit 50 verbunden ist und die Fördermenge des Ventilators 38 so einregelt, daß die Temperatur dort einen gewissen Schwellenwert nicht überschreitet.

Das Absaugvolumen des Ventilators 38 wird auf diese Weise einerseits den Erfordernissen am Ausgangsbereich des Rohrstutzens 26 und anderer­ seits an die Eingangstemperatur der Gase am Filter 40 angepaßt. Durch die über die Drossel 46 erreichte Vorgabe des Drucks im Innenraum 28 wird eine Reduzierung des Abbrandes der Elektroden 56 und des Energie­ verbrauchs erzielt. Auch das Feuerfestmaterial wird geringer beansprucht und hat dadurch höhere Standzeiten.

Am freien oberen Ende des vertikalen Rohrstutzens 26, also im Bereich seiner Auslaßöffnung 36, befindet sich eine Düse 58, die zu einer Bündelung des austretenden Abgases und zu einer Erhöhung der Austritts­ geschwindigkeit führt. Dies hat sich als günstig für die Energiebilanz, für das Einsammeln der gesamten Gase durch die Absaugeinrichtung und für die Regelung des Innendrucks im Innenraum 28 erwiesen. In einer nicht dargestellten Ausführung kann die in den Ausführungsbeispielen als Kegelstumpfmantel ausgeführte Düse eine Austrittsöffnung regelbaren Durchmessers haben, sie übernimmt dann die Funktion und Aufgabe der Drossel 46.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine Drossel 46, bei der der eigentliche Drosselkörper eine kegelige Gestalt hat, an die sich nach unten eine Halbkugel anschließt. Dieser Drosselkörper wirkt mit einer schräg verlaufenden Schulter 60 in Form eines Kegelstumpfmantels an der Innenwand des Rohrstutzens 26 und in unmittelbarer Nähe von dessen freiem Ende zusammen. Durch diese Art der Ausbildung der Drossel wird eine rotationssymmetrische Strömung auch im Bereich der eigentlichen Drossel 46 erzielt, dies ist bei der Ausbildung der Drossel gemäß Fig. 3 nicht gegeben, wo die scheibenförmige Klappe je nach Winkel der Querschnittsebene des Rohrstutzens 26 mehr oder weniger umströmt wird.

Der Drosselkörper gemäß Fig. 2 ist mit einer Stange 62 verbunden, die zentrisch zum Rohrstutzen 26 und damit vertikal verläuft, sie kann im Sinne eines Doppelpfeiles 64 nach oben und unten motorisch bewegt werden und nimmt dabei den Drosselkörper mit. Die Drossel wird ge­ schlossen, in dem die Stange 62 nach oben bewegt wird. Der Mantel des Kegels kommt dann in Anlage an die oberste, ringförmige Kante 66 der Schulter 60, weil der Kegelwinkel des Drosselkörpers etwas größer gewählt ist als der Kegelwinkel der Schulter 60.

Claims (9)

1. Absaugvorrichtung für Ofenabgase eines Schmelzaggregates, insbe­ sondere Lichtbogenofens (22), mit einem am Ofen (22) angeordneten, die Abgase sammelnden und abführenden Rohrstutzen (26), der im wesentlichen vertikal verläuft, mit seinem unteren Endbereich im Innenraum (28) des Ofens (22) mündet und mit einer im Abstand oberhalb des oberen Endbereichs dieses Rohrstutzens (26) befindli­ chen Absaugeinrichtung (34), die eine Einlaßöffnung (32) und einen saugenden Ventilator (38) hat, wobei der Abstand (f) zwischen dem oberen Endbereich des Rohrstutzens (26) und der Einlaßöffnung (32) eine mindestens der freien Länge (d) des Rohrstutzens (26) entspre­ chende Länge hat, dadurch gekennzeichnet, daß sich im oberen Endbereich des Rohrstutzens (26) eine Drossel (46) befindet, die mit einer Steuereinheit (50) verbunden ist, der ein Drucksensor (52) für den Innendruck im Innenraum (28) des Ofens (22) zugeord­ net ist.

2. Absaugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich rings um die Einlaßöffnung (32) eine Absaugglocke (36) befin­ det, die vorzugsweise eine Teilkugelschale ausbildet, deren Zentrum sich in der Auslaßöffnung (30) des Rohrstutzens (26) befindet und sich insbesondere über einen Winkel größer 90 Grad oberhalb der Auslaßöffnung (30) erstreckt.

3. Absaugvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (46) in ihrer Schließstellung den Querschnitt des Rohrstutzens (26) dicht abschließt.

4. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich oberhalb der Drossel (46) am freien Ende des Rohrstutzens (26) eine Düse (58) befindet.

5. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drossel (46) eine Düse (58) ist, deren Austrittsdurchmesser motorisch verstellbar ist.

6. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drossel (46) einen Drosselkörper hat, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

7. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rohrstutzen (26) in seinem unteren Bereich ein Gelenk aufweist, dessen Schwenkwinkel dem Schwenkwinkel des Ofens (22) zwischen der Normalstellung und der Abstichstellung entspricht.

8. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinheit (50) über eine Leitung (54) mit der Antriebselektrik des Ventilators (38) verbunden ist und daß vorzugsweise die Steuerelektronik des Ventilators (38) einen Frequenzwandler aufweist.

9. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß oberhalb der Einlaßöffnung (32) ein Temperatur­ sensor vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit (50) verbunden ist.