DE3905486B4

DE3905486B4 - Schmelzofen und Beschickungsverfahren für denselben

Info

Publication number: DE3905486B4
Application number: DE3905486A
Authority: DE
Inventors: Nils Håkan Hakulin; Risto Markus HEIKKILÄ; Matti Elias Honkaniemi; Helge Johannes Krogerus; Launo Leo Lilja
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1988-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: ZA891206B; DE3905486A1; ATA39289A; NO890729D0; SE8900415L; NO173957B; SE470387B; NO173957C; FI880819A0; SE8900415D0; FR2627578B1; NO890729L; FR2627578A1; FI79560B; US4995051A; AT395478B

Abstract

Schmelzofen (5, 8), insbesondere ein Gleichstrom-Lichtbogenofen zum Behandeln feinverteilten Materials mit mindestens drei Elektroden, die durch die Decke des Ofens herabhängend so angebracht sind, dass sie den Lichtbogen erzeugen, und mit Deckenöffnungen für die Zufuhr von Feststoffen und für die Abgabe von Verfahrensgasen,
wobei für die Zufuhr von Schmelzgut in den von den durch das Dach herabhängenden Elektroden (4, 16) beschriebenen Kreis mindestens eine Beschickungsöffnung zum Beschicken mit Schmelzgut und außerhalb des von den Elektroden (4, 16) beschriebenen Kreises mindestens ein Abzug (17, 20) für die Ableitung der beim Verfahren gebildeten Gase vorgesehen sind, und in der Mitte des von den Elektroden (4; 16) beschriebenen Kreises ein Abschnitt der Ofendecke wesentlich höher als der Rest der Decke ausgebildet ist, welcher Abschnitt als Vorwärmschacht (2,11) für das Schmelzgut dient, um die darin befindlichen Teilchen vorzuerwärmen, ehe sie in den Wirkungsbereich der Energie der Lichtbögen gelangen,
dass die...

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen, vorzugsweise einen Gleichstromofen und ein Verfahren zum Beschicken des Schmelzofens mit dem darin zu erschmelzenden Material. Dabei werden sauerstoffhaltige Stoffe, beispielsweise Erzkonzentrate oder Oxidzwischenprodukte zu einem für die weitere Raffination geeigneten Erzeugnis weiterverarbeitet.
Die Stahlerzeugung aus Roheisen und die meisten Reduktionsverfahren, die in Öfen mit verdecktem Lichtbogen durchgeführt werden, beruhen auf der Tatsache, dass das Material in Form von stückigem Erz, Sinter oder Agglomeraten vorliegt, und dass im allgemeinen Koks das einzig annehmbare Reduktionsmittel ist.
Eine Einschränkung bei den vorstehend genannten Herstellungsverfahren besteht darin, dass feinverteiltes Erz nicht ohne teures Agglomerieren benutzt werden kann, gleichgültig ob die Reduktion und das Schmelzen in einem Hochofen oder einem Ofen mit verdecktem Lichtbogen durchgeführt wird. Eine weitere Einschränkung ist dadurch gegeben, dass das notwendige Reduktionsmittel hauptsächlich metallurgischer Koks von hoher Qualität ist, dessen Erzeugung Umweltprobleme schafft. Eine dritte Einschränkung bei Öfen mit verdecktem Lichtbogen besteht darin, dass eine Voraussetzung für ein wirtschaftliches Erschmelzen in einem hohen elektrischen Widerstand der Schlacke besteht, was allgemein im Widerspruch steht zu den metallurgischen Erfordernissen.
Folglich ist man schon seit langem darum bemüht, neue Schmelzverfahren ohne diese Einschränkungen zu schaffen. Unter den neuen Verfahren finden sich einige, die auf dem Schmelzen von feinverteiltem Erz in einem Elektroofen beruhen, wo die zum Schmelzen erforderliche Energie mittels eines Plasma-Lichtbogens oder eines Gleichstrom-Lichtbogens erzeugt wird oder der elektrische Strom die Schlacke durch Widerstandsverluste aufheizt. Diese neuen Verfahren schließen oft eine Vorerwärmung und vorläufige Reduktion des feinverteilten Erzes ein.
Feinverteiltes Metalloxid und/oder metallsulfidhaltiges Material kann zum Erzeugen einer Metallschmelze auch nach den Verfahren gemäß den finnischen Patentschriften 66433 und 66434 behandelt werden. Dabei wird das metalloxidhaltige Material, wenn es durch einen Schachtofen fällt, dadurch geschmolzen, dass es mit den heißen Gasen in Berührung gebracht wird, die durch Verbrennen erzeugt werden. Ein Teil des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels wird gleichzeitig in den Schachtofen geleitet. Die erwähnten heißen Gase werden durch den Schacht nach oben geleitet, und das geschmolzene, metalloxidhaltige Material, welches sich im unteren Teil des Schachtes befindet, wird durch Teilreduktion in Kontakt mit dem zugeführten Reduktionsmittel zu einem vorreduzierten Produkt umgewandelt. Das der Behandlung unterzogene metalloxidhaltige Material wird gemeinsam mit dem Rest des Feststoffs durch schräg nach oben gerichtete Brenner in den Schachtofen eingeleitet. Mittels der nach unten geneigten Brenner wird der feste Stoff zur Mitte des Schachtofens gelenkt. Folglich bildet sich in der Mitte des Schachtofens ein dicker Materialvorhang. Dort ist es unwahrscheinlich, dass die Erwärmung der am weitesten innen befindlichen Teilchen die gleichen Bedingungen erreicht, wie bei den äußeren Teilchen, so dass sich infolgedessen eine ungleichmäßige und schlechte Energienutzung ergibt.

Die DE 26 10 591 C2 zeigt einen Gleichstrom-Lichtbogenofen mit einer Beschickungslanze, die von drei Elektroden umgeben ist. Die Beschickungslanze ist dort relativ dicht über den Aufschmelzbereich der Lichtbögen geführt und der Deckenbereich innerhalb der Elektroden ist nicht wesentlich höher als der umgebende Deckenbereich des Ofens ausgebildet, so dass das eingeführte Material nur unzureichend vorerwärmt wird.

Die DE 36 03 948 zeigt einen Schmelzofen, bei dem feinverteiltes Material in der Mitte des Schmelzofens in einen erhöhten Deckenabschnitt zugeführt wird, der von den Elektroden umgeben ist. Obwohl das Schmelzgut eine längere Wegstrecke in dem Ofen zurücklegt, die eine verbesserte Vorerwärmung mit sich bringt, ist die Vorerwärmung des Schmelzgutes in dem bekannten Ofen noch nicht optimal.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung einiger Nachteile des Standes der Technik einen Schmelzofen zu schaffen, der die einem Gleichstrom-Lichtbogenofen zugeführte elektrische Energie wirksamer für die Vorerwärmung des zugeführten Schmelzgutes nutzt. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Beschickungsverfahren für das in einem solchen Schmelzofen zu behandelnde Material zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch einen Schmelzofen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Beschickung des Schmelzofen gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.

Bei der Erfindung ist in der Mitte des von den Elektroden gebildeten Kreises ein Abschnitt der Decke des Elektroofens so ausgebildet, dass er wesentlich höher ist als der Rest der Decke. Dabei wird das feinverteilte Schmelzgut in einen Gleichstrom-Lichtbogenofen durch mindestens eine in einem erhöhten Abschnitt der Decke des Ofens vorgesehene Beschickungsöffnung im Bereich zwischen den Elektroden zugeführt, wobei der erhöhte Bereich als Vorwärmschacht dient, um die darin vorhandenen Teilchen vorzuerwärmen, ehe sie in den Wirkungsbereich der Energie gelangen, die im Ofen gemäß der Erfindung vorzugsweise von den Lichtbögen erzeugt wird. Die Elektrodenflächen sind derart zur Mitte geneigt über der Schmelze angeordnet, dass ein Teil der Energie der von diesen ausgehenden Lichtbögen leicht nach oben auf das herabströmende Schmelzgut gerichtet ist. Auf diese Weise wird ein größerer Teil der erzeugten Energie als beim Stand der Technik dem Schmelzgut zugeführt, was eine bessere Vorwärmung garantiert.

Zusätzlich kann ein Vorwärmschacht für das Schmelzgut und gegebenenfalls ein Konzentratverteiler vorgesehen sein. Die bei der Behandlung des Schmelzgutes gebildeten Abgase werden aus dem Schmelzofen gemäß der Erfindung durch Abzugsöffnungen abgeführt, die außerhalb des von den Elektroden beschriebenen Kreises liegen. Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, einen Teil der Abgase in die Vorwärmeinheit, das heißt den Vorwärmschacht zurückzuleiten, der in der Mitte des Schmelzofens angeordnet ist, um auf diese Weise das Erwärmen der Teilchen des Zufuhrgutes zu fördern. Aus dem Vorwärmschacht können die im Kreislauf geführten Abgase entzogen werden, ehe sie in die eigentliche Schmelzzone. des Schmelzofens gelangen. Sie können aber auch gemeinsam mit den restlichen im Schmelzverfahren entstehenden Gasen durch die Gasabzüge abgeleitet werden, die außerhalb des von den Elektroden beschriebenen Kreises angeordnet sind. Auf diese Weise wird vorzugsweise ein im wesentlichen geschlossenes System mit dem Gasraum des Schmelzofens gebildet womit eine im wesentlichen gleichmäßige Schmelzgutzufuhr zum Schmelzofen ermöglicht wird. Die für die Behandlung erforderliche elektrische Energie kann deshalb viel besser als beim Stand der Technik auf das geschmolzene und das einzuführende Gut gerichtet werden.

Die Erfindung lässt sich mit Vorteil bei einem Gleichstrom-Lichtbogenofen anwenden, bei dem mindestens drei als Kathoden eingesetzte Elektroden hängend an der Decke angebracht und in einem Kreisbogen im wesentlichen symmetrisch in der Mitte des Ofens angeordnet sind. Die Anode ihrerseits ist in der Bodenauskleidung des Ofens angeordnet, so dass sie mit der im Ofen vorhandenen Schmelze in Berührung steht.

Wenn Konstruktionen wie der vorstehend beschriebene Gleichstrom-Lichtbogenofen zur Verwirklichung der Erfindung benutzt werden, biegt das von den Elektrodenströmen erzeugte Magnetfeld die Lichtbögen nach innen. Diese Biegung der Lichtbögen nach innen kann vorzugsweise noch weiter gefördert werden, wenn man die Kathoden zur vertikalen Ebene geneigt anbringt. Der Winkel zwischen diesen Elektroden und der senkrechten Ebene liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5°. Somit wird der größte Teil der von den Lichtbögen erzeugten Energie, der nicht in die Badschmelze übertragen wird, in die Mitte des Ofens gerichtet, und zwar sanft nach oben gerichtet. Da das gemäß der Erfindung zu behandelnde Schmelzgut auch in die Mitte des von den im Ofen angeordneten Elektroden bestimmten Kreises eingeführt wird, kann die von den Lichtbögen erzeugte Energie mit Vorteil zum Schmelzen herabfallender Teilchen genutzt werden.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Schema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung von der Seite gesehen;
2 ein Schema eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung von der Seite gesehen.
Wie 1 zeigt, wird als Schmelzgut 1 ein Gemisch aus feinverteiltem Konzentrat, Reduktionsmittel und Zuschlagstoff durch einen Verteiler 3 für Konzentrat in einen Vorwärmschacht 2 eingeführt. Mittels des Verteilers 3 wird der im wesentlichen senkrecht zugeführte Feststoff in im wesentlichen getrennte Partikel aufgeteilt und in einer gleichmäßigen Suspension vorteilhafterweise über die ganze Querschnittsfläche 30 des Vorwärmschachtes verteilt. Der Vorwärmschacht erhält also eine vorteilhafte dünne Konzentratsuspension, so dass die Erwärmung der Teilchen in wesentlichen gleichmäßig erfolgt. Die für das Erschmelzen des Feststoffes nötigen Kathoden 4 sind um den Vorwärmschacht 2 herum so angeordnet, dass das von den Elektrodenströmen erzeugte Magnetfeld die Lichtbögen nach innen biegt. Die Anode 21 ihrerseits ist in der Auskleidung am Boden des Elektroofens angeordnet, so dass sie mit der Schmelze 6 in Berührung steht. Ein Teil der von den Lichtbögen 22 erzeugten Energie, die nicht unmittelbar an die Schmelze 6 am Boden des Schmelzofens 5 übertragen wird, wird von dem Schmelzgut 1 absorbiert, welches vorteilhafterweise aus dem Vorwärmschacht 2 herabfällt. Die bei der Behandlung des Materials entstehenden Abgase werden aus dem Schmelzofen 5 durch Gasabzüge 20 abgeführt, welche außerhalb des Elektrodenkreises in der Decke des Schmelzofens angeordnet sind. Die Abgase werden dann zu Gasbehandlungsanlagen weitergeleitet. Das behandelte Material seinerseits wird vorzugsweise durch eine Ausflussöffnung 7 an der Seite des SchmelzOfens 5 abgestochen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird feinverteiltes Konzentrat 1 zusammen mit Reduktionsmittel und Zuschlagstoff dem aus dem Schmelzofen 8 kommenden Abgas im Anschluss 9 zugeleitet. Die zum Verbrennen nötige Sauerstoffmenge wird, wenn nötig, der aus den Abgasen und dem Schmelzgut gebildeten Suspension durch einen Anschluss 10 zugeleitet. Der Sauerstoff kann entweder als reiner Sauerstoff oder als sauerstoffangereicherte Luft zugeführt werden. Die Suspension aus Gas und Feststoffen des Verfahrens wird in den Vorwärmschacht 11 des Schmelzofens tangential eingeleitet. Dann kann das zur Vorerwärmung des Feststoffes benutzte Gas im Wege der Zyklonabscheidung aus dem Vorwärmschacht 11 entfernt werden, ehe das vorerwärmte Material in die eigentliche Schmelzzone 12 des Schmelzofens eintritt. Das zum Vorerwärmen des Feststoffs nötige Gas wird aus dem Vorwärmschacht 11 durch den im mittleren Teil desselben vorgesehenen Anschluss 13 abgeführt. Die durch diesen Anschluss 13 abgeführten Gase werden zu einer Gasbehandlungseinheit weitergeleitet, beispielsweise zu einem Abwärmeboiler 14, um die darin enthaltenen Feststoffe abzuscheiden, und danach beispielsweise weiter zu einem Gaswäscher 15.
Um das Abtrennen von Feststoffen aus dem für die Vorerwärmung benutzten Gas zu verbessern, ist der Vorwärmschacht 11 vorzugsweise so gestaltet, dass er bei 30 nach unten verengt ist. Dieser sich nach unten verengende Vorwärmschacht 11 bewirkt dann, dass der nach unten in die Schmelzzone 12 des Schmelzofens herabfallende Feststoff vorteilhafterweise im wesentlichen in die Nähe der Mitte des Schmelzofens 8 gerichtet wird.
Die Kathoden 16 des Schmelzofens 8 sind, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1, um den Vorwärmschacht 11 herum angeordnet, so dass das von den Elektrodenströmen erzeugte Magnetfeld die Lichtbögen nach innen, das heißt zur Mitte des Schmelzofens, biegt. Damit wird von dem vorerwärmten Feststoff, der aus dem Vorwärmschacht 11 herabfällt, derjenige Teil der von den Lichtbögen erzeugten Energie genutzt, der nicht unmittelbar an die im Schmelzofen vorhandene Schmelze übertragen wird.
Die in der Schmelzzone 12 des Schmelzofens erzeugten Gase werden durch Gasabzüge 17 abgeleitet, die außerhalb des von den Elektroden gebildeten Kreises in der Decke des Schmelzofens vorgesehen sind. Ein Teil dieser Abgase aus der Schmelzzone wird in den Anschluss 9 geleitet, um in den Vorwärmschacht 11 zurückzuströmen. Der Rest der Abgase aus der Schmelzzone wird durch Anschlüsse 18 abgeführt und einer Gasbehandlungseinheit 19 und anschließend weiterer Behandlung zugeleitet.
Beispiel
Der erfindungsgemäße Schmelzofen und das Verfahren zum Beschicken desselben wurde angewandt für ein Konzentrat, welches folgende Stoffe (Angaben in Gewichtsprozent) enthielt: 42,7% Cr₂O₃, 22,2% FeO, 3,5% Fe₂O₃, 4,1% SiO₂, 13,1% Al₂O₃, 10,2% MgO, 0,7% CaO und Rest. Um das Schmelzverfahren durchzuführen, wurde der Schmelzofen nicht nur mit 20,54 t Konzentrat beschickt, sondern auch mit insgesamt 4,2 t Dolomit und Quarzit als Zugschlagstoff und 4,3 t Koks als Reduktionsmittel. Die Feststoffe wurden zunächst, wie in 2 gezeigt, durch den Umlaufanschluss des Schmelzofens tangential in den Vorwärmschacht eingeführt, wobei das Zyklonprinzip angewandt wurde.
Der Vorwärmschacht hat die Aufgabe, das im eigentlichen Schmelzofen zu erschmelzende Gut bis zu einer Temperatur von 700° C zu erwärmen. In den Vorwärmschacht wurde 4420 Nm3 sauerstoffhaltiges Gas, das heißt Verbrennungsluft, eingeleitet. Im Zusammenhang mit der Erwärmung wurde 7185 Nm3 Gas aus dem Vorwärmschacht zur Weiterbehandlung abgeführt.
Das vorerwärmte Material wurde unter Anwendung des Zyklonprinzips in den Schmelzofen geleitet, wo sich während des Schmelzverfahrens zwei geschmolzene Phasen bildeten, nämlich Schlacke von insgesamt 10,49 t und Ferrochrom von insgesamt 10,0 t. Gleichzeitig entstanden insgesamt 6610 Nm3 Abgase, von denen 2145 Nm3 in den Vorwärmschacht zurückgeleitet wurden, um kalten Feststoff zu erwärmen.
Das aus dem Schmelzofen gewonnene Ferrochromprodukt enthielt 52,5% Chrom, 37,0% Eisen, 3,0% Silizium und 7,5% Kohlenstoff (Gewichtsprozentangaben). Die Analyse der erhaltenen Schlacke ergab 6,4% Chrom, 3,4% Eisen, 29,5% Siliziumoxid, 26,5% Aluminiumoxid, 22,9% Magnesiumoxid 5,9% Kalziumoxid und Rest (Gewichtsprozentangaben). Die erhaltene Ausbeute an Chrom im Ferrochromprodukt betrug also 87,8%, die Ausbeute an Eisen 90,2%, und der Energieverbrauch des Schmelzofens betrug 31,7 MWh.

Claims

Schmelzofen (5, 8), insbesondere ein Gleichstrom-Lichtbogenofen zum Behandeln feinverteilten Materials mit mindestens drei Elektroden, die durch die Decke des Ofens herabhängend so angebracht sind, dass sie den Lichtbogen erzeugen, und mit Deckenöffnungen für die Zufuhr von Feststoffen und für die Abgabe von Verfahrensgasen, wobei für die Zufuhr von Schmelzgut in den von den durch das Dach herabhängenden Elektroden (4, 16) beschriebenen Kreis mindestens eine Beschickungsöffnung zum Beschicken mit Schmelzgut und außerhalb des von den Elektroden (4, 16) beschriebenen Kreises mindestens ein Abzug (17, 20) für die Ableitung der beim Verfahren gebildeten Gase vorgesehen sind, und in der Mitte des von den Elektroden (4; 16) beschriebenen Kreises ein Abschnitt der Ofendecke wesentlich höher als der Rest der Decke ausgebildet ist, welcher Abschnitt als Vorwärmschacht (2,11) für das Schmelzgut dient, um die darin befindlichen Teilchen vorzuerwärmen, ehe sie in den Wirkungsbereich der Energie der Lichtbögen gelangen, dass die Beschickungsöffnung in den oberen Bereich des Vorwärmschachtes (2, 11) mündet, und dass die Elektrodenflächen derart zur Mitte hin geneigt über der Schmelze (6) angeordnet sind, dass ein Teil der Energie der Lichtbögen (22) leicht nach oben auf das herabströmende Schmelzgut gerichtet ist.
Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4; 16) in einem Winkel von 1 bis 5° zur vertikalen Ebene geneigt angeordnet sind.
Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Beschickungsöffnung entweder ein Konzentratverteiler (3) für das Schmelzgut oder eine Abgasrezirkulationsleitung (9) und eine Sauerstoffzufuhr (10) angeschlossen sind.
Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Beschickungsöffnung angeschlossene Abgasrezirkulationsleitung (9) und Sauerstoffzufuhr (10), der Vorwärmschacht (2, 11) oder der Konzentratverteiler (3), die eine gleich- mäßige Zufuhr des Schmelzgutes erzeugen, ein im wesentlichen geschlossenes System mit dem Gasraum (12) des Schmelzofens (5; 8) bilden.
Schmelzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmschacht (2; 11) eine sich nach unten verengende Gestalt hat.
Verfahren zum Beschicken des Schmelzofens gemäß Anspruch 1, bei dem das Schmelzgut zum Vorwärmen in Suspension in den Schmelzofen (5; 8) in der Mitte des von den Elektroden (4, 16) beschriebenen Kreises in einen Abschnitt der Ofendecke eingeleitet wird, der wesentlich höher als der Rest der Decke ausgebildet ist, welcher Abschnitt als Vorwärmschacht (2, 11) für das Schmelzgut verwendet wird, um die darin befindlichen Teilchen vorzuerwärmen, ehe sie in den Wirkungsbereich der Energie der Lichtbögen gelangen, wobei die Beschickungsöffnung in den oberen Bereich des Vorwärmschachtes (2, 11) mündet, und die Elektroden derart zur Mitte hin geneigt über der Schmelze (6) angeordnet sind, so dass ein Teil der Energie der Lichtbögen (22) leicht nach oben auf das herabströmende Schmelzgut gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension mittels eines Konzentratverteilers (3) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Suspension ein Teil der Abgase aus dem Schmelzofen in den Vorwärmschacht (2; 11) zurückgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vorwärmschacht (11) fein verteiltes Konzentrat (1) zusammen mit Reduktionsmittel und Zuschlagsstoff über eine Abgasrezirkulationsleitung (9) zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension senkrecht zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension tangential zugeführt wird.