DD204270A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von ferronickel - Google Patents

Abstract

Das Verfahren betrifft die autotherme Herstellung von Ferronickel aus Nickeleisen-Luppen mittels Aufblasen von Luft auf die Schmelze unter kontinuierlichem Eintrag fester Luppen mit dem Ziel, ein hohes Ausbringen an Nickel und eine hohe Betriebssicherheit des Prozesses zu erreichen sowie die Arbeitsbedingungen zu verbessern. Verfahrensgemaess wird unter Nutzung der kinetischen Energie der Schmelze, die sich in einer Reaktionskammer in starker Turbulenz und in rotierender Bewegung befindet, und der der Abgase staendig ein Teilstrom der Schmelze abgezweigt, zu einer mehrfachen Richtungsaenderung und zu einer in sich gegenlaeufigen Bewegung veranlasst und werden Partien dieses Teilstromes in den Bereich der rotierenden Bewegung zurueckgefuehrt. Die Vorrichtung besteht aus einer speziellen Anordnung einer Reaktionskammer mit Luppeneintrag, Aufblaslanze und Ferronickel-Austrag und eines tangential angeschlossenen Stroemungskanales mit Schlackenaustrag und Abgasabzug.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Perronickel

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein autothermes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ferronickel aus Nickel-Bisen-Luppen mittels Aufblasen von Luft auf die Schmelze unter kontinuierlicher Zugabe von festen Luppen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein autothermes Verfahren zur Anreicherung von Nikkei in Nickel-Eisen-Legierungen bekannt (DD WP 98305).

Das Verfahren dient insbesondere zur Herstellung von Ferro nickel aus Nickel-Eisen-Luppen und besteht darin, daß in einem Reaktionsgefäß Luft tangential auf die Schmelze aufgeblasen wird und an der Stelle, an der der Luftstrahl auf die Schmelze auftrifft, feste Luppen eingetragen werden, so daß die Schmelze im Reaktionsgefäß in rotierende Bewegung versetzt wird und eingetragene Luppen und Schmelze turbulent durchmischt werden.

Die Schlacke fließt im wesentlichen kontinuierlich ab, und Perronickel wird in Intervallen abgestochen. Das Verfahren wird bevorzugt in einem kreisrunden Herdofen mit einem Schlackenauslauf und einem Perronickelabstich auf dem Niveau der Herdsohle durchgeführt, wobei in einem Abstand von 2/3 R vom Ofenmittelpunkt der Luftstrahl und der Materialeintrag angeordnet sindo

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Das Verfahren hat den Nachteil, daß eine unzureichende Trennung der Phasen Schlacke und Metall erfolgt. In der Schlacke werden feine und feinste Metallpartikel festgehalten und mit dieser ausgetragen, so daß das Metallausbringen unbefriedigend ist und Nickel mit der Schlacke verlorengeht» Außerdem werden mit dem Abgasstrom Anteile des Luppeneintrages wieder ausgetragen, wodurch eine erhebliche Menge Plugstaub entsteht und ebenfalls Metallverluste eintreten. Mit dem Abgasstrom mitgerissene Schlackentropfen und -spritzer führen zur Verengung der Abgasöffnung, infolge des dadurch entstehenden Abgasrückstaues wird der Luppeneintrag behindert und muß unterbrochen werden. Die räumliche Beengtheit zwischen Luppeneintrag und Abgasöffnung führt bei der Behebung von Störungen am Eintrag zu erheblichen Arbeitserschwernissen durch Hitzestrahlung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Ferronickel aus Nickel-Eisen-Luppen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die ein hohes Metallausbringen gewährleisten, eine hohe Betriebssicherheit garantieren und die Arbeitsbedingungen verbessern«,

Wesen der Erfindung

Die Ursache des Mangels am Stand der Technik besteht im wesentlichen darin, daß die Viskosität der Schlacke und die feindisperse Verteilung der entstehenden Ferro-Nickel-Partikel in der Schlacke in Verbindung mit der Turbulenz und der Rotation der gesamten Schmelzprodukte eine Phasentrennung Ferronickel/Schlacke erschwert und zu einem ungenügenden Metallausbringen führt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein autothermes Verfahren zur Herstellung von Ferronickel aus Nickeleisenluppen, das nach dem Aufblasprinzip arbeitet und wobei der Schmelze feste Nickel-Eisen-Luppen zugeführt werden, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu entwickeln, die einen hohen Trenneffekt zwischen metallischer Phase und Schlackenphase gewährleisten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Ferronickel aus Nickel-Eisen-Luppen mittels Aufblasen von Luft auf die in einer Reaktionskammer befindlichen Schmelze in tangentialer Richtung, unter kontinuierlicher Zuführung von festen Luppen, im wesentlichen kontinuierlichem Austrag der Schlacke und Abstich des Ferronickels in Intervallen, besteht darin, daß unter Nutzung der kinetischen Energie der in starker Turbulenz und in rotierender Bewegung befindlichen Schmelze und der der Reaktionsabgase ständig ein Teilstrom der Schmelze aus dem Bereich der rotierenden Bewegung abgezweigt, zu einer mehrfachen horizontalen und vertikalen Richtungsänderung und zu einer in sich gegenläufigen Bewegung veranlaßt wird und daß Partien dieses Teilstromes nach teilweisem Abbau seiner kinetischen Energie in den Bereich der rotierenden Bewegung zurückgeführt werden»

Das Verhältnis der Anteile der Schmelze, die sich im Bereich der rotierenden Bewegung und außerhalb dieses Bereiches befinden, beträgt vorzugsweise 0,8 bis 1,2. Das Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß ein Teil der notwendigen Impulse für die Richtungsänderung der Schmelze durch die Aufrechterhaltung eines unmittelbaren Kontaktes zwischen der Schmelze und den Reaktionsabgasen erzielt werden und daß in den Reaktionsabgasen eine hohe kinetische Energie aufrechterhalten wird. Das wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Reaktionsabgase mit hoher Strömungsgeschwindigkeit im Gleichstrom mit den oberflächennahen Schichten der Schmelze über eine möglichst lange Strecke geführt werden.

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Die Vorrichtung besteht aus einer stehenden runden Reaktionskammer 1 mit einer lichten Weite von 1 ,8 in. In dieser Reaktionskammer befinden sich im Oberteil Öffnungen für den Eintrag der Nickel-Eisen-Luppen und zum Einbringen der Lanze 4, mittels der die für die Prozeßführung erforderliche Luftmenge in Uhrzeigerrichtung auf die Schmelzprodukte aufgeblasen wird. Am Boden der Reaktionskammer ist eine Abstichöffnung 7 für Perronickel angeordnet. In einem Abstand von 0,5 m vom Boden der Reaktionskammer 1 ist tangential entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung ein Strömungskanal 5 angesetzt, der eine Länge von 5,5 m besitzt und dessen Bodenfläche in Richtung zur Reaktionskammer leicht geneigt ist. Die Breite des Strömungskanals beträgt 0,7 m.

Die gesamte Vorrichtung ist mit einem Gewölbe verschlossen, das in einer Höhe von 0,6m über dem Badspiegel der im Strömungskanal befindlichen Schmelze angeordnet ist, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der heißen Reaktionsabgase zu gewährleisten. Auf der der runden Reaktionskammer gegenüberliegenden Seite des Strömungskanales 5 ist einseitig eine halbkreisförmige Erweiterung 6 in horizontaler Ebene angeordnet, die eine lichte Weite von 1,8 m aufweist. In der Erweiterung 6 befindet sich rechtwinklig zur Achse des Strömungskanals eine Schlackenabstichöffnung Über der Erweiterung 6 ist der Abzug 9 für die Reaktionsabgase angeordnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie folgt durchgeführt:

Im laufenden Prozeß befinden sich in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 m Schmelze. In der Reaktionskammer werden die ständig eingetragenen Ni-Fe-Luppen (6 % Ni; 76 % Pe; 0,5 # S; 1,5 % Cj 1 % SiO₅; 7 % CaO,MgO,Al3O₃-Körnung 0-100 mm) mit der Schmelze und mit der mittels

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Die Arbeitstemperatur zur Durchführung des Verfahrens liegt im Bereich von 1350 bis 1550 ⁰G.

Die Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß an einejgeschlossene runde Reaktionskanuner, die Öffnungen für den Eintrag von festen Nickel-Eisen-Luppen und zum tangentialen Einbringen einer Aufblaslanze sowie für den getrennten Austrag von Ferronickel und Schlacke und für den Austritt der Reaktionsabgase besitzt, entgegengesetzt dem durch die Schrägstellung der Aufblae^anae in day runden Reaktionskammer erzeugten Drehsinn ein Strömungskanal tangential angeschlossen ist, der in einem Abstand vom Boden der Reaktionskammer angeordnet ist, eine waagerechte oder zur Reaktionskammer hin leicht abfallende Bodenfläche besitzt, der ferner auf der der Reaktionskammer gegenüberliegenden Seite eine sich in horizontaler Ebene über den Schmelz- und Abgasraum erstreckende einseitige Erweiterung und den Abzug für die Reaktionsabgase aufweist und dessen Gewölbe insgesamt niedrig über der vorgesehenen Oberfläche der Schmelzprodukte verläuft, und daß im Bereich der Er-Weiterung die Schlackenabstichöffnung angeordnet ist.

Vorzugsweise besitzt der Strömungskanal eine Längenausdehnung von ^" 4 R, bezogen auf den Querschnitt der Reaktionskammer, und verläuft geradlinig. Die lichte Breite des Strömungskanals beträgt si R.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert

Die Abbildungen zeigen:

Fig. 1: Draufsicht der Vorrichtung im Schnitt Pig. 2: Seitenansicht der Vorrichtung im Schnitt.

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einer Lanze 4 aufgeblasenen Luft zur Reaktion gebracht. Dabei erfolgen bekanntermaßen eine Oxydation und Verschlackung des Eisens, wodurch der Hauptanteil der für die autotherme Prozeßführung erforderlichen Wärme freigesetzt wird, sowie gleichzeitig eine Raffination des entstehenden Ferronickels bzgl. der Gehalte an Verunreinigungen Kohlenstoff , Schwefel u.a_e Die Lanze 4 ist so eingestellt, daß in der runden Reaktionskammer 1 neben einer intensiven Turbulenz eine Rotation der Schmelzprodukte in Uhrzeigerrichtung erzielt wird. Die Schmelzprodukte bestehen aus in Bodennähe abgesetztem Ferronickel, noch metalltröpfchenhaltiger Schlacke und metalltröpfchenhaltigem Schlackenschaum. Etwa die Hälfte der geschmolzenen Produkte, mit Ausnahme des bereits abgesetzten Ferronickels, befindet sich in dem Strömungskanal 5» in dessen bauchiger Erweiterung 6 in Höhe des Schlackenspiegels der im wesentlichen kontinuierliche Austrag der Schlacke über die Schlackenabstichöffnung 8 erfolgt. Durch den ständigen Eintrag von Ni-Fe-Luppen in Zusammenwirkung mit der Turbulenz und Rotation der Schmelze sowie durch die hohe Abgasgeschwindigkeit wird ein Teil der Schlacke und des Schaumes mit hoher kinetischer Energie und unter starker Richtungsänderung in den Strömungskanal 5 ausgelenkt. Dadurch wird eine mehrfache horizontale und vertikale Richtungsänderung der nunmehr im Strömungskanal 5 befindlichen Schmelzprodukte eingeleitet. Es erfolgt dabei eine Koagulation und Anreicherung der Ferronickelpartikel in den bodennahen Partien der Schmelze in Verbindung mit einer Rückströmung dieser an Ferronickel angereicherten Partien aus dem Strömungskanal 5 in die Reaktionskammer 1. Die an Ferronickel weitgehend freie Schlacke wird in der bauchigen Erweiterung an der Schlackenabstichöffnung 8 im wesentlichen kontinuierlich ausgetragen, während die mit Nickel angereicherte metallische Phase Ferronickel mit 48 % Ni, 50 % Fe und ca. 2 % Verunreinigungen am Boden der runden Reaktionskammer 1 gesammelt und in Intervallen abgestochen wird»

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Durch den anhaltenden Kontakt der heißen Reaktionsabgase mit den Schmelzprodukten, der durch eine entsprechend niedrige Gewölbeführung über den Strömungskanal 5 erzielt wird, wird neben der Übertragung der kinetischen Energie von Abgas auf die oberflächennahen Partien der in den Strömungskanal 5 getriebenen Schmelze gleichzeitig auch eine intensive Übertragung der Abgaswärme auf die Schmelze erzielt, wodurch ein insgesamt günstiger Wärmehaushalt in der gesamten Verfahrensdurchführung und eine autotherme Arbeitsweise gewährleistet wird, obwohl Wärmeenergie im wesentlichen nur in der runden Reaktionskammer durch die bekannte Reaktion der Oxydation des Eiseninhaltes der Luppen mit dem aufgeblasenen Luftsauerstoff entsteht. Daraus resultiert, daß eine Zusatzheizung während des kontinuierlichen Verfahrensablaufes nicht erforderlich ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß hinsichtlich des Anreicherungseffektes des Nickels im Ferroniekel und hinsichtlich der Erzielung nickelarmer Schlacke hohe Wirkungsgrade erzielt werden und ein hohes Nickelausbringen erreicht wird.

Die Schlacke wird durch den intensiven Wärmeübergang aus den Abgasen bei den Arbeitstemperaturen von 1350 bis 1550 ⁰C in einem ausreichend dünnflüssigem Zustand erhalten, so daß sowohl die Trennung der metallischen von der Schlackenphase als auch der Austrag der Schlacke und des Ferronickels mit hoher Sicherheit erfolgt.

Die Anordnung der Abgasöffnung über der Erweiterung 6 ergibt ferner den Vorteil, daß während des Eintrages der Luppen keine Feststoff- oder Schlackenanteile mit dem Abgasstrom bis in den Abzug 9 des Abgases mitgerissen werden und daß dadurch Anbackungen im Abzug vermieden werden. Dadurch entstehen auch wesentlich verbesserte Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal.

Claims (8)

234897 7 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur autothermen Herstellung von Ferronikkel aus ÜTickel-Eisen-Luppen mittels Aufblasen von Luft auf die in einer Reaktionskammer befindlichen Schmelze in tangentialer Richtung, unter kontinuierlicher Zuführung von festen Luppen, im wesentlichen kontinuierlichem Austrag der Schlacke und Abstich des Perronickels in Intervallen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Nutzung der kinetischen Energie der in starker Turbulenz und in rotierender Bewegung befindlichen Schmelze und der der Reaktionsabgase ständig ein Teilstrom der Schmelze aus dem Bereich der rotierenden Bewegung abgezweigt, zu einer mehrfachen horizontalen und vertikalen Richtungsänderung und zu einer in sich gegenläufigen Bewegung veranlaßt wird und daß Partien dieses abgezweigten Teilstromes nach teilweisem Abbau seiner kinetischen Energie in den Bereich der rotierenden Bewegung zurückgeführt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Anteile der Schmelze, die sich im Bereich der rotierenden Bewegung und die sich außerhalb dieses Bereiches befinden, 0,8 bis 1,2 beträgt.

3. Verfahren nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsabgase mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über den abgezweigten Teilstrom der-Schmelze geführt werden.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitstemperaturen im Bereich 1350 bis 1550 ⁰C liegen.

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5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem vorzugsweise runden Reaktionsgefäß mit Öffnungen für den Eintrag von festen Nickel-Eisen-Luppen und zum Einbringen einer Aufblaslanze in tangentialer Richtung sowie für den getrennten Austrag von Ferronickel und Schlacke und den Austritt der Reaktionsabgase, dadurch gekennzeichnet, daß entgegengesetzt dem durch die Schräg-Stellung der Aufblaslanze (4) in einer runden Reaktionskammer (1) erzeugten Drehsinn tangential ein Strömungskanal (5) an die Reaktionskammer (1) anschließt, der in einem Abstand vom Boden der Reaktionskammer (1) angeordnet ist, eine waagerechte oder zur Reaktionskammer (1) hin leicht abfallende Bodenfläche besitzt, der ferner auf der der Reaktionskammer (1) gegenüberliegenden Seite eine sich in horizontaler Ebene über den Schmelz- und Abgasraum erstreckende einseitige Erweiterung (6) und einen Abzug (9) für die Reaktionsabgase aufweist und dessen Gewölbe niedrig über der vorgesehenen Oberfläche der Schmelzpunkte verläuft, und daß innerhalb der Erweiterung (6) die Schlackenabstichöffnung (8) angeordnet ist.

6» Vorrichtung nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (6) halbkreisförmig an den Strömungskanal (5) anschließt und daß ihr Radius dem Radius der Reaktionskammer (1) entspricht.

7. Vorrichtung nach Punkt 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (9) für die Reaktionsabgase über der Erweiterung (6) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Punkt 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (5) geradlinig verläuft, eine Länge von = 4 R und eine lichte Breite von = R, bezogen auf die Reaktionskammer (1),besitzt.

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