DE4111385A1 - Filter dust smelting with reduced electrode erosion - in which electrodes are inserted into glass from above into mixt. of dust and additives - Google Patents
Filter dust smelting with reduced electrode erosion - in which electrodes are inserted into glass from above into mixt. of dust and additivesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschmelzen von Filterstäuben gemäß Patentanspruch 1, wobei die Schmelze als glasiges Gut erstarrt.The invention relates to a method for melting Filter dust according to claim 1, wherein the melt solidified as a glassy good.
In Verbrennungsanlagen, beispielsweise zur Müll- und Klär schlammverbrennung entstehen hochtoxische Filterstäube mit stark schwankender chemischer Zusammensetzung. Solche Fil terstäube werden in eine hohe Gefahrenklasse eingestuft, so daß diese Stäube unbehandelt nur auf speziellen Deponien (Bergwerke) eingelagert werden dürfen. Der Transport dieser Stäube muß entsprechend abgesichert werden und die aufzuwen denden Kosten für Transport und Einlagerung sind beachtlich. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Gefahrenpotentials ist, diese Stäube in bekannter Weise in einen körperfesten Zustand zu versetzen, in welchem sie z. B. von Wasser nicht mehr ausgelaugt und somit auf einer üblichen Deponie ent sorgt werden können.In incineration plants, for example for waste and sewage treatment Sludge combustion creates highly toxic filter dusts strongly fluctuating chemical composition. Such fil Dust is classified in a high hazard class, so that these dusts are untreated only in special landfills (Mines) may be stored. The transportation of this Dusts must be secured accordingly and used The costs for transport and storage are considerable. One way to reduce the potential hazard is, this dust in a known manner in a body-fixed To put state in which they z. B. of water not more drained and thus ent in a normal landfill can be taken care of.
Für dieses Verfahren des Verglasens reicht es nicht aus, nur die anfallenden Stäube zu erschmelzen, um nach dem Aufschmelzen und Erstarren ein Glas zu erzeugen. Es müssen noch andere Stoffe wie z. B. Kalk, Quarzsand, Tonerde, Feld spat, .. hinzugegeben werden, so daß sich die aufzuschmelz ende Menge Filterstaub um die, für eine sichere Verglasung benötigten Zuschlagstoffe erhöht.For this glazing process, it is not enough only to melt the dust that accumulates, so that after the Melt and solidify to create a glass. To have to other substances such as B. lime, quartz sand, alumina, field late, .. are added so that the melt amount of filter dust around, for safe glazing required aggregates increased.
Zum Einschmelzen dieser Gemische werden nach dem Stand der Technik Glaseinschmelzwannen verwendet, welche mittels elektrischem Stromdurchgang beheizt werden. Üblicherweise wird der Strom über Elektroden zugeführt, die entweder vom Boden oder von den Seitenflächen durch die Feuerfestzu stellung in das Schmelzbad hineinreichen.According to the state of the art, these mixtures are melted down Technology glass melting tanks used, which by means of electrical continuity are heated. Usually the current is supplied via electrodes, either from the Floor or from the side surfaces through the refractory reach into the weld pool.
Da jedoch beim Einschmelzen von Filterstäuben abweichend von der konventionellen Glasherstellung nicht mit einer fest vorgegebenen chemischen Analyse des Schmelzgutes ge rechnet werden kann, ergeben sich folgende Nachteile: Die feuerfesten Materialien der Ofenwanne werden von der Schmelze stark angegriffen und die Elektroden, über die der Schmelze der Strom zugeführt wird, erodieren sehr stark. Die stark schwankende Analyse und das Vorhandensein nahezu aller Elementkombinationen bedeutet für die Glaswannen technik ein prinzipielles, kaum beherrschbares Problem. Es ist nicht zu erwarten, daß bei Glaswannen-Öfen die Material probleme gelöst werden können.However, since it differs when filter dust is melted from conventional glass production not with one predetermined chemical analysis of the melt ge The following disadvantages can be expected: The refractory materials of the furnace pan are made by the Melt heavily attacked and the electrodes over which the Melt the electricity is supplied, erode very strongly. The strongly fluctuating analysis and the existence almost all element combinations means for the glass tubs technology is a fundamental, hardly manageable problem. It it is not to be expected that the material of glass tub ovens problems can be solved.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zu entwickeln, welches die Materialprobleme in der Glaswan nen-Ofen-Technik löst, die starke Erosion der Elektroden sowie die Staubbildung vermeidet, reduzierte Wärmeverluste und eine größere Einmischgeschwindigkeit der Zuschlagstoffe ermöglicht. The object of the present invention is now a method to develop what the material problems in the glass wall NEN oven technology solves the strong erosion of the electrodes and avoids dust formation, reduced heat loss and a higher mixing speed of the additives enables.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie im Patentan spruch 1 beschrieben, indem die Elektroden von oben in die Schmelze eintauchen, wie dies beispielsweise beim ESU- (Elektro-Schlacke-Umschmelz-) Verfahren üblich ist.This object is achieved according to the invention as in the patent Say 1 described by the electrodes from above into the Immerse the melt, as is the case with the ESU (Electro-slag remelting) process is common.
Die Schmelzwanne soll insgesamt wassergekühlt sein. Die notwendige thermische Barriere zwischen der flüssigen Schlacke und der Schmelzmasse kann durch eine erstarrte Glasschicht erzeugt werden. Zu Beginn ist es vorteilhaft, diese Wanne mit einem feuerfesten Material auszukleiden. Doch nach längerer Betriebszeit wird diese Feuerfestschicht stellenweise dort abgetragen und dann ergibt sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen erstarrter Schmelze an der wassergekühlten Wand und der Glasschmelze. (Ein dynamisches Gleichgewicht bedeutet, daß mit steigender Schmelzentemperatur die Schmelze dünnflüssiger und somit auch die an der wassergekühlten Wand erstarrte Schmelze dünner wird; bei sinkender Schmelzentemperatur wird auf grund der zäheren Schmelze die erstarrte Schicht dicker). Da der Schmelzbehälter in der vorgeschlagenen Einrichtung deutlich kleiner werden kann als bei einer konventionellen, großvolumigen Glasschmelze, können die Wärmeverluste durch den Wannenboden in erträglichen Grenzen gehalten werden. Der Schmelzofen sollte weitgehend geschlossen sein, so daß keine Gase unkontrolliert austreten können.The melting tank is said to be water-cooled overall. The necessary thermal barrier between the liquid Slag and the enamel can be solidified by a Glass layer are generated. At the beginning it is advantageous line this tub with a refractory material. But after a long period of operation, this refractory layer becomes partially removed there and then results in dynamic balance between solidified melt the water-cooled wall and the glass melt. (A dynamic equilibrium means that with increasing Melt temperature the melt becomes more fluid and thus also the melt solidified on the water-cooled wall is getting thinner; when the melt temperature drops, due to the tougher melt, the solidified layer thicker). Because the melting tank in the proposed facility can become significantly smaller than a conventional, large-volume glass melt, the heat loss through the tub floor can be kept within tolerable limits. The furnace should be largely closed, so that no gases can escape uncontrolled.
Um dies zu ermöglichen, wird der Auslauf der flüssigen Schmelze über einen Siphon vorgeschlagen. Anschließend kann diese Schmelze in Masseln vergossen werden oder in großen Blöcken erstarren, die dann entsprechend dem Anwendungs zweck weiterbehandelt werden können. Je nach Schmelzlei stung kann der Abguß kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. Bei kontinuierlichem Auslauf ist es nicht not wendig den Ofen zu kippen. Bei intermittierendem Abguß kön nen Teilmengen durch Kippen oder durch das Öffnen eines Wand- oder Bodenauslaufes erfolgen.To make this possible, the liquid spout Melt proposed over a siphon. Then you can this melt can be shed in ingots or in large ones Blocks solidify, which then correspond to the application can be further processed. Depending on the melting egg The casting can be continuous or intermittent respectively. With a continuous discharge, it is not necessary nimble to tilt the oven. With intermittent casting, partial quantities by tilting or opening one Wall or floor outlet take place.
Als Ofenoberteil wird ein geschlossener Deckel vorgeschla gen, ähnlich dem Heizteil einer VAD- oder VHD-Anlage (Vacuum Arc Degassing bzw. Vacuum Heating Degassing). Bei diesen in der Pfannenmetallurgie eingesetzten kombinierten Heiz- und Vakuumentgasungseinrichtungen wird mittels Dreh stromlichtbögen die Schmelze in der Pfanne von oben geheizt. Die Elektrodenspitzen werden dabei häufig bis in die auf der Metallschmelze schwimmenden Schlackeschicht eingetaucht. Der Lichtbogen brennt in einer selbst erzeugten Gasblase zwischen Elektrode und Metallschmelze. Die konventionellen Graphitelektroden sind in vakuumdichten Teleskopen ange ordnet, so daß in VAD-Anlagen auch bei Unterdruck geheizt werden kann.A closed lid is suggested as the upper part of the furnace similar to the heating part of a VAD or VHD system (Vacuum Arc Degassing or Vacuum Heating Degassing). At combined these used in ladle metallurgy Heating and vacuum degassing equipment is turned electric arcs heated the melt in the pan from above. The electrode tips are often up to the immersed in the molten metal floating slag layer. The arc burns in a self-generated gas bubble between electrode and molten metal. The conventional Graphite electrodes are attached in vacuum-tight telescopes arranges so that in VAD systems also heated at negative pressure can be.
In der Glasschmelztechnik ist es vorteilhaft, vom Drehstrom ausgehend, auch mit drei Elektroden zu arbeiten, aber zwei, vier oder sechs Elektroden sind ebenfalls denkbar. Für das Einschmelzen der Filterstäube soll aber nicht wie bei den VAD-Anlagen mit Lichtbögen gearbeitet werden, sondern es ist ein reiner Widerstandbetrieb wie beim Elektro-Schlacke- Umschmelzen vorgesehen. Ein Lichtbogenbetrieb würde zu einer starken Verdampfung von Schmelzgut führen, welches dann seinerseits wieder einen hohen Aufwand bei der Entstau bung verlangen würde. Zur Vermeidung der Lichtbögen muß mit kleineren Stromdichten in den Elektroden gearbeitet werden.In glass melting technology, it is advantageous from three-phase current starting to work with three electrodes, but two, four or six electrodes are also conceivable. For the Melting of the filter dust should not, however, as with the VAD systems are operated with arcs, but it is a pure resistance operation like the electric slag Remelting provided. Arc operation would be too a strong evaporation of melting material, which then again a great deal of effort in removing the dust would require exercise. To avoid arcing, must smaller current densities can be worked in the electrodes.
Als Elektrodenmaterial für die Stromzufuhr in die Schmelze sind Graphitelektroden, wie sie beim Lichtbogenofen-Schmelz betrieb üblich sind, Söderberg-Elektroden, wie sie in Reduk tionsöfen üblich sind, und auch Elektroden aus anderen elek trisch leitenden Werkstoffen denkbar.As electrode material for the power supply in the melt are graphite electrodes like those used in arc furnace melting operation are usual, Söderberg electrodes, as in Reduk tion ovens are common, and electrodes from other elec tric conductive materials conceivable.
Um das pulverförmige oder evtl. auch vorgranulierte Material schnell einzumischen, sollten die Elektroden möglichst nur geringfügig unter die Oberflächen der Schmelze eintauchen. Diese Fahrweise erzeugt hohe Strömungsgeschwindigkeiten un mittelbar unter den Elektroden. Die kontinuierliche und quasi- kontinuierliche Zugabe (z. B. in kleinen Portionen) des Schmelzgutes erfolgt über eine Schleuse (Zellradschleuse, Glockenschleuse oder dergleichen) und eine oder mehreren Rutschen auf die Schmelzbadoberfläche. Die freie Badober fläche kann mit dem auf zuschmelzenden Material abgedeckt werden. Dies hat den Vorteil, daß abdampfende Stoffe an der Abdeckschicht kondensieren können und damit der Staubaus trag sehr gering wird. Nur die bei niedrigen Temperaturen gasförmigen Stoffe müssen über Filtereinrichtungen und mög licherweise eine Reaktions-Reinigungsstrecke abgeführt werden.To the powdery or possibly pre-granulated material If possible, the electrodes should only be mixed in quickly Immerse slightly under the surface of the melt. This driving style creates high flow velocities indirectly under the electrodes. The continuous and quasi continuous addition (e.g. in small portions) of Melted material is carried out via a lock (cellular wheel lock, Bell lock or the like) and one or more Sliding on the surface of the weld pool. The free badober surface can be covered with the material to be melted will. This has the advantage that evaporating substances on the Cover layer can condense and thus the dust becomes very small. Only those at low temperatures gaseous substances must pass through filter devices and poss Licher removed a reaction purification line will.
Die Abdeckung der Schmelzbadoberfläche bietet die Vorteile:
reduzierte Wärmeverluste,
geringere Staubbildung,
größere Einmischgeschwindigkeit.Covering the weld pool surface offers the following advantages:
reduced heat loss,
less dust formation,
greater mixing speed.
Die Abdeckschicht sollte insgesamt, aber vor allem in der Nähe der Elektroden, nicht zu hoch sein, da sonst das Material mit der warmen Elektrode verbacken kann.The cover layer should be overall, but especially in the Near the electrodes, not too high, otherwise that Material can bake with the warm electrode.
Um den Elektrodenabbrand und die möglicherweise etwas schwankende Schmelzbadhöhe zu kompensieren, müssen die Elektroden beweglich durch die Schmelzkammer hindurchge führt werden. Für einen kontinuierlichen Schmelzbetrieb ist es vorteilhaft, wenn die Elektroden ohne zurückgezogen wer den zu müssen, verlängerbar sind. Dies ist bei Söderberg- Elektroden üblich, indem ein neues Rohrsegmentstück oben angeschweißt und dieses dann mit Kohle und Pech aufgefüllt wird.About the electrode erosion and possibly something to compensate for fluctuating melt pool heights Electrodes movable through the melting chamber leads. For a continuous smelting operation it is advantageous if the electrodes are withdrawn without which need to be renewable. This is at Söderberg Electrodes are common by placing a new pipe segment piece on top welded on and then filled with coal and pitch becomes.
Beim Einsatz von konventionellen Graphitelektroden, wie sie z. B. in der Lichtbogenofentechnik üblich sind, kann die Elektrode oben nachgenippelt werden. (Nachnippeln bedeutet, die Elektrode mittels eines Verbindungsteils, beispiels weise eines einschraubbaren doppelseitigen Konusstücks, zu verlängern.) Für eine industrielle Anlage mit möglichst kurzer Stromunterbrechungszeit ist es vorteilhaft, wenn das Nachnippeln der Elektroden mit einer halbautomatischen Vor richtung erfolgt. Zum Nachsetzen der Stromkontaktbacke relativ zur Elektrode kann die Elektrode dann mit dieser halbautomatischen Nachnippelvorrichtung gehalten werden. Anderenfalls muß hierzu ein Kran oder eine andere Halte vorrichtung verwendet werden. When using conventional graphite electrodes such as the one used e.g. B. are common in arc furnace technology, the The top of the electrode. (Nippling means the electrode by means of a connecting part, for example as a screw-in double-sided cone piece extend.) For an industrial plant with as much as possible short power interruption time, it is advantageous if that Re-sip the electrodes with a semi-automatic pre direction. For repositioning the current contact jaw relative to the electrode, the electrode can then be used with it semi-automatic post-nipple device can be held. Otherwise a crane or other stop must be used device can be used.
Das Nachsetzen der Elektroden erfolgt bei Verwendung nur einer Kontaktzange pro Elektrode bei unterbrochenem Strom fluß. Bei Verwendung von zwei gegeneinander verschiebbaren Kontaktzangen braucht der Strom nicht unterbrochen zu wer den.The electrodes are only replaced when used one pair of contact pliers per electrode when the current is interrupted flow. When using two movable against each other Contact pliers do not need to interrupt the current the.
Die Abdichtung zwischen der Elektrode und der Kammer er folgt über ein, die Elektrode umhüllendes Teleskoprohr mit Schiebedichtung. Die Abdichtung zwischen dem Teleskoprohr und der Elektrode kann z. B. durch eine Blähdichtung ober halb des Stromanschlusses erfolgen. Zum Nachsetzen der Elek trode wird die Blähdichtung nur für kurze Zeit geöffnet und sofort nach dem beendeten Nachsetzvorgang wieder geschlos sen. So kann es vermieden werden, daß eine größere Menge an Ofenatmosphäre austreten kann oder, falls der Ofen mit Unterdruck betrieben wird, daß eine größere Menge Falsch luft in den Ofen hineingelangt, die dann zusätzlich mit dem Abgasstrom weggeführt werden muß.The seal between the electrode and the chamber he follows via a telescopic tube enveloping the electrode Sliding seal. The seal between the telescopic tube and the electrode can e.g. B. by an inflatable seal above half of the power connection. For repositioning the elec trode, the inflation seal is only opened for a short time and closed again immediately after the repositioning process was completed sen. So it can be avoided that a larger amount of Oven atmosphere can escape or, if the oven with Vacuum is operated that a larger amount is wrong air gets into the oven, which is then additionally with the Exhaust gas flow must be carried away.
Das kalte Chargiergut hat eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Diese Tatsache verlangt besondere Maßnahmen beim Anfahrvorgang eines kalten Ofens. Zum Starten des neuen Ofens oder nach einer längeren Betriebsunterbrechung, während die alte Schmelze erstarrt ist, wird auf die er starrte Schmelze oder die Wannenauskleidung eine elektrisch- leitende Platte (z. B. aus Graphit oder aus metallischem Werkstoff) gelegt, die die Aufsetzpunkte der Elektroden spitzen miteinander verbindet. Der eigentliche Startvorgang kann unterschiedlich durchgeführt werden:The cold cargo has a very low electrical charge Conductivity. This fact requires special measures when starting a cold furnace. To start the new furnace or after a long shutdown, while the old melt has solidified, he is on top of it the melt or the tub lining stared at an electrically conductive plate (e.g. made of graphite or metallic Material), which is the contact points of the electrodes sharp connects. The actual starting process can be done in different ways:
- - Um die auf die Platte aufgesetzten Elektroden wird Char giergut aufgeschüttet; der Strom eingeschaltet und das Schmelzgut mittels Lichtbogen verflüssigt. Dieses Ver fahren hat den Nachteil häufiger Fehlstarts.- Char. Is placed around the electrodes placed on the plate greedy good heaped up; the power turned on and that Molten material liquefied by means of an arc. This ver driving has the disadvantage of frequent false starts.
- - Zwischen die Elektrodenspitzen und die Starterplatte wird ein Gemisch aus Schmelzgut und Metallspänen geschichtet, das durch die elektrischen Wärmeverluste in dem relativ hochohmigen Spanhaufwerk verflüssigt wird.- Between the electrode tips and the starter plate becomes a mixture of melting material and metal chips stratified by the electrical heat loss liquefied in the relatively high-resistance chip pile becomes.
- - Zwischen Elektrodenspitze und Starterplatte wird ein exothermes Pulver (z. B. Thermit) gelegt, was durch seinen Aluminium- oder Magnesiumanteil leitfähig ist. Nach dem Einschalten der Spannungsquelle entzündet sich das exotherme Pulver. Es bildet sich ein erster Schmelzsee aus, in den sich das um die Elektrode angefüllte Schmelzgut einmischt.- A is between the electrode tip and the starter plate exothermic powder (e.g. thermite) laid what by its aluminum or magnesium content is conductive. Ignited after switching on the voltage source the exothermic powder. A first is formed Melting lake, in which the electrode filled melted material.
Als Stromquelle für diesen Einschmelzprozeß genügt ein unge regelter Hochstromtransformator. Die Stromstärke wird dadurch kontrolliert, daß die jeweilige Elektrode entsprechend tief in die Schmelze eingetaucht wird, wie dies beispielsweise vom Elektro-Schlacke-Umschmelzen bekannt ist. Jede der Strom zuführungselektroden wird getrennt in ihrer Eintauchtiefe geregelt. Als Meßgröße wird für den Regler der Elektroden strom der Phasenspannung oder eine Verknüpfung von beiden mit einem entsprechenden Sollwert verwendet. A power source is sufficient for this melting process regulated high current transformer. The current strength is thereby checks that the respective electrode is deep enough is immersed in the melt, such as this is known from electro-slag remelting. Each of the stream feed electrodes are separated in their immersion depth regulated. The electrode is used as the measured variable for the controller current of the phase voltage or a combination of both used with a corresponding setpoint.
Da mit Änderungen der chemischen Zusammensetzung der Schmelze zu rechnen ist, werden sich Änderungen des Badwiderstandes ergeben. Zur Kompensation dieses Einflusses kann ein über lagerter Regelkreis vorgesehen werden, der die Schwankungs breite der elektrischen Meßgrößen konstant hält:As with changes in the chemical composition of the melt changes in bath resistance will be expected surrender. To compensate for this influence, an over stored control loop are provided, the fluctuation keeps the width of the electrical measured variables constant:
- - Taucht die Elektrode nur noch ungenügend in die Schmelze ein, so kann die Schmelze aufgrund der lokalen Stromdichteüberhöhung verdampfen und unter der Elektrode ein Lichtbogen auftreten. Lichtbögen sollten grundsätzlich vermieden werden, da sonst mit hohem Staubanfall gerechnet werden muß.- Immerses the electrode insufficiently in the Melt, so the melt can be due to the evaporate local current density increase and Arcing occurs under the electrode. Arcing should always be avoided otherwise a lot of dust is expected got to.
- - Das zu tiefe Eintauchen der Elektrode in die Schmelze reduziert das Einmischvermögen und er höht die Erwärmung der Schmelze in Bodennähe.- Immersing the electrode too deep in the Melt reduces the ability to intervene and it increases the heating of the melt near the bottom.
Zur Anpassung der Stromversorgung an stark unterschiedliche Schmelzbadwiderstände bei stark abweichenden chemischen Zu sammensetzungen kann der Ofentransformator mit einem Spannungs stufenschalter versehen sein. Eine lastlose Umschaltung genügt den Prozeßanforderungen.To adapt the power supply to very different ones Melt pool resistances in the case of strongly differing chemical additives the furnace transformer with a voltage tap changer must be provided. A no-load switchover is sufficient the process requirements.
Das Erstarren der abgegossenen Schmelze kann je nach Aus laugungsbeständigkeit in kleinstückigem (z. B. Platten, die zerbrochen werden, oder Granulate durch Erstarren des Gieß strahles im Wasser) oder großstückigem Format geschehen. Die Großstückigkeit ist vorzuziehen, jedoch verlangt das rißarme Erstarren von großen Blöcken eine kleine Erstar rungsgeschwindigkeit. Durch die Auswahl geeigneter Zu schläge kann die zulässige Erstarrungsgeschwindigkeit er höht werden. Den erhöhten Kosten für diese Rohstoffe und die möglicherweise vermehrten Stromkosten stehen die niedrigeren Betriebskosten im Verfahrensschritt Erstarren gegenüber.The solidification of the poured melt can, depending on the outcome Leach resistance in small pieces (e.g. plates, the broken, or granules by solidification of the pour in water) or in large format. The lump size is preferable, but that requires low-crack solidification of large blocks a small solidification speed. By choosing suitable Zu the permissible rate of solidification be raised. The increased cost of these raw materials and the possibly increased electricity costs stand lower operating costs in the solidification process step across from.
Eine mittlere Stückgröße kann über eine Masselgießmaschine erreicht werden. Die abgekippten Masseln werden in Trans portbehältern gesammelt, die das langsame weitere rißfreie Abkühlen der Masseln erlauben.A medium piece size can be done using a pig casting machine can be achieved. The tilted pigs are in Trans port containers collected, the slow further crack-free Allow the ingots to cool down.
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