DE2832635C2 - Verfahren zum Verschließen einer Abstichöffnung bei einem Hüttenofen, insbesondere bei einem Phosphorgewinnungsofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer Abstichöffnung bei einem Hüttenofen, insbesondere einem Phosphorgewinnungsofen. Die Erfindung betrifft somit Hüttenöfen, wie z. B. Elektroöfen zur Phosphorgewinnung, und insbesondere eine Fortentwicklung des Abstechens.

Elementares Phosphor wird gewonnen, indem ein Gemisch aus Phosphaterz, einem Kohlenstoff-Reduktionsmittel, wie z. B. Kohle, und einem Flußmittel, wie z. B. Quarzit, in einem Elektroofen mit verdecktem Lichtbogen, erschmolzen wird. Aus der Schmelze wird Phosphordampf freigesetzt, der gesammelt und kondensiert wird. Nachdem die Reaktion beendet ist, trennt sich die restliche Schmelze aufgrund der Dichte in Schlacke und Phosphoreisen und wird periodisch über Abstichöffnungen ausgetragen. Die abgestochene Schmelze wird zum Abkühlen und zur Weiterverarbeitung überführt.

Das Abstechen bei Phosphorgewinnungsöfen ist aufgrund der hohen Temperatur (bis zu 1538⁰C) und des erosiven Verhaltens der Schmelze sowie wegen des Rauchs und der Abgase schwierig und umständlich. Bei einem bisher üblichen Abstechvorgang werden pneumatisch betriebene Drehbohrer verwendet, um die gebrannten Lehmstopfen und das erstarrte Material zu durchbrechen, so daß die Schmelze aus dem Ofen abströmen kann. Bei einem weiteren üblichen Verfahren zum öffnen der Abstichöffnungen wird eine Sauerstofflanze verwendet, mit der das erstarrte Material ausgebrannt wird. Gemäß einer weiteren, an sich bekannten Methode wird die öffnung teilweise durchbohrt; das Abstechen erfolgt dann anschließend mittels einer Sauerstofflanze.

Für das Verschließen der Abstichöffnungen von Hüttenöfen mit Lehm sind mehrere Arbeiter erforderlich. Da diese Arbeiten in unmittelbarer Nähe der Abstichöffnungen ausgeführt werden müssen, sind sie gefährlich. Weiterhin bedingt die Verwendung von Lehmstopfen, die vorgefertigt werden und einen genauen, vorbestimmten Feuchtigkeitsgehalt besitzen müssen, Nutzungsausfälle des Ofens und Zeitverzögerungen bis zu 10 Minuten während die Abstichöffnung verschlossen wird.

Ein anderes bewährtes Verfahren zum Verschließen von Abstichöffnungen ist in der US-PS 35 99 953 beschrieben. Hierbei werden Stopfen aus grünem Holz in das Ende eines Abstichloches eingeführt Dadurch verfestigt sich die Schmelzmasse in der Nähe des Stopfens, und die Abstichöffnung ist dicht verschlossen. Unter dem Einfluß von Hitze und Luftmangel wird der Holzstopfen verkohlt

Durch die Verwendung von Holzstopfen wird das Verfahren zum Verschließen und öffnen der Abstichöffnungen vereinfacht, da ein Vorbohren beim Abstich entfällt Der verkohlte Stopfen wird mit einer Sauerstofflanze ausgebrannt, was einfacher als das Entfernen von Lehmstopfen ist Außerdem werden die Abstichkanäle hierdurch geschont

Holzstopfen sind jedoch nicht völlig befriedigend. Sie sind teurer als Tonstopfen, und es sind Leistungsverminderungen erforderlich, um den Ofendruck zu senken. Die Holzstopfen sind zwar einfacher und leichter einzuführen, jedoch sind die Arbeiter nach wie vor dem Verspritzen der Schmelzmasse ausgesetzt, das dadurch entsteht daß die Feuchtigkeit in dem grünen Holz in Dampf übergeführt wird.

Eine weitere Verbesserung zum Verschließen von Abstichöffnungen bei Phosphorgewinnungsöfen bildet den Gegenstand der US-Patentanmeldung Serial No. 6 63 845 vom 4.3.1976. Bei diesem Vorschlag wird ein Stopfen aus mattenförmigen, keramischen Fasern bzw. Filamenten, wie z. B. ein Hohlkegel, über einen Zusatzstopfen gelegt, und diese Anordnung wird dann mit Hilfe von Stangen in die Abstichöffnung eingeführt, die an der Basis des Hilfsstopfens angebracht sind. Die Keramikstopfen lassen sich im allgemeinen einfacher handhaben und leichter in die Abstichöffnung einführen als Stopfen aus Ton oder grünem Holz.

Dennoch ist die Verwendung von Stopfen oder Stopfenstangen zum wirksamen Verschließen der Ofenabstichöffnungen nicht völlig zufriedenstellend.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zum Absperren des Schmelzenstromes aus einem Hüttenofen, insbesondere einem Phosphorgewinnungsofen, in dessen Außenwand wenigstens eine Abstichöffnung vorgesehen ist dadurch aus, daß die Abstichöffnung mit

einem Gasdruck beaufschlagt wird, der ausreicht, die Schmelze aus dem Abstichkanal zu drücken, daß dann ein partikelförmiges Material in den Abstichkanal eingeleitet wird, wobei sich in dem Abstichkanal eine Erstarrungszone bildet, in der das partikelförmige Material die Schmelze im Ofen berührt und ein Ausströmen der Schmelze blockiert.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst an die Abstichöffnung des Ofens ein ausreichender Luftdruck angelegt, um die Schmelze aus dem Abstichkanal in den Ofeninnenraum zurückzudrücken. Bei Phosphorgewinnungsöfen, mit denen sich die Erfindung insbesondere und überwiegend befaßt, ist der erforderliche Druck nicht sehr hoch, da diese öffnung üblicherweise bei Drücken arbeitet, die nicht wesentlich höher als Atmosphärendruck sind. Nachdem die Schmelzmasse aus dem Abstichkanal zurückgedrängt worden ist, wird durch die Abstichöffnung ein parükelförmiger Stoff eingeleitet Wenn das partikelförmige Gut auf die Schmelze im Ofen trifft, kühlt sich

diese unter ihre Schmelztemperatur ab, so daß sich in der Umgebung dieser Kontaktierungszone eine Zone aus erstarrter Schmelze bildet, die den Abstichkanal an dieser Stelle dicht verschließt. Das partikelförmige Gut

wird weiter eingeleitet, bis die Menge ausreicht, um eine Wärmeabfuhr für den Stopfen aus erstarrtem Material zu bewirken und so ein Wiederaufschmelzen des Stopfens zu verhindern.

Der Druck zum Verdrängen der Schmelze aus dem Abstichkanal wird vorzugsweise durch Druckluft erzeugt, da diese ohne Schwierigueiten anzuwenden und billig ist. Wenn man ein inertes Gas benötigt, nimmt man vorzugsweise Stickstoff, obgleich auch jedes andere reaktionsträge Gas geeignet ist

Das partikelförmige Material kann irgendein granulatförmiges oder pulveriges Material sein, das bei der Berührung mit der Schmelze im Ofen deren Temperatur soweit vermindert, daß sie erstarrt Da die Temperatur der Schmelze im Ofen etwa bei 1538°C liegt, muß das partikelförmige Material ausreichend inert und feuerbeständig sein.

Besonders geeignet und zweckmäßig ist üblicher Quarzsand oder eine ähnliche inerte mineralische Substanz. Die Teilchengröße und Verteilung sind nicht kritisch. Es kann ein Gemisch verwendet werden, das feines Pulver und kleine Kieselsteine enthält

Zum Verschließen der Abstichöffnungen gemäß der Erfindung wird ein Stahlrohr an einem Ende an eine Druckluftleitung angeschlossen, in das Sand von einem Vorratsbehälter eingespeist werden kann. Beim Einleiten der Luft wird das Rohr etwa 20 bis 25 cm tief in eine Abstichöffnung eingeführt Ein an dem Rohr angeschweißter Flansch dient als Tiefenanschlag und gleichzeitig als Dichtung, die ein Ausströmen der Schmelze aus der Abstichöffnung verhindert Die Druckluft drückt die Schmelze schnell durch den Abstichkanal in den Ofen zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil in der Sandzugabeleitung geöffnet Sand wird von der Luft mitgerissen. Da der Sand tief in den Abstichkanal eingeblasen wird, kann sich die Schmelze an der Innenöffnung des Abstichkanals verfestigen. Der Raum zwischen dem erstarrten Stopfen und der Abstichöffnung wird mit Sand aufgefüllt.

Das öffnen der Abstichöffnungen bei einem Phosphorgewinnungsofen, die erfindungsgemäß verschlossen worden sind, ist wesentlich einfacher geworden. Zuerst wird der Sand aus dem Abstichkanal entfernt und dann der Innenstopfen aus erstarrter Schmelze beseitigt Der Sand wird mit einer Luftlanze ausgeblasen. Wenn der Sand entfernt ist, beginnt die erstarrte Masse sich zu erweichen und wird unter Einfluß des hydrostatischen Druckes und der Hitze der Schmelze herausgedrückt oder sie kann mit Hilfe einer Sauerstofflanze ausgebrannt werden. Da zum Öffnen der Abstichöffnung nur sehr wenig Sauerstoff benötigt wird, ist der Abstichkanal einer wesentlich geringeren Erosion und Oxydation als beim Ausbrennen von längeren Abschnitten aus erstarrter Schmelze oder zum Ausbrennen verkohlter Holzstopfen ausgesetzt, wie dies bei den eingangs beschriebenen Verfahren sonst erforderlich wäre.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Darin zeigt

Fig. 1 eine Querschnittansicht eines Elektro-Phosphorgewinnungsofens, bei dem die Abstichöffnungen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung verschlossen werden; und

Fig.2 eine Querschnittsansicht eines Elektro-Phosphorgewinnungsofens, bei dem die Abstichöffnung auf die erfindungsgemäße Art und Weise verschlossen ;o worden ist

In Fig. 1 ist mit 1 ein Ausschnitt einer Seitenwand eines Phosphorgewinnungsofens gezeigt, der eine äußere Hülle 2 aus rostfreiem Stahl besitzt und der an seiner Innenseite in mehreren Lagen mit Graphitsteinen 6 ausgekleidet ist In der Ofenwand 1 ist eine Kohlenstoffhülse 7 angeordnet, die einen Abstichkanal 8 eathält Durch die Abstichöffnung 10 ragt die Spitze eines Metallrohres 16. Die Spitze des Metalirohres ist etwa 15 cm lang. Das Rohr 16 hat eine genormte Länge von etwa 6,4 m. Ein Flansch 17 trennt die Rohrspitze 14 von dem Hauptteil des Rohrs 16. Der Flansch 17 kann mit einem Überzug 20 aus wärmebeständigem Material versehen sein. Das Rohr 16 wird mit Hilfe einer flexiblen Leitung 22 an einen Sandbehälter 24 und an eine Druckluftleitung 26 angeschlossen. Das Anschlußstück 29 dient zum Zuleiten von Sand und/oder Luft in das Rohr 16.

Die Abstichöffnung nach F i g. 2 in dem Ofen nach F i g. 1 ist auf die erfindungsgemäße Art und Weise dicht verschlossen.

In Fig.2 ist mit 40 der Stopfen aus erstarrter Schmelzmasse bezeichnet, der innerhalb des Abstichkanals 8 liegt Mit 39 ist der mit Sand aufgefüllte Teil des Abstichkanals 8 bezeichnet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Abstichöffnungen aller Typen von Hüttenöfen verschlossen werden, bei denen die Schmelze durch das Einbringen von partikelförmigem Gut erstarren kann.

Eine Abstichöffnung bei einem Phosphorgewinnungsofen kann erfindungsgemäß beispielsweise wie folgt verschlossen werden. Der Vorratsbehälter 24 ist mit Sand aufgefüllt, dessen Teilchengröße vorzugsweise nicht größer als etwa 0,7 cm ist Wenn das Sandregelventil 30 geschlossen ist, wird Luft über die Leitung 26 und das Rohr 16, das in die Abstichöffnung 10 eingeführt ist, eingespeist, bis der Flansch 17 die Fläche der Abstichöffnung berührt Dann baut sich ein Luftdruck in dem Abstichkanal 8 auf und drängt die Schmelze 35 in den Ofen zurück. Dann wird das Sandregelventil 30 geöffnet, und Sand wird eingeleitet.

Die Stärke des Sandstroms ist so eingestellt, daß der in den Abstichkanal 8 eingetriebene Sand auf die Schmelze trifft und diese am inneren Ende des Abstichkanals 8 erstarrt Sand wird dann weiter eingeführt, bis der Abstichkanal 8 gefüllt ist. So läßt sich die Abstichöffnung von einem Mann in etwa 1 Minute schließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschließen einer Abstichöffnung bei einem Hüttenofen, insbesondere bei einem Phosphorgewinnungsofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichöffnung mit einem Gasdruck beaufschlagt wird, der ausreicht, die Schmelze aus dem Abstichkanal zu drücken, daß dann ein pariikelförmiges Material in den Abstichkanal eingeleitet wird, wobei sich in dem Abstichkanal eine Erstarrungszone bildet, in der das partikelförmige Material die Schmelze im Ofen berührt und ein Ausströmen der Schmelze blockiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als partikelförmiges Material Sand eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck durch Druckluft erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstichkanal mit dem partikelförmigen Material aufgefüllt wird.