DE2343072C2

DE2343072C2 - Induktionsofen für Schmelzenreduktion

Info

Publication number: DE2343072C2
Application number: DE2343072A
Authority: DE
Inventors: Bertil Dipl.-Ing. Västeraas Hanaas
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-09-07
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1982-08-12
Also published as: JPS5342006B2; GB1441139A; DE2343072A1; JPS4965306A; US3869560A; SE389512B

Description

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 reduzierte Metall erneut oxydiert.

Ein Verfahren zur Überwindung dieses Problems ist der sogenannte Doredprozeß gemäß DE-OS 14 33 367. Bei diesem Verfahren hat das Futter der Ofenwand jedoch nur eine geringe Lebensdauer. 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 und Schlich ( = Feinkoks und Erzkonzentrat), die an der Oberfläche der Schmelze zugesetzt werden. Die Wärme von Rinnenofeninduktoren wird der Reaktionsschicht durch die Sch'acke zugeführt, die jedoch ein schlechter Wärmeleiter ist

ίο 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 an der Oberfläche der Schlacke ablaufen 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 ableitet, d.h. die magnetischen Flußlinien werden sich im wesentlichen ihren Weg durch den aus Eisen bestehenden Teil der Schmelze suchen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 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 Losung dieser Aufgabe wird ein Induktionsofen der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches und den Unteransprüchen genannten Merkmale gekennzeichnet ist.

Durch die Erfindung erhält man eine gute Kontrolle über die Reaktionen. Temperaturen und Abstiche nach Schmelzenreduktionen der genannten Art ]ede Zone wird dem begrenzten Prozeßablauf angepaßt. Man hat z. B. eine Erwärmungszone mit induktiver Zufuhr der erforderlichen Reaktionswärme zur flüssigen Schlacke, eine Ruhezone zum Abschirmen der Flußlinien.von dem Metall und zum Trennen von Metall und Schlacke sowie zum Abstich der Schlacke. Eine Warmhaltezone mit induktiver Zufuhr von Wärme über gewöhnliche Induktoren wird in dem unteren Teil des Ofens gebildet. Sie dient zum Absetzen des reduzierten Metalls (z. B. Eisens). Diese Zone ist vorzugsweise mit einem Abstich versehen.

Die Reaktionszone, z. B. ein flüssiges Schlacken-Koksbett, ist über der Erwärmungszone angeordnet. Ihr wird Material (FeO in Form von Konzentrat, Kohle oder Koks und Kalk) zugeführt.

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

F i g. I einen Rinnenofen nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Tiegelofen nach der Erfindung.
F i g. 1 zeigt einen Ofen gemäß der Erfindung, bei dem um eine Erwärmungszone 12 mit flüssiger Schlacke und Erz eine Spule 11 angeordnet ist, die vorzugsweise mit netzfrequentem Strom gespeist wird. Dem Ofen werden also Erzkonzentrat sowie evtl. andere Zusätze zugeführt wie femkörniges Eisenerzkonzentrat und Reduktionsmittel. Auf der flüssigen Schlackenschicht liegt ein Koksbett oder dergleichen, das die Reaktionsschicht 13 bildet.

Die Reaktionsschicht 13 besteht also im Prinzip aus einem Koksbett, und sämtliches Material, Koksstaub,

evtl. vorreduziertes Erzkonzentrat 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. Kohlenmonoxyd, zieht durch ein Loch 14 in der Ofendecke ab. Dieses ijas kann auf bekannte Weise in einem Kraftwerk ausgenutzt werden, z. B. zum Heizen eines Dampfkessels für eine Turbine mit Generator zur Energieerzeugung. Wie bereits erwähnt, wird dem Raum über der Reaktionsschicht 13 in einer nicht dargestellten Weise Erzkonzentrat (wie FeO), Kohie oder Koks und 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. Reduziertes Metall, wie z. B. 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 Öfen induktiv erwärmt wird; gleichzeitig erhält man eine kräftige Badbewegung (siehe Pfeile in Zone 12).

Unterhalb der Spule 10 befindet sich eine Schlange wassergekühlter, nicht stromführender Rohre 15, die um die Ruhezone 16 der flüssigen Schlacke angeordnet ist. 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 Erzkonzentrat 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 aus dieser Zone kann Schlacke abgestochen werden, beispielsweise intermittierend über ein Abstichloch 18 im unteren Teil der Zone. Zwischen den Abstichen wird das Loch 18 mit einem Stopfen verschlossen. Die Schlacke in Zone 12 muß für die induktive Erwärmung und die Reduktion warm sein. An der Ofenwand bildet sich bei Betrieb des Ofens ein Schlackenansatz 19, der einen guten Schutz für das gestampfte oder gemauerte Ofenfutter bildet.

In der unteren Warmhaltezone 17 befindet sich Roheisen oder anderes Metall, das ganz oder teilweise durch Reduktion aus dem Erzkonzentrat mittels der Schlacke gewonnen wurde. Dieses geschmolzene Metall wird mittels eines oder mehrerer Induktoren, die vorzugsweise austauschbar und vom Rinnen'yp sind, auf der gewünschten 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 N^etall wird diskontinuierlich oder evtl. kontinuierlich durch ein im Boden angebrachtes Regelventil 22 abgestochen. Dieses Regelventil kann beispielsweise von der in der GB-PS 12 81 377 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.

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 Roheisenzonc 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 Schlakkenrand 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 einer Zuführung für Reduktionsmittel und Erzkonzentrat zu dem Oberteil des Ofens verbunden werden, um das Niveau in gewünschter Lage zu halten, z. B.

unmittelbar unter dem Abstichloch 18.

Fig.2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Ofens nach der Erfindung, der sich von dem Ofen gemäß Fig. 1 dadurch 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.

Bei Inbetriebnahme der Öfen nach der Erfindung wird zuerst der untere Teil (Warmhaltezone 17, 25) mit flüssigem E'sen gefüllt und danach der obere Teil mit flüssiger Schlacke. Koksstaub und Erzkonzentrat wird später chargiert. In dem Maße, wie das Eisenniveau steigt, kann das Abstechen von Eisen wie auch von Schlacke erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. induktionsofen für Schmelzenreduktion mit einer Erwärmungs- und einer Warmhaltezone für reduziertes Metall oder eine reduzierte Metallegierung im unteren Teil des Ofens, wobei der Ofen an seinem oberen Teil mit einer induktiven Heizvorrichtung verschen ist. dadurch gekennzeichnet, daß die obere Sehlackenerwärmungszonc (12) und die untere Warmhaltczonc (17, 25) durch eine unbeheizte Ruhezone (16) voneinander getrennt sind.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhezone (16) von Kühlorganen (1'5) umgeben ist.

3. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltezone (17, 25) im unteren Teil mit einer oder mehreren, zweckmäßigerweise austauschbaren induktions-Rinneneinheiten oder Induktionsspulen 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 Abstichvorrichtungen (22) versehen ist.

5. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der oder an der Ruhezone eine Abstichvorrichtung (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 Reaktionspartnern und/oder das Abstechen in Abhängigkeit der Anzeige des Niveaumessers (23) steuerbar ist.