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Elektroofen zum Schmelzen von Konzentraten und
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eisenhaltigen Schlacken, die schwere Buntmetalle enthalten Die Erfindung
betrifft einen Elektroofen zum Schmelzen von Konzentraten und eisenhaltigen Schlacken,
welche schwere Buntmetalle, z. B. Zinn, enthalten.
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Bei der Herstellung von metallischem Zinn werden z. B.
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Zinnkonzentrate und Schlacken vorwiegend in Elektroöfen periodisch
reduzierend geschmolzen. Da die Technologie des reduzierenden Schmelzens von zinnhaltigen
Materialien in Richtung auf die Einführung von kontinuierlichen Schmelzprozessen
von eisenhaltigen Schlacken vervollkommnet wird, entsteht das Problem der Schaffung
von zuverlässigen Elektroöfen, die einen längeren Ofenbetrieb und eine bedeutende
Erhöhung
von technisch-ökonomischen Kennziffern ermöglichen.
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Zur Zeit ist ein Elektroofen zum reduzierenden Schmelzen von Zinnkonzentraten
und -schlacken bekannt (5. z. B. das Buch Grundlagen der Metallurgle'l, Verlag Metallurgisdat,
1962, Band 2, Seite 741 und das Buch von N6 N, Muratsch "Zinnmetallurgie's, Verlag
Metallurgisdat, 1974), der einen Rundherd aufweist, auf dem mit Kohleblöcken ausgekleidete
und durch ein Gewölbe begrenzte Wände angeordnet sind. In diesem Gewölbe sind drei
Elektroden, ein Gaszug sowie Beschickungsvorrichtungen angebracht, wobei die Beschickungsvorrichtungen
neben den Elektroden in einem Abstand, der über zwei Durchmesser der Elektroden
beträgt, in Richtung zu den Seitenwänden angeordnet sind. Der Ofen besitzt eine
gemeinsame Stichöffnung zum Ab führen der beim Schmelzen von Metall und Schlacke
anfallenden Produkte.
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Der Hauptnachteil dieses Elektroofens besteht darin, daß die Wände
und der Herd mit Kohlenblöcken ausgekleidet sind, was zu einem schnellen Verschleiß
derselben führt und häufig Still setzungen des Ofens zur Reparatur verursacht..
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Das ist insbesondere beim Schmelzen von eisenhaltigen Schlacken mit
über 8 % Eisenoxyd der Fall.
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Zu den Nachteilen dieses Elektroofens gehört auch der große Abstand
der Beschickungsvorrichtungen von den Elektroden, was zu einer schlechteren Ausnutzung
des Elektrodenraumes fahrt, in dem die maximale konzentrierte WSrmeentwicklung stattfindets
die für das Schmelzen des Beschickungsgutes und für die Verarmung der Schlacke notwendig
ist. Aus diesem Grunde zieht sich der Schmelzvorgang von Beschickungsgut und die
Schlackeverarmung in die Länge, . Es tritt ein
schneller Verschleiß
der feuerfesten Auskleidung des Ofens im Bereich der Stichöffnung auf und die Durchführung
eines kontinuierlichen Schmelzprozesses wird verhindert. Außerdem wird durch die
runde Form des Ofens die Verarmung der Schlacken innerhalb des Ofens erschwert.
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Es ist auch ein Elektroofen zum Schmelzen von Konzentraten der schweren
Buntmetalle bekannte der einen ausgekleideten Herd von rechtwinkliger Form umfaßt,
auf welchem ausgekleidete Wände ein Gewölbe begrenzen, in dem Elektroden, Beschickungsvorrichtungen
und ein Gaszug angebracht sind.
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Zum Abstich von Metall und Schlacke sind zwei Stichöffnungen vorgesehen
(5. z. B. das Buch von W. W. Batschenko, A. W.
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Donskoj, 1. M. Solomachin "Elektroschmelzöfen für Buntmetallindustrie",
Verlag Metallurgie, Moskau, 1971, Seiten 145-147).
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Ein anderer bekannter Elektroofen zum Schmelzen von Konzentraten,
die schwere Buntmetalle enthalten, enthält einen ausgekleideten Herd mit auf diesem
angeordneten Wänden, die ein Gewölbe begrenzen, in dem Elektroden, Beschickungsvorrichtungen
und ein Gas zug sowie Stichöffnungen zum Abstich von Metall und Schlacke angebracht
sind, wobei die Stichöffnung zum Abstich des Metalls in der Stirnwand des Ofens
an der Seite angeordnet istt die dem Gaszug gegenüberliegt, während die Stichöffnung
zum Abstich der Schlacke in der Seitenwand des Ofens vorgesehen ist (s.z. B. das
Buch von I. R. Polgwjanni, R. S. Demtschenko "Elektroschmelzen von Kupferschlickernff,
Verlag "Wissenschaft", Kasachsker Sozialistische Sowjetrepublik, Alma-Ata, 1967,
Seiten 106-109, Fig. 51, 52).
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Zu den Nachteilen der beiden letztgenannten Elektroöfen
gehören
eine niedrige spezifische Leistung, die auf eine nicht effektive Ausnutzung des
zentralen Elektrodenraumes des Ofens zurückzuführen ist, sowie ein geringes direktes
Ausbringen der Metalle, das dadurch hervorgerufen ist, daß es unmöglich ist, einen
gerichteten Strom der Schmelze mit ausreichender Ausdehnung im Ofen für die Verarmung
der Schlacke innerhalb des Ofens zu bilden, wodurch Verarbeitungskosten erhöht werden.
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Zur Beseitigung der genannten Nachteile ist es Aufgabe der Erfindung,
die Hauptelemente eines Elektroofens derart auszuführen, daß die Durchführung eines
kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Schmelzprozesses von zinnhaltigen Materialieng
eisenhaltigen Schlacken ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Elektro ofen zum Schmelzen von Konzentraten
und eisenhaltigen Schlacken, die schwere Buntmetalle enthalten, mit einem ausgekleideten
Herd, auf dem ausgekleidete Wände ein Gewölbe begrenzen, in dem Elektroden, Beschickungsvorrichtungen
und ein Gaszug angeordnet und zum Abstich des Metalls und der Schlacke Stichöffnungen
vorgesehen sind, dadurch gelöst, daß der Herd mit einem Verhältnis der Länge zu
der Breite von 1 : (0,25 + 0,35) ausgeführt ist, daß die Auskleidung des Herdes
und die Wände aus feuerfesten, auf der Basis von Magnesium-und Aluminiumoxyden hergestellten
Ziegelsteinen besteht, daß die Beschickungsvorrichtungen für festes Beschickungsgut
im zentralen Elektrodenraum des Ofens angeordnet sind, und daß zum Abstich von flüssigen
Schmelzprodukten aus dem Ofen in den ausgekleideten Wänden gesonderte Stichöffnungen
für Metall und für die Schlacke in den gegenüberliegenden Wänden Uber der Länge
des Ofens angeordnet sind.
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Dieser Elektroofen gestattet - im Unterschied zu den
bekannten
Konstruktionen - das reduzierende Schmelzen von Konzentraten und eisenhaltigen Schlacken
welche schwere Buntmetalle enthalten, halbkontinuierlich oder kontinuierlich durchzuführen,
mit den Vorteilen einer Erhöhung der spezifischen Leistung des Ofens um das 1,5-
bis 2-fache im Vergleich zu den bestehenden Ofens einer gleichzeitigen Senkung des
spezifischen Verbrauches an Elektroenergie und Materialien mindestens um 25 % und
einer Erhöhung der Betriebszeiten des Elektroofens um das 195- bis 3-fache. Außerdem
kann mit diesem Ofen eine gute Verarmung der Schlacken im Ofen verwirklicht werden,
wodurch sich das Ausbringen von Buntmetallen erhöht und damit ihr unwiederbringlicher
Verlust vermindert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Elektroofen ist der Herd zweckmäßigerweise
in Richtung zu der Stichöffnung zum Metallabstich von 30 + 100 geneigt, und die
Stichöffnung zum Abstich des Metalls auf der Höhe des unteren Teiles des Herdes
angeordnet, In unmittelbarer Nähe der Stichöffnung für das Metall soll eine Steigvorrichtung
zum Abstich des Metalls aus dem Ofen angebracht werden.
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Die genannten vorteilhaften konstruktiven Elemente des erfindungsgemäßen
Ofens gestatten es, den Zeitaufwand für den Abstich des Metalls bedeutend zu vermindern,
die im Ofen befindliche Zinnmenge zu verringern und dadurch den Ausnutzungsgrad
des Elektroofens zu erhöhen.
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Es ist auch zweckmäßig, am Gewölbe des erfindungsgemäßen Elektroofens
in der Zone der Stichöffnung zum Abstich
der Schlacke Brenner zum
Verbrennen des Brennstoffes mit einer Vorrichtung zur Einstellung der Tiefe des
Absenkens dieser Brenner in den Ofen anzubringen0 Durch diese Brenner kann der Prozeß
der Verarmung der Schlacken innerhalb des Ofens vor ihrem Abstich intensiviert werden,
was zu einer Erhöhung des direkten Ausbringens von Buntmetallen sowie zu einer Senkung
der Verluste beiträgt.
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Nachstehend wird die Erfindung an einem AusfUhrungsbeispiel unter
Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt
durch den erfindungsgemäßen Elektroofen; Fig. 2 eine Draufsicht auf den Elektroofen
nach Fig. 1; Fig. 3 bis 7 die schematische Anordnung der Beschickungsöffnungen;
Fig. 8 und 9 eine Vorrichtung zum Einstellen der Tiefe des Absenkens eines Brenners
in den Ofen im Schnitt (im vergrdßerten Maßstab).
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Der in Fig. 1 dargestellte Elektroofen ZUM Schmelzen von Konsentraten
und eisenhaltigen Schlacken, welche schwere Buntmetalle enthalten, umfaßt einen
ausgekleideten Herd 1, auf dem ausgekleidete Wände 2 angebracht rind, die durch
eine Decke 3 begrenzt sind. In dem gebildeten Gewölbe befinden sich Elektroden 4
und Beschiokungsvorrichtungen 5.
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Zum Abstich des Metalls und der Schlacke aus dem Ofen sind Stichöffnungen
6 7 vorgesehen0
Die Abmessungen des Herdes 1 werden unter Berücksichtigung
der entsprechenden Abstände der Wände 2 von den im Gewdlbe angeordneten Elektroden
4 gewählt. Diese Abstände sollen die ausreichende Erwärmung der Wände 2 gewährleisten
und gleichzeitig eine Zerstörung durch Einwirkung der hohen Temperaturen der Schmelze
verhindern. Außerdem ist es zum kontinuierlichen reduzierenden Schmelzen von Konzentraten
und Schlacken notwendig, eine solche Ausdehnung des Bades zwischen der Beschickungsstelle
mit Konzentrat oder eisenhaltiger Schlacke und der Abstichstelle der Schlacke einzuhalten,
daß eine möglichst vollständige Reduktion von Kassiterit im Konzentrat gewährleistet
wird.
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Diese Bedingungen sowie eine bessere Abscheidung des Metalls aus
der Schlacke werden bei einem Verhältnis der Länge zu der Breite des ausgekleideten
Herdes 1 von 1 : (0,25 + 0,35) erreicht.
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Die Auskleidung des Herdes 1 und der Wände 2 besteht aus feuerfesten
Ziegelsteinen auf der Basis von Magnesium-und Aluminiumoxyden. Diese Ziegelsteine
verhalten sich neutral gegenüber Schlacken von reduzierenden Zinnschmelzen sowie
auch gegenüber eisensillkathaltlgen Schlacken0 Diese Ziegelsteine können gegenüber
Magnesit- oder Chrommagnesitsteinen einen größeren Wärmeaustausch ertragen, was
im vorliegenden Fall besonders wichtig ist, weil wassergekühlte Elemente im Mauerwerk
der Wände 2 des Ofens vorgesehen sind.
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In der Gewölbedecke 3 des Ofens sind die Beschickungsvorrichtungen
5 angeordnet, die bis in den Elektrodenraum
(Fig. 1, 2, 3, 4) hineinreichen0
Eine solche Anordnung von Beschickungsvorrichtungen 5 gewährleistet die Zuführung
des Beschickungsgutes in die Zone von besonders hohen Temperaturen in der Nähe der
Elektroden 4o Die Zonen von besonders hohen Temperaturen sind in Fig. 4 in Form
von punktiert dargestellten konzentrischen Kreisen t neben den Elektroden 4 wiedergegeben,
Es sind mehrere Varianten der Anordnung der Beschickungsvorrichtungen 5 in dem Hochtemperatur-Elektrodenraum
möglich. In Fig. 1 bis 4 sind die Beschickungsvorrichtungen 5 zwischen den Elektroden
4 angeordnet0 In diesem Fall wird sich das in den Elektroofen eingebrachte Beschickungsgut
in Form eines Kegels WK zwischen den Elektroden 4 befinden. In der Beschickungsvorrichtung
5' kann ein Teilgerät d" (Fig. 5) vorgesehen werden, welches das Beschickungsgut
in zwei Ströme teilt und zur Ausbildung von Elektroden in Form von zwei nebeneinander
angeordneten Kegeln K (Fig. 6) führt. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen dem
Beschickungsgut und der Schmelze vergrößert und damit der Schmelzvorgang und die
Reduktion von im Beschickungsgut enthaltenen Metalloxyden intensiviert.
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Es ist auch eine Variante möglich, bei der die Beschickungsvorrichtungen
5 um die Elektroden 4 herum angeordnet sind (Figo 7)e In diesem Fall wird das in
den Elektroofen eingebrachte Beschickungsgut um die Elektrode 4 vier Kegel bilden,
Diese Beschickung der zentralen Elektrodenzone gewährleistet eine noch gleichmäßigere
Verteilung des Beschickungsgutes und den maximalen Kontakt zwischen dem festen Beschickungsgut
und der Schmelze. Diese Beschickungsart
ist z. B. zum beschleunigten
Schmelzen von schwer-schmelzbaren Bestandteilen des Beschickungsgutes, z. B. Wolfram-,
Tantaloxyden usw., die manchmal in Zinnkonzentraten enthalten sind, erforderlich.
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In den gegenüberliegenden Stirnwänden 2 des Ofens (Fig. 1) sind die
Stichöffnung 6 zum Abstich der Schlacke und die Stichöffnung 7 zum Abstich des Metalls
angeordnet.
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Eine solche Anordnung der Stichöffnungen 6, 7 zum Abstich von jeweils
Schlacke und Metall in den gegenUberldegenden Wänden 2 des Elektroofens sichert
einen unabhängigen Abstich der beiden Produkte.
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Der Herd 1 weist eine Neigung in Richtung zu der Stichöffnung 7 des
Metalls von 30 bis 100 auf. Die Herdneigung gestattet es, die Zone des Metalls auf
einen Teil der Herdfläche zu beschränken und die auf dem Herd 1 befindliche Metallmenge
zu vermindern, wodurch das Durchsickern von Zinn durch den Herd 1 unter den Elektroofen
verhindert wird.
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Außerdem wird bei der Stichöffnung 7 zum Abstich des Metalls ein
hoher Metallstand hergestellt, wodurch ein größerer Druck pro Flächeneinheit des
Herdes 1 erzeugt und ein aufsteigender Abstich des Metalls ermöglicht werden.
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Durch die Neigung des Herdes in Richtung der Stich Öffnung 7 des
Metalls kann stich al gegenüberliegenden Ende des Elektroofens eine erforderli¢hes
nicht starke Schutsschicht (ftlr den Herd 1) aus Metall und eine Schlackenschicht
von einer wesentlichen Höhe ausbilden. Dadurch werden die
mechanischen
Verluste des Metalls mit Schlacke vermindert.
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Diese Neigung kann als eine Ausführungsvariante in Form von drei Stufen
des Mauerwerkes ausgeführt werden, die bei der Auskleidung des Herdes 1 des Elektroofens
mit einem Unterschied zwischen den Stufen von 0,5 bis 1,5 Ziegelsteingrößen gebildet
werden.
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Die mittlere Stufe kann 0,5 bis 0,40 der Länge des Innenraumes des
Elektroofens betragen. Die Stufe neben der Stichöffnung 7 des Metalls kann eine
Ausdehnung von 0,25 bis 0,3 der Länge des Innenraumes aufweisen, und die Stufe neben
der Stichöffnung 6 für die Schlacke kann 0,25 bis 0,3 der Länge des Innenraumes
ausmachen.
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In der Wand 2 des Elektroofens ist in der Nähe der Stichöffnung 7
eine Steigvorrichtung 8 angeordnet, die in Form einer Vertikalkammer im Mauerwerk
der ausgekleideten Wand 2 ausgeführt und mit dem Innenraum des Elektroofens verbunden
ist. Die Steigvorrichtung dient zum kontinuierlichen Abstich des Metalls aus dem
Elektroofen, wobei dieser kontinuierliche Metall ab St ich bei der Verarbeitung
von Konzentraten mit einem hohen Zinngehalt besonders zweckmäßig ist. Außerdem wird
durch den Abstich des Metalls durch die Steigvorrichtung 8 die Abscheidung eines
Metalls gesichert, daß besonders rein und frei von den Beimengungen ist.
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Die Steigvorrichtung 8 vereinfacht die Bedienung des Elektroofens,
weil es nicht mehr notwendig ist, die Stich-Öffnung 7 zum Abstich des Metalls periodisch
zu öffnen und zu schließen. Die Steigvorrichtung 8 verhindert außerdem eine Überhitzung
von Zinn im Elektroofen, wodurch sich
die Metallmenge vergrößert,
die bei der Oxydation des Metalls im Verlauf der Beförderung von überhitztem Zinn
von dem Elektroofen in das Aufnahmebad und in dem Bad selbst beim Abkühlen von den
höheren Anfangstemperaturen in Süblimate übergeht.
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Zur Verarmung der Schlacke innerhalb des Ofens durch Vermischen derselben
mittels einer Brennstoff-Reduktionsfackel, bei dem eine Koagulation von feinen Zinnteilchen
sowie auch eine teilweise Nachreduktion der Zinnoxyde aus der Schlacke stattfindet,
ist in der Konstruktion des Elektroofens die Anordnung von Vertikalbrennern 9 vorgesehen.
Die Brenner 9 können mit beliebigem Brennstoff betrieben werden, der bei einem Luftverbrauchskoeffizienten
d von 0,8 bis 0,9 zur Ausbildung einer Reduktionsfackel verbrannt wird.
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Zum Absenken der Brenner 9 in den Ofen dienen Einrichtungen 10 (Fig.
8 und 9), die Jeweils aus einem am caissonierten Gewölbe befestigten und gegen dieses
elektrisch isolierten Stützflansch 11 bestehen. Der Stützflansch 11 weist eine öffnung
zur Aufnahme einer Schneckenhülse 12 auf, die als Führungsstutzen für den Brenner
9 dient. Innerhalb der Öffnung sind im Flansch 11 zwei diametral entgegengesetzt
angeordnete Längsansätze 13 vorgesehen, über welche die Schneckenhülse 12 mit ihren
Längsnuten 14 bewegt-wird. Die Bewegung der Schneckenhülse 12 erfolgt durch ein
Schneckengetriebe, das aus einem Zahnrad 15 und einer Schneckenschraube 16 besteht
und am Gewölbe 3 des Elektroofens montiert ist.
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Im Gewölbe 3 des Ofens ist ein Gaszug 17 zum Abführen von Gasen aus
dem Innenraum des Ofens angeordnet, die sich beim reduzierenden Schmelzen bilden.
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Der Ofen arbeitet wie folgt: Das feste Beschickungsgut, das schwere
Buntmetalle enthält, wird in das Ofenbad eingebracht, das durch den ausgekleideten
Herd 1 (Fig. 1) gebildet-ist, auf welchem die ausgekleideten Wände 2 angeordnet
sind, welche durch das Gewölbe 3 begrenzt sind, in dem Elektroden 4 angeordnet sind,
welche die Elektroenergie dem Bad des Ofens zuführen. Die Beschickung des Bades
mit dem Beschickungsgut wird mittels der Beschickungsvorrichtungen 5 durchgeführt,
die im Gewölbe 3 angebracht sind. Durch die durch die Elektroden 4 dem Elektroofen
zugeführte El ektro energie wird das Beschickungsgut erhitzt und geschmolzen. Gleichzeitig
finden im Beschickungsgut physikalisch-chemische Prozesse der Reduktion von Oxyden
der schweren Buntmetalle, die Bildung von schmelzflüssigen Metallen, Schlacke, die
Einteilung nach dem spezifischen Gewicht von flüssigen Schmelzprodukten (Metall
und Schlacke), die Entwicklung von Gasen aus dem Beschickungsgut in den Raum unter
dem Gewölbe statt.
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Der Abstich des Metalls und der Schlacke aus dem Ofen wird Jeweils
durch die Stichöffnungen 6, 7 verwirklicht.
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Die technologischen Gase werden aus dem Ofen durch den Gaszug 17 abgeführt.
Um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu gewährleisten, eine ausreichend tiefgehende
Verarmung der schmelzflüssigen Schlacke und eine vollständige Scheidung der Schmelzprodukte
(Metall und Schlacke) bei einem längeren kontinuierlichen Betrieb des Elektroofens
ohne Generalreparaturen zu erreichen, wird der Herd 1 des Elektroofens mit einem
Verhältnis von Länge zu Breite von 1 : (0,25 + 0,35) und die Auskleidung des Herdes
1 und der Wände 2 aus
feuerfesten Ziegelsteinen auf der Basis von
Magnesium- und Aluminiumoxyden ausgeführt. Die Auskleidung des Herdes und der Wände
ist insbesondere für den Fall notwendig, wo im Schmelzprozeß Schlacken mit einem
hohen Gehalt an Eisenoxyden, z. B. von über 8 Gew.-% Eisenoxydul anfallen.
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Die Beschickung wird durch die Beschickungsvorrichtungen 5 durchgefUhrt,
die in der zentralen Elektrodenzone des Ofens angeordnet sind. Eine solche Anordnung
der Beschickungsvorrichtungen 5 gestattet es9 den Strom des einzubringenden Beschickungsgutes
in die Hochtemperatur-Ofenzone zu richten, wodurch ein besonders intensives Schmelzen
des Beschickungsgutes bei einem minimalen spezifischen Elektroenergieverbrauch gewährleistet
wird.
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Das erschmolzene Metall sammelt sich auf dem Herd 1 und wird periodisch
aus dem Elektroofen durch die Stichöffnung 7 abgestochen. Die Neigung des Herdes
in der Richtung zu der Stichöffnung für Metall in Höhe von 3 + 100 gewährleistet
eine bessere Abscheidung des Metalls von der Schlacke und vermindert die Überhitzung
des Metalls im Elektroofen. Die Anordnung der Steigvorrichtung 8 in unmittelbarer
Nähe von der Stichöffnung 7 zum Abstich des Metalls gewährleistet einen kontinuierlichen
Abstich des Metalls, das besonders rein und von den Beimengungen frei ist, was bei
der Verarbeitung von zinnreichen Konzentraten besonders zweckmäßig ist.
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Der Abstich der Schlacke aus dem Elektroofen erfolgt durch eine gesonderte
Stichöffnung 6.an der gegenüberliegenden Seite des Ofens (in bezug auf den Abstich
des Metalls). Eine solche Anordnung der Stichöffnung 6 gewährleistet minimale Verluste
an bekannten Metallen mit der
aus dem Elektroofen abzuführenden
Schlacke.
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Zur Verminderung der chemischen Verluste an Buntmetallen (d. h. an
nicht vollständig reduzierten Metalloxyden) sowie der mechanischen Verluste derselben,
wird die Schlacke im elektrischen Ofen mit einer Reduktionsfackel behandelt, die
durch nicht vollständiges Verbrennen von Brennstoff gebildet wird. Zu diesem Zweck
sind am Gewölbe 3 des Ofens in der Zone der Stichöffnung 6 zum Abstich der Schlacke
die Brenner 9 angeordnet, durch die teilverbrannte gasförmige Verbrennungsprodukte
in die Schlackenschmelze eingeblasen werden. Die Tiefe des Absenkens der Brennstoffackel
in die Schmelze wird durch die Einrichtung 10 eingestellt. Dabei wird der Grad der
Verarmung der Schlacke durch die Intensität der Zuführung von Brennstoff-LuSt-Gemisch
in die Brenner 9 sowie auch durch die Anzahl von am Gewölbe 3 des Elektroofens angebrachten
Brennern geregelt.