DE2604855A1

DE2604855A1 - Verfahren zum erwaermen metalloxydhaltigen materials in einem rinnenofen sowie rinnenofen zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2604855A1
Application number: DE19762604855
Authority: DE
Inventors: Bengt Fredrikson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1976-09-02
Also published as: JPS5539118B2; JPS51109536A; SE424916B; SE7502083L; FR2302657A1; FR2302657B1; US4082544A; GB1528655A

Description

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Väst eras/Schwe den

Verfahren zum Erwärmen metalloxydhaltigen Materials in einem Rinnenofen sowie Rinnenofen zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von Metalloxydmaterial der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art sowie einen Rinnenofen zur Durchführung des Verfahrens. Durch ein solches Verfahren wird ein elektrisch nicht leitendes Material über einen metallischen Sumpf im Rinnenofen erwärmt.

Von der Schlackenwolle-Herstellung ist es bereits bekannt, daß elektrisch nicht leitendes Material, wie Diabas, Quarz usw., in einem kippbaren Rinnenofen geschmolzen, überhitzt und warmgehalten werden kann, wobei der Induktor einen Sumpf aus geschmolzenem Stahl erwärmt und das nicht leitende Material auf dem Stahlbad schwimmt und von diesem erwärmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren in der Weise weiterzuentwickeln, daß es auch zur Raffinierung und/oder Reduktion sowohl natürlicher Mineralien wie industrieller Produkte und Abfalle, bestehend aus Oxyden, Sulfiden usw. aus Metallen und Halbleitern, wie beispielsweise Eisen,

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Kupfer, Chrom, Aluminium, Magnesium, Kalzium, Silizium, verwendet werden kann. Stoffe wie diese und andere können auch in elementarer Form vorhanden sein. Sämtliche Materialien der genannten Arten und/oder Kombinationen dieser Materialien werden nachstehend Mineral genannt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 - Q genannt.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zu entwickeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ofen nach dem Oberbegriff des Anspruches 10 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 10 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Ofens nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 11 und 12 genannt.

Das Verfahren nach der Erfindung hat einerseits den Vorteil, daß die elektrische Energie auf wirksame Weise vom Induktor

_tund andererseits, über die Sumpf schmelze auf das Mineral übertragen wircT/t daß man

das unreine Mineral in eine wertvolle Y/are, beispielsweise weißen Zement, umwandeln kann. Auch kann man aus dem Mineral Metalle gewinnen, welche den Metallsumpf im Rinnenofen bereichern oder komplettieren.

Das eben genannte Anwendungsbeispiel ist nur eines von vielenj es ist auch denkbar, Düngemittel, Straßendecken, Erdbereicherungsmittel usw. aus dem Mineral zu gewinnen. Auf diese Y/eise wird auch das Problem gelöst, daß ein derartiges Mineral normalerweise nicht elektrisch leitend ist und somit nicht in üblichen elektrischen metallurgischen Öfen geschmolzen werden kann.

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

Fig. 1 einen mit Sumpfschmelze gefüllten Rinnenofen, wobei sich der Induktor in Bodenlage befindet,

Fig. 2 den Ofen gemäß Fig. 1 in einer etwas gekippten Lage, wobei Gas in die Sumpfschmelze eingeblasen wird,

Fig. 3 die Chargierung des Minerals in den Ofen unter Einblasung von Gas,

Fig. 4 das Einblasen von Gas zuzüglich Raffinierungs- und/oder Reduktionsmittel in einen beschickten

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Fig. 5 das Einblasen sowohl in den Sumpf wie in das Mineral,

Fig. 6 das Abgießen des Minerals aus dem Ofen,

Fig. 7 das Abgießen der Sumpfschmelze aus einem Rinnenofen,

Fig. 8 ein Beispiel für die Kühlung des Ofenfutters.

Fig. 1 zeigt einen Rinnenofen gemäß der Erfindung im Schnitt, der aus einem Ofengefäß 1 und einem Induktor 2 des Einfachoder Doppelrinnentyps besteht. Anders als im gezeigten Fall können am Ofengefäßi zwei oder mehrere Induktoren angebracht sein. Der Ofen hat eine Gießschnauze 3» die auch in Fig. 6 bezeichnet ist, wo das Abfüllen in Richtung des Pfeils 13 geschieht. In Fig. 1 sind ferner zwei an gegenüberliegenden Seiten der Ofenwand angeordnete Einblasöffnungen 5 für Gas und/oder pulverförmiges Raffinierungs- und/oder Reduktionsmittel gezeigt. Der Ofen kann auch mit nur einer Einblasöffnung versehen sein. Ferner brauchen die Einblasöffnungen nicht in der in Fig. 1 gezeigten Lage angeordnet zu sein, sondern sie können an derselben Seitenwand in verschiedener Höhe angeordnet sein, wobei man Gas und/oder Pulver sowohl in den Sumpf wie in das Oxydmaterial einblasen kann. 4 ist eine Beschickungsöffnung, vorzugsweise zum Abgießen des Sumpfes oder des Überschusses in demselben, siehe auch Fig. 7, während 6 eine Beschickungs- und Abgießöffnung für das Mineral ist.

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Beim Anfahren des Ofens wird bei 7 eine metallische Schmelze, der sogenannte Sumpf, eingefüllt. Dieser Sumpf besteht normalerweise aus Stahl- oder Eisenschmelze. Die Schmelze füllt die Kanäle des Induktors und wird auf übliche Weise gemäß dem elektrischen Transformatorprinzip erwärmt. Natürlich kann die Sumpfschmelze durch eine andere Metallart, wie z.B. Kupfer oder Aluminium oder Legierungen aus diesen Materialien, ersetzt werden. Wesentlich ist, daß die Sumpfschmelze ein elektrisch leitendes Material ist, was ja für die Funktion dieses Ofens eine Notwendigkeit ist. Beim Erwärmen durch den Induktor entsteht auf übliche Weise eine Durchrührung der Schmelze durch den sogenannten Pinch-Effekt, was durch die Pfeile an der Mündung der Induktorrinne in Fig. 1 u.a. angedeutet ist. Der Sumpf ist in Fig. 1 so plaziert, daß die beiden Einblasöffnungen 5 über der Oberfläche der Schmelze liegen. Die dem Ofen zugeführte Energie wird vom Induktor zunächst auf den Sumpf übertragen, und die Fähigkeit des Sumpfes, weiteres nicht elektrisch leitendes Material im Ofen zu erwärmen, ist beim Stande der Technik auf die Größe der Übertragungsfläche zwischen Sumpf und Mineral begrenzt. Dies ist ein Problem, welches durch das Verfahren und die Anordnung gemäß der Erfindung gelöst wird.

Fig. 2 zeigt den Ofen in etwas gekippter Lage, so daß eine der Einblasöffnungen 5 unter der Oberfläche des Sumpfes liegt. Durch diese Blasöffnung wird Gas, Inertgas und/oder aktives Gas 9, eingeblasen, welches blasenförmig durch den Sumpf strömt und hierbei auf übliche Weise eine Umrührung der Sumpfschmelze

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bewirkt. Die Hauptaufgabe des Gases in diesem Stadium des Verfahrens besteht darin, ein Erstarren der Schmelze in der Blasöffnung 5 sowie ein Herausrinnen der Schmelze durch diese Blasöffnung, also die in Fig. 2 untenliegende Blasöffnung 5, zu verhindern. Fig_o 3 zeigt die Beschickung des Ofens durch die Beschickungsöffnung 6 aus einer Pfanne 12, wobei sich das Mineral 8 auf den Sumpf 7 legt. Wie bereits erwähnt, geschieht das Einblasen von Gas durch die Blasöffnung 5, und hierbei entsteht eine kräftige Umrührung sowohl der Sumpfschmelze wie auch des Minerals, welches schnell vom Sumpf erwärmt wird und eine auf dem Sumpf 7 schwimmende Schmelze bildet. Durch das Umrühren wird die Energieübertragung vom Induktor 2 zur Mineralschmelze 8 schnell erhöht. Die Wirkung der Umrührkräfte ist noch deutlicher aus Fig. 4 zu ersehen. In dieser Figur wird auch gezeigt, wie man zusammen mit dem Gas 9 pulverförmiges Eaffinierungs und/oder Reduktionsmittel 10 einbläst, das nach dem Eindringen in die Mineralschmelze mit Teilen der in dieser enthaltenen Stoffe und/oder Verbindungen reagiert.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß das pulverförmige Material beim Passieren der Schmelzen schnell erwärmt wird, was bei a.uf der Metallschmelze schwimmendem Mineral, das in bekannter Weise von oben zugeführt wurde, nicht der Fall ist. Das Erwärmen geschieht allerdings immer noch durch den Induktor 2. Als Beispiel für die erforderliche Leistung sei genannt, daß geschmol-

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zener Diabas, der im Ofen chargiert wird, eine Temperatur von 1200 C haben kann und beispielsweise auf I38O C erwärmt werden soll. Hierfür sind 20 kWh/t erforderlich. Festes, nicht vorgewärmtes Material mit einer Temperatur von ca. 20 C, das in den geschmolzenen Zustand mit 138O⁰C übergeführt

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werden soll, würde eine Energie von kWh/1 erfordern, und zusammen würden die gleichen Mengen dieser beiden Mittel somit ungefähr 110 kWh/t erfordern. Wenn nun stattdessen Pulver durch die Schmelzen eingeblasen wird, so erfolgt seine Erwärmung in großem Maße automatisch durch den Wärmeinhalt der Schmelzen. Man braucht hier also an der Oberfläche keine besondere Heizleistung zuzuführen. Die Reaktionen und die Umrührung gehen am deutlichsten aus Figo 4 der Zeichnung hervor.

Fig. 5 zeigt, wie man in einer bestimmten Kipp stellung des Ofens beide Blasöffnungen 5 verwenden kann, über die tiefer gelegene Blasöffnung wird gas- und/oder pulverförmiges Material in die metallische Sumpfschmelze eingeführt, während über die höher gelegene Blasöffnung gas- und/oder pulverförmiges Material in die auf dem Metall schwimmende, leichtere oxydische Phase (Schlacke) eingeführt wird_o Die Blasöffnungen arbeiten unabhängig voneinander, wodurch man eine große Flexibilität sowohl hinsichtlich der Prozeßgestaltung als auch der Wahl des zugeführten Materials erhält. Als Beispiel für Gase, Flüssigkeiten bzw. pulverförmiges Material, die sich zur Einführung eignen und die bei metallurgischen Prozessen bzw. Schlackenprozessen häufig vorkommen, können folgende genannt werden:

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Gase: O₂, N₂, A, H₂O.

Flüssigkeiten: öl.

Reduktionsmittel: Kohlenstoff, FeSi, Al, Mg u.a.

Oxydationsmittel: Schliche (Metalloxyde), C-lühschale u_oa.

Schlackenbilder: CaO, MgO, Dolomit, Kalkstein, Quarzit.

Legierungsmetalle: Ferrolegierungen, Stickstoffverbindungen,

Metalle (alle in Pulverform).

In Fig. 6 wird das Abgießen des raffinierten Minerals gezeigt, was beim Pfeil 13 durch die öffnung 6 nach entsprechendem Kippen des Ofens geschieht, wobei der Induktor in diesem Fall von der Sumpfschmelze entleert wird, die sich bei 7 in Fig. 6 sammelt. Während des ganzen "Verlaufes wird über die Slasöffnung 5 Gas 9 in die Schmelze eingeblasen. Nachdem das Mineral abgefüllt ist, kann der Ofen in die in Fig. 7 ge zeigte Lage gekippt werden. Hierbei enthält der Ofen im wesentlichen nur die Sumpfschmelze, und es ist denkbar, daß man bei dem oben beschriebenen Verlauf einen gewissen Überschuß an solcher Schmelze bekommen hat, die man nun durch die Öffnung 4 (siehe Pfeil 14) abgießt. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, kann man auf einfache V/ei se Mineral schmelze und/oder Teile des Sumpfes je für sich abgießen. In Fig. 8 ist der Rinnenofen mit einer Flüssigkeitskühlanordnung 11 an der Ausfütterung versehen, die beispielsweise aus kühlflüssigkeitdurchflossenen Rohren besteht, die vorzugsweise den Teil der Ofenwand überdecken, wo die stärksten Angriffe auf die Ausfütterung stattfinden, d.h. in der Grenzschicht zwischen dem Sumpf 7 und der Oxydschmelze 8.

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Wie gesagt, soll der Rinnenofen gemäß der Erfindung mit einem oder mehreren Induktoren des Einfach- oder Mehrrinnentyps ausgerüstet sein, und es können eine, zwei oder mehrere Blasöffnungen vorhanden sein. Die Blasöffnungen 5 können, wie es in der Figur gezeigt ist, jeweils auf einer Seite der Ofenwand liegen und "beispielsweise symmetrisch zueinander angeordnet sein, oder sie können auf derselben Seite angeordnet sein, wobei sie zweckmäßigerweise in verschiedener Höhe liegen, so daß ein gleichzeitiges Einblasen in die Mineralschmelze bzw. in den Sumpf erfolgen kann. (Dies ist in den Figuren nicht gezeigt.)

Das anhand der Figuren beschriebene Verfahren und die Anordnung können im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

Patentansprüche;

1o Verfahren zum Erwärmen von Metylloxydmaterial (Mineral) über einen metallischen Sumpf in einem Rinnenofen, wobei der Sumpf vom Induktor erwärmt wird und seinerseits Wärme an das Oxydmaterial abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß Gas und/oder pulverförmiges Eaffxnierungs- und Beduzierungsmittel unter Erwärmung von dem oder den Induktor/en eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Inertgas und/oder aktives G-as unter die Schmelze im Sumpf, beispielsweise eine Eisen- oder Stahlschmelze, eingeblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen um einen gewissen Winkel gekippt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Eaffinierungs- und/oder Reduzierungsmittel zusammen mit dem G-as unter die Sumpf schmelze eingeblasen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydmaterial, fest oder geschmolzen, dem Ofen über eine Beschickungsöffnung zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß G-as und/oder Eaffinierungs— und/oder Reduzierungsmittel wenigstens teilweise direkt in das Oxydmaterial eingeblasen wird, eventuell nach einem gewissen Kippen des Ofens. 609836/0830

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7. -Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen mit einem Oxydmaterial beschickt wird, das wenigstens teilweise Oxyde des Metalls enthält, das hauptsächlich im Sumpf vorhanden ist, oder eines Metalls, mit dem der Sumpf vergrößert werden soll, und daß die Oxyde im Ofen reduziert werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschmelze und eventuell Teile des Sumpfes je für sich gleichzeitig oder zeitlich unabhängig voneinander abgegossen werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfütterung des Ofens im Grenzbereich zwischen Oxydschmelze und Sumpfschmelze flüssigkeitsgekühlt wird.
10. Kippbarer Rinnenofen zum Erwärmen von Metalloxydmaterial über einen metallischen Sumpf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine oder mehrere Blasöffnungen (5) zum Einblasen (Injizieren) von Gas und/oder pulverförmigem Raffinierungs- und/oder Reduktionsmittel hat.
11. Rinnenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Blasöffnungen vorhanden sind und daß diese an gegenüberliegenden Seiten der Ofenwand angeordnet sind.

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12. Rinnenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, da£ mindestens zwei Blasöffnungen vorhanden sind und daß dieselten so angeordnet sind, daß die Injektion teils in den Sumpf, teils in die Oxydschmelze, eventuell nach einem gewissen !Lippen des Ofens, geschehen kann.

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