DE2343072A1

DE2343072A1 - Induktionsofen fuer schmelzenreduktion

Info

Publication number: DE2343072A1
Application number: DE19732343072
Authority: DE
Inventors: Bertil Dipl-Ing Hanaas
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-09-07
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1974-03-14
Also published as: SE389512B; GB1441139A; JPS4965306A; DE2343072C2; US3869560A; JPS5342006B2

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut M iss I ing 63 Giessen 14-»8.1973

Dipi.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

rx ι ι u· D ι Telefon: (0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim B ο eck er

Boe/Sn 11.710

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget^ Västeras /Schweden

Induktionsofen für Schmelzenreduktion

Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsofen für Schmelzenreduktion wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist.

In unterschiedlichen Zusammenhängen sind verschiedene Verfahren zur Gewinnung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze, z.B. Eisen, Chrom oder andere Metalle oder Mischungen derselben, aus Oxyden dieser Metalle bekannt geworden. Bei Schmelzenreduktion nach diesen Prinzipien, d.h. bei Eisen und anderen Metallen mit hoher Affinität zu Sauerstoff, ist die Reaktion C + MO-*M + CO endotherm, so daß dem Reaktionsraum "Wärme zugeführt werden muß.

Ein Problem besteht hierbei darin, wie die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme zu der Reaktionszone überführt werden kann, ohne daß das herausreduzierte Metall erneut oxydiert.

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Ein Verfahren zur Überwindung dieses Problems ist der sogenannte Doredprozess gemäß DT-OS 1433 367. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das Futter der Ofenwand nur eine geringe Lebensdauer hat. Dies liegt daran, daß die Wärme von dem Raum über dem Koksbett über das Ofenfutter auf die Schmelze übergeführt wird.

Ein bereits vorgeschlagener Gedanke zur Lösung dieses Problems besteht darin, daß die erforderliche Reduktionswärme der Schmelze durch induktive Erhitzung zugeführt wird. Ausgangsmaterial ist hierbei gewöhnlich Koksgestübbe + Schlich, die an der Oberfläche der Schmelze zugesetzt werden, und die Wärme von z.B. Rinnenofeninduktoren wird der Beaktionsschicht durch die Schlacke zugeführt, die jedoch ein schlechter Wärmeleiter ist.

Man hat jedoch theoretisch bewiesen, daß flüssige Schlacke mit niederfrequentem Wechselstrom (50 Hz) in einem Ofen mit einem Durchmesser von mehr als 5 m mit gutem Wirkungsgrad induktiv erwärmt werden kann. Läßt man die Reaktion auf der Oberfläche der Schlacke geschehen und wird die Wärme über die darunterliegende Schlacke zugeführt, so kann ein niederfrequenter Tiegelofen verwendet werden. Hierbei besteht jedoch die Schwierigkeit, daß, wenn sich ein Eisenbad unter der Schlacke bildet, dieses den magnetischen Fluß "stiehlt", d.h. die magnetischen Flußlinien werden sich im wesentlichen ihren Weg durch den aus Eisen bestehenden Teil der Schmelze suchen.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Induktionsofen der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei dem das Futter eine hohe Lebensdauer hat und bei dem keine Gefahr besteht, daß die Flußlinien in die aus Eisen bestehenden Teile der Schmelze ausweichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Induktionsofen der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches und den Unteransprüchen genannten Merkmalen gekennzeichnet ist.

Durch die Erfindung erhält man eine gute Kontrolle über die Reaktionen, Temperaturen und Abfüllungen bei Schmelzenreduktionen der genannten Art. Jede Zone wird ihrer begrenzten Prozeßstufe angepaßt. Man hat z.B. eine Erwärmungszone mit induktiver Zufuhr der erforderlichen Reaktionswärme zur flüssigen Schlacke, einer Ruhezone zum Abschirmen der Flußlinien von dem Metall und zum Trennen von Metall und Schlacke sowie -zum Abfüllen von Schlacke. Eine Warmhaltezone mit induktiver Zufuhr von Wärme über gewöhnliche Induktoren wird von dem unteren Teil im

des

Ofen gebildet. Sie dient zur Aufnahme/gebildeten (herausreduzierten) Metalls (z.B. Eisens). Diese Zone ist vorzugsweise mit Abfüllorgänen versehen.

Die Reaktionszone, z.B. ein flüssiges Koksbett, ist über der Erwärmungszone angeordnet, und ihr wird Material (FeO (Schlich), Kohle oder Koks, Kalk) zugeführt.

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Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Rinnenofen nach der Erfindung, Fig. 2 einen Tiefelofen nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Ofen gemäß der Erfindung, bei dem um einer Erwärmungszone 12 mit flüssiger Schlacke/Erz eine Spule 11 angeordnet ist, die vorzugsweise mit netzfrequentem Strom gespeist wird. Dem Ofen werden also Erzschlich sowie evtl. andere Zusätze zugeführt, wie Eisenerzschlich und Reduktionsmittel, und auf der flüssigen Schlackenschicht liegt ein Koksbett oder dergleichen, das die Reaktionsschicht bildet.

Die Reaktionsschicht 13 besteht also im Prinzip aus einem Koksbett, und sämtliches Material, evtl. vorreduzierter Kohlenstaub, Schlich und evtl. Kalk, wird an mehreren Punkten an der Peripherie von oben zugeführt. Die erforderliche Reaktionswärme kommt von der darunterliegenden Schlackenschicht, und sich bildendes Gas, wie z.B. Kohlenstoffoxyd, zieht durch ein Loch 14 im Ofendach ab. Dieses Gas kann auf bekannte Weise in einem Kraftwerk ausgenutzt werden, z.B. zum Heizen eines Dampfkessels für eine Turbine mit Generator für die Energieerzeugung. Wie bereits erwähnt, wird dem Raum über der Reaktions-

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schicht 13 in einer nicht dargestellten Weise Schlich, wie FeO, Kohle oder Koks Lind Kalk zugeführt. Es wird nur so viel CO im Ofen verbrannt, daß die örtlichen Verluste gedeckt werden. Der restliche Wärmeinhalt wird für die erwähnte Energieerzeugung verwendet. Gebildeter Schlich und Roheisen ("bei Eisenherstellung) sinkt nach unten in die Zone 12.

In der Zone 12 erhält man eine Emulsion aus flüssiger Schlacke und Roheisen, die von der Spule 11 um den Ofen induktiv erwärmt wird; gleichzeitig erhält man eine kräftige Badbewegung (siehe !feile in Zone 12).

sich
Unterhalb der Spule 10 befindet/eine Schlange wassergekühlter, nicht stremgespeister Rohre 15, die sich um die Rühezone 16 der flüssigen Schlacke legt. Diese sogenannte Ruhezone'dient der Trennung von Eisen (oder anderem Metall) und Schlacke, um eine gute Ausbeute zu erhalten. In dieser Zone wird Eisen bzw. anderes Metall aus dem Schlich gewonnen. Gleichzeitig bildet die Zone 16 einen Sicherheitsabstand zwischen der Spule 11 und der darunter liegenden Eisenschmelze in der Zone 17. Die Wärmeverluste in der Ruhezone 16 werden von unten und oben ausgeglichen. Die Ruhezone hat zugleich die Aufgabe, die magnetischen Flußlinien von dem Eisen abzuschirmen, und von dieser Zone kann Schlacke abgefüllt werden, bepsielsweise intermittierend über ein Abfülloch 18 im unteren Teil der Zone. Zwischen den Abfüllungen wird das Loch 18 mit einem Stqfen ver-

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schlossen. Die Schlacke in Zone 12 muß für die Induktionserwärmung und die Reduktion warm sein. An der Ofenwand bildet sich bei Gebrauch des Ofens gefrorene Schlacke 19, die einen guten Schutz für das gestampfte oder gemauerte Ofenfutter bildet.

In der unteren Warmhaltezone 17 befindet sich Roheisen oder anderes Metall oder eine Metallegierung, das/die ganz oder teilweise durch Herausreduzierung aus dem Erzschlich und der Schlacke gewonnen wurde. Dieses geschmolzene Metall wird mittels eines oder mehrerer Induktoren, die vorzugsweise austauschbar und vom Rinnentyp sind, auf gewünschter Temperatur gehalten, wobei also eine in den Ofenherd mündende Schmelzenschlinge den Sekundärkreis zu einer mit niederfrequentem Strom gespeisten Primärwicklung 21 bildet, die ein- oder mehrphasig* angeordnet und gespeist sein kann« Gebildetes Roheisen oder anderes Metall wird satzweise oder evtl. kontinuierlich durch ein im Boden angebrachtes Regelventil 22 abgefüllt. Dieses Regelventil kann beispielsweise von der in der GB-PS 1 281 377 beschriebenen Art sein, bei dem die Steuerung des austretenden Schmelzenflusses durch Einwirkung elektromagnetischer Kräfte auf die Schmelze erfolgt» Das Ventil kann vorzugsweise mit einem von außen zu betätigendem Ventil des Dreh- oder Schiebertyps kombiniert werden, .auch die Ventilorgane können austauschbar sein.

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Die Wasserkühlung der Schicht in der Ruhezone durch die Kühlschlange 15 trägt dazu bei, daß sich - wie in der Erwärmungszone 12 - eine schützende Schicht 19 aus erstarrter Schlacke auf dem Futter bildet. Es ist von Vorteil, wenn sich die Kühlschlange 15 auch ein Stück über die Roheisenzone 17 erstreckt, um das Futter in dem kritischen Abschnitt zu schützen, in welchem sich der Schlackenrand befindet. In der Warmhaltezone 17 sollte die Isolierung kräftiger sein, um Wärmeverlusten entgegenzuwirken.

Der untere Schlackenrand sollte auf einem bestimmten gewünschten Niveau gehalten werden. Der Schlackenrand wird mittels eines Niveaumessers 23 gemessen, der beispielsweise nach dem Kontaktprinzip, dem Thermoelementenprinzip oder einem optischen Prinzip aufgebaut sein kann. Dieser Niveaumesser 23 kann evtl. mit einem Organ für die Zuführung von Reduktionsmittel und Schlich zu dem Oberteil des Ofens verbunden werden, um das Niveau in gewünschter Lage zu halten, z.B. .unmittelbar unter dem Abfülloch 18.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform eines Ofens nach der Erfindung, der sich von dem Ofen gemäß Fig. 1 cfeiurch unterscheidet, daß die Wärmequelle 24 für den Warmhalteteil 25 (entsprechend Teil 17 in Fig. 1) aus einer oder mehreren äußeren Spulen besteht, die mit nieder- oder hochfrequentem Strom gespeist werden.

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Bei Inbetriebnahme der Öfen nach der Erfindung wird zuerst der untere Teil (Warmhaltezone 17, 25) mit flüssigem Bisen gefüllt und danach der obere Teil mit flüssiger Schlacke.
Koksstaub und Schlich usw. wird später chargiert. In dem Maße, wie das Eisendveau steigt, kann das Abfüllen von Eisen wie auch von Schlacke erfolgen.

Die obige Erfindung kann im Rahmen der Patentansprüche variiert werden.

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Claims

Patentansprüche t

\ Λ ^J Induktionsofen für Schmelzenreduktion mit einer Erwärmungsbzw· Warmhaltezone für herausreduziertes Metall oder herausreduzierte Metallegierung im unteren Teil des Ofens, wobei der Ofen an seinem oberen Teil mit einem induktiven Erwärmungsorgan für die Zufuhr von Reaktionswärme zu der Schlacke und/oder dem Erz versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schlackenerwärmungszone (12) und der Warmhaltezone (17, 25) im unteren Teil des Ofens eine Ruhezone (16) ohne Erwärmungsorgane angeordnet ist, die die genannten Zonen voneinander trennt.
2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhezone (16) mit Kühlorganen (15) ausgerüstet ist.
3· Induktionsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltezone (17, 25) im unteren Teil mit einer oder mehreren, zweckmäßigerweise austauschbaren Rinnenöfeneinheiten oder Induktionsspulen des Tiegeltyps versehen ist.
4. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltezone (17, 25) im unteren Teil des Ofens unten mit einem oder mehreren Abfüllorganen (22) versehen ist.

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5. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der oder an der Ruhezone ein Abfüllorgan (18) für Schlacke angeordnet ist.
6. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über der Schlackenerwärmungszone (12) eine Reaktionszone (13) vorhanden ist, über der mindestens eine GasaustrittsÖffnung (14) angeordnet ist.
7. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhezone (16) ein Niveaumesser (23) für das Metall oder die Metallegierung angeordnet ist.
8. Induktionsofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Schlacke/Erz und/oder das Abfüllen in Abhängigkeit der Anzeige des Niveaumessers (23) steuerbar ist.

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