DE2364063C2

DE2364063C2 - Schmelzanlage

Info

Publication number: DE2364063C2
Application number: DE2364063A
Authority: DE
Inventors: Hirota Hachinohe Aomori 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: 1982-07-29
Also published as: BR7401495D0; US3885908A; DE2364063A1; FR2219981A1; CA1019024A; JPS49113706A; AU6412174A; FR2219981B1

Description

— daß die Gebläseeinrichtung mit dem Abgasauslaß verbunden ist, um den Druck im Verbrennungsraum zu verringern und somit Luft durch die Lufteinlaßöffnungen in den Verbrennungsraum einzusaugen, wobei das gebildete Verbrennungsgas aus dem Verbrennungsraum mittels der Gebläseeinrichtung durch den Abgabeauslaß abgesaugt wird,

— daß eine Wärmeaustauscheinrichtung zwischen dem Abgasauslaß und der Gebläseeinrichtung angordnet ist, um das Verbrennungsgas zu kühlen, wobei die Wärmeaustauscheinrichtung eine Einrichtung umfaßt, um eine kalte Luftströmung am Verbrennungsgas im Wärmeaustausch vorbeizuleiten, um hierbei das Verbrennungsgas zu kühlen und die kalte Luftströmung zur Bildung einer heißen Luftströmung zu erwärmen, und

— daß eine Staubsammlereinrichtung der Gebläseeinrichtung nachgeschaltet ist, um das gekühlte Verbrennungsgas aufzunehmen und von Staub zu reinigen.

2. Anlage nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch ein regulierbares Klappenventil, welches zwischen der Staubsammlereinrichtung und der Wärmeaustauscheinrichtung zum Einstellen des Strömungsdurchsatzes am Verbrennungsgas angeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Weiterleiten der heißen Luftströmung zum Brenner eines Drehrohrofens als dessen Sekundär- oder Tertiärluft zum Vorheizen des zu schmelzenden Materials.

Die Erfindung betrifft eine Schmelzanlage mit einem geschlossenen, elektrischen Ofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für eine derartige Anlage ist bereits eine Vorrichtung zum Einleiten von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft bekannt (DE-PS 1.2 45 399), mit der der elektrische Ofen durch seinen Deckel mit Druckluft beschickt wird, um zum vollständigen Abbrennen der entstehenden kohlenmonoxidhaltigen Gase den nötigen Sauerstoff zuzuführen. Der Zweck dieser Maßnahme HeRt darin, die im kohlenmonoxidhaltigen Gas enthaltene Energie zu nutzen, was dadurch erreicht wird, daß durch das Abbrennen dieser Gase innerhalb des Ofens die entstehende Wärme unmittelbar dem Schmelzprozeß zugeführt wird.

Nachteilig ist aber der Umstand, daß unter dem Deckfsl des elektrischen Ofens ein Überdruck entsteht, der auf irgendeine Weise beherrscht werden muö. Hierbei ist es natürlich nicht möglich, die anfallenden, staubhaltigen Abgase unmittelbar in die Umgebungsluft

to abzublasen, da dies eine unzulässige Umweltbelastung darstellen würde.

Üblicherweise leitet man derartige heiße Abgase durch ein elektrostatisches Filter, welches den hohen, anfallenden Temperaturen standhält und eine zwar aufwendige, aber ausreichende Entstaubung des Abgases durchzuführen im Stande ist

Die Verwendung einfacher Staubsammlereinrichtungen ist nicht möglich, da sonst diese den hohen Abgastemperaturen nicht standhalten würden.

Da der Druck im Inneren des elektrischen Ofen eine kritische Größe darstellt, deren Beherrschung schwierig ist, kann eine nachträgliche Kühlung der Abgase nicht erfolgen, da der zwangsläufige Strömungswiderstand einer derartigen Kühleinrichtung die Beherrschung des Druckes im Inneren des Ofens beeinträchtigen würde.

Ferner ist die Verbrennung bereits vor dem Anfall der Abgase abgeschlossen, so daß der wesentliche Enengieinhalt der im Ofen entstehenden Gase weitgehend ausgenutzt ist

Es ist ferner bekannt (US-PS 29 64 308), in einem Ofenprozeß anfallende, noch brennbare Abgase mittels einer Pumpe einem Verbraucher zuzuleiten.

Die heißen Verbrennungsgase aus den genannten Abgasen werden einem dem Verbraucher zugeordneten Teilprozeß zugeführt.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Anlage unter Heranziehung der eingangs genannten Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß die Umweltbelastung auf eine möglichst wirtschaftliche Weise verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
Erfindungsgemäß wird die Frischluft in den elektrisehen Ofen nicht eingeblasen, sondern eingesaugt.

Dies ermöglicht die Zwischenschaltung von Anlagenteilen in die Abgasleitung, ohne daß sich diese kritisch auf den Druck im Inneren des elektrischen Ofens auswirken. Ein derartiger Anlagenteil ist erfindungsgemaß aus einer Wärmeaustauscheinrichtung gebildet, welche eine Einrichtung umfaßt um kalte Luftströmung am Verbrennungsgas im Wärmeaustausch vorbeizuleiten, hierbei das Verbrennungsgas zu kühlen und die kalte Luftströmung zur Bildung einer heißen Luftströmung zu erwärmen, welche einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann.

Der Gebläseeinrichtung ist eine Staubsammlereinrichtung nachgeschaltet, da die Abgase nunmehr auf eine derartig niedrige Temperatur abgekühlt sind, daß diese Einrichtung nicht mehr Schaden nehmen kann.

Es wird somit erfindungsgemäß auch den nicht mehr brennbaren Abgasen der Wärmeeinhalt entzogen und dem weiteren Verfahren zugeführt, ohne daß deshalb ein übermäßiger Regelungsaufwand erforderlich wäre.

Die gekühlten Abgase lassen sich auf eine einfache und effektive Weise reinigen, ohne daß aufwendige, elektrostatische Entstaubungsanlagea notwendig wären.
Schließlich ist bei der erfindungsgemäßen Anlage die

Umweltbelastung gegenüber bisher möglichen Anlagen noch dahingehend verringert, daß auch die Temperaturbelastung der Umwelt entfällt, weil die Restwärme der Abgase im Wärmeaustausch zurückgewonnen wurde.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfind'uig sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

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

F i g. 1 eine Schnittansicht eines für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten geschlossenen Elektroofens,

F i g. 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

Fig.4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Schmelzen von Ferronickel gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 und 2 ist ein elektrischer Ofen 1, kurz »Ofen« genannt, gezeigt, mit einem Deckel 2, welcher eine Anzahl Luftansaugöffnungen 3 zum Absaugen 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 wird.

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 Füllschächte 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 9 über eine Anzahl von Auslassen 6 und Saugleitungen 7 aus dem Ofen abgesaugt, so daß im Ofen ein Unte/druck aufrechterhalten wird. Zur Aufrechterhaltung der günstigsten Bedingungen für die Verbrennung im Ofen ist zwischen dem Wärmeaustauscher 8 und dem Sauggebläse 9 eine fernbetätigbare Drosselklappe 10 eingebaut, mittels welcher die abgesaugte Abgasmenge und damit der Zustrom von Verbrennungsluft in den Ofen regulierbar ist. Nach dem Wärmeaustausch werden 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 auszuschneiden.

Ein Beispiel für einen im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Wärmeaustauscher ist in F i g. 3 dargestellt. Die Außenwandlungen des Wärmeaustauschers 8 sind beispielsweise in einer Dicke von 100 mm mit einem wärmedämmenden Material ausgekleidet, um Wärmeverluste durch Abstrahlung von den Wandungen zu vermeiden. Der Wärmeaustauscher hat einen Einlaß 13 für vom Ofen 1 zuströmende heiße Verbrennungsgase, einen Auslaß 14 für die Verb.rennungsgase, 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,

ίο sowie eine Anzahl von im Abstand von 2,6 m zueinander angeordnete Leitbleche 20, welche die eingeblasene Kaltluft wechselweise umleiten, um den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs zu verbessern. In der beschriebenen Anordnung hat die für den Wärmeaustausch wirksame Gesamtfläche eine Größe von 480 m².

Die heißen Verbrennungsgase aus dem Ofen 1 strömen in den Stahlrohren vom oberen Teil des Wärmeaustauschers abwärts, wobei sie ihre überschüssigen 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 Sekundäroder Tertiärluft etwa für einen öl- oder Gasbrenner verwendet werden.
F i g. 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 100 m Länge zum Rösten von Nickelerz 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 Nickelerz verläßt den Drehrohrofen 22 mit einer Temperatur von etwa 1000°C 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 1 angeordneten, mit Gießzement ausgekleideten Zwischenbehälter 25 entleert. Das Erz wird dann vom Zwischenbehälter 25 über mit Gießzement ausgekleidete Schächte 5 durch den Deckel 2 hindurch kontinuierlich dem Ofen 1 zugeführt Bis zum Eintritt in den Ofen sinkt die Temperatur des gerösteten Erzes durch

so Wärmeabgabe beim Transport zum Zwischenbehälter 25 und beim Aufenthalt in diesem und in den Schächten 5 auf etwa 700° C ab. Durch die Verbrennung der an der Oberfläche des Ofencharge freiwerdenden Ofengase mit der über die Luftansaugöffnungen 3 angesaugten Luft wird das geröstete Erz im Ofen wieder auf etwa 1000° C erhitzt. Für die Gewinnung von einer Tonne reinen Nickels sind 38 541 kg geröstetes Nickelerz erforderlich. Dies ergibt bei einem Temperaturanstieg von 300° C einen Gewinn an nutzbarer Wärme von

38 541 kg/to Ni X 0,24 kcal/°C kg X (1000-70O)⁰C = 2,775 X 10³kcal/to Ni.

Bei Umrechnung dieses Betrages in elektrische Energie ist eine Verringerung des Verbrauchs um 3230 KWh pro Tonne Nickel theoretisch möglich. Im herkömmlichen Verfahren beträgt der Energieverbrauch Dro Tonne Nickel 23 140 KWh. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Verbrennun£ von Ofengasen verringert sich der Energieverbrauch in der Praxis um etwa 250OkWh pro Tonne Nickel auf mithin etwa 20 640 kWh. Die an der Oberfläche der Ofencharge freiwerdenden Ofengase

haben die folgende typische Zusammensetzung: CO: 86,5%, CO₂: 10,0%, H₂: 1,5%, und ihre Menge beträgt etwa 2100Nm³ pro Tonne Nickel. Für die aus den Ofengasen gewonnene Verbrennungswärme ergibt sich somit:

CO..

■(

2100 x 0,865 x 28 22,4

2100X0,015 X 2 22,4

\ x 2430 kcal/kg = 5520 x 10³ kcal 80 x 10³ kcal

x 28 650 kcal/kg

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 8 vorgesehen. Die durch die vollständige Verbrennung der Ofengase erhaltenen heißen Abgase werden bei einer Temperatur von etwa 1000⁰C über die Auslässe 6 im Deckel 2 des Ofens abgesaugt und sammeln sich in einer zum Wärmeaustauscher führenden Saugleitung 7. Auf diese Weise gelangen durchschnittlich etwa 16 500 NmVh heiße Abgase mit einer Temperatur von mehr als 75O⁰C in den Wärmeaustauscher. Am Auslaß 5600 x 10³ kcal

14 des Wärmeaustauscher beträgt die Temperatur der Abgase etwa noch 400⁰C. Die Menge der bei einer Temperatur von etwa 25" C in den Wärmeaustauscher 8 eingeblasenen Kaltluft beträgt 30 000NmVh, so daß sich eine Erwärmung des Luftstroms auf 190° C ergibt. Die in einer Menge von 30 000 NmVh aus dem Wärmeaustauscher ausströmende erwärmte Luft wird über eine wärmeisolierte Leitung 34 als Sekundärluft S und Tertiärluft Γ dem ölbrenner 21 des Drehrohrofens 22 zum Rösten des Nickelerzes zugeleitet.

Unter der Annahme, daß die Temperatur der Luft in der Leitung 34 um 40⁰C sinkt, beträgt die durch die Sekundärluft 5 und die Tertiärluft T zugeführte nutzbare Wärme

30 000 Nm³ x 0,311 x (190-4O)⁰C = 1400 X 10³ kcal/h.

Dies entspricht einer Menge von etwa 140 l/h Schweröl. Da die Menge des pro Stunde gewonnenen Nickels bei einem Betrieb des Ofens mit 23 000 kW/h 1,1 to entsprechend einem Energieverbrauch von 20 640 kWh/to Ni beträgt, ergibt sich daraus eine Verringerung des Schwerölverbrauchs um 1401/1,1 to Ni gleich 127 1/to Ni. Die mit einer Temperatur von etwa 400° C aus dem Auslaß 14 des Wärmeaustauschers austretenden Abgase werden im nachgeschalteten Luftkühler auf etwa 160⁰C abgekühlt, zum Ausscheiden von Staub dem Filtersack-Staubabscheider 12 zugeführt und in die freie Atmosphäre entlassen.

Bei einer durchschnittlichen spezifischen Wärme des Kaltluftstroms und der Verbrennungsgase von 0,311 kcal/Nm³ bzw. 0340 kcal/Nm³ ergibt sich für den Wirkungsgrad η der Wärmeübertragung im Wärmeaus tauscher die Beziehung

16 500 Nm³ x 0,340 x (750-40O)⁰Ci/ = 30000 Nm³ x 0,311 x (190-25)°C

.". ., Φ 0,78

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 Ferronickel 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

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schmelzanlage mit einem geschlossenen, elektrischen Ofen, der einen Deckel mit mehreren Lufteinlaßöffnungen trägt und eine Gebäseeinrichtung, eine Einrichtung zum Einleiten einer Charge von zerschmelzendem Material sowie einen Abgasauslaß aufweist, wobei ein Verbrennungsraum zwischen Charge und Deckel vorliegt und der elektrische Ofen derart betätigbar ist, daß die Charge geschmolzen wird und als Nebenprodukt kohlenmonoxidhaltige Gase erzeugt und im Verbrennungsraum unter Bildung eines Verbrennungsgases völlig abgebrannt werden, dadurch gekennzeichnet,