DE2364063A1

DE2364063A1 - Geschlossener elektroofen und verfahren fuer den betrieb eines solchen

Info

Publication number: DE2364063A1
Application number: DE2364063A
Authority: DE
Inventors: Hirota Amano; Kosuke Murai; Yoshishige Nagoya; Takashi Takeuchi
Original assignee: Pacific Metals Co Ltd
Current assignee: Pacific Metals Co Ltd
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-09-05
Also published as: DE2364063C2; BR7401495D0; US3885908A; FR2219981A1; CA1019024A; JPS49113706A; AU6412174A; FR2219981B1

Description

DR. BFRG DIPI..-ING. STAPF DIPL.-iNG. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

24-

Anwaltsakte 24 655 21. Dezember 1973

PACIFIC METALS CO., LTD Chiyodaku, Tokyoto, Japan

Geschlossener Elektroofen und Verfahren für den Betrieb eines solchen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für den Betrieb eines geschlossenen Elektroofens zum Schmelzen von Ferroniekel, Eisenlegierungen, Roheisen oder Titanschlacke sowie auf eine Schmelzanlage zum Durchführen des Verfahrens. 40983 870697

f (0811) 98 82 72 - 8 München 80, MauerkircherstraBe 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

<089> 98 70 43 Telegramme: BERGSTAPFPATErJT München Hypo-Bank München 389 2623

98 33 10 TELEX: 05 24560 BERGd Postscheck München 653 43-808

Im herkömmlichen Betrieb eines geschlossenen Elektroofens werden die hauptsächlich Kohlenmonoxid enthaltenden Ofengase nicht im Ofen verbrannt, sondern über eine Anzahl von Absaugöffnungen im Ofendeckel abgesaugt, einer außerhalb des Ofens angeordneten Gasreinigungseinrichtung zugeführt und dann als Brenngas verwendet.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die beim Reduktionsschmelzen einer kalten oder heißen Charge aus Metalloxiden unter Verwendung von kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln wie Koks und/oder Kohle freiwerdenden, hauptsächlich Kohlenmonoxid enthaltenden Ofengase innerhalb des Ofens vollständig verbrannt werden, um die Ofencharge mit der Verbrennungswärme zu Erhitzen und damit den Verbrauch an elektrischer Energie einzuschränken.

Insbesondere ist bei einem Verfahren der genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Verbrennungsgase über eine Saugleitung aus dem Ofen abgesaugt und. einem dem Elektroofen zugeordneten Wärmeaustauscher zugeführt werden, um eine diesem mittels eines eigenen Gebläses zugeführte kalte Strömung zu erhitzen, daß die erhitzte Strömung als Sekundär- oder Tertiärluft für einen öl- und/oder Gasbrenner oder in einer Trockenanlage verwendet wird und daß die durch den Wärmeaustausch auf eine zuträgliche Temperatur eingestellten Verbrennungsgase zum Ausscheiden von Staub einem Staubabscheider zugeführt und dann in die freie Atmosphäre abgeführt werden.

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Die Erfindung "bietet "besondere Vorzüge hinsichtlich der Wärmeausnutzung, der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit gegen Umweltverschmutzung. Diese Vorzüge ergehen sich aus der Kombination eines für eine wirksame Verbrennung der Ofengase eingerichteten Elektroofens mit einem Wärmeaustauscher zum Wiedergewinnen von überschüssiger Wärme und einem Staubabscheider zum Ausscheiden von Staub aus den Verbrennungsgasen.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Pig. 1 eine Schnittansicht eines für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten geschlossenen Elektroofens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Oberseite des Ofens,

Fig. 3 eine teilweise im Schnitt bzw. in Draufsicht gezeigte Ansicht eines im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Wärmeaustauschers und

!"ig. 4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Schmelzen von Ferronickel gemäß der Erfindung.

In Pig. 1 und 2 ist ein Elektroofen 1 dargestellt, mit einem Deckel 2, welcher eine Anzahl Luftansaugöffnungen 3 zum Ansaugen von Luft in den Ofen aufweist. An der Oberfläche der Ofencharge freiwerdende, hauptsächlich Kohlenmonoxid enthaltende Ofengase werden mit der angesaugten Luft schnell innerhalb des Ofens verbrannt, wobei die Charge 4-durch die Verbrennungswärme sowie durch Strahlung erhitzt

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/μ

Durch den Deckel 2 des Ofens sind mehrere hitzebeständige Einfüllschächte 5 in der Weise hindurchgeführt, daß im Ofen ein ausreichender Verbrennungsraum für die vollständige Verbrennung der Ofengase verbleibt. Die Abmessungen der Füllschacht sind je nach deren räumlicher Anordnung so gewählt, daß zwischen der Innenseite des Deckels 2 und der Oberfläche der Charge der günstigste Zwischenraum aufrechterhalten bleibt.

Die Verbrennungsgase werden mittels eines an der Austrittsseite eines Wärmeaustauschers 8 angeordneten Sauggebläses über eine Anzahl von Auslässen 6 und Saugleitungen 7 aus dem Ofen abgesaugt, so daß im Ofen ein Unterdruck aufrechterhalten wird. Zur Aufrechterhaltung der günstigsten Bedingungen für die Verbrennung im Ofen ist zwischen dem Wärmeaustauscher 8 und dem Sauggebläse 9 eine fernbetätigte Drosselklappe 10 eingebaut, mittels welcher die abgesaugte Abgasmenge und damit der Zustrom von Verbrennungsluft in den Ofen regulierbar ist. Nach dem Wärmeaustausch werdeil die Verbrennungsgase in einem Sekundärkühler 11 auf eine zuträgliche Temperatur abgekühlt und dann einem Filtersack-Staubabscheider 12 zugeführt, um vor dem Austritt in die freie Umgebung mitgeführten Staub auszuscheiden.

Ein Beispiel für einen im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Wärmeaustauscher ist in Fig. 3 dargestellt. Die Außenwandungen des Wärmeaustauschers 8 sind beispielsweise in einer Dicke von 100 mm mit einem wärmedämmenden Material ausgekleidet₉ um Wärmeverluste durch Abstrahlung

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von den Wandungen zu vermeiden. Der Wärmeaustauscher hat einen Einlaß 13 für vom Ofen 1 zuströmende heiße Verbrennungsgase," einen Auslaß 14- für die Verbrennungsgase, einen Einlaß 15 zum Einblasen eines kalten Luftstroms mittels eines Druckgebläses, einen Auslaß 16 für den erhitzten Luftstrom, einen Staubtrichter 17, eine Zellenradschleuse 18 zum Austragen von Staub und einen Wärmeaustauscherblock 19.

Der Wärmeaustauscherblock 19 enthält einhundertzwanzig senkrecht angeordnete, 14-,3 m lange Rohre von. 80 mm Durchmesser aus einer Stahllegierung, sowie eine Anzahl von im Abstand von 2,6 m zueinander angeordnete Leitbleche 20, welche die eingeblasene Kaltluft wechselweise umleiten, um den Wirkungsgrad des Wärmeaustausche zu verbessern. In der beschriebenen Anordnung hat die für den Wärmeaustausch

wirksame Gesamtfläche eine Größe von 480 m .

Die heißen Verbrennungsgase aus dem Ofen 1 strömen in den Stahlrohren vom oberen Teil des Wärmeaustauschers abwärts, wobei sie ihre überschüssige Wärme an die Rohrwandungen abgeben, und verlassen den Wärmeaustauscher über den Auslaß 14-. Der über den unteren Einlaß 15 eingeblasene Kaltluftstrom verläuft vom unteren Teil des Wärmeaustauschers 8 in Schlangenlinien aufwärts und nimmt dabei durch Bestreichen der Rohrwandungen Wärme auf. Der auf diese Weise erhitzte Luftstrom tritt dann über den Auslaß 16 aus und kann dann als Sekundär- oder Tertiärluft etwa für einen Öl- oder Gasbrenner verwendet werden.

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Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm für die Aufbereitung von Ferronickel unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dem dargestellten Beispiel ist ein Drehrohrofen 22 mit 4,7 m Durchmesser und 10Om Länge zum Rösten von ITickelerz vorgesehen, sowie ein geschlossener Elektroofen von 25 000 KVA, ein Wärmeaustauscher für die Rückgewinnung der Abgaswärme und ein Filtersack-Staubabscheider. Die Anlage arbeitet mit heißer Beschickung.

Das mittels eines Ölbrenners 21 beheizte geröstete ETickelerz verläßt den Drehrohrofen 22 mit einer !Temperatur von etwa 1000 ⁰C und fällt in mit Gießzement ausgekleidete Behälter 23- Die das geröstete Erz enthaltenden Behälter 23 werden mittels eines Krans 24 in einen oberhalb des Ofens E angeordneten, mit Gießzement ausgekleideten Zwischenbehälter 25 entleert. Das Erz wird dann vom Zwischenbehälter 25 über mit Gießzement ausgekleidete Schächte 26, 28 durch den Deckel 27 hindurch kontinuierlich dem Ofen E zugeführt. Bis zum Eintritt in den Ofen sinkt die Temperatur des gerösteten Erzes durch Wärmeabgabe beim Transport zum Zwischenbehälter 25 und beim Aufenthalt in diesem und in den Schächten 26 auf etwa 700 ⁰C ab» Durch die Verbrennung der an der Oberfläche des Ofencharge freiwerdenden Ofengase mit der über die öffnungen 29 angesaugten Luft wird das geröstete Erz im Ofen wieder auf etwa 1000 ⁰C erhitzt. Für die Gewinnung von einer Tonne reinen Wickels sind 38 541 kg geröstetes Mckelerz erforderlich. Dies ergibt bei einem Temperaturanstieg von 300 ⁰C einen Gewinn an nutzbarer Wärme von

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38 541 kg/to Ni χ 0,24 kcal/°C kg χ (1000 - 70O)⁰C = 2,775 x 10⁵kcal/to Ni.

Bei Umrechnung dieses Betrags in elektrische Energie ist eine Verringerung des Verbrauchs um 3-230 KWh pro Tonne Uickel theoretisch möglich. Im herkömmlichen Verfahren "beträgt der Energieverbrauch pro Tonne Nickel 23 140 KWh. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Verbrennung von Ofengasen verringert sich der Energieverbrauch in der Praxis um etwa 2 500 kWh pro Tonne Nickel auf mithin etwa 20 640 kWh. Die an der Oberfläche der Ofencharge freiwerdendön Ofengase haben die folgende typische Zusammensetzung: CO : 86,5%, CO₂ : 10,0%, H₂ : 1,5%, und ihre Menge

7.

beträgt etwa 2_t100 Net pro Tonne Nickel. Für die aus den Ofengasen gewonnene Verbrennungswärme ergibt sich somit:

C₀ ... ( _{} x 2 450 kcal/kg}

= 5 520 χ 10⁵ kcal

... ( ₎ _χ _2Q ^_Q _kc&1/kg

80 χ 10⁵ kcal

5 600 χ 10³ kcal

Diese Wärmemenge ist ausreichend für eine beträchtliche Erhöhung der nutzbaren Wärme des gerösteten Nickelerzes.

Die Nutzleistung des Wärmeaustauschers ergibt sich aus den nachstehend erläuterten Beziehungen* Im dargestellten Beispiel ist ein Wärmeaustauscher 30 vorgesehen. Die durch, die vollständige Verbrennung der Ofengase erhaltenen heißen Abgase werden bei einer Temperatur von etwa 1000 ⁰C über

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die Auslaßöffnungen 5*F im Deckel 27 des Ofens abgesaugt und sammeln sich in einer zum Wärmeaustauscher führenden Leitung 32. Auf diese Weise gelangen durchschnittlich etwa 16 500 Wm heiße Abgase mit einer Temperatur von mehr als 750 ⁰C in den. Wärmeaustauscher. Am Auslaß 33 des Wärmeaustauschers beträgt die Temperatur der Abgase etwa noch 400 ⁰C. Die Menge der bei einer Temperatur von etwa 25 C in den Wärmeaustauscher 30 eingeblasenen Kaltluft beträgt 30 000 Wm /h, ^so daß sich eine Erwärmung des LuftStroms auf 190 ⁰C ergibt. Die in einer Menge von 30 000 Wiir/h aus dem Wärmeaustauscher ausströmende erwärmte Luft wird über eine wärmeisolierte Leitung 34- als Sekundärluft S und Tertiärluft T dem Ölbrenner 21 des Drehrohrofens 22 zum Rösten des Wickelerzes zugeleitet.

Unter der Annahme, daß die Temperatur der Luft in der Leitung 34 um 40 ⁰C sinkt, beträgt die durch die Sekundärluft S und die Tertiätluft T zugeführte nutzbare Wärme 30 000 Wm⁵ χ 0,311 x (190 - 40) ⁰C = 1 400 χ 10⁵ kcal/h.

Dies entspricht einer Menge von etwa 140 l/h Schweröl. Da die Menge des pro Stunde gewonnenen Wickels bei einem Betrieb des Ofens mit 23 000 kW/h 1,1 to entsprechend einem Energieverbrauch von 20 640 kWh/tο Wi beträgt, ergibt sich daraus eine Verringerung des Schwerölverbrauchs um 140 1/1,1 to Wi gleich 127 1/to Hi. Die mit einer Temperatur von. etwa 400 ⁰C aus dem Auslaß 33 des Wärmeaustauschers austretenden Abgase werden im nachgeschalteten Luftkühler auf etwa 160 ⁰C abgekühlt, zum Ausscheiden

von Staub dem RLltersack-Staubabschei&er 36 zugeführt und

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in die freie Atmosphäre entlassen.

Bei einer durchschnittlichen spezifischen Wärme des Kaltluft Stroms und der Verbrennungsgase von 0,311 kcal/Nur bzw. 0,34-0 kcal/lTm ergibt sich für den Wirkungsgrad y\ der Wärmeübertragung im Wärmeaustauscher die Beziehung

16 500 Nm⁵ χ 0,34-0 χ (750 - 400) ⁰C λ = 30 000 Hm⁵ χ 0,511 x (190 - 25) ⁰C

Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, ergibt sich durch die zweckmäßige Kombination eines geschlossenen Elektroofens mit einem Wärmeaustauscher und einem Staubabscheider eine beträchtliche Energieeinsparung bei der Gewinnung von IPerronickel und anderen Ferrolegierungen in einem geschlossenen Ofen. Durch Verwendung des im Wärmeaustauscher erwärmten Luftstroms als Sekundär und/oder Tertiärluft in einem Drehrohrofen, einem Trockenofen oder einem Vorerhitzer verringert, sich der Verbrauch an Schweröl oder Gas um ein beträchtliches Maß, so daß sich die Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der Anlage erheblich verbessert.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren für den Betrieb eines geschlossenen Elektroofens zum Schmelzen von lerronickel, Eisenlegierungen, Roheisen oder Titanschlacke, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenseite eines Ofendeckels und der Oberfläche der Ofencharge ein Verbrennungsraum gebildet wird, daß die durch reduzierende Reaktion freiwerdenden, hauptsächlich Kohlenmonoxid enthaltenden Ofengase unter Verwendung von über eine Anzahl Einlaßöffnungen im Ofendeckel angesaugter Verbrennungsluft vollständig verbrannt werden, daß die heiß oder kalt eingebrachte Charge des Ofens mit der Verbrennungswärme der Ofengase sowie mit Strahlungswärme erhitzt wird, daß die im Verbrennungsraum vollständig verbrannten Ofengase unter Verwendung eines einem Staubabscheider zugeordneten Sauggebläses über wenigstens eine Absaugöffnung im Deckel des Ofens abgesaugt werden, daß die abgesaugten verbrannten Ofengase in einem zwischen dem Ofen und dem Staubabscheider angeordneten Wärmeaustauscher zur Erzeugung eines Warmluftstroms in Wärmeaustausch mit einem Kaltluftstrom gebracht werden, daß die Verbrennungsgase nach dem Wärmeaustausch und nach Abscheiden von Staub in die freie Atmosphäre entlassen werden und daß die erzeugte Warmluft als Sekundär- oder Tertiärluft für einen öl- oder Gasbrenner eines Drehrohrofens zum Erhitzen des Beschxckungsguts" oder in einem besonderen Trockenofen oder Vorerhitzer verwendet wird.

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2. Schmelzanlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Elektroofen (E) mit einem von einer Anzahl Luft-Ansaugöffnungen (3) sowie wenigstens einer Absaugöffnung (6, 31) zum Absaugen von Verbrennungsgasen durchsetzten Deckel (2, 27)» durch wenigstens einen hitzebeständigen Süllschacht (5, 26), welcher derart durch den Deckel hindurch in den Ofen hineinragt, daß darin ein Verbrennungsraum gebildet ist, durch einen Wärmeaustauscher (8, 30) für die Rückgewinnung von Wärme aus den über die Absaugöffnung aus dem Ofen abgesaugten Verbrennungsgasen, durch einen Staubabscheider (12, 36) zum Ausscheiden von Staub aus den den Wärmeaustauscher verlassenden Verbrennungsgasen, durch eine Drosselklappe (10) zum Regulieren der Strömungsmenge der Abgase und durch ein zusammen mit der Drosselklappe zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Staubabscheider angeordnetes Sauggebläse (9» S¹)·

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