Masse und Leistung der elektrischen Lichtbogenöfen.Auszug aus dem Bericht über das Ergebnis der Rundfrage des Elektroofenausschusses des Vereins Deutscher Gießereifachleute, Berlin, 1929. KALPERS, Masse und Leistung der elektrischen Lichtbogenöfen. Die Ausmaße der mittel- und unmittelbaren Lichtbogenöfen, die Ausführung ihrer Zustellung, ihre Haltbarkeit, ihre Arbeitszeiten erscheinen heute, wo in Gießereifachkreisen das Interesse für den elektrischen Ofen ständig im Zunehmen ist, von hervorragender Bedeutung sowohl vom Standpunkte des Ofenbauers als von dem des Ofenbenutzers. Der Verein Deutscher Gießereifachleute ist sich der Tragweite dieser Punkte bewußt gewesen und veranstaltete eine Rundfrage in Gestalt eines entsprechend ausgearbeiteten Fragebogens an alle deutschen, österreichischen, ungarischen, tschechoslowakischen und italienischen Elektrostahlwerke und -stahlgießereien, deren Ergebnisse zusammengetragen nunmehr in einer Sonderdruckschrift vorliegen. Wenn auch nicht alle Werke den Fragebogen beantwortet haben, so genügen doch die in diesem Berichte wiedergegebenen Ergebnisse für die Klarstellung einer Reihe von wichtigen Fragen, die sich auf die elektrischen Lichtbogenöfen beziehen. 1. Allgemeine Ausmaße der Elektroofen von 1 bis 12,8 t Einsatz und die Maße ihrer Zustellung: Teilt man die Oefen nach ihrem Einsatzgewicht ein und unterscheidet man folgende Gruppen: 1 t, Gruppe I; 2 bis 3 t, Gruppe II; 4 bis 5 t, Gruppe III; 5,1 bis 6,3 t, Gruppe IV; 7 bis 8 t, Gruppe V; 10 t, Gruppe VI; 12,8 bis 15 t, Gruppe VII, so ergeben sich für die Badoberfläche, den Durchmesser der Badoberfläche, die größte Badtiefe, die Höhe des Gewölbes über den Scheitel, den mittleren Durchmesser des Herdraumes, den freien Herdraum, die Gesamtstärke der Herdwand und des Herdbodens folgende Werte: Grenzwerte der Ausmaße des Bades der Elektrolichtbogenöfen Ofengruppe Badoberflächeje t in m2 Durchmesserder Badoberflächemm größte Badtiefemm 1 0,45 660 400 2 0,55–1,10 1400–1740 250–400 3 0,58–0,83 1920–2100 300–400 4 0,53–0,85 2000–2600 340–500 5 0,43–0,62 2100–2360 290–450 6 0,45–0,47 2500–2700 450–465 7 0,48 2800 510 Grenzwerte des freien Herdraums (Herdraum über Bad): Ofengruppe Höhe des Gewölbesüber dem Scheitelmm mittlerer Durchmesserdes Herdraumesmm freier Herdraumje t Einsatzm3 1 650 900 0,32 2 500–1000 1450–1820 0,32–1,00 3 580–836 1970–2130 0,38–0,55 4 630–1040 2110–2700 0,39–0,88 5 590–1010 2160–2750 0,33–0,78 6 1200 2715–2870 0,64–0,72 7 1265 3000 0,47 Grenzwerte der Stärke des Herdbodens und der Herdwand: Ofengruppe Gesamtstärkeam Badmm der Herdwandam Gewolbemm Gesamtstärkedes Heidbodensmm 1 170 170 525 2 350–525 270–475 320–790 3 350–530 300–530 350–470 4 370–620 270–540 450–600 5 370–920 370–620 430–650 6 665–890 520–650 600–650 7 680 480 470 Aus den Grenzwerten über die Badoberfläche geht hervor, daß dieser Wert bis zu 4 t Einsatzgewicht ansteigt und dann wieder abnimmt. Bei der Badtiefe ist mit steigendem Einsatzgewicht ein Ansteigen des Wertes festzustellen. Der untere Wert der Höhe des Gewölbescheitels über der Badoberfläche steigt mit dem Einsatzgewicht an, der obere Wert ist für die Oefen von 2 bis 8 t Einsatz nahezu gleich. Die Höhe des Gewölbescheitels über Bad und der mittlere Durchmesser des Herdraumes weisen bei den Oefen der Gruppen 2, 4 und 5 verhältnismäßig starke Unterschiede auf; dementsprechend liegt auch der Wert für den freien Herdraum je Tonne Einsatz bei diesen Ofengruppen in verhältnismäßig weiten Grenzen. Die Stärke des (Herdbodens und der Herdwand liegt in allen Ofengruppen innerhalb verhältnismäßig weiten Grenzen. Die Mindestgesamtstärke der Herdwand am Bad ist bei den Oefen mit 2 bis 8 t Einsatz fast gleich groß. Beide Grenzen der Gesamtstärke des Herdbodens nehmen mit steigendem Einsatzgewicht zu. Bei 23 von 28 Elektroofen bis zu 8 t Einsatz sind die eigentlichen Gewölbesteine 250 mm stark; bei den restlichen 3 Oefen haben sie die Stärke 180 mm, 300 mm und 350 mm. Bei den Oefen, die erst in den letzten Jahren zur Aufstellung gelangt sind, werden auch bei niedrigem Einsatzgewicht Graphitelektroden verwendet. Eine Normung der Länge der Elektroden gleicher Stärke und gleicher Art ist nicht zu erkennen. Der Durchmesser des Elektrodenteilkreises liegt für alle Ofengruppen, mit Ausnahme der Gruppe 4, innerhalb weiter Grenzen; dementsprechend ist auch sein Verhältnis zum Baddurchmesser stark schwankend. Das gleiche gilt auch für den Elektrodenabstand von der Herdwand, der im allgemeinen mit zunehmendem Einsatzgewicht ansteigt. 2. Elektrische Ausstattung: Alle Oefen bis auf einen der untersuchten Fälle werden mit Drehstrom betrieben. Die meisten Oefen sind mit Transformatoren von einer solchen Stärke ausgestattet, daß sie als Hochleistungsöfen betrieben werden können (Stromzuführung je Tonne Einsatz über 170 kW). Es geht daraus hervor, daß die meisten Betriebe, die sich an der Rundfrage beteiligt haben, sich die Erkenntnis, daß eine hohe Stromzufuhr während des Einschmelzens einen günstigen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des elektrischen Ofens ausübt, bereits zunutze gemacht haben. Allerdings wird der Ofen in einzelnen dieser Betriebe nicht als Hochleistungsofen betrieben. Volt-Spannung und Stromzufuhr gehen aus der folgenden Uebersicht hervor: Ofen- VoltspannungEinschmelzens während desFeinens Durchschnittl.Schmelzen Stromzufuhr in kWFeinens 1             130 75 510   114 2       80–175   80  115 155  370 140–248 3       60–200   60–120 150–249 120–206 4     110–173   86–120 137–246   90–173 5       68–197   68–113 117–253 100–137 6     190–200 110–115 119–207   65–127 7            200 116 172 78 Bei einzelnen Ofenanlagen nimmt die durchschnittliche Stromzufuhr während des Einschmelzens nahezu die Volleistung des Transformators in Anspruch. Gleiche Spannungen beim Schmelzen und Feinen sind nur noch bei den älteren Oefen in Verwendung. Bei den neueren, in der Regel als Hochleistungsöfen ausgestatteten Oefen wird während des Schmelzens mit einer höheren Spannung gearbeitet als während des Feinens. Wird die Höhe der Spannung während des Einschmelzens und Feinens unter Berücksichtigung des Baujahres der Anlage beurteilt, so zeigt sich, daß die Spannungen, die den unteren Grenzwerten entsprechen, bei den älteren Oefenanlagen Anwendung finden. Bei den Oefen jüngeren Baualters wird beim Einschmelzen mit Spannungen von 150 bis 200 V, beim Feinen mit solchen von 115 bis 120 V gearbeitet. Die Stromzufuhren während des Schmelzens und Feinens liegen insbesondere bei den Oefen mit niedrigem Einsatzgewicht in verhältnismäßig weiten Grenzen. Sowohl die untere als auch die obere Grenze nimmt mit steigendem Ofeneinsatzgewicht ab. Von den 24 Oefen sind 15 mit Drosselspulen ausgestattet, die bei einzelnen Oefen dauernd, bei anderen nur während des Einschmelzens eingeschaltet sind. Die Erfahrungen der einzelnen Betriebe mit der Drosselspule werden durchweg als gut bezeichnet. 3. Einschmelzzeiten, Einschmelzleistungen im Vergleich zur Stromzufuhr und der Wirkungsgrad des Ofens und seine Verlustleistung: Die Einschmelzzeit sämtlicher Oefen nimmt bis zu den höchsten Stromzufuhren ab; sie ist bei gleichem Wirkungsgrad für die verschiedenen Oefen gleich. Ein Vergleich der Einschmelzzeit der Oefen mit gleichen Stromzufuhren und verschiedenen Wirkungsgraden läßt deutlich seinen Einfluß auf die Einschmelzzeit erkennen. Infolge der gleichbleibenden Dauer des Feinens, des Einsetzens und der Ofenausbesserungen kommt die Verminderung der Einschmelzzeit unter 2 Stunden in der Gesamtschmelzleistung der Ofenanlage nur in geringem Maße zur Geltung. Hochleistungstransformatoren sind verhältnismäßig teuer; da sie während des Feinens nur gering belastet sind und die Zeitdauer des Einsetzens und der Ofenausbesserung für denselben Ofen bei sonst gleichen Arbeitsverhältnissen immer gleich bleibt, wird ihr Ausnutzungsgrad mit steigender Nennleistung immer geringer. Aus diesem Grunde wird bei den Oefen mit größerem Einsatzgewicht eine solche Nennleistung der Transformatoren, daß die Einschmelzzeit unter 2 Stunden herabgesetzt wird, selten in Anwendung gebracht. Die Wirkungsgrade der Oefen gleicher Größe liegen sowohl bei hoher als auch bei niedriger Stromzufuhr innerhalb weiter Grenzen. Bei den kleinen Oefen werden durchschnittlich niedrigere Wirkungsgrade erzielt als bei den größeren Oefen. 4. Dauer des Feinens und des Einschmelzens bei verschiedener Art der Erzeugung: Die Werte der verschiedenen Betriebe, die sich auf das Feinen und die Gesamtschmelze beziehen, sind schwer miteinander zu vergleichen, da sie von der Arbeitsweise abhängig sind. Diese ist durch die Art des Einsatzes und die notwendige Güte des Fertigerzeugnisses bedingt und daher für jeden Betrieb verschieden. Die durchschnittliche Stromzufuhr während des Feinens ist im allgemeinen bei den kleineren Oefen größer als bei den größeren Oefen. Besonders hohe Stromzufuhren während des Schmelzens werden bei den kleinen Oefen angewendet, die zur Herstellung von kleinem Stahlguß dienen. Bei der gleichen Art der Erzeugung und gleicher Ofengröße läßt sich feststellen, daß eine stärkere durchschnittliche Stromzufuhr nicht nur eine Verkürzung der Dauer des Feinens, sondern auch eine Verminderung des Stromverbrauches für das Feinen je t Einsatz herbeiführt. Ein Vergleich des Stromverbrauches für das Feinen an verschiedenen Oefen läßt erkennen, daß bei der Herstellung desselben Erzeugnisses der Stromverbrauch für das Feinen mit steigendem Einsatzgewicht der Oefen etwas fällt, und zwar auch dann, wenn bei den größeren Oefen mit einer geringeren durchschnittlichen Stromzufuhr als bei beiden kleineren Oefen gearbeitet wird. Bei dem Arbeiten mit flüssigem Einsatz ist die Feindauer und damit der Stromverbrauch etwas größer als bei dem Arbeiten mit Gestein Einsatz. Dies wird teilweise seine Ursache darin haben, daß beim Arbeiten mit flüssigem Einsatz die Dauer des Feinens absichtlich verlängert wird, damit der Ofen nach dem Abgießen nicht so lange leer steht. Der Gesamtstromverbrauch je t Erzeugung und die Erzeugungsleistung der einzelnen Oefen sind abhängig von dem Ofenwirkungsgrad, der Höhe der Stromzufuhr und der Art der Erzeugung. 5. Art des Einsatzes, Einsatzzeiten und Ausbringen: Die untersuchten Fälle ergeben, daß bei der Erzeugung von Elektrostahl Roheisen entweder überhaupt nicht oder nur in ganz geringen Mengen verwendet wird. Die Art des Einsatzes richtet sich nach der Art der Erzeugung. Bei der Herstellung von Edelstahl wird in der Hauptsache mit Ia Stahlabfällen gearbeitet, während der restliche Theil des Einsatzes meistens aus Stahlspänen besteht; in einem einzelnen Falle bestand der Einsatz vorwiegend aus Stahlspänen. Bei den Oefen, die zur Erzeugung von Stahlguß und von unlegiertem Stahl dienen, setzt sich der Einsatz aus Ia, IIa Stahlabfällen und aus Drehspänen zusammen. Die meisten Oefen werden bei Gestein Einsatz von Hand aus beschickt. Ein Vergleich der Art des Einsatzes der Oefen gleicher Größe mit der zu seinem Einbringen erforderlichen Zeit läßt einen besonderen Einfluß der Art des Einsatzes auf die Einsatzzeit nicht erkennen. Auch der Einfluß der Zahl der Arbeitstüren und ihrer Größe auf die Zeit des Einstezens ist nicht erkennbar. Bezüglich der Dauer des Einsetzens kann gesagt werden, daß die auf die Tonne Einsatz entfallenden Einsatzzeiten bei den Oefen über 4 t Einsatzgewicht keine wesentlichen Unterschiede aufweisen. Bei diesen Oefen bewegt sich dieser Anteil innerhalb der Grenzen von 6 bis 10 Minuten. Bei den Oefen mit 2 bis 3 t Einsatzgewicht ist die auf die Tonne Einsatz entfallende Einsatzzeit bei Rundform des Herdes weitaus größer; sie liegt innerhalb der Grenzen von 14 bis 18 Minuten. Ein Nachsetzen ist in der Regel nur dann erforderlich, wenn entweder der auf die Tonne Einsatz entfallende Anteil des Herdraumes verhältnismäßig klein ist oder wenn viel lange schwache Späne oder wenn der Hauptsache nach kleinstückige IIa Abfälle eingesetzt werden. Das Ausbringen an flüssigem Stahl bewegt sich zwischen 92 und 98 %; durchschnittlich beträgt es 96 %. Der Einfluß der Art des Einsatzes auf das Ausbringen läßt sich ohne weiteres nicht erkennen, da gleich hohes Ausbringen sowohl bei der hauptsächlichsten Verwendung von Ia Stahlabfällen als auch bei der Verteilung des Einsatzes auf alle drei Sorten der Stahlabfälle erhalten wird. Die Höhe des Ausbringens hängt in erster Linie von der Reinheit des Einsatzes in bezug auf Rost, Schmutz und Phosphor ab. 6. Durchschnittliche Arbeitszeiten: Allgemein genügen 10 bis 20 Minuten nach jeder Schmelze zur Ausbesserung der Zustellung des Ofens. Mit steigendem Einsatzgewicht nimmt daher die auf die Tonne Einsatzgewicht entfallende Dauer der Ausbesserung der Zustellung ab. Die Gesamtdauer des Einsetzens nimmt mit steigendem Einsatzgewicht zu; auf die Tonne Einsatzgewicht bezogen ist sie bei den Oefen mit 2 bis 3 t Einsatz größer als bei den Oefen mit einem Einsatzgewicht von 4 bis 10 t, bei denen sie innerhalb der Grenzen von 6 bis 10 Minuten liegt. Aus der durchschnittlichen Dauer des Abschlackens ist zu erkennen, daß diese bei den Oefen bis zu 10 t Einsatzgewicht von der Größe des letzteren unabhängig ist. Dementsprechend wird der auf die Tonne entfallende Anteil dieses Zeitabschnittes mit steigendem Einsatzgewicht des Ofens geringer werden. Die Schmelzdauer ist für die verschiedenen Ofengrößen sehr verschieden; sie hängt von der Stromzufuhr und vom Wirkungsgrad ab. Auch die Dauer des Feinens schwankt innerhalb weiter Grenzen; sie Wird von der Art der Erzeugung und von der Stärke der Stromzufuhr beeinflußt. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß mit abnehmender Einschmelzzeit der Anteil der anderen Zeitabschnitte der Schmelzen an der Gesamtdauer derselben zunimmt. 7. Deckelausführung und seine Haltbarkeit unter verschiedenen Betriebsverhältnissen: Bei allen Oefen wurden für die Ausführung des Ofendeckels Formsteine verwendet, die teilweise in dem Teil des Deckels, der die Elektrodenlöcher enthält, um 50 bis 65 mm stärker gehalten werden. Als ausschließender Werkstoff kommen Silikasteine in Frage, abgesehen von einem Deckel aus Magnesitsteinen. Die Vermauerung der Silikasteine erfolgt mit oder ohne Silikamörtel. Der Stich des Deckels ist bei den einzelnen Oefen verschieden; er richtet sich nach dem Wachstum der Silikasteine. Das Steingewicht hängt von Durchmesser und Stärke des Deckels ab. Als Normalstärke der Deckel der Oefen bis 10 t kann die Stärke von 250 mm angesehen werden. Die Haltbarkeit des Deckels, beurteilt nach der Zahl der Schmelzstunden, die einen einwandfreien Maßstab für die Lebensdauer des Deckels abgeben, schwankt in weiten Grenzen. Wird der gleiche Ofen bei gleicher Art der Erzeugung als Hochleistungsofen betrieben, so wird die Zahl der Schmelzstunden je Deckel verringert. Die Zahl der Schmelzen und damit die Erzeugung je Deckel bleibt sich infolge Verkürzung der Schmelzdauer nahezu gleich. Wird die Haltbarkeit des Deckels mit der Vermauerungszeit verglichen, so ergibt sich, daß die nasse Vermauerung des Deckels auf die Haltbarkeit nicht ungünstig einwirkt. 8. Herdwandausführung und Haltbarkeit unter verschiedenen Betriebsverhältnissen: Bei den meisten untersuchten Oefen ist zwischen Mauerwerk der Wand und dem Ofengefäß eine 20 mm starke Einschüttung von Schamottemörtel, Kieselgur oder Magnesitstaub zwischengeschaltet, die einerseits als Wärmeschutz dient, andererseits die ungestörte Ausdehnung des Mauerwerks ermöglicht. Der Theil des Mauerwerks, der nur als Wärmeschutz dient, ist bei mehreren Oefen aus Silika- oder Schamottesteinen hergestellt, die entweder naß oder trocken vermauert werden. Nur bei 2 Oefen waren besondere Steine (Thermalitziegel) hierfür verwendet. Zur Herstellung des basischen Teiles des eigentlichen Herdes werden in einzelnen Betrieben die Magnesitsteine mit Mörtel, in anderen Betrieben trocken vermauert. Das saure Mauerwerk, das als Ergänzung des basischen Mauerwerks in Anwendung kommt, wird auch teilweise naß, teilweise trocken vermauert. Bei einigen Oefen wird die eigentliche Herdwand nicht gemauert, sondern aus Dolomit-Teermasse aufgestampft. Ein Einfluß der Vermauerungsart ist nicht zu erkennen. Ebenso ist nicht zu ersehen, ob in bezug auf die Haltbarkeit die ganze basische oder teilweise basische Ausführung der eigentlichen Herdwand vorteilhafter ist, da sowohl Oefen mit der ersteren Art der Ausführung als auch solche mit der zweiten Art die größere Haltbarkeit in ihrer Ofengruppe aufweisen. Ein Vergleich der Angaben über die verschiedenen Betriebsverhältnisse zeigt, daß die stromlose Zeit zwischen zwei Schmelzen auf die Haltbarkeit der Herdwand keinen Einfluß ausübt. Längere Betriebsstillstände während des Arbeitstages wirken, wie an einigen Oefen festgestellt wurde, auf die Haltbarkeit der Herdwand ungünstig ein. Der Abstand der Elektroden von der Herdwand scheint in den bei den einzelnen Oefen dafür verwendeten Ausmaßen ohne Einfluß auf ihre Haltbarkeit zu sein. In mehreren Ofengruppen (von 4 bis 5 t, 6 t, 7 t) weisen gerade die Oefen, bei denen der Abstand der Elektroden von der Herdwand am kleinsten ist, die größten Haltbarkeiten auf. Ein Vergleich der Zahlen über die Strombelastung während des Einschmelzens und Feinens läßt auch hier auf einen ungünstigen Einfluß der hohen Stromzufuhr je Kubikmeter freien Herdraums schließen. Wie bezüglich der Haltbarkeit des Ofendeckels ist auch hier zu sagen, daß die Haltbarkeit der Herdwand von der Sorgfalt und Güte der Ausführung, der Güte der Steine und der Sorgfalt der Ausbesserung nach jeder Schmelze abhängt. 10. Ausführung des Herdbodens und seine Haltbarkeit bei den verschiedenen Betriebsverhältnissen: Bei 10 der untersuchten Oefen war der Theil des Herdbodens, der nur zum Wärmeschutz dient, aus Silika- oder Schamottesteinen ausgeführt; seine Stärke wechselt und sie nimmt mit steigendem Einsatzgewicht verhältnismäßig ab. Bei den übrigen Oefen, die ohne Bodenelektroden arbeiten, wird auf dem Boden des Ofengefäßes loser Magnesitstaub in einer Stärke von 20 bis 25 mm ausgebreitet, auf dem dann sofort das basische Mauerwerk aufgebaut wird. Bei den 20 Oefen ohne Bodenelektroden wird der basische Theil des Herdbodens entweder ganz gemauert oder teilweise gemauert und gestampft ausgeführt. Die Zahlen der Haltbarkeit des Herdbodens liegen in den verschiedenen Betrieben weit auseinander. Die gemauerte Ausführung ist der teilweise gemauerten und teilweise gestampften vorzuziehen. 11. Elektrodenmasse und ihr Verbrauch unter verschiedenen Betriebsverhältnissen: Die Elektroden werden bei allen untersuchten Fallen mit Ausnahme der Nathusius-Oefen von Ständern getragen, die mit der Ofenwanne fest verbunden sind. Bei den Nathusius-Oefen sind sie frei aufgehängt, sie müssen bei dem Abstich aus idem Ofen ganz herausgezogen werden. Nur in wenigen Fällen werden die Elektroden vor der Einführung in den Ofen vorgewärmt; in der überwiegenden Zahl der Betriebe werden sie nur trocken gelagert und vor der Inbetriebnahme in die Ofennähe gebracht. Der Elektrodenverbrauch schwankt bei den Kohlenelektroden zwischen 7,2 bis 22,0 kg, bei den Graphitelektroden zwischen 2,74 bis 7,14 kg je t Ausbringen. Demnach läßt sich auch bei den Kohlenelektroden ein geringerer Elektrodenverbrauch erreichen. Der Elektrodenverbrauch hängt ab von der Zahl der Arbeitsstunden je Schmelze, der Größe der Oberfläche des Elektrodenteiles, der der Ofentemperatur ausgesetzt ist, der Güte der Elektroden und der Stärke des Wechsels der Ofenatmosphäre. Der Elektrodenbrand je Quadratmeter Oberfläche und Arbeitsstunde liegt bei den Kohlenelektroden innerhalb der Grenzen von 2,1 bis 4,59 kg je t, bei den Graphitelektroden innerhalb der Grenzen von 0,9 bis 2,58 kg je t. Bei beiden Arten von Elektroden wird mit verhältnismäßig großen Stromdichten gearbeitet; trotzdem ist in diesen Fällen kein ungünstiger Einfluß auf dem Elektrodenverbrauch zu erkennen. Dr. Kalpers.