DE4007835C2

DE4007835C2 - Schwebeschmelzofen

Info

Publication number: DE4007835C2
Application number: DE19904007835
Authority: DE
Inventors: Nobumasa Kemori; Yasuo Ojima; Yasuhiro Kondo
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2010-03-13
Also published as: JPH02236234A; JPH0563531B2; DE4007835A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwebeschmelzofen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Betriebsverfahren zum Schmelzen von Erzkonzentraten in diesem Ofen.

Ein Schmelzofen, bei dem man sulfidisches Erzkonzentrat als Rohstoff verwendet, wird als Schwebeschmelzofen bezeichnet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besteht ein üblicher Schwebeschmelzofen 1 nach dem Stand der Technik aus einem Reaktionsschacht 3, der mit einem Konzentrat-Brenner 2 an seinem oberen Ende und einem Vorherd 6 ausgestattet ist, dessen eines Ende mit dem unteren Ende des Reaktionsschachts 3 verbunden ist und der mit einem Schlackenausgang 4, einem Steinloch 5, das an der Seitenwand angebracht ist, und einem Zugkanal 7 versehen ist. Das Schmelzverfahren in diesem Ofen verläuft so, daß ein Schmelzmaterial 8 wie z. B. sulfidische Konzentrate, Fließmittel und zusätzlicher Brennstoff zunächst durch den Konzentrat-Brenner 2 in den Reaktionsschacht 3 des Ofens zusammen mit vorgeheizter Reaktionsluft 9 eingeblasen werden. Dann reagieren Teile von Schwefel und Eisen als brennbare Bestandteile des Schmelzmaterials 8 mit der heißen Reaktionsluft 9 innerhalb des Reaktionsschachts 3, wobei gasförmiges SO₂, Eisenoxide und Reaktionswärme entstehen. Das oxidierte Material wird aufgrund der Reaktionswärme geschmolzen, fällt durch den Reaktionsschacht 3 und wird anschließend im Vorherd 6 gesammelt. Im Vorherd 6 wird das geschmolzene oxidierte Material 8 in einen Stein 10, bei dem sich um ein Gemisch von Cu₂S und FeS handelt, und eine Schlacke 11, die hauptsächlich aus 2FeO · SiO₂ besteht, aufgetrennt. Die Schlacke 11 wird durch den Schlackenausgang 4 entnommen und in einen elektrischen Schlackenreinigungsofen 12 eingebracht, während der Stein 10 vom Steinloch 5 gemäß dem Betriebszyklus des Konverters abgestochen wird.

Weiterhin wird heißes Abgas 13, das im Reaktionsschacht 3 erzeugt wird, durch einen Boiler 14 nach Leiten durch den Vorherd 6 und den Zugkanal 7 abgekühlt. Die Schlacke im elektrischen Schlackenreinigungsofen 12 wird durch Elektroden 15 erhitzt gehalten. Da die in der Schlacke enthaltenen Steinteilchen sich am Boden des Ofens durch natürliche Absatzprozesse ablagern, werden sie dem Festerz oder Fließmittel beigemengt. Daher wird nur die Schlacke, die einen geringen Kupferanteil enthält, durch einen Ausgang 16 aus dem Ofen entnommen.

Verwendet man einen Schwebeschmelzofen, so ist es erforderlich, daß die Oxidationsreaktion beendet wird, während das Schmelzmaterial den Reaktionsschacht hinabfällt. Ist die Reaktion nicht vollständig, so ist ein Teil des nicht umgesetzten Materials im heißen Abgas 13 enthalten und wird zu Flugasche, die sich im Boiler 14 ansammelt. Der andere Teil davon sammelt sich auf der Oberfläche der Schmelze unterhalb des Reaktionsschachts 3. Die im Boiler 14 abgelagerte Flugasche wird gesammelt, um wieder in den Schwebeofen oder den Konverter eingebracht zu werden. Wenn jedoch die Menge an Flugasche zunimmt, muß man auch die Menge des zusätzlichen Brennstoffs zum Schmelzen erhöhen, was einen wirtschaftlichen Nachteil bedingt. Weiterhin wächst die Menge der Flugasche, die sich auf der Innenwand des Boilers 14 anlagert, schrittweise an, so daß sie nicht nur Nachteile bezüglich einer Verringerung der Wärmeübertragungseffizienz des Boilers, sondern auch eine Gefahr der Zerstörung des Boilers 14 hervorruft, wenn sie von der Innenwand abfällt. Der ungelöste Teil des Materials, das sich auf der Oberfläche der Schmelze ansammelt, verhindert das Entstehen des Steins 10 und bewirkt dadurch große Schwankungen bei der Temperatur oder beim Gehalt des Steins, so daß beim Betrieb des Ofens Schwierigkeiten entstehen.

Um eine solche Situation zu vermeiden ist es erforderlich, das Schmelzmaterial und die Reaktionsluft innerhalb des Reaktionsschachts gleichförmig zu vermischen, so daß das Gemisch ausreichend lange innerhalb des Reaktionsschachts verbleiben kann, um die Oxidationsreaktion zu vervollständigen. Mit üblichen Schmelzöfen war es jedoch nicht möglich, diese Anforderungen zu erfüllen. Der Grund dafür ist, daß man, um ein gleichförmiges Gemisch des Schmelzmaterials und der Reaktionsluft zu erhalten, die Reaktionsluft in Gegenrichtung zum Schmelzmaterial, das von der Konzentrat-Zufuhrvorrichtung herabfällt, mit einer Einblasgeschwindigkeit einblasen muß, die höher als ein vorbestimmter Wert ist. Dadurch wird das Schmelzmaterial nur in einem Strahlstrom verteilt, der durch den Konzentrat-Brenner erzeugt wird, so daß die Verweildauer des Schmelzmaterials im Reaktionsschacht ausschließlich von der Höhe des Reaktionsschachts und der Einblasgeschwindigkeit der Reaktionsluft bestimmt wird. Demzufolge ist es nicht möglich, die Einblasgeschwindigkeit der Reaktionsluft und die Verweildauer des Schmelzmaterials gleichzeitig zu regulieren und es war bisher üblich, daß nur die Einblasgeschwindigkeit der Reaktionsluft durch eine Kontrollvorrichtung gesteuert wird. Man kann daher nicht sagen, daß immer das notwendige Augenmerk auf die Verweildauer des Schmelzmaterials im Reaktionsschacht gerichtet wurde.

Sofern man mit Sauerstoff angereicherte Luft zur Erhöhung der Schmelzrate oder zur Energiekostenersparnis verwendet, ist der übliche Schmelzofen noch weit mehr unbefriedigend.

Um das Schmelzmaterial und die Reaktionsluft gleichförmig zu vermischen, erachtet man es als notwendig, die Einblasgeschwindigkeit der Reaktionsluft auf über 120 m/s zu erhöhen, wobei ein Rauchstab von über 9% erzeugt wird.

In einem üblichen INCO-Ofen, einem Schwebeschmelzofen, ist es einfach, Erze mit Hilfe von industriellem Sauerstoff mit einer Reinheit von 90 bis 98% als Reaktionsgas zum Schmelzen zu entzünden, so daß eine Reaktion mit den Erzen hervorgerufen wird, um die Schmelzreaktion der Erze im Ofen zu vervollständigen. Dieser Ofen verschafft einerseits die Vorteile bezüglich einer Verringerung der Menge an evakuiertem Gas und der Rate der Rauchstab-Erzeugung auf ungefähr 3%, aber andererseits auch die Nachteile einer Erschwernis des Ofenbetriebs, aufgrund der Erfordernis, daß die Erze vorab geröstet werden oder eine nicht selbstentzündbare Substanz zum Einstellen der Azidität der Erze zugegeben werden muß, da der Ofen industriellen Sauerstoff annimmt und kein zusätzlicher Brennstoff verwendet wird.

Aus DE-A 33 47 099 ist ein vertikaler Schmelzzyklon (Schwebeschmelzofen) bekannt, der aus einem zylindrischen Mittelteil besteht, und in den das Einsatzmaterial, welches aus Erzkonzentraten sowie sauren und/oder basischen Zuschlägen für eine optimale Schlackenbildung besteht, zentral durch das Konzentrat-Zuführungsrohr eingefördert wird. Durch die Einführung der Reaktionsgase durch Düsen, die sich am oberen Ende der Seitenwand befinden und die nicht schwenkbar sind, wird das Einsatzmaterial durch die Reaktionsgase beschleunigt und durch die Fliehkraftwirkung nach außen getragen. Die Einsatzstoffe werden also gegen die Innenwand der Seitenwände des zylindrischen Mittelteils gefördert und fallen dann entlang der Seitenwand-Innenfläche nach unten. Wenn der Schmelzzyklon zum Schmelzen sulfidischer Erze verwendet wird, findet die Schmelzreaktion der Sulfidkonzentrate an oder in der Nähe der Seitenwand-Innenfläche statt, wodurch die Seitenwand einer extrem hohen Hitzebelastung ausgesetzt wird. Der Schmelzzyklon gemäß DE-A 33 47 099 erfordert deshalb die Ausbildung der Seitenwände aus ganz speziellen feuerfesten Materialien, oder das Vorhandensein von Kühlereinrichtungen für die Seitenwände.

In einem weiter verbesserten Ofen des Schwebeschmelzofen- Typs, der als Zyklon-Ofen bezeichnet wird und im U.S. Patent 40 17 307 offenbart ist, wird mit Sauerstoff angereicherte Luft oder industrieller Sauerstoff vom oberen Ende der Seitenwand des Reaktionsschachts entlang des Umfangs der Innenwand des Reaktionsschachts eingeblasen, und geschmolzene Erze werden nahe des Einblas-Eingangs eingebracht, um einen Zyklonfluß im Reaktionsschacht zu erzeugen, wobei die Verweildauer der geschmolzenen Erze verlängert wird, um die Schmelzreaktion im Reaktionsschacht zu vervollständigen und eine geringere Menge an Rauchstaub zu erzeugen. In einem solchen Ofen werden jedoch die aus üblichen feuerfesten Materialien bestehenden Innenwand-Bestandteile bei Verwendung üblicher feuerfester Materialien sogar mit Umlaufkühlern an der Innenwand-Oberfläche beschädigt, so daß Nachteile auftreten, da man häufig die Innenwand ausbessern und erneuern muß. Dadurch entstehen Probleme bei der Anwendung.

Daher haben die Erfinder einen Schwebeschmelzofen mit einer Einblasdüse am mittleren Bereich der Seitenwand im Reaktionsschacht vorgeschlagen, um das Reaktionsgas zur Mitte des Reaktionsschachts zu blasen, um eine Beschädigung der Ofenteile und eine Verschlechterung des Betriebs zu vermeiden und eine gleichförmige Vermischung der geschmolzenen Erze und des Reaktionsgases im Reaktionsschacht zu erreichen und die Verweildauer der Erze im Schacht zu verlängern, so daß die Schmelzreaktion verbessert wird. Weiterhin ist auch ein Verfahren vorgeschlagen (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 1-2 52 734).

Bei nachfolgenden Versuchen wurde jedoch festgestellt, daß das Einblasen des Reaktionsgases in den Reaktionsschacht bezüglich Position, Winkel und anderen Bedingungen abhängig von der Art der Erze und der Bedingungen der Schmelzreaktion verändert werden muß. Diese Veränderungen sind je nach Art der Erze und Betriebsbedingungen kompliziert. Auch eine Änderung des Unterhaltszustands des feuerfesten Materials im Ofen und ein normales Einblasen des Reaktionsgases gemäß der Offenlegungsschrift versprechen keine zufriedenstellenden Ergebnisse.

Demnach war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung eines Schwebeschmelzofens bzw. eines Flash-Smelting-Ofens und des Betriebsverfahrens gegenüber der Japanischen Offenlegungsschrift 1-2 52 734 zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Schwebeschmelzofen und das Betriebsverfahren unter Verwendung dieses Ofens gelöst.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schwebeschmelzofen, umfassend einen Reaktionsschacht (3), der in seinem oberen Bereich mit einem Konzentratbrenner (2) und mit Einblasdüsen (19) versehen ist, einen Vorherd (6) und einen Zugkanal (7), wobei der Reaktionsschacht (3) nahe der Mitte seiner Seitenwand (20) mit mindestens einem Paar von Einblasdüsen (19) versehen ist, die symmetrisch im Hinblick auf eine senkrechte Linie (18) angebracht sind, die durch den Mittelpunkt (17) des Reaktionsschachtes (3) verläuft, wobei jede der Einblasdüsen (19) so schwenkbar ist, daß ihre Einblasachse (X, X′) auf die senkrechte Linie (18) gerichtet ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzen von Erzkonzentraten, z. B. Sulfiderzen, in einem erfindungsgemäßen Schwebeschmelzofen, worin ein Teil des Reaktionsgases aus den Einblasdüsen (19) in den Reaktionsschacht (3) mit einer vorbestimmten Einblasgeschwindigkeit und unter einem Winkel zwischen der Einblasachse (X, X′) und einer horizontalen Linie oder Linie, welche die Einblasdüsen (19) verbindet, eingeblasen wird, der nach unten auf innerhalb von 45° begrenzt wird, und das Einblasen des Reaktionsgases aus einem Paar von gegenüberliegenden Einblasdüsen (19) in den Reaktionsschacht (3) mit dem gleichen Winkel durchgeführt wird.

Besondere Ausführungsformen sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 6.

Die vorliegende Erfindung kann die oben beschriebenen Probleme beseitigen. Ein erfindungsgemäßer Ofen enthält einen Reaktionsschacht mit einem Konzentrat-Brenner an seinem oberen Ende, einen Vorherd und einen Zugkanal und ein Paar oder mehrere Düsen zum Einblasen an symmetrischen Positionen an den Seitenwänden des Schachts bezüglich einer senkrechten Linie, welche durch den Mittelpunkt des Reaktionsschachts verläuft, worin jede axiale Düsen-Einblasrichtung als senkrechte Richtung gleich ist, und die Düsen in der senkrechten Fläche, welche die Düsen-Einblasachse enthält, um die Befestigungsposition nach Erfordernis drehbar sind, wodurch das Reaktionsgas in den Reaktionsofen so eingeblasen wird, daß die Düsen- Einblasachse oberhalb eines 45° Winkels nach unten bezüglich der Ebene liegt und die axiale Düsen-Einblasrichtung des Paares von gegenüberliegenden Düsen in einem gleichen Winkel ist.

Gemäß vorliegender Erfindung kann ein üblicher Konzentrat- Brenner verwendet werden, der oben am Reaktionsschacht angebracht ist. Andererseits kann auch ein verbesserter Konzentrat- Brenner, wie in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1-2 52 734 beschrieben, verwendet werden, worin ein Brenner für zusätzlichen Brennstoff in einer konzentrischen Anordnung mit Zugang für Reaktionsluft und Konzentrat angebracht ist, um eine verbesserte Wirkung zu erzielen.

Man kann Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft als Reaktionsluft verwenden, die aus dem Brenner und der Einblasdüse in den Reaktionsschacht geblasen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht (teilweise geschnitten), die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwebeschmelzofens zeigt,

Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht eines in Fig. 1 gezeigten Reaktionsschachts auf Höhe der Einblasdüsen,

Fig. 3 ist eine Darstellung eines üblichen Schwebeschmelzofens.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen verdeutlicht.

Die Figuren zeigen einen Konzentrat-Brenner 2, einen Reaktionsschacht 3 und einen Seitenteil des Vorherds 6, Reaktionsgas 9 und Einblasdüsen 19. Das Reaktionsgas wird durch ein Gassystem geleitet, das als durchgezogene Linie gezeichnet ist und wird in einem Strahl aus dem Konzentrat-Brenner 2 und den Einblasdüsen 19 in den Reaktionsschacht eingeblasen. 17 ist ein Mittelpunkt des Reaktionsschachts 3, 18 ist eine senkrechte Linie, die durch den Mittelpunkt verläuft. 20 bedeutet die Seitenwand-Innenfläche des Reaktionsschachts 3.

Die Symbole a=a′ bedeuten jeweils den Schnittpunkt einer Lufteinblasachse X-X′ aus einem Paar von Einblasdüsen, die einander und einer senkrechten Linie 18 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Symbole b und b′ bedeuten jeweils einen Punkt auf der Seitenwand-Innenfläche des Reaktionsschachts 3, an dem die Achsenlinie X-X′ endet.

Im folgenden soll ausführlich die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Schwebeschmelzofens diskutiert werden. Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Teil des Reaktionsgases 9, das in den Reaktionsschacht 3 geblasen wird, aus mindestens einem Paar von Einblasdüsen an der Seitenwand in den Reaktionsschacht mit einer gegebenen Geschwindigkeit eingeblasen. Beim Einblasen ist es erforderlich, daß die Einblasachsen X, X′ der gegenüberliegenden Düsen 19, in anderen Worten die Einblasrichtung des Reaktionsgases 9, oberhalb eines 45° Winkels nach unten liegen, welcher die Ebene der Befestigungsfläche der Düsen 9 und die Einblasachsen X, X′ einschließt, wobei die Schnittpunkte a und a′ auf der senkrechten Linie 18 identisch sein sollten, und weiterhin sollten sich die Schnittpunkte b und b′, welche die Enden der Einblasachsen X, X′ an der Seitenwand-Innenfläche 20 des Reaktionsschachts darstellen, oberhalb des untersten Punktes C befinden.

Im Schwebeschmelzofen und beim Betriebsverfahren gemäß vorliegender Erfindung trifft ein Teil des Reaktionsgases aus den Einblasdüsen auf einen Strahlstrom auf, der durch den Konzentrat-Brenner erzeugt wird. Dies geschieht, indem ein turbulenter bzw. ungeordneter Strom sich im Gesamtbereich des Reaktionsschachts ausbreitet und die geschmolzenen Erze aus dem Schmelzbrenner, die zusammen mit Zusatz-Brennstoff und Reaktionsgas in den Reaktionsschacht geblasen werden, gleichförmig im Reaktionsgas diffundiert werden und längere Zeit im Reaktionsschacht verbleiben, so daß die Schmelzerze mit dem Reaktionsgas ausreichend reagieren, um die Nutzung des Sauerstoffs im Reaktionsgas stark zu verbessern. Als Ergebnis findet man, daß sich die Rauchstaubrate verringert und das Entstehen von nicht geschmolzenem Material verhindert wird.

Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verwendung von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft als Reaktionsgas möglich. Zusatz-Brennstoff kann nach Erfordernis verwendet werden, so daß der Oxidationsgrad der Konzentrate und die Temperatur der Reaktionsprodukte, wie z. B. Stein, Schlacke oder Abgas unabhängig reguliert werden können. Daher kann man verschiedene Erzarten schmelzen, während eine hervorragende Betriebsfähigkeit beibehalten wird.

Im erfindungsgemäßen Schwebeschmelzofen sind die Befestigungspositionen der Düsen feststehend oder beweglich und nach oben und unten drehbar. Die Ursache ist, daß es schwierig ist, einen ungeordneten Gasfluß im Gesamtbereich des Reaktionsschachts zu erzeugen, sogar wenn das Reaktionsgas, das aus den Düsen in den Turm geblasen wird, an einen ziemlich weit oben liegenden Teil des konischen Strahlstroms, der durch den Konzentrat-Brenner erzeugt wird, oder an einem unteren Teil eingeblasen wird. Auch ist die Form des Strahlstroms, der durch den Konzentrat-Brenner erzeugt wird aufgrund der Betriebsbedingungen unterschiedlich. Um daher kontinuierlich einen stabilen Betrieb durchführen zu können, ist es wünschenswert, eine Position zu fixieren, in der sich die Einblasdüse befindet, um den Einblaswinkel der Düse konstant zu machen. Andererseits ist es bei einem Schmelzprozeß, wo ein häufiger Wechsel der Betriebsbedingungen erforderlich ist, wünschenswert, Position und Einblaswinkel der Düse veränderbar zu machen. Sogar wenn kontinuierlich ein stabiler Betrieb durchgeführt wird, ist es wünschenswert den Einblaswinkel der Einblasdüse zu verstellen, falls eine Beschädigung der Oberflächenwand des Reaktionsschachts erfolgt, um die Haltbarkeit der Wand des Reaktionsschachts zu verlängern. Das Verstellen der Düsenposition kann erfolgen, indem man die Düse in eine gewünschte Position von mehreren möglichen Positionen bringt, die bereits im Reaktionsschacht vorgesehen sind oder indem man die Düse entlang eines Spaltes verstellt, der nahe dem Endteil der zu befestigenden Düse verläuft.

Im folgenden sollen die Teilchen des Schmelzmaterials erläutert werden, die man aus dem Konzentrat-Brenner in den Reaktionsschacht einbringt. Es gibt hochreaktive Teilchen, die beim Einbringen in den Reaktionsschacht mit dem vorhandenen Sauerstoff ganz reagieren und zu Metall oxidiert werden und um schwachreaktive Teilchen, die niemals in der Nähe des Konzentrat-Brenners reagieren, abhängig vom Teilchendurchmesser des Schmelzmaterials, der Zusammensetzung und dem unterschiedlichen Diffusionszustand des Strahlstroms.

Der Großteil des Sauerstoffs im Gas, das man zur Reaktion in den Schacht aus dem Konzentrat-Brenner am oberen Ende des Schachts einbläst, wird fast vollständig durch eine Oxidationsreaktion der hochreaktiven Teilchen und eine Verbrennung des zusammen mit ihnen eingeblasenen Zusatz-Brennstoffs verbraucht. Das Ergebnis ist, daß die schwachreaktiven Teilchen nicht reagieren und nicht erwärmt werden, bis auf solche, die innerhalb kurzer Verweildauer im Reaktionsschacht geschmolzen sind, oder mit geschmolzenem Material zusammenstoßen, das durch Reaktion der hochreaktiven Teilchen während des Herabfallens erzeugt wird, und aus dem Ofen als Rauchstab, als nicht reagiertes Material anders als die geschmolzenen Teilchen entfernt werden und/oder auf den Vorherd fallen und sich dort ansammeln, wodurch ein Haufen entsteht. Die durch Reaktion der hochreaktiven Teilchen erzeugte Schmelze stößt mit den nicht reagierten Teilchen zusammen, um sie weiter zu verschmelzen, während die Qualität von pO₂ und Metall abnimmt, so daß dabei eine Agglomeration der durch den Reaktionsschacht fallenden Teilchen erfolgt. Wenn die Schmelze auf den Vorherd herabfällt, solange sie noch nicht ausreichend mit den nicht reagierten Teilchen zusammenstoßen und mit ihnen verschmolzen ist, häuft sich die herabfallende Schmelze wegen des hohen Anteils an Magnetit oder ähnlichem Material in der herabgefallenen Schmelze auf dem Ofenbett an. Daher ist es zur effektiven Durchführung des Schwebeschmelzofen- Betriebs unbedingt erforderlich, ein aktives Zusammenstoßen der Schmelze mit den nicht reagierten Teilchen im Reaktionsschacht zu bewirken.

Zur Verbesserung des Zusammenstoßens von Schmelze und nicht reagierten Teilchen im Reaktionsschacht wird das Reaktionsgas aus den Einblasdüsen an der Seitenwand des Reaktionsschachts auf den Strahlstrom geblasen, der durch den Konzentrat-Brenner am oberen Ende des Reaktionsschachts erzeugt wird, um den Strahlstrom zu diffundieren, so daß ein ungeordneter Strom entsteht. Jedoch bewirkt das Einblasen von frischem Reaktionsgas nicht nur eine Verringerung der Nutzungseffizienz von Sauerstoff, sondern auch eine Abnahme der Temperatur im Ofen, so daß das Verbrennungsvolumen des Zusatz-Brennstoffs erhöht werden muß, um die Schmelztemperatur aufrecht zu erhalten. Dadurch erhöht sich das Abgasvolumen, was wiederum eine Verringerung der Verweildauer der Schmelzerz-Teilchen im Reaktionsschacht bewirkt und außerdem eine Zunahme der Betriebskapazität der Abgasanlagen erfordert.

Gemäß vorliegender Erfindung wird daher ein Teil des Reaktionsgases, das üblicherweise im Konzentrat-Brenner verwendet wird, für die Einblasdüsen an der Ofenwand eingesetzt. Da jedoch das Reaktionsgas-Volumen, das aus dem Konzentrat-Brenner eingeblasen wird, für das Schmelzmaterial zu gering ist, liegen die Teilchen, die zuvor als hochreaktive Teilchen bezeichnet wurden, in einer teilweise nicht reagierten Form vor. Daher sollte man nicht nur dafür sorgen, daß der Strahl in Form eines ungeordneten Stroms vorliegt, sondern daß die Verweildauer ausreichend ist, so daß der Sauerstoff im Gas, das aus den Düsen eingeblasen wird, und die noch nicht reagierten Teilchen ausreichend reagieren können.

Als Ergebnis von Versuchen der Erfinder, die Verweildauer der Erzteilchen im Reaktionsschacht zu verlängern, wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn man ein Paar oder mehrere der einander gegenüberliegenden Einblasdüsen an der Seitenwand des Reaktionsschachts anbringt, die in senkrechter Richtung beweglich sind, und worin die Düsen-Einblasachsen sich an der symmetrischen Position mit einer senkrechten Linie kreuzen, die durch den Mittelpunkt des Reaktionsschachts verläuft, wobei die Düsen einen Teil des einzubringenden Reaktionsgases oberhalb einer gegebenen Geschwindigkeit in den Reaktionsschacht einblasen, und deren Einblaswinkel oberhalb 45° nach unten, vorzugsweise zwischen 45° nach oben und nach unten bezüglich einer Ebene eingestellt ist, in der die Befestigungsposition der Düsen liegt, und der Schnittpunkt der Einblasachse und der senkrechten Linie zusammenfällt.

Vorzugsweise befindet sich ein Punkt, an dem eine Verlängerung der axialen Einblaslinie aus den Einblasdüsen auf die Innenwand- Seitenfläche des Reaktionsschachts trifft, oberhalb des untersten Punkts der Seitenwand. In anderen Worten, der Grund für das Anbringen der Düsen in der Mitte der Seitenwand und nicht an der Decke ist, daß es bei einem Anbringen der Düsen an der Decke schwierig wäre, den Strahlstrom, der durch den Konzentrat-Brenner erzeugt wird, ausreichend zu diffundieren, so daß ein ungeordneter Strom entsteht, der eine Diffusion im Gesamtbereich des Reaktionsschachts bewirkt. Bei einem Anbringen der Düsen an einem unteren Teil der Seitenwand würde das Reaktionsgas gegen einen erheblich tiefer liegenden Teil des Strahlstroms geblasen werden, und ein Teil oder der Hauptteil des ungeordneten Stroms wurde im Vorherd entstehen, wobei sich die Möglichkeit des Zusammenstoßens der herabfallenden Teilchen miteinander oder der herabfallenden Schmelze mit den Teilchen verringern würde und der Kontakt der Teilchen miteinander oder der Teilchen mit dem Sauerstoff nicht mehr ausreichend ist, so daß sie als Rauchstab vor Beendigung der Schmelzreaktion aus dem Vorherd abgezogen würden oder das Volumen des Stapelhaufens auf dem Vorherd erhöhen würden.

Gemäß vorliegender Erfindung sind die Einblasdüsen symmetrisch im Hinblick auf eine senkrechte Linie angeordnet, die durch die Mitte des Reaktionsschachts verläuft. Der Einblaswinkel dieser Düsen wird innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs eingestellt, so daß die Schnittpunkte der Einblasachsen und der senkrechten Linie miteinander zusammenfallen. Trifft das Reaktionsgas, das aus den Einblasdüsen in den Reaktionsschacht geblasen wird, auf den Strahlstrom im Reaktionsschacht, wird nämlich der Gasstrom von der Mitte des Reaktionsschachts abgelenkt, so daß dadurch die Innenfläche der Wand des Reaktionsschachts örtlich durch die geschmolzenen Teilchen beschädigt wird.

Weiterhin sind auch die Geschwindigkeit des Reaktionsgases, das durch die Düse eingeblasen wird, und die Einstellung des Einblaswinkels bedeutsame Faktoren für die Verteilung des im Reaktionsschacht erzeugten ungeordneten Stroms über den gesamten Schachtbereich.

Bezüglich der Einblasgeschwindigkeit des Reaktionsgases ist die Durchführung von Vorversuchen bevorzugt, da sie wegen der Einblasgeschwindigkeit des Reaktionsgases aus dem Konzentrat- Brenner und den Elementen des verwendeten Schwebeschmelzofens unterschiedlich ist. So ist es z. B. erforderlich, das Gas durch die Düsen mit einer Geschwindigkeit von über 50 m/s einzublasen, wenn die Einblasgeschwindigkeit des Reaktionsgases aus dem Konzentrat-Brenner ungefähr 60 bis 120 m/s beträgt.

Bezüglich des Einblaswinkels ist eine Einstellung von 45° nach unten bis 45° nach oben von der Horizontalen aufgrund der Aufpralldynamik bevorzugt.

Um eine möglichst schnelle Reaktion der hochreaktiven Teilchen zu bewirken und ein möglichst häufiges Zusammenstoßen von ihnen mit den schwachreaktiven Teilchen während des Herabfallens durch den Reaktionsschacht nach dem Schmelzen zu erzielen, ist ein möglichst hoher Sauerstoffgehalt des Reaktionsgases bevorzugt, das durch den Konzentrat-Brenner eingeblasen wird. Wenn man mit Sauerstoff angereicherte Luft als Reaktionsgas verwendet, wird vorzugsweise ein Großteil des Sauerstoffs für die Sauerstoff-angereicherte Luft durch den Konzentrat-Brenner als Reaktionsgas für den Brenner eingeblasen.

Beispiel 1

Zur Durchführung des Versuchs wurde ein experimenteller Kompakt-Schwebeschmelzofen verwendet, der mit einem Schmelzbrenner am oberen Ende, einem Reaktionsschacht mit einem Paar von Düsen nahe der Mitte der Seitenwand, einem Innendurchmesser von 1,5 m und 4 m Höhe von der heißen Schmelzfläche eines Vorherds bis zur Decke, und einem Vorherd mit 5,25 m Länge und 1,5 m Innendurchmessser ausgestattet war. Es wurde ein 5tägiger Betrieb durchgeführt. Die Bedingungen des Schmelzbetriebs waren 0,8 Tonnen/Stunde (t/h), der Zielgehalt des Steins war 65% und die Positionen der Einblasdüsen waren bei 0,265 und 0,548 bezogen auf das Verhältnis der Entfernung zwischen der Decke und der Düse zur Höhe von der Decke bis zur heißen Schmelzfläche des Vorherds (im folgenden als I/L bezeichnet). Die sonstigen Bedingungen und das Ergebnis sind in Tabelle I dargestellt.

Tabelle 1

Gemäß den Ergebnissen von Tabelle I kann bei I/L = 0,265 der Zielgehalt des Steins erreicht werden und die Sauerstoffeffizienz besitzt den hohen Wert von 94,9%. Ist hingegen I/L = 0,548, so liegt der Steingehalt unter dem Zielwert und die Sauerstoffeffizienz besitzt einen geringen Wert von 89,0%.

Das Ergebnis zeigt kein Zurückhalten einer ausreichenden Verweildauer, obgleich die Rate der Rauchstauberzeugung aufgrund des ungeordneten Stroms verbessert wird, der beim Auftreffen eines Teils der Reaktionsluft an einer Position im unteren Teil des Strahlstroms entsteht, der durch den Konzentrat-Brenner erzeugt wird.

Beispiel 2

Es wurde ein 4tägiger Betrieb mit einem Zielgehalt des Steins von 75% durchgeführt, wobei die in Tabelle II gezeigten Bedingungen herrschten und ein kompakter Test-Schwebeschmelzofen ähnlich wie in Beispiel 1 verwendet wurde.

Das Ziel dieses Versuchs war es, den Effekt der Einblasgeschwindigkeit zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt.

Tabelle II

Wie aus Tabelle II ersichtlich ist, werden der Steingehalt und die Sauerstoffeffizienz durch Erhöhung der Einblasluft- Geschwindigkeit verbessert.

Weiterhin ist aus Tabelle II ersichtlich, daß die Erfinder feststellen konnten, daß eine ausreichende Reaktion nicht aufrechterhalten wird, wenn die Einblasgeschwindigkeit des Reaktionsgases, das aus den Einblasdüsen eingeblasen wird, nicht mehr als 50 m/s beträgt.

Beispiel 3

Es wurde bei den in Tabelle III gezeigten Betriebsbedingungen ein 4tägiger Betrieb mit einem Zielgehalt des Steins von 70% durchgeführt, wobei ein kompakter Test-Schwebeschmelzofen ähnlich wie in Beispiel 1 verwendet wurde.

Das Ziel dieses Experiments war es, den Effekt des Einblaswinkels des Reaktionsgases aus den Einblasdüsen bei den verwendeten Betriebsbedingungen zu ermitteln. Das Ergebnis ist in Tabelle III dargestellt.

Tabelle III

Wie aus Tabelle III ersichtlich ist, sind der Steingehalt und die Sauerstoffeffizienz bei einem horizontalen Einblaswinkel höher als bei einem 45° Winkel nach unten.

Die Erfinder konnten bestätigen, daß sich der ungeordnete Strom während des Betriebs in den Tests Nr. 5 und 6 nicht im Vorherd, sondern im Reaktionsschacht bildete.

Es wurde jedoch während des Betriebs bei Test Nr. 5 eine zeitweilige Beeinträchtigung der Schmelzoberfläche im Vorherd gefunden. Aufgrund dieses Befunds liegt die unterste Grenze des Einblaswinkels des Reaktionsgases bei 45° nach unten, von der Ebene aus betrachtet, welche durch die Befestigungsstellen der Düsen entsteht.

Obgleich kein spezieller Test für eine Aufwärtsrichtung der Düsen durchgeführt wurde, ist anzunehmen, daß entsprechend diesem Ergebnis die obere Grenze auch bei 45° liegt.

Es wurde bei den in Tabelle IV gezeigten Betriebsbedingungen ein 3tägiger Betrieb mit einem Zielgehalt des Steins von 70% durchgeführt, wobei ein kompakter Test-Schwebeschmelzofen ähnlich wie in Beispiel 1 verwendet wurde.

Das Ziel dieses Experiments war es, den Effekt einer Änderung des Sauerstof-Verteilungsverhältnisses im Reaktionsgas aus dem Konzentrat-Brenner bei den verwendeten Betriebsbedingungen zu ermitteln.

In Test Nr. 7 wurde der gesamte zugeführte industrielle Sauerstoff aus dem Konzentrat eingeblasen. In Test Nr. 8 wurde der Sauerstoff, welcher dem zum Verbrennen des Schweröls, das als Zusatz-Brennstoff aus dem Konzentrat- Brenner eingeblasen wird, erforderlichen Sauerstoffvolumen entspricht, durch industriellen Sauerstoff mit einem Gehalt von 90% kompensiert. Der Sauerstoff, der zur Reaktion der Schmelzerze erforderlich ist, wird durch die mit Sauerstoff angereicherte Luft kompensiert, die aus den Einblasdüsen eingeblasen wird. In Test Nr. 9 wurde der Sauerstoff, welcher dem zur Verbrennung des Schweröls erforderlichen Sauerstoff entspricht, durch Luft kondensiert. Das Sauerstoffvolumen, welches zur Reaktion der Erze erforderlich ist, wird durch die mit Sauerstoff angereicherte Luft kompensiert, die aus den Düsen eingeblasen wird. Das Ergebnis ist in Tabelle IV dargestellt.

Tabelle IV

Aus Tabelle IV erkennt man, daß es bevorzugt ist, den für die mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendeten industriellen Sauerstoff so weit wie möglich durch den Konzentrat-Brenner einzublasen, wenn man eine mit Sauerstoff angereicherte Luft als Reaktionsgas verwendet.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde ein üblicher kompakter Test-Schwebeschmelzofen verwendet, der einen 4 m von der Decke bis zur heißen Schmelzfläche des Vorherds reichenden Reaktionsschacht mit 1,5 m Durchmesser und einem Konzentrat-Brenner an seinem oberen Ende, sowie einen Vorherd mit 5,25 m Länge und 1,5 m Innendurchmesser enthält. Es wurde ein 8tägiger Betrieb mit einem Zielgehalt des Steins von 75% bei den Tabelle V gezeigten Bedingungen durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle V gezeigt.

Tabelle V

Test Nr. 10
Konzentrat-Brenner-Bedingungen
Kupferkonzentrat t/h	0,80
Silikasand t/h	0,11
Schweröl l/h	23
Einblasluft Nm³/h	487
Industrieller Sauerstoff (90%) Nm³/h	118
Ergebnis @	Steingehalt %	66,2
Schlackentemperatur °C	1244
Rate der Rauchstauberzeugung %	15,6
Sauerstoffeffizienz %	83

Vergleicht man das Ergebnis von Tabelle V mit den Ergebnissen der Beispiele gemäß vorliegender Erfindung, findet man eine erheblich bessere Effizienz der Sauerstoffnutzung, Rate der Rauchstauberzeugung, etc. beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Vergleichsbeispiel 2

Zur Durchführung des Versuchs wurde ein kompakter Test- Schwebeschmelzofen verwendet, der mit einem Schmelzbrenner am oberen Ende, einem Reaktionsschacht mit einer Düse an der Mitte der Seitenwand, einem Innendurchmesser von 1,5 m und 4 m Höhe von der heißen Schmelzfläche eines Vorherds bis zur Decke, und einem Vorherd mit 5,25 m Länge und 1,5 m Innendurchmesser ausgestattet war. Es wurde ein 4tägiger Betrieb durchgeführt. Die Bedingungen des Schmelzbetriebs waren ungefähr 0,8 t/h Schmelzerz, die Zielqualität des Steins war 75%. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI dargestellt.

Tabelle VI

Test Nr. 11
Betriebsbedingungen der Einblasdüsen
Einblasluft Nm³/h	485
Industrieller Sauerstoff (90%) Nm³/h	0
Einblasgeschwindigkeit m/s	136
I/L	0,265
Anzahl der Düsen	1
Einblaswinkel	horizontal
Konzentrat-Brenner-Bedingungen @	Kupferkonzentrat t/h	0,78
Silikasand t/h	0,11
Schweröl l/h	23
Einblasluft Nm³/h	0
industrieller Sauerstoff (90%) Nm³/h	118
Ergebnis @	Steingehalt %	75,0
Schlackentemperatur °C	1244
Rate der Rauchstauberzeugung %	4,7
Sauerstoffeffizienz %	97,0

Die in Tabelle VI gezeigten Ergebnisse dieses Vergleichsbeispiels erscheinen beim Durchlesen ausreichend zu sein. Als jedoch der Reaktionsschacht nach Beendigung des Betriebs überprüft wurde, zeigt die mit der Düse korrespondierende Innenwandfläche schwere Schäden. Die Oberfläche der feuerfesten Ziele war innen freigelegt und teilweise beschädigt. Im Gegensatz dazu zeigte eine Überprüfung des Reaktionsschachts nach einem Betrieb gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung keine Beschädigung der Beschichtung der Innenwandfläche.

Dies zeigt, daß der ungeordnete Strom, der durch das Einblasen von Luft aus einer Düse entsteht, exzentrisch in eine Richtung orientiert ist, so daß Mikroteilchen der geschmolzenen Erze auf der gegenüberliegenden Seite gegen die Innenwand des Reaktionsschachts prallen, was eine Beschädigung der Innenwand zur Folge hat. Demnach findet man, daß die Einblasdüsen, die paarweise in symmetrischen Positionen bezüglich der axialen Linie der Mitte des Reaktionsschachts angeordnet sind, ein gleichförmiges Einblasen des Gases von beiden Seiten bewirken, so daß eine Exzentrität des aus dem Strahlstrom erzeugten ungeordneten Stroms verhindert wird, um örtliche Beschädigungen der Reaktionsschacht-Beschichtung und Ziegel zu vermeiden. Auf diese Weise wird die Lebensdauer des Schachts verlängert und ein langfristiger kontinuierlicher Betrieb des Schwebeschmelzofens ermöglicht.

Claims

1. Schwebeschmelzofen, umfassend einen Reaktionsschacht (3), der in seinem oberen Bereich mit einem Konzentrat-Brenner (2) und mit Einblasdüsen (19) versehen ist, einen Vorherd (6) und einen Zugkanal (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsschacht (3) nahe der Mitte seiner Seitenwand (20) mit mindestens einem Paar von Einblasdüsen (19) versehen ist, die symmetrisch im Hinblick auf eine senkrechte Linie (18) angebracht sind, die durch den Mittelpunkt (17) des Reaktionsschachts (3) verläuft, wobei jede der Einblasdüsen (19) so schwenkbar ist, daß ihre Einblasachse (X, X′) auf die senkrechte Linie gerichtet ist.

2. Verfahren zum Schmelzen von Erzkonzentraten, z. B. Sulfiderzen in einem Schwebeschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Reaktionsgases aus den Einblasdüsen (19) in den Reaktionsschacht (3) mit einer vorbestimmten Einblasgeschwindigkeit und unter einem Winkel zwischen der Einblasachse (X, X′) und einer horizontalen Linie oder Linie, welche die Einblasdüsen (19) verbindet, eingeblasen wird, der nach unten auf innerhalb von 45° begrenzt wird, und das Einblasen des Reaktionsgases aus einem Paar von gegenüberliegenden Einblasdüsen (19) in den Reaktionsschacht (3) mit dem gleichen Winkel durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einblaswinkel des Reaktionsgases aus den Einblasdüsen (19) nach oben und unten auf innerhalb 45° begrenzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasachsen (X, X′) des eingeblasenen Reaktionsgases aus den Einblasdüsen (19) und die durch den Mittelpunkt (17) des Reaktionsschachtes (3) verlaufende senkrechte Linie (18) an einem gemeinsamen Schnittpunkt zusammentreffen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt (b, b′) auf der Seitenwand-Innenfläche (20) des Reaktionsschachts (3), an dem eine Verlängerung der Einblasachsen (X, X′) endet, sich oberhalb des untersten Punktes (c) der Seitenwand (20) befindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas durch den Konzentrat-Brenner (2) mit mit einer Einblasgeschwindigkeit von 60 bis 120 m/s und durch die Einblasdüsen (19) mit einer Einblasgeschwindigkeit von mindestens 50 m/s eingeblasen wird.