DE2513060A1

DE2513060A1 - Verfahren zum kontinuierlichen vorwaermen und einschmelzen von verhuetteten eisenmineralien

Info

Publication number: DE2513060A1
Application number: DE19752513060
Authority: DE
Inventors: Ugo Brusa
Original assignee: CERETTI IND SpA
Current assignee: CERETTI IND SpA
Priority date: 1974-04-16
Filing date: 1975-03-25
Publication date: 1975-11-06
Also published as: CH585269A5; ES436858A1; FR2268078B3; FR2268078A1; US4002465A; JPS5116216A; SE428934B; NL7504307A; GB1454242A; BE827461A; SE7504324L; LU72287A1; IT1009463B; BR7502188A; ATA241775A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ina. Wasmsfcr
Dipl.-Jfig. Lgnrswivuchö

&K '-Iny. Graf
D-S^C RE3ENS3URG 2

Po.tfaci 332 Telefon (C941J 54753 24. März 1975

Societa per Azioni Industriale Pietro Maria Ceretti

Verfahren zum kontinuierlichen Vorwärmen und Einschmelzen von verhütteten Eisenmineralien

S3:sssi:x=ntE=s=s:sss3ssasnsie:sssss===s::=::ss8

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Vorwärmen und Einschmelzen von verhütteten Minera lien in Industrieöfen, insbesondere in elektrischen

Ofen.

Ea sind Verfahren zum Einschmelzen des verhütteten Minerals bekannt, bei denen das Mineral bei Umgebungstem peratur in die Ofen chargiert und dann bis zur Schmelz temperatur aufgeheizt wird, indem man einen elektrischen Lichtbogen verwendet, der zwischen entsprechenden Elektroden oder zwischen den Elektroden und der Ofensohle gezündet und aufrecht erhalten wird, oder indem man in das Mineral selbst induzierten Strom ausnutzt.

Das Chargieren des Minerals in den Ofen kann innerhalb

b G 9 B L₁ 5 / ü ^r! Q 5

des Kreises, in dem die Elektroden liegen, oder auonerhalb dieses Kreiaes, oder auch durch die Ofentttre bzw. durch seitliche HilfsÖffnungen erfolgen. Vorzugsweise wird das Mineral kontinuier lieh chargiert, beispielsweise mit Hilfe eines Förderbandes oder eines Rohrförderers, weil das kontinuierliche Chargieren bessere Einschmelzbedingungen gewährleistet.

Diese Verfahrensweise ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass sie sehr kostspielig ist, zum einen weil man elektrische Energie nicht nur zum Einschmelzen, sondern auch zum Vorwärmen des Minerals verwendet und dies unter erheblichen Wärmeverlusten durch die Chargieröffnungen des Ofens.

Zum anderen erfordert das verhüttete Mineral wegen seiner Porosität und nichtmetallischen Beimengungen einer* sehr hohen spesifisehen Energieverbrauch wodurch trotz günstigerer Einschmelzbedingungen infolge des kontinuierlichen Chargierens zur Erzielung nicht allzu langer Einschlezzeiten hohe Transforraatorleistungen zur Speisung des Ofens erforderlich werden, wobei derartige Transformatoren sowieso mit hohen Beschaffungskosten verbunden sind und überdies einen hohen Stromverbrauch aufweisen*

Der Einsatz solcher Hochleistungs-Transformatoren wird auch dadurch erforderlich, dass eine gute

-3-

Produktionsleistung auch insofern unerlässlich ist, weil die Chargiergeschwindigkeit der Einschmelzleiutun/5 dea Ofona angepasst werden muss.

Es ist ausserdem zu beachten, dass die für den Betrieb der auf Grund dieser bekannten Verfahren arbeitenden Anlagen erforderliche elektrische Energie nicht immer in vollem Masse zur Verfügung steht.

V Um diesen Mängeln zu begegnen, hat man gemäss dem

vorbekannten Stand der Technik versucht, das verhttt-

tete d.h. vorreduzierte Mineral unter Verwendung nichtelektrischer Mittel vorzuwärmen. Zu diesen Versuchen führte die Feststellung, dass man in Anlagen zum Einschmelzen von Eisen- und/oder Stahlschrott, wo im wesentlichen die vorbeschriebenen Verfahren zum Einsatz gelangten, eine Einsparung an elektrischer Energie und auch eine Abkürzung der Einschmelzzeiten erzielte, wenn der Schrott nach einer Vorwärmung in den elektrischen Schmelzofen chargiert wurde.

Dieses Vorgehen beim Verarbeiten von verhüttetem bzw. vorreduziertem Mineral hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, weil zur Erzielung merkbarer Einsparungen das Mineral auf eine Temperatur von einigen Hundert Celisiusgraden aufgewärmt werden muss und bei solchen Temperaturen schwer zu lösende Schwierigkeiten auftreten, insbesondere in Bezug

-4-

509ö4b/Ü7

auf die Aufrechterhaltung des Reduktionszustandes elco Minerals während der Beförderung desselben von der Vorwärmänlage zum Schmelzofen, d.h. es muss verhindert werden, dass eine ReOxydation des Minerals auftritt, bevor ea in die Schmelze eingebracht wird. Als einzige praktisch zufriedenstellende Lösung erschien es, das vorreduzierte, aus der Reduktionsanlage im heissen Zuetand ausgetragene Mineral unter Luftausschluss zum Stahlwerk zu transportieren und dort in den Schmelzofen zu chargieren. Diese Arbeite weise setzte jedoch die unmittelbare Nähe der Reduktionsanlage zum Stahlwerk voraus.

Zur Behebung der betrachteten Schwierigkeit hat man auch vorgeschlagen, das vorgewärmte Mineral nicht kontinuierlich, sondern chargenweise in den Ofen einzubringen, beispielsweise unter Anwendung von Korbchargiersystemen od. dgl. Dabei wurden jedoch durch die Nachteile der chargenweisen Ofenbelieferung die Vorteile des kontinuierlichen Chargierens praktisch aufgehoben.

Um diese Mängel des vorbekannten Standes der Technik zu beheben, wird nun durch die Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Einschmelzen von verhütteten Eisenmineralien vorgeschlagen, bei dem die elektrische Energie nur zum Einschmelzen verwendet wird, eine unmittelbare Nähe zwischen der Direktreduktionsanlage und der Schmelzanlage nicht erforderlich ist

-5-

509845/0705

und eine Heoxydation des Minerals grundsätzlich vermieden wird.

Das erfindungsgernässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Teil oder zur Gänze aus vorreduziertem Eisenraineral bestehende Char ge kontinuierlich in den Schmelzofen eingebracht und,nach Vorwärmen durch die aus dem Ofen austretenden Abgase und durch die Wärmeabgabe und die Rauchgase wenigstens einer zusätzlichen Heizvorrichtung, mit elektrischen Mitteln eingeschmolzen wird, und dass die Charge diese Wärmebehandlung erfährt, während sie im Innern einer hitzebeständigen, um eine zur waagerechten Ebene geneigte Achse sich drehenden Trommel eine Vorschub— und Rotationsbewegung ausführt, wobei diese Trommel mit ihrem unteren Ende über einen durch die Ofendecke geführten Kanal in den Schmelz ofen mündet.

Die Drehbewegung der Vorwärm- und Chargiertrommel bewirkt eine kontinuierliche Lageänderung der Charge im Trommelinnern, so dass durch die Konvektionsbewegungen der Ofenabgase, durch die Wirkung der zusätzlichen Heizvorrichtung und durch die Wärmestrahlung der Trommelwände eine gleichmässige Erwärmung der Charge vor dem Eintreten in den Schmelzofen erreicht wird.

-6-

509845/0705

I)ie in die zylindrische Vorwärmetrommel eingebrachte Charge kann ausscUliesslich aus vorreduziert era Eisenmineral bestehen. Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Charge auch eine massige Menge von Schlackenbildnern und/oder festen Brennstoffen enthält. Eine zweckmässige Dosierung fester Brennstoffe kann zur Aufrechterhaltung einer reduzierenden Atmosphäre im Innern der zylindrischen Trommel beitragen, ebenso wie die durch die Verbrennung dieser Peststoffe entwickelte Wärme die Erwärmung der Mineralcharge begünstigen kann.

Die Charge kann gegebenenfalls auch Metallschrott enthalten.

Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird die Bewegung der Charge im oberen Bereich der rotierenden Trommel abgebremst, beispielsweise durch Mittel, die den freien Fall der Charge verhindern. Auch diese Abbremsung bzw. Verlangsamung der Vorschubbewegung trägt zu einer gJeichmässigen Erwärmung des Minerals bei.

Einem weiteren vorteilhaften Kennzeichen der Erfindung geniäss wird der bereits in den Schmelzofen eingetretenen Charge eine Drehbewegung um

-7-

5098A5/0705

eine senkrechte Achse erteilt. Diese Drehbewegung begünstigt eine gleichmäs3ige Verteilung dea Chargengutes im Schmelzofen und verhindert ein stellenweis e& Anhäufen von Material, was den Schmelzvorgang verlängern und eine ReOxydation des Minerals begünstigen würde.

Nachstehend ist eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Schraelzanlage für vorreduziertes Eisenmineral näher beschrieben. Eine solche Anlage ist auf der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung in einer Seitenansicht in teilweisem Schnitt beispielsweise dargestellt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfasst eine Anlage zum Einschmelzen von vorreduziertem Mineral im wesentlichen wenigstens einen Schmelztiegel 1, eine Vorwärmvorrichtung 2 und eine Aufgabevorrichtung 3 zum Einbringen der Charge 29 in den Vorwärmer 2, wobei die Charge vorwiegend aus vorreduzier tem Mineral mit eventueller Beimengung von Schlacken bildnern und/oder festen Brennstoffen und/oder noch Metalleinsätzen, wie z.B. Eisen- und Stahlschrott, besteht.

Der Schmelztiegel 1 ist im wesentlichen durch einen elektrischen Induktionsofen oder Lichtbogenofen gebildet. Die Zeichnung zeigt einen Lichtbogenofen, mit einer Ofendecke 4, durch die die Elektroden 5 hindurchgeführt sind, wobei die Elektroden mittels

-8-

8 4 5/0705

einer an sich bekannten Vorrichtung 6 auf- und abwärts verstellbar sind. Per Schmelztiegel 1 ist mit seinem Unterteil an einer waagerechten Welle 7 saharni erartig angelenkt und kann mittels einer Winde 8 in die eine oder öie andere Richtung geschwenkt werden, sobald durch quer und parallel zur Welle 7 "/erlaufende öffnungen in der Tiegelwand die Entleerung der Schlacke und/oder der Verguss der Metallschmelze vorgenommen werden soll* Auf äer Seiehnung ist sine

« s

solche Öffnung zum Vergi essen, üer Metallschmelze ersichtlich.

Der Schmelztiegel 1 kann auch vorteilhafterweise um eine senkrechte Achse drehbar gelagert sein» damit das Mineral im Innern des Tiegels gleichmässig verteilt wird.

In der Decke 4 des Schmelstiegels 1 ist ein im wesentlichen senkrecht verlaufender Kanal H zum Einbrigen des vorgewärmten Minerals in den Tiegel vorgesehen. Dieser Kanal steht mit einem zweiten Kanal 14a im Unterteil 2a der Vorwärmervorrichtung 2 in Verbindung. Die beiden Kanäle sind durch eine Schiebewand 15 voneinander getrennt, die beispielsweise durch eine hydraulische oder pneumatische Winde 16 betätigbar ist und in offener Stellung etas vorgewärmte Mineral in den Schmelztiegel 1 und die Schneidgase in den Vorwärmer 2 durchläset.

-9-

509845/0705

Die Vorwärmvorrichtung 2 besteht aus einer zylindrischen Trommel aus hitzebeständigem Material, deren Achse zur waagerechten Ebene geneigt ist· Die Trommel ist in Tragstützen 21 um ihre Achse drehbar gelagert und ist ausserdem mit einer Drucklagerung aus Zahnrädern 22, 23 versehen, wodurch eine Gleitbewegung der Trommel nach unten verhindert, deren Drehbewegung hingegen zugelassen ist. Die Drehbewegung kann vorteilhaft durch einen Motor 17 bewirkt werden, der über ein Untersetzungsgetriebe 18 ein Kitzel 19 und ein zur Trommel koaxiales und mit deren Mantel fest verbundenes Zahnrad 20 betätigt.

Der äusserste Unterteil 2a der Trommel 2 ist mit der Decke 4 des Schraelztiegels 1 fest verbunden und vom restlichen Teil der Trommel durch eine Querwand 24 getrennt. In ihrem unteren Bereich weist diese

Querwand eine Öffnung 25 auf, deren Mitte gegenüber der Trommelachse versetzt ist und die als Auslass für das vorgewärmte Mineral dient·

Wenigstens im erwähnten Unterteil 2a der Trommel ist ein Brenner 26 vorgesehen, der durch direkte Wirkung oder durch seine Rauchgase zusammen mit den Ofenabgasen das Mineral in der Trommel vorwärmt. Weitere Brenner können eventuell im Innern der Trommel angeordnet sein.

Diese Brenner haben die Aufgabe, zur Aufrechterhaltung einer Reduktionsatmosphäre in der Trommel zwecks Ver-

-10-

50984 5/0705

hinderung der Reoxydation des Minerals beizutragen..

Der obere Teil der Trommel 2 ist durch eine Haube 27 mit einem Kamin 28 zum Sammeln und Abführen der Rauchgase verschlossen und mit einer Eintragöffnung für die Charge 29 versehen. Zum Abbremsen der anfänglichen Fallgeschwindigkeit der Charge gegen den Boden der Trommel 2, ist im erwähnten Oberteil eine Reihe von nach innen vorspringenden Rippen, Höckern/od.dgl. vorgesehen.

Zum Eintragen der Charge 29 in die Vorwärmtromrael 2 kann ein Förderband dienen, oder wie in der Zeichnung dargestellt, ein Rütteltrichter 3 mit einem Behälter 3a, einem in das Tromiielinnere ragenden Schüttmaul 3b und unteren Federlagern 31» auf denen der Trichter durch eine Exzentervorrichtung 32 in Rüttelbewegung versetzt werden kann.

In einer wie beschrieben ausgebildeten Anlage läuft das Verfahren zum Einschmelzen des vorreduzierten Minerals wie folgt ab: Das Mineral wird über den Rütteltrichter 3 bei Umgebungstemperatur in die Trommel 2 eingetragen und gleitet darin nach unten, wobei es anfänglich d.h. im oberen Bereich der Trommel durch die Vorsprünge 30 in seiner Geschwindigkeit abgebremst wird. In diesem oberen Bereich erfolgt die Erwärmung durch die Rauchgase des Brenners 26, durch die aus der Schmelze 1 aufsteigenden Abgase und auch durch die Wärmestrahlung der

-11-

509 84.5/07 0

hitzebeständigen Trommelwände, während im unteren Bereich der Trommel das Mineral vorwiegend durch direkte Einwirkung des Brenners 26 er Warnet, wird. Die Zeit, die die Charge benötigt, um die Strecke in der Trommel zurückzulegen, soll so bemessen sein, dass das Mineral auf eine hinreichend hohe Temperatur erwärmt wird, ohne jedoch zu reoxydieren. Hierzu wird in der Trommel 2 eine Reduktionsatmosphäre aufrechterhalten, indem man auch feste Brennstoffe der Charge beimengt, wobei während des Vorwärmens diese Brennstoffe verbrennen und reduzierende Gase entwickeln. Die Gleichraässigkeit der Erwärmung ist hingegen durch die Drehbewegung der Trommel 2 sichergestellt, indem die Chargenstücke durch diese Bewegung fortwährend ihre Lage verändern.

Das vorgewärmte Mineral tritt infolge der Troraraeldrehung durch die aussermittige öffnung 25 aus der Trommel 2 und gelangt duch die Kanäle Ha.und 14 in den Schmelztiegel 1, wo es durch den Lichtbogen geschmolzen wird. In dem Schmelztiegel kann sich bereits Metallschmelze befinden, was das Erhitzen de3 Minerals begünstigt und ausserdem zur gleichmassigen Verteilung desselben in dem sich langsam um eine senkrechte Achse drehenden Tiegel beiträgt. Sobald die Charge eingeschmolzen ist wird die Schlacke ausgetragen und die Metallschmelze ausgegossen« Dabei wird eine gewisse Menge von Schmelze

-12-

50 98 45/0705

im Tiegel belassen, um das Anfahren des Ofens für den nächstfolgenden Schraelzvorgang zu erleichtern.

Bei praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass mit einer solchen Anlage die verarbeitbare Menge an vor erwärmt eia Mineral einer Ofenleistung von etwa 50 - 60 kg/min/Megawatt entspricht. Um die Tragweite dieses Ergebnisses besser abzusehen, kann ein Vergleich angestellt werden mit den bekannten kontinuierlichen Einschmelzverfahren, bei denen das Mineral bei Umgebungstemperatur in den Ofen chargiert wird und die Ofenleistung in einer Grossenordnung von etwa 25 - 30 kg/min/Megawatt liegt.

-13-

509845/0705

Claims

Il Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Vorwärmen und Einschmelzen von verhütteten Eisenmineralien in Industrieöfen, insbesondere in elektrischen Ofen, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens zum grösseren Teil aus vorreduziertein Mineral bestehende Charge kontinuierlich in den Schmelzofen eingetragen und nach Vorwärmen durch die aus dem Ofen austretenden Abgase und durch die Wärmeabgabe und die Rauchgase wenigstens einer zusätzlichen Heizvorrichtung vorzugsweise mit elektrischen Mitteln eingeschmolzen wird, und dass die Charge diese Wärmebehandlung erfährt während die im Innern einer hitzebeständigen, um eine zur waagerechten Ebene sich drehenden Trommel eine Vorschub- und Rotationsbewegung ausführt, wobei diese Trommel mit ihrem unteren Ende über einen durch die Ofendecke geführten Kanal in den Schmelzofen mündet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit den vorreduzierten Eisenraineralien auch Schlackenbildner und /oder feste Brennstoffe in die Vorwärmtrommel eingetragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusaimnen mit den vorreduzierten Eisenmineralien auch Metalleinsätze, insbesondere Schrott, in die Trommel eingetragen werden.

-H-

509845/0705

4. Verfahren nach Anspruch 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fallgeschwindigkeit der Charge im oberen Bereich der Trommel abgebremst wird, indem in dieeem Trommelbreich den freien Fall der Charge hemmende Mittel angeordnet werden.

5". Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Heizvorrichtungen vorwiegend im unteren Bereich der von der Charge in der Trommel zurückgelegten Strecke zur Auswirkung gelangen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass das vorgewärmte Mineral beim Austreten aus der Trommel in eine im Schmelzofen bereits vorhandene Metallschmelze eingebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schmelzvorganges der Charge im Schmelztiegel und der eventuell darin vorhandenen Vorschmelze eine langsame Drehbewegung um eine senkrechte Achse erteilt wird.

8. Vefahren nach Anspruch 1 bin 7, dtri urch gekennzeichnet, dass nach jedem beendigten Schmelzvorgang, die flüssige Metallschmelze ausgegossen und dabei eine gewisse Restmenge davon als Vorschmelze zum Anfahren des nächstfolgenden Schmelzvorganges im Tiegel belassen wird.

509845/0705