DE2929105A1

DE2929105A1 - Verfahren und vorrichtung zum raffinieren von ferrosilicium

Info

Publication number: DE2929105A1
Application number: DE19792929105
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Fukutso; Taiji Kumagai; Seiichi Matsubara; Takashi Matsui; Yoshiyuki Nakamura; Taizo Senga
Original assignee: Japan Metals and Chemical Co Ltd
Current assignee: Japan Metals and Chemical Co Ltd
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FR2431546B1; FR2431546A1; US4347614A; NO152609C; NO152609B; NO792194L; DE2929105C2; US4255184A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Raffinieren von Ferrosilicium

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Raffinieren von Ferrosilicium sowie einen Elektroofen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bislang sind üblicherweise zum Raffinieren von Ferrosilicium Elektroöfen mit eingetauchtem Lichtbogen verwendet worden, bei denen das in der Reaktionszone entwickelte und im wesentlichen aus CO bestehende Gas an der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials mit Luft zusammengebracht und unter Bildung einer sehr großen Wärmemenge verbrannt wird. Deshalb muß oberhalb der Oberkante der Ofenwanne eine Hitzeschutzabdeckung vorgesehen werden, um die oberen Vorrichtungsteile des Ofens zu schützen und verbranntes Gas aus dem den Ofen umgebenden Gehäuse abführen zu können. Das verbrannte Gas wird durch eine Leitung od. dgl. abgesaugt, gekühlt, in einen Staubsammler, wie ein Filtertuch, geführt und nach Entfernung von Staubteilchen in die Atmosphäre entlassen.

In diesem Fall fällt die mit dem CO-Gas der Reaktionszone zusammenzuführende Luft oberhalb der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials durch ein Fenster ein, das in einer aufrechten Wand der Hitzeschutzabdeckung zum Schüren des eingebrachten Rohmaterials in dem Ofen angebracht ist, sowie durch einen Spalt zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand und der Oberkante der Ofenwanne. Diese eingefallene Luft ströme zunächst quer zu der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials, gelangt in die Nähe der Elektroden etwa in der Mitte der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials und trifft auf das aufsteigende CO-Gas aus der Reaktionszone, wobei dieses verbrannt wird. Das abgebrannte Gas gelangt in eine Leitung, die am Oberteil der Hitzeschutzabdeckung vorgesehen ist, und wird abgeführt.

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Während der Querströmung kühlt die eingefallene Luft die Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials ab, bevor sie in Kontakt mit dem aufsteigenden CO-Gas kommt. Indessen bildet das eingebrachte Rohmaterial feste Krusten, weil der Quarz, der bei hoher Temperatur unter dem Einfluß der von der unteren Reaktionszone herrührenden großen Hitze gesintert wird, von oben her durch die eingefallene Luft abgekühlt wird, und die in dem aufsteigenden CO-Gas enthaltenen SiO-Bestandteile schlagen sich auf dem eingebrachten Rohmaterial bei niedrigerer Temperatur nieder. Die Krusten wachsen von der äußeren Peripherie her zur Mitte der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials allmählich an und verhindern, daß das Rohmaterial absinken kann. Wenn sich solche Krusten ausgebildet haben, wird nur das Rohmaterial einer schmalen Zone hoher Temperatur rund um die Elektroden geschmolzen und sinkt in die Reaktionszone ab. Folglich tritt häufig die Erscheinung auf, daß das Rohmaterial den in die Reaktionszone eintauchenden Elektrodenspitzen nur unzureichend zugeführt wird.

Um deshalb die Ausbildung solcher Krusten und das Hängenbleiben des Rohmaterials zu vermeiden, müssen Schürstangen durch eine Vielzahl von Fenstern, die rund um die Peripherie der aufrechten Wand der Hitzeschutzabdeckung angebracht sind, gestoßen werden, damit die hängengebliebenen Krusten geschürt, d.h. weggebrochen werden und in die untere Reaktionszone absinken können. Jedoch sind konventionelle Methoden des Raffinierens von Ferrosilicium dahingehend problematisch, daß Dicke und Länge der gebildeten hängenden Krusten infolge der Kühlung an der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials durch die Querströmung der eingefallenen Luft größer werden, und deshalb ist stets häufiges und durchdachtes Schüren erforderlich, weil anderenfalls die Zuführung von Rohmaterial in die Reaktionszone rasch unzureichend wird; dadurch wird die Reaktionszone durch den Lichtbogen überhitzt, es bilden sich örtlich in dem Bereich, wo das Rohmaterial geschmolzen wird, Gasblasen hoher Temperatur, die dann für die Umsetzung ausfallen, die erforderliche elektrische Energie pro

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Gewichtseinheit Produkt steigt an, und die Ausbeute an Silicium wird durch zunehmenden Wärmeverlust, herausspritzendes Quarzgestein und Koks und Diffusionsverlust von SiO-Dampf usw. vermindert .

Das vorstehend erwähnte Schüren ist auch dahingehend nachteilig, daß es in heißer Umgebung bei hoher Strahlungshitze des Elektroofens durchgeführt werden muß, daß die zu schürenden Flächen infolge der in den letzten Jahren ständig größer werdenden Ofenanlägen sehr groß sind und viel Zeit für ein gründliches Schüren erforderlich ist. Außerdem wird die Raffinlerungswirksamkeit unvermeidbar dadurch vermindert, daß während des Schürens heißes Gas abgeblasen wird.

Mit der Erfindung werden die vorstehend erläuterten Probleme von konventionellen Methoden und Elektroöfen zum Raffinieren von Ferrosilicium in überzeugender Weise gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Raffinieren von Ferrosilicium mittels eines Raffinierofens mit eingetauchtem Lichtbogen mit einem Fenster zum Schüren, das an einer aufrechten Wand einer Hitzeschutzabdeckung angeordnet ist, welche über der Oberkante der Ofenwanne angeordnet ist, wobei Luft durch das Schürfenster und durch einen Spalt zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand und der Oberkante der Ofenwanne einfällt und das eingebrachte Rohmaterial durch das Schürfenster hindurch mittels einer Stange geschürt wird, damit es während der Raffinierreaktion ausreichend in die Raffinierzone absinken kann. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß Rohmaterial in den Ofen eingebracht wird, daß das Rohmaterial zwischen der Wanne und den Elektroden erhitzt und geschmolzen wird unter Entwicklung von CO-Gas, daß Luft an die Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials durch ein Lufteinleitungsrohr geblasen wird, das in der Nähe der Elektroden angeordnet ist, daß das entwickelte Gas in der Nähe der Elektroden mittels der eingefallenen und der eingeblasenen Luft verbrannt wird,

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daß die Volumina der eingefallenen und der eingeblasenen Luft so gehalten werden, daß der Sauerstoffgehalt in dem Abgas einer Abgasleitung des Ofens im Bereich von 12 bis 17 Vol.-$ gehalten wird und daß diese Steuerung des Volumens an eingefallener Luft durch Einstellen des Spaltes und/oder der Öffnung des Schürfensters bewirkt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Raffinierverfahrens, bei dem das Verhältnis von eingefallenem Luftvolumen zu der Summe der Volumina an eingefallener Luft plus einblasener Luft innerhalb eines Bereiches von 60 bis 90 ⁰Jo gehalten wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Elektroofens zum Raffinieren von Ferrosilicium mit einer Ofenwanne, einer Hitzeschutzabdeckung mit einer aufrechten Wand, die über der Wanne angeordnet ist, vertikal angeordneten Elektroden, die die Hitzeschutzabdeckung durchdringen, einem Rohr zum Beschicken mit Rohmaterial in der Nähe der Elektroden, mindestens einem Fenster zum Schüren des eingebrachten Rohmaterials in der Aufrechten Wand und einer Leitung zum Abführen von Abgas, angeordnet am oberen Teil der Hitzeschutzabdeckung. Dieses Ofen ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Lufteinleitungsrohren in der Nähe der Elektroden, von denen jedes eine untere Öffnung in der Nähe der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials aufweist, und durch Mittel zum Einstellen der Öffnung des Schürfensters und/oder des Spaltes zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand und der Oberkante der Wanne.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Elektroofens, der ferner Mittel zum Steuern der Summe der Volumina an eingeblasener und an in die Hitzeschutzabdeckung durch den Spalt und das Schürfenster hindurch eingefallener Luft sowie Mittel zum Steuern des Verhältnisses des Volumens an eingefallener Luft zu der Summe der Volumina an eingefallener

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und eingeblasener Luft enthält, in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt des Abgases.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Elektroofens, der weiterhin Mittel zum Anreichern des Sauerstoffgehaltes der Luft enthält, die durch das Lufteinleitungsrohr eingeblasen wird.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Elektroofens, der weiterhin einen heb- und senkbaren senkrecht angeordneten, ringförmigen Kragen enthält, der in dem Spalt zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand und der Oberkante der Wanne angeordnet ist, wobei das untere Ende des Kragens bis hinab in einen Sanddichtungstrog reicht, der an der äußeren Peripherie der Oberkante der Wanne angeordnet ist.

Schließlich ist noch Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Elektroofens mit einer Vielzahl von Schürfenstern, die sämtlich über Scharniere an ihren Rahmen befestigt und offenbar sind. Außerdem soll erfindungsgemäß das Rohmaterialbeschickungsrohr auch als Lufteinleitungsrohr dienen können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht in Längsrichtung einer bevorzugten Ausführungsform eines Elektroofens nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Querschnittansicht in Querrichtung entlang der Linie A-A in Fig. 1, und

Fig. 3 eine charakteristische Kurve, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis von eingefallener Luft zu der Summe der Volumina an eingefallener plus eingeblaeener Luft und dem CO-Gehalt des Abgases zeigt.

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Der in einem Elektroofen zum Raffinieren von Ferrosilicium ablaufende konventionelle Raffinierprozeß kann unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung dadurch eingehend untersucht werden, daß in die Zonen a bis c eingeteilt wird. Fig. 1 zeigt schematisch einen Elektroofen mit den oberen Vorrichtungsteilen, die nachstehend noch im einzelnen erläutert werden.

a. Hochtemperaturzone am Boden des Ofens.

Dies ist die Zone mit der höchsten Temperatur im Ofen infolge des Lichtbogens zwischen den Elektroden 5» 5» wobei eine Reaktion dahingehend stattfindet, daß das Quarzgestein in dem Rohmaterial, das von der Oberseite des Ofens her eingebracht wird, mit SiC umgesetzt wird, das in einer mittleren Reaktionszone gebildet wird, welche nachstehend erläutert wird, unter Bildung von SiO und Si gemäß folgender Gleichung (1)S

3 SiO₂ + 2 SiC ^ 4 SiO + Si + 2 CO (i)

Diese Reaktion ist die Hauptreaktion zur Ausbildung von Si und stark exotherm, so daß die Lage der Elektroden zum Konzentrieren der Hitze beim Ofenbetrieb so gut wie möglich gesteuert werden muß.

b. Mittlere Reaktionszone

In dieser Zone ist die Hauptreaktion, daß das in der Zone mit höchster Temperatur am Ofenboden gebildete SiO mit kohlenstoffhaltigem Material, das mit dem Rohmaterial eingebracht wird, zur Bildung von SiC gemäß der folgenden Reaktion (2) umgesetzt wird:

2 SiO + 4 C —> 2 SiC +2 CO (2)

Diese Reaktion läuft teilweise auch an der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials ab.

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c. Reaktionszone an der Oberfläche.

Xn dieser Zone findet eine Umsetzung dahingehend statt, daß zwischen dem aufsteigenden restlichen SiO-Dampf, der in der mittleren Reaktionszone nicht umgesetzt worden ist, und dem eingebrachten Rohmaterial, das durch in den Ofen eingefallene Luft gekühlt wird, ein Wärmeaustausch stattfindet unter Ausbildung eines braunen Kondensats [siO„ + SiI gemäß der folgenden Gleichung (3):

2 SiO

Sl] (3)

Da die Reaktion exotherm ist, bildet das SiO Hitze, wenn es in das braune Kondensat umgewandelt wird, wodurch es eine Wärmequelle darstellt, um das eingebrachte Rohmaterial vorläufig zu erhitzen. Obwohl jedoch die braunen Kondensate in der Nähe der Elektroden geschmolzen werden und bei hoher Temperatur ruckweise absinken, so werden die braunen Kondensate in größerer Entfernung von den Elektroden nicht mehr geschmolzen und sinken nicht ab, sondern bilden Krusten, so daß das Rohmaterial hängenbleibt und das Aufsteigen des CO-Gases aus dem unteren Rohmaterial behindert wird, weil ein Kühleffekt, der größer ist als die gebildete Hitze, durch das Absinken der Temperatur an der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials infolge von eingefallener Luft wirksam wird. Die behinderten Gase sammeln sich in offenen Räumen in der Nähe der Elektroden und bilden große örtliche Blasen.

Erfindungsgemäß wird nun das Volumen der durch das Lufteinleitungsrohr 6 in der Nähe der Elektroden eingeblasenen Luft und das Volumen der eingefallenen Luft gesteuert durch Einstellen der Öffnung des Schürfensters 8 in der aufrechten Wand und/oder durch Einstellen des Spalts 20 zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand 2 der Hitzeschutzabdeckunj 3 und der Oberkante der Wanne 1 des Ofens, wodurch die Stromungsrichtung der

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Brennflamme des brennbaren CO-Gases, das aus den Reaktionszonen aufsteigt, in eine neue Richtung radial von der Ofenmitte zum Ofenumfang hin entlang der Oberfläche des eingebrachten Materials abgelenkt wird. Deshalb verliert die Erscheinung sehr an Bedeutung, daß die Oberfläche des eingebrachten Materials wie bei konventionellen elektrischen Raffinieröfen gekühlt wird, da diese Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials in günstiger Weise so stark erhitzt wird, daß die Kühlung voll kompensiert wird. Als Folge davon ist eine Ausbildung von starken Krusten überhaupt nicht mehr zu beobachten, und die eingebrachten Rohmaterialien sinken allmählich und glatt in die Reaktionszone des Ofens ab, und das Reaktionsgas steigt sanft durch die Teilchen des absinkenden Rohmaterials hindurch auf, so daß die Raffinierreaktion stabil ohne Bildung irgendwelchen hängenbleibenden Rohmaterials oder von örtlichen Blasen usw. wie bei konventionellen Öfen abläuft. Die erforderlichen Materialien, elektrische Energie, Elektroden u. dgl. pro Gewichtseinheit Produkt werden auf diese Weise in ganz erheblichem Maße verringert, und die Güte des erhaltenen Ferrosiliciums wird einheitlich. Wenn außerdem der Sauerstoffgehalt in der eingeblasenen Luft um ein geringes Maß erhöht wird, kann die Oberfläche des eingebrachten R_ohmaterials in vorteilhafter Weise zusätzlich erhitzt werden, und das Absinken der Rohmaterialien wird verbessert und die erforderliche Menge elektrischer Energie pro Gewichtseinheit Produkt gesenkt.

Das Volumen der eingefallenen Luft und das Volumen der eingeblasenen Luft werden gesteuert in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration des Abgases, das an der Hitzeschutzabdeckung durch eine Abgasleitung 7 entnommen wird. Erfindungsgemäß wurde nämlich gefunden, daß ein Temperaturanstieg in dem eingebrachten Rohmaterial durch die effektive Erhitzung der Oberfläche des feingebrachten Rohmaterials in enger Beziehung zu der Sauerstoffkonzentration des Abgases steht. Die Sauerstoffkonzentration des Abgases sollte im Bereich von 12 bis 17 Vol.-$ gehalten werden, weil bei weniger als 12 % die Temperatur der Verflache

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des eingebrachten Rohmaterials zu hoch wird und ein glattes Absinken von Rohmaterial infolge des örtlichen Auftretens von schmelzendem Quarzgestein kleineren Durchmessers behindert wird, während bei mehr als 17 Yo das eingebrachte Rohmaterial zu stark abgekühlt wird und die Temperatur seiner Oberfläche nicht ansteigt und feste Krusten ausgebildet werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Versuchsdaten im einzelnen erläutert.

Es traten örtlich beträchtliche Veränderungen der Temperatur an der Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials auf, so daß die Sauerstoffkonzentrationen und die Temperaturen des Abgases gemessen wurden, das von der Hitzeschutzabdeckung durch die Abgasleitung abgeführt wurde, anstelle der Temperaturen der Oberfläche des Rohmaterials, welche offensichtlich gut mit einer Durchschnittstemperatur der Oberfläche Übereinstimmen.

Das Verhältnis des Volumens von eingefallener Luft zu dem Volumen von eingeblasener Luft wurde konstant bei 80:20 gehalten. Die Summe des Volumens an eingefallener und an eingeblaeener Luft wurde in verschiedener Weise geändert, und die Säuerst off konzentrat ionen in dem Abgas, die Temperaturen des Abgases, die geschmolzenen und abgesunkenen Flächenbereiche der Oberfläche, Gegenwart oder Abwesenheit von Schmelzen von Quarzgestein in dem Rohmaterial wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.

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- 13 Tabelle 1

Luftvolumenverhältnis *)

60

19

12

©„-Konzentration des Abgases (Trockenbasis, Vol.-#)

19,2

18,5 +0,2

17,0 14,5 12,0 10,0 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2

Temperatur des Abgases ( c)

200

350 +40

800 900 1100 1200 +50 +80 +120 +150

Geschmolzene und abgesunkene Bereiche der Oberfläche des Roh-

materials

Ofenoberfläche

0,33

0,44

0,60

0,65 0,65 0,63

Schmelzen von Quarzgestein

nein nein

nein nein nein ja

*) Anmerkung: Das Luftvolumenverhältnis ist das

Verhältnis von zugeführtem Luftvolumen zu dem im Ofen entwickelten Gasvolumen

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, sind die Temperatur des Abgases um so niedriger und die geschmolzenen und abgesunkenen Bereiche der Oberfläche des Rohmaterials um so kleiner, je größer das Verhältnis der Luftvolumina war. Wenn das Verhältnis der Luftvolumina klein ist, war die gegenteilige Erscheinung zu beobachten, insbesondere eine Erscheinung, daß die geschmolzene und abgesunkene Fläche der Oberfläche des Rohmaterials vergrößert wurde, was beim Betrieb in einem Elektroofen höchst wünschenswert ist. Wenn jedoch die Temperatur des Abgases 1200° C beträgt und das Verhältnis der Luftvolumina 10, trat Schmelzen des Quarzgesteins auf, und die geschmolzene und abgesunkene Fläche der Oberfläche des Rohmaterials wurde klein. Wie Tabelle außerdem zeigt, waren die Änderungen der Sauerstoffkonzentrationen in dem Abgas beträchtlich klein, während die Temperaturänderungen des Abgases ziemlich groß waren.

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In einer zu der vorliegenden Erfindung führenden Studie wurden die folgenden Versuche durchgeführt, bei denen das Verhältnis von eingefallenem Luftvolumen zu der Summe an eingeblasenem Luftvolumen plus dem Volumen an eingefallener Luft in verschiedenartiger Weise geändert wurde, wobei die Summe des Volumens

an

an eingefallener Luft und des Volumens eingeblasener Luft konstant gehalten wurde.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis in Prozent des Volumens an eingefallener Luft zu einer mit 100 % angenommenen Summe von Volumen an eingefallener Luft und Volumen an eingeblasener Luft und den CO-Konzentrationen des Abgases, das aus der Abgasleitung der Hitzeschutzabdeckung entnommen wurde. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, betrug die CO-Konzentraiton in dem Abgas 55 ppm, wenn das Verhältnis des Volumens von eingefallener Luft zu der Summe der Luftvolumina 80 % oder weniger beträgt, aber die CO-Konzentration erhöht sich sprunghaft, wenn das Verhältnis 90 % überschreitet.

Wenn dagegen das Verhältnis des Volumens an eingefallener Luft zu der Summe der Luftvolumina auf weniger als 60 % absinkt, änderte sich die CO-Konzentration in dem Abgas nicht mehr sonderlich, und das Volumen an eingeblasener Luft in dem Lufteinleitungsrohr mußte erhöht werden, wozu zusätzliche Energie erforderlich war.

Deshalb ist das Verhältnis von eingefallener Luft zu der Summe der Luftvolumina vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 60 bis 90 <fa zu halten.

Ein Grund für das Steuern der Volumina an eingefallener Luft und an eingeblasener Luft oder des Verhältnisses de« Volumens an eingefallener Luft zu der Summe der Volumina an eingefallener Luft plus eingeblasener Luft in Abhängigkeit von der Änderung der Sauerstoffkonzentration, nachgewiesen durch einen Oxygenometer, ist darin zu sehen, daß erfindungsgemgß herausgefunden

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wurde, daß der geeignetste Weg zum Steuern dieser Volumina oder dieses Verhältnisses die Ausnutzung der Sauerstoffkonzentration in dem aus der Abgasleitung 7 entnommenen Abgas ist, welche gut einer Durchschnittstemperatur der Oberfläche des Rohmaterials entspricht, weil die Temperatur der Oberfläche des Rohmaterials örtlich beträchtlich schwankt. Außer der Sauerstoffkonzentration kann in gewissen Maße auch die Temperatur des Abgases Berücksichtigung finden. Es wurde jedoch gefunden, daß die Temperatur des Abgases leicht durch die Umgebungstemperatur, die angelegte elektrische Spannung, örtliche Blasen, Abstrahlung u. dgl. beeinflußt wird, so daß die Abgastemperatur in nicht so enger Beziehung zu der Temperatur der Rohmaterialoberfläche steht wie die Sauerstoffkonzentration des Abgases.

Die Temperatur der Oberfläche des in den Ofen eingebrachten Rohmaterials kann in vorteilhafter Weise durch Anreichern des Sauerstoffgehaltes der durch das Einleitungsrohr eingefclasenen Luft erhöht werden.

Vorzugsweise wird die Luft einheitlich auf die Oberfläche des* eingebrachten Rohmaterials geblasen.

Die aus dem Abgas erhaltene Wärme kann nun für die Dampferzeugung zur Gewinnung von elektrischer Energie oder für andere Zwecke ausgenutzt werden, weil die Temperatur des Abgases hoch ist.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, was jedoch in keiner Weise eine Einschränkung des Erfindungsbereiches bedeutet,

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines Elektroofens nach der Erfindung. In diesen Figuren ist der Elektroofen nach der Erfindung mit einer Hitzeechutzabdeckung 3 versehen, die eine aufrechte Wand 2 aufweist,

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welche dicht über der Oberkante der Ofenwanne 1 angeordnet ist. Eine obere Abdeckung k der Hitzeschutzabdeckung 3 wird durchdrungen von den Elektroden 5» 5 und einem Rohr 6 zum Beschicken mit Rohmaterial. Der obere Teil der Hitzeschutzabdeckung 3 ist mit der Abgasleitung 7 zum Entnehmen von verbranntem Gas verbunden. Eine Vielzahl von offenbaren Fenstern zum Schüren des eingebrachten Rohmaterials sind in der aufrechten Wand 2 der Hitzeschutzabdeckung 3 angebracht. Gewünschtenfalls kann ein heb- und senkbarer, senkrecht angeordneter ringförmiger Kragen 9 vorgesehen sein, um einen Spalt 20 zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand 2 und der Oberkante der Wanne 1 durch Senken des unteren Endes des Kragens 9 in einen Sanddichtungstrog 10 hinein, der rund um die obere Peripherie der Wanne 1 angeordnet ist, zu bilden. Der obere Teil des Rohmaterialbeschickungsrohres 6 ist mit einem Lagerbehälter für Rohmaterial 12 über eine Zugabevorrichtung 11 verbunden. Ein Lufteinleitungsrohr 13 ist unterhalb der Zugabevorrichtung 11 mit dem Rohmaterialbeschickungsrohr 6 verbunden. Luft wird in das Lufteinleitungsrohr 13 aus einem Gebläse 14 durch ein Ventil 15 zum Regulieren des Volumens eingeblasen und durch ein unteres Mundstück des Rohmaterialbeschickungsrohres 6 in den Ofen eingespritzt. Gewünschtenfalls kann das Lufteinleitungs· roht 13 getrennt von dem Rohmaterialbeschickungsrohr 6 angeordnet sein.

Ein Meßgerät 16 zum Überwachen der Sauerstoffkonzentration ist zum Einstellen einer Öffnung des Ventils 15 zum Regulieren des Volumens der einzublasenden Luft mittels einer Reguliereinrichtung 17 in Abhängigkeit von der Änderung der Sauerstoffkonzentration, die durch den Oxygenometer 16 angezeigt wird, in der Abgasleitung 7 vorgesehen.

Beispiel

In diesem Beispiel wird das Verfahren der Erfindung mit dem konventionellen Verfahren verglichen.

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30 Tage lang wurde Ferrosilicium auf eine Reinheit von 75 % raffiniert, wobei ein 4-000 KVA-Sederberg-Elektroofen verwendet wurde. Das Verhältnis von eingefallener Luft zu der Summe der Luftvolumina betrug 80 fo, und die 0„-Konzentration in dem Abgas lag bei 14,5 Vol.-io (Trockenbasis).

Bei diesem Beispiel wurde für die Mischung der Rohmaterialien folgendes Standardrezepteingehalten (Gewichte in kg auf Trockenbasis) :

Quarzgestein: 1000 kg (97_t5 Gew. -°/o SiO₂, Größe 20-40 mm)

Koks: 306 kg (88 Gew.-% FC, Größe 3-10 mm)

Kohle: 230 kg (52 Gew.-% FC, Größe bis 10 mm)

Walzzunder: 153-132 kg (72 Gew.-?6 Fe)

Holzspäne: 150 kg

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt, die auch die Ergebnisse der zum Vergleich herangezogenen konventionellen Methode enthält.

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Tabelle 2

Ofen der Erfindung Bekannter Ofen

Transformatorkapazität des Elektroofens

Durchschnittliche elektrische Leistung

Elektrodendurchmesser S ekundärneb ens pannung Sekundärnebenstromstärke Fläche des Ofenbettes 4000 kVA

33^2 kW

61 cm 100 V 20500 A 7,5 m²

4000 kVA

3330 kW

61 cm 100 V 20500 A 7,5 m²

Anzahl der Rohmaterialbeschickungsrohr

Anzahl der Lufteinleitungsrohre

Größe und Anzahl der Fenster in der aufrechten Wand

6 (davon wurden 3 auch als Rohmaterialbeschikkungsrohr benutzt)

30cm χ 40cm χ

3 0

Kein Fenster (offener Ofen)

Produktqualität Tagesproduktion

Erforderliche elektrische Energie pro Gewichtseinheit Produkt

Täglicher Quarzgesteinverbrauch

Erforderliches Quarzgestein pro Gewichtseinheit Produkt

Si-Ausbeute
Erzeugter Staub

Elektrodenverbrauch pro Gewichtseinheit Produkt 76,6 Gew.-% Si 9,3 t

76,2 Gew.-# Si 8,3 t

8-,624 kWh/t FeSi 9,514 kWh/t FeSi

16970 kg	17140 kg
1825 kg/t FeSi	2040 kg/t FeSi
92 $>	82 io
135 kg/t FeSi	328 kg/t FeSi
44 kg/t FeSi	55 kg/t FeSi
900° C	260° C
850° C	205° C
14,5 *	19,2 £
0,65	0,33

Temperatur des Abgases an der Ofenoberseite

Temperatur der Oberfläche des Rohmaterials

0„-Konzentration im Abgas (voL-%, Trockenbasis)

Geschmolzener und abgesunkener Bereich der Rohmaterial-

oberfläche

Ofenbettfläche

In den Ofen eingebrachtes Luftvolumen

Im Ofen entwickeltes Gasvolumen

70

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Wie aus der vorstehenden Tabelle 2 ersichtlich ist, konnte im Vergleich zu der konventionellen Methode durch die Erfindung die für die Erzeugung einer Gewichtseinheit Produkt erforderliche elektrische Energie um rund 10 ^p/o gesenkt und die Ausbeute an Si um etwa 10 °/i verbessert werden, so daß man erkennt, daß die Erfindung einen wichtigen Beitrag zum wirtschaftlichen Umgang mit Energie und Rohstoffen leistet und eine hohe Produktivität ermöglicht.

Wie vorstehend erläutert ist, wird erfindungsgemäß die Reaktionszone vergrößert, das Absinken von Rohmaterial und der Auftrieb des Gases erleichtert, der Raffxnxervorgang stabilisiert, die Menge an zur Erzeugung einer Gewichtseinheit Produkt erforderlicher elektrischer Energie vermindert, die Ausbeute an Si verbessert, das Abgas wirkungsvoll ausgenutzt und die Abgasmenge beträchtlich vermindert, so daß Umfang und Größe des Staubsammlers herabgesetzt werden können.

An der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform der Erfindung können selbstverständlich für den Fachmann naheliegende Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird.

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RH '

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Raffinieren von Ferrosilicium mittels eines Elektroofens mit eingetauchtem Lichtbogen mit einem Schürfenster, das an der aufrechten Wand einer Hitzeschutzabdeckung angeordnet ist, welche oberhalb der Oberkante der Ofenwanne vorgesehen ist, wobei Luft durch das Schürfenster und durch einen Spalt zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand und der Oberkante der Wanne einfällt und das eingebrachte Rohmaterial durch das Schürfenster hindurch geschürt und in ausreichendem Maße im Verlauf der Raffinierreaktion zum Absinken in eine Raffinierzone veranlaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial in den Ofen eingebracht, zwischen der Wanne und den Elektroden unter Entwicklung von CO-Gas erhitzt und geschmolzen wird, daß Luft auf die Oberfläche des eingebrachten Rohmaterials durch ein Lufteinleitungsrohr geblasen wird, das in der Nähe der Elektroden angeordnet ist, daß das entwickelte Gas in der Nähe der Elektroden mittels der eingefallenen und der eingeblasenen Luft verbrannt wird und daß das Volumen der eingefallenen Luft und das Volumen der eingeblasenen Luft durch Einstellen

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MÜNCHEN: TELEFON (080)225385 KABEL: PROPINDUS · TELEX 05 24 244

BERLIN: TELEFON (03O) 8313088
KABEL: PROPINDUS · TELEX 01 84O07

des Spaltes und/oder der Öffnung des Schürfensters gesteuert wird, wobei der Sauerstoffgehalt des Abgases aus einer Abgasleitung des Ofens innerhalb eines Bereiches von 12 bis 17 Vol. -io gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Volumens an eingefallener Luft zu der Summe der Volumina von eingefallener und eingeblasener Luft innerhalb eines Bereiches von 60 bis 90 % gehalten wird.

3. Elektroofen zum Raffinieren von Ferrosilicium zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Ofenwanne, einer Hitzeschutzabdeckung mit einer aufrechten Wand, die oberhalb der Wanne angeordnet ist, mit vertikal angeordneten Elektroden, die die Hitzeschutzabdeckung durchdringen, einem Rohr zum Beschicken mit Rohmaterial, das in der Nähe der Elektroden angeordnet ist, mindestens einem Fenster zum Schüren des eingebrachten Rohmaterials, angeordnet in der aufrechten Wand, und einer Leitung zum Entnehmen von Abgas, angeordnet in dem oberen Teil der Hitzeschutzabdeckung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Lufteinleitungsrohren, von denen jedes mit einem unteren Mundstück nahe der Oberfläche des Rohmaterials rund um die Elektroden versehen ist, und durch Mittel zum Einstellen der Öffnung des Schürfensters und/oder des Spaltes zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand und der Oberkante der Wanne.

k. Elektroofen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel zum Steuern der Summe der Volumina der eingeblasenen Luft und der in die Hitzeschutzabdeckung durch den Spalt und das Schürfenster hindurch eingefallenen Luft sowie durch Mittel zum Steuern des Verhältnisses von eingefallenem Luftvolumen zu der Summe der Volumina an eingeblasener und eingefallener Luft in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt des Abgases.

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5. Elektroofen nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch Mittel zum Anreichern des Sauerstoffgehaltes der durch das Lufteinleitungsrohr eingeblasenen Luft.

6. Elektroofen nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen heb- und senkbaren, senkrecht angeordneten ringförmigen Kragen, der in dem Spalt zwischen dem unteren Ende der aufrechten Wand und der Oberkante der Wanne angeordnet ist, wobei das untere Ende des Kragens bis in einen Sanddichtungstrog hinabreicht, der an der äußeren Peripherie der Oberkante der Wanne angeordnet ist.

7. Elektroofen nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Schürfenstern, die mittels an den Fensterrahmen befestigten Scharnieren offenbar sind.

8. Elektroofen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterialbeschickungsrohr gleichzeitig als Lufteinleitungsrohr dient.

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