DE19540641C2 - Verfahren zum Betrieb einer Induktionsvorrichtung beim Ausfluß nichtmetallischer Schmelzen - Google Patents
Verfahren zum Betrieb einer Induktionsvorrichtung beim Ausfluß nichtmetallischer SchmelzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionsvorrichtung beim
Ausfluß nichtmetallischer Schmelzen oder Schlacken.
In Schmelzengefäßen von thermischen Müll- oder Sondermüll Verwertungsanlagen
entstehen nichtmetallische, insbesondere mineralische oder glasartige,
schmelzenflüssige Schlacken, die kontinuierlich oder diskontinuierlich über einen
Auslauf abgezogen werden müssen. Solche Schlacken können auch mit Metallen,
insbesondere Schwermetallen, verunreinigt sein. Ähnlich wird bei Glaswannenöfen
die glasartige Schmelze abgezogen.
Die Schlacke bzw. Schmelze ist äußerst aggressiv und führt deshalb zu einem
schnellen Verschleiß des Auslaufs, selbst wenn dieser aus einem keramischen
Feuerfestmaterial besteht. Die Standzeit des Auslaufes ist also nur kurz.
Das Wiederanfahren der Anlage nach dem Erstarren der Schmelze bzw. Schlacke
im Auslauf erfolgt nach dem Stand der Technik durch von außen herangeführte
Sauerstofflanzen. Dieses Freibrennen des Auslaufes ist problematisch, weil dadurch
dessen Verschleiß zusätzlich erhöht wird.
Mit Sauerstofflanzen läßt sich der Schmelzenausfluß in der Praxis nicht dosieren, so
daß es nicht möglich ist, auf betriebsbedingte Viskositätsänderungen der Schlacke
bzw. Schmelze zu reagieren. Solche Viskositätsänderungen wirken sich auf den
Auslaufbetrieb störend aus.
In der DE 41 25 916 A1 ist ein Verfahren zum Aufheizen eines keramischen
Formteils mittels eines Induktors beschrieben, das ein Kohlenstoffgerüst besitzt,
durch das das Formteil an das elektromagnetische Feld des Induktors ankoppelt.
Das Formteil wird als Ausgußorgan für eine Metallschmelze verwendet. Für die oben
beschriebenen Schlacken oder Schmelzen eignet sich das Formteil nicht, weil es
gegen deren Aggressivität nicht resistent ist.
Aus der DE 41 36 066 A1 ist eine Ausgußeinrichtung für ein metallurgisches Gefäß
bekannt. Diese weist eine gekühlte Induktionsspule auf, die gegenüber einer
Ausgußhülse verschieblich ist und mit der sich die Ausgußhülse aufheizen und
abkühlen läßt. Für mineralische oder glasartige Schmelzen bzw. Schlacken ist die
Ausgußhülse ungeeignet.
Nach der US-PS 4 471 488 soll ein Induktor eine Ausgußhülse auf eine Temperatur
bringen, die größer ist als die Schmelztemperatur der Schmelze im Gefäß. Der
Induktor soll also die Ausgußhülse so heiß halten, daß sie den Schmelzenausfluß
nicht beeinflußt.
In der DE 41 08 153 A1 ist eine Ausgußhülse mit einem Induktor für eine metallische
Schmelze beschrieben. Es ist dort angegeben, daß im Auslaufkanal der
Ausgußhülse ein Körper angeordnet ist, welche dazu führt, daß im Zusammenwirken
mit einem vom Induktor ausgehenden elektromagnetischen Feld der Fluß der
Metallschmelze zu steuern ist. Eine solche Beeinflussung des Schmelzenausflusses
ist bei einer Metallschmelze, nicht jedoch bei einer nichtmetallischen Schmelze
möglich.
Die US-PS 5 367 532 befaßt sich mit einem Schmelzengefäß für nichtmetallische
Schmelzen. Es ist lediglich vorgeschlagen, den Boden des Schmelzengefäßes zu
kühlen, um im Bodenbereich eine Verschleißschutzschicht zu schaffen. Am Auslauf
ist weder ein Induktor noch eine Kühlung vorgesehen.
In der DE 42 07 694 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallen hoher
Reinheit im Umschmelzverfahren beschrieben. Für nichtmetallische Schmelzen ist
die Vorrichtung nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, am Auslauf von nichtmetallischen, insbesondere
mineralischen und/oder glasartigen Schmelzen bzw. Schlacken, den Verschleiß zu
reduzieren und den Schmelzen- bzw. Schlackenausfluß dosierbar und nötigenfalls
ein- und abschaltbar zu machen.
Obige Aufgabe ist durch den Patentanspruch 1 gelöst.
Mittels des Induktors ist die Röhre oder Rinne induktiv direkt oder indirekt
aufheizbar, wobei die Schmelze oder Schlacke durch Wärmeleitung oder
Wärmestrahlung der Röhre oder Rinne aufgeheizt oder gekühlt wird. Der Induktor ist
vorzugsweise von einer von einem Kühlmedium durchströmten Induktionsspule
gebildet.
Durch die Steuerung der elektrischen Induktorleistung, ggf. in Verbindung mit der
dem Induktor eigenen Kühlung, ist es möglich, die Temperatur der keramischen
Röhre oder Rinne (Auslauf) einzustellen und damit die Viskosität der Schmelze oder
Schlacke im Ausflußquerschnitt von fest bis dünnflüssig einzustellen. Es ergeben
sich dabei die folgenden Betriebsmöglichkeiten, wobei nachfolgend unter
"Schmelze" eine nichtmetallische, insbesondere mineralische und/oder glasartige
Schmelze oder Schlacke zu verstehen ist.
a) Im Ausflußbetrieb wird die Temperatur der keramischen Röhre oder Rinne so
eingestellt, daß an der inneren Oberfläche der schmelzenführenden Wand der
Röhre oder Rinne eine feste oder zähflüssige Schmelzenschicht entsteht. Diese
Schicht bildet einen autogenen Verschleißschutz in der Röhre oder Rinne, da wegen
der festen bzw. zähflüssigen Konsistenz ein Eindringen der Schmelze in die Poren
des keramischen Materials der Röhre oder Rinne unterbunden ist und die im
Zentrum des Ausflußquerschnittes durchfließende, dünnflüssige Schmelze nicht an
die innere Oberfläche der Röhre oder Rinne gelangen kann.
Die Verschleißschutzschicht ist selbstheilend, weil an etwa entstehenden Fehlstellen
nachfließende Schmelze von selbst wieder fest bzw. zähflüssig wird.
Ein überraschender Effekt ist dabei, daß die Verschleißschutzschicht von der
Schmelze selbst gebildet ist, die an sich im dünnflüssigen Zustand im wesentlichen
für den Verschleiß verantwortlich ist. Dies ist bei nichtmetallischen Schmelzen
erreichbar, weil diese anders als metallische Schmelzen keine definierte
Liquidustemperatur haben.
b) Durch die Temperatureinstellung bzw. Leistungseinstellung im Ausflußbetrieb läßt
sich auch die Ausflußmenge pro Zeiteinheit dosieren. Hierbei sind zwei Faktoren
maßgeblich; zum einen führt eine niedrige Temperatur der Röhre oder Rinne zu
einer dickeren Verschleißschicht als eine höhere Temperatur und zum anderen führt
eine niedrigere Temperatur zu einer höheren Viskosität der durchfließenden
Schmelze als eine höhere Temperatur. Insgesamt stellt sich also bei einer
niedrigeren Temperatur eine kleinere Ausflußmenge pro Zeiteinheit ein als bei einer
höheren Temperatur. Durch eine Steuerung der elektrischen Leistung des Induktors
und/oder dessen Kühlung ist es also auf einfache Weise möglich, die Ausflußmenge
zu dosieren.
c) Zum Verschließen des Auslaufs wird dieser unter der Wirkung der dem Induktor
eigenen Kühlung, insbesondere bei abgeschalteter elektrischer Induktorleistung, so
weit abgekühlt, daß die durchfließende Schmelze in ihm erstarrt.
d) Zum Wiederanfahren des Schmelzenausflusses wird der Auslauf mittels des
Induktors wieder induktiv direkt oder indirekt aufgeheizt, so daß sich die im Auslauf
verfestigte Schmelze wieder mehr oder weniger verflüssigt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Ofen zur thermischen Müllverwertung und
Fig. 2 eine Ansicht einer Induktionsvorrichtung als Schmelzen- bzw.
Schlackenauslaß für einen Ofen nach Fig. 1, dieser gegenüber
vergrößert, im Teilschnitt.
Der Ofen (1) zur thermischen Müllverwertung weist eine Einschmelzzone (2), eine
Reduktionszone (3) und eine Absetzzone (4) auf. Die Beheizung der
Einschmelzzone (2) und der Absetzzone (4) erfolgt beispielsweise mittels fossilen
Brennstoffen. Die Reduktionszone (3) wird beispielsweise elektrisch beheizt.
Der Einschmelzzone (2) ist eine Beschickungseinrichtung (5) vorgeschaltet, die
beispielsweise mit Schlacke und Asche aus einer vorhergehenden
Müllverwertungsstufe beschickt wird. Der Absetzzone (4) ist eine Einrichtung (6) zur
Granulation der Restschlacke nachgeschaltet.
Zwischen der Einschmelzzone (2) und der Reduktionszone (3) sowie dieser und der
Absetzzone (4), sowie dieser und der Einrichtung (6) zur Granulation sind jeweils
Schmelzen- bzw. Schlackenausläufe (7) (Fig. 2) eingebaut. Zwischen den Zonen (2,
3, 4) und der Einrichtung (6) können jeweils auch mehrere Schlacken- bzw.
Schmelzenausläufe (7) strömungstechnisch parallel angeordnet sein.
Der Schmelzen- bzw. Schlackenauslauf (7) weist einen spulenförmigen elektrischen
Induktor (8) mit einem hohlen Querschnitt (9) auf, der von einem Kühlmedium
durchströmt ist. Der Induktor (8) ist in einen Mantel (10), beispielsweise aus
Isolierbeton, eingebettet. Induktor (8) und Mantel (10) bilden eine Induktorbaueinheit.
Im Induktor (8) ist als Suszeptor eine Röhre (11) aus elektrisch leitfähigem
keramischem Material, insbesondere kohlenstoffhaltigen SiC, angeordnet. Beim
Betrieb des Induktors (8) wird die Röhre (11) induktiv aufgeheizt. In der Röhre (11)
ist eine rohrförmige Feuerfestauskleidung (12) vorgesehen, die gegen
Schlackenangriff verschleißfester ist als die Röhre (11). Die Feuerfestauskleidung
(12) besteht beispielsweise aus einem Korund-Chrom-Material. Die
Feuerfestauskleidung (12) kann auch entfallen.
In Fig. 2 ist eine Verschleißschutzschicht (13) dargestellt, die von einem festen
oder zähflüssigen Schlackenpelz der den Auslauf (7) in Richtung des Pfeiles (F)
durchfließenden Schmelze oder Schlacke (14) selbst gezielt gebildet ist. In Fig. 2
ist im Auslauf (7) ein Badspiegel (B) dargestellt. Dieser wird sich im
ausgangsseitigen Auslauf (7) der Absetzzone (4) einstellen. Bei den Ausläufen (7)
zwischen der Einschmelzzone (2) und der Reduktionszone (3) sowie dieser und der
Absetzzone (4) wird der Badspiegel (B) nicht bestehen. Diese Ausläufe sind im
gesamten Querschnitt - bis auf die Verschleißschutzschicht (13) - schmelzen- bzw.
schlackendurchströmt.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Ausläufe ist im wesentlichen folgende:
An einem nicht näher dargestellten Steuergerät für den Induktor (8) ist die
elektrische Induktorleistung einstellbar, wobei der Induktor (8) mittels des ihn
durchströmenden Kühlmediums gekühlt wird. Der Suszeptor (11) ist dabei induktiv
mehr oder weniger aufheizbar und durch Wärmeleitung durch die Kühlung des
Induktors (8) mehr oder weniger kühlbar. Die Temperatur des Suszeptors (11) wird
durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung auf die Auskleidung (12) und von dieser
auf die Schmelze oder Schlacke (14) im Auslauf (7) übertragen.
Die Induktorleistung bzw. Temperatur wird so eingestellt, daß sich an der inneren
Oberfläche der Auskleidung (12) der Schlackenpelz (13) einstellt, der fest oder
zähflüssig sein kann. Dieser verhindert, daß dünnflüssige Schmelze oder Schlacke
direkt mit der Auskleidung (12) in Kontakt kommt und schützt diese dadurch vor der
aggressiven dünnflüssigen Schmelze oder Schlacke. Durch die
Temperatursteuerung läßt sich auch die Viskosität der durchfließenden Schmelze
oder Schlacke einstellen.
Zum Unterbrechen des Schmelzen- bzw. Schlackenflusses wird der Induktor (8)
elektrisch abgeschaltet. Unter der Wirkung seiner Kühlung werden nun die Röhre
(11) und die Auskleidung (12) gekühlt, so daß die Schmelze bzw. Schlacke im
Auslauf (7) durchgehend erstarrt. Das Wiederanfahren erfolgt durch Einschalten des
Induktors (8), wodurch die erstarrte Schmelze bzw. Schlacke wieder verflüssigt wird.
Claims (5)
1. Verfahren zum Betrieb einer Induktionsvorrichtung mit einem um eine
keramische Röhre oder Rinne angeordneten Induktor beim Ausfluß von
nichtmetallischen Schmelzen oder Schlacken, insbesondere mineralischen
und/oder glasartigen Schmelzen oder Schlacken, zur Einstellung der
Viskosität über den Ausflußquerschnitt der Schmelze oder Schlacke von fest
bis dünnflüssig, wobei
- a) im Ausflußbetrieb die Temperatur der Schmelze oder Schlacke durch die Induktorleistung in Verbindung mit der Kühlung des Induktors so eingestellt wird, daß in der Röhre oder Rinne eine aus der Schmelze oder Schlacke selbst entstehende Verschleißschutzschicht gebildet wird,
- b) und im Ausflußbetrieb zur Verringerung der Ausflußmenge die Temperatur so erniedrigt wird, daß einerseits die Verschleißschutzschicht dicker und andererseits die Viskosität erhöht wird,
- c) und zum Verschließen des Auslaufs die Temperatur so erniedrigt wird, daß die Schmelze in der Röhre oder Rinne erstarrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Induktor an einen Suszeptor ankoppelt, der durch Wärmeleitung
und/oder Wärmestrahlung die feste Schmelze oder Schlacke mehr oder
weniger verflüssigt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Röhre oder Rinne bzw. der Suszeptor aus einem harzgebundenen,
tonerdehaltigen Material oder einem kohlenstoffgebundenem SiC-Material,
besteht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Röhre oder Rinne aus einem keramischen Korund-Chrom-Material
besteht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Röhre oder Rinne mit oder ohne zusätzlichem Suszeptor als
auswechselbares Bauteil in einer Induktorbaueinheit einsetzbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995140641 DE19540641C2 (de) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | Verfahren zum Betrieb einer Induktionsvorrichtung beim Ausfluß nichtmetallischer Schmelzen |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19540641A1 DE19540641A1 (de) | 1997-05-07 |
DE19540641C2 true DE19540641C2 (de) | 1999-06-17 |
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DE (1) | DE19540641C2 (de) |
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