DE19540641C2 - Verfahren zum Betrieb einer Induktionsvorrichtung beim Ausfluß nichtmetallischer Schmelzen - Google Patents

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.