FI62232C - Foerfarande foer elektroinduktiv vaermning av styckeformigt maerial i en reaktorkammare - Google Patents

Description

fl KUULUTUSJULKAISU ,λλ,λ

jarv w ('·) utlAggninosskiiift oZZöZ

c (45) Patentti myönnetty 10 12 1902 Patent mecidelat ^ 1 ^ (51) Kv.iic?/int.a.3 B 01 J 19/08, 1 ' H 05 B 6/10 SUOMI —FINLAND (21) Λ*·"»»»*·'"·'· —HtuntwStali** 1227/7¾ 23.0k.Ti» vr / (23) Alkuptlvt—Glltlghutadif 23-0¾^¾ (41) Tullut (ulktMkil — SIMt uffwitHg 31.10.7¾ rMMtti. Ja rekisterihallitu· (44) NiMvUu)pMon „ kwMttlkihun pvm.-

Patent. öch registerutyrelsen 1 Amttlcan utlacd odi ucUkrMten publlcarud 31.08.82 (32)(33)(31) Pyydetty utuoUcuu*—eu*frd pHorh·* 30.0¾.73 01.03.7¾ Ruotsi-Sverige(SE) 7306063-¾, 7¾027¾7-5 (71) Boliden Aktiebolag, Sturegatan 22, Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Hans Ivar Elvander, Helsingborg, Ingvar Anton Olof Edenvall,

Helsingborg, Karl Göran Görling, Lidingö, Douglas Severin Ekman,

Helsingborg, Ruotsi-Sverige(SE) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Menetelmä kappalemaisen materiaalin reaktiokammiossa tapahtuvaa sähköinduktiivista lämmittämistä varten - Förfarande för elektro-induktiv värmning av styckeformigt material i en reaktorkammare

Kyseessä oleva keksintö koskee menetelmää, jota voidaan käyttää suoritettaessa lämpöä vaativia kemiallisia ja/tai fysikaalisia prosesseja reaktiokammiossa, joka sisältää olennaisesti prosessiin osallistuvasta materiaalista muodostuvan alustan, ja ainakin osa prosessiin tarvittavasta energiasta tuotetaan sähköinduktion avulla itse alustassa käyttämällä ainakin yhtä »eaktiokammion ulkopuolelle sijoitettua induktiosilaukkaa, jossa kulkee vaihtovirta#

Keksintö koskee ensi kädessä menetelmää, jonka avulla voidaan suorittaa lämpöä vaativia prosesseja koksialustassa. Koksia, jota on valmistettu eri-ikäisestä kivihiilestä tai ligniitistä (ruskohiilestä), tai hiiltä, jota on valmistettu pyrolysoimalla muusta orgaanisesta materiaalista, käytetään tekniikassa erilaisten operaatioiden suorittamiseen, joissa hiili-pitoinen materiaali hapettuu ja/tai liittyy johonkin yhdisteeseen tai liukenee johonkin toiseen aineeseen. Nimitystä koksi tullaan käyttämään tässä selostuksessa kaikesta pyrolysoimalla orgaanisesta materiaalista valmistetusta hiilestä.

- * · --( -*·<«. t ... » t i 62232 2

Edellä mainituissa prosesseissa tarvittava lämpö voidaan tuoda reaktiokammioon eri tavoin. Jos koksia ja muita reagoivia aineita esimerkiksi voidaan esilämmittäät voidaan lämpö kehittää reaktiokammioesa polttamalla osa tästä koksista» tai lämpöä voidaan tuoda re&ktiokammion seinämien läpi. Muut menetelmät perustuvat koksin tai reaktioseokeen suoraan kuumentamiseen sähköllä. Jälkimmäisessä menetelmässä on usein etuja verrattuna edellä mainittuihin menetelmiin huolimatta sähköenergian tavallisesti suhteellisen korkeasta yksikköhinnasta. Mistä eduista voidaan mainita vähemmän tilaa vievä laitteisto sekä itse prosessia että mahdollisesti syntyvien poistokaasujen jälkikäsittelyä varten» suurempi joustavuus prosessin suunnittelussa» suurempi valinnanvapaus erilaistenraakatuotteiden suhteen» hyvä tuotto käytettyyn energiaan nähden sekä parempi mahdollisuus valita tuotantolaitteistolle ekonomisesti edullisin koko.

Hyvin tavallinen tapa kehittää sähköenergiaa on johtaa virta elektrodien kautta» jolloin reaktiomassa lämpenee vastuskuumennuksen tai valokaaren avulla.

Eräs toinen tapa on indusoida sähkövirtoja reaktiommesassa sijoittamalla sen yläpuolelle sähkömagneettinen vaihtokenttä» ns. induktiivinen lämmitys. Tätä on ehdotettu käytettäväksi esimerkiksi kokein valmistuksen yhteydessä kivihiilestä. Suhteellisen korkean sähköisen ominaisvastuksen vuoksi on sellaisissa tapauksissa lähdetty siitä» että on välttämätöntä joko käyttää korkeita taajuuksia vaihtokentässä tai antaa lämmitettävän materiaalin muodostaa sekundäärikäämi muuntajan kaltaisessa laitteessa.

Korkeiden taajuuksien hyväksikäyttö tuo kuitenkin määrättyjä teknisiä ja taloudellisia rajoituksia. Muuntajamenetelmää» jossa kouruun asetettu hiili tai muu materiaali saa muodostaa suljetun virtapiirin» halutaan toisaalta käytännöllisistä syistä useissa tapauksissa välttää.

nyttemmin on yllättäen osoittautunut mahdolliseksi saavuttaa teknisesti ja taloudellisesti erikoisen edullisia tuloksia suoritettaessa alussa mainitun kaltaisia prosesseja keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että kerroksen, jonka ominaisvastus on välillä 10“^ - 10 il m, yhteydessä käytetään vaihtovirtaa, jonka taajuus on enintään kymmenen kertaa verkkotaajuus ja että kerroksen pienimmän vaakasuuntaisen poikittaisdimension d ja induktiokentän tunkeutuisissyvyyden S suhde pidetään välillä 0,2 - 2,5. joka määrätään yhtälöstä **A * . ,► Λ 5 62232 jolloin k on välillä 1,1 - 1,3 oleva luku ja saadaan yhtälöstä * \H5? ° m\lύ·μ jossa i0 on sähkömagneettisen kentän kulma taajuus ilmaistuna yksiköissä kerroksen permeahiliteetti ilmaistuna yksiköissä H/m ja jj* 8en ominaisvastus ilmaistuna yksiköissä m. Alustan pinta-alan poikittaisdimentio dimensio d mitataan tällöin metreissä* Keksinnön mukaisesti on siis osoittautunut mahdolliseksi suorittaa kyseessä olevia prosesseja käyttämällä pieniä taajuuksia eikä tällöin ole tarpeen lisätä alustan poikittais-dimensiota kuin suhteellisen vähäisessä määrin verrattuna niihin dimensioihin, jotka vaaditaan tunnetussa pienen ominaisvastuksen omaavan materiaalin lämmityksessä vaihtovirralla, jolla on pieni taajuus. Esimerkkinä voidaan mainita, että lämmitettäessä induktiivieesti koksialustaa, jonka ominaisko vastus oli 10 ohm m vaihtovirralla, jonka taajuus oli 100 Hz, osoittautui induktiokäämin diametri, joka oli vain 7,5 »* sopivaksi, kun käämin korkeuden ja diametrin suhde oli 0,6.

Keksinnön mukaisesti on osoittautunut, että koksialustassa voidaan kehittää hyvin korkeita energiamääriä jo kohtalaisen voimakkaan sähkömagneettisen kentän avulla. Samalla on osoittautunut, että induktiokäämin induktiivisen lämpenemisen johdosta syntyvät häviöt, mikäli käämi on kuparia, ovat noueeet vain muutamaan prosenttiin tuodusta energiasta. Edellä olevassa esimerkissä kehitettiin, kun kenttävoimakkuus oli vain 30 kA/m, noin 30 MV koksialustassa ja häviöt kuparikäämissä olivat vain 600 kV, so. 2 tuodusta energiasta.

Käytettäessä hyväksi tätä laajennettua induktiivisen lämmityksen periaatetta, jota voidaan käyttää lämmitettäessä kappalemuodossa olevaa materiaalia alustoissa, joiden ominaisvastus on 10 - lo”^ ohm m, on siis aikaisemmin esteenä pidetty korkea ominaisvastus nyt kääntynyt eduksi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään luonnollisesti vaihtovirtaa, jolla on sama taajuus kuin verkossa, siinä tapauksessa että halutaan ottaa energiaa verkosta, koska täten voidaan pitää sekä asennus- että käyttökulut alhaisina. Mikäli taajuutta on lisättävä, johdetaan induktio-silmukan kautta sopivimmln vaihtovirta, jonka taajuus ei ole korkeampi kuin kymmenen kertaa verkkotaajuus, sopivasti sen kokonaislukukerrannainen, mieluimmin ei korkeampi kuin viisinkertainen. Ilmoitetuilla alueilla voidaan nimittäin saada halutun taajuuden omaavaa virtaa, halpaa ja hyvän hyötysuhteen omaavaa, käyttämällä hyväksi rakenteeltaan yksinkertaisia ja ‘IV· ; j halpoja moottori- tai turbiinikävttöisiä generaattoreja, tai vaihtoehtoisaa- 4 62232 ti esimerkiksi taajuuden moninkertaistin!a tai tyristoriohjattuja virren-muuttajia niissä tapauksissa! joissa ei vaadita kovin suuria tehomääriä.

Yhteenvetona voidaan sanoay että menetelmän avulla, jossa pienen tai suhteellisen pienen taajuuden omaavan virran avulla induktiivisesti tuodaan energiaa alustaan, jonka ominaisvastus on 10 - 10~^ oha a, saavutetaan seuraavia etuja verrattuna tähän asti tunnettuun tekniikkaan: 1. Voidaan rakentaen dimensioiltaan huomattavan suuria reaktoriyk-sikköjä, jotka kehittävät huomattavasti enemmän tehoa tilavuusyksikköä kohti ja joiden tuotto on siten korkea.

2. Kentän tunkeutuu!ssyvyys on suuri suhteessa reaktorin poikkileikkaukseen, jonka ansiosta saadaan tasaisempi energiankehitys yli koko poikkileikkauksen.

3. Induktiivisesti voidaan kehittää sellaisia energiamääriä, joihin aikaisemmin ei ole pystytty.

4* Sähkön hyötysuhde paranee mitä suurimmassa määrässä.

3· Laitteet, joilla voidaan generoida virtaa, jonka taajuus on halutun pieni, tulevat yksinkertaisemmiksi ja halvemmiksi ja niiden sähkön hyötysuhde tulee korkeaksi; usein voidaan käyttää hyväksi verkon taajuutta.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ei tarvitse tuoda kaikkea tarpeellista lämpöä sähköinduktiivisesti, vaan tämän keksinnön puitteissa on mahdollista tuoda osa prosessissa tarvittavasta lämmöstä reaktiokammioon polttamalla siellä palavia aineita.

Keksintöä voidaan edullisesti soveltaa hiilen kokemuksen yhteydessä, jota koksauksen aikana edullisimmin syötetään ainakin lähes jatkuvasti reaktorikammion läpi, ja induktiivisesti aikaansaatu lämpö synnytetään osassa koksattavaa materiaalia, joka on lähes täydellisesti vapautettu kaasuuntuvista aineosista. Koska tällöin induktiivinen lämpö synnytetään suoraan koksattavassa materiaalissa, saadaan aikaan nopea koksausprosessi, niin että voidaan koksata huomattava määrä hiiltä aikayksikköä kohti suhteellisen pienessä laitteessa.

Muodostunut koksi poistetaan reaktorikammiosta sopivasti nestelukon kautta, jossa koksi jäähtyy ja täten vältetään monia terveydellisiä haittoja. Kokeatun materiaalin laadun parantamiseksi voidaan antaa ainakin osan koksauskaaeusta ja/tai reaktorikammioon tuodusta hiilivedystä kulkea reak-torikammiossa olevan koksatun tai lähes täysin hoksatun materiaalin läpi, missä pidetään yllä vähintäin koksauskaasun tai hiilivedyn krakkaukseen tarvittava lämpötila, minkä avulla voidaan saada aikaan kokeatun materiaalin kestävyyttä voimakkaasti lisäävä hiilen saostuminen kokeatun materiaalin '1Λ * ' ♦· ·, . t 5 62232 pinnalla. Tällä tavoin voidaan valmistaa ensiluokkaista koksia, kuten metallurgista koksia, toisarvoisista raakatuotteieta.

Osa koksauksessa tarvittavasta lämmöstä voidaan saada reaktorikam-mioon polttamalla suoraan siellä palavia aineita, jotka edullisimmin eivät ole kontaktissa koksattuun materiaaliin. Palavina aineina voidaan käyttää kaikkia koksauksessa muodostuvia kaasuja tai osaa niistä, mutta myös reak-torikammioon ulkopuolelta tuotua polttoainetta, kuten hiilivetyjä, joka yksinomaan tai osittain. Tällaista välittömästi reaktorikammiossa muodostunutta lämpöä voidaan sopivasti käyttää reaktorikammioon tuodun hiilen esi-lämmitykseen tai osittaiseen koksaukseen. Palavien aineiden poltossa kehittyvä lämpö, joka ei kulu reaktorikammiossa olevan materiaalin lämmitykseen, voidaan otaa talteen reaktorikammion säteilyosaan, joka liittyy reaktorin yhteyteen rakennettuun höyrypannuun. Vaihtoehtoisesti voidaan ainakin osa kokeausreaktoriesa muodostuneiden kaasujen lämpösisällöstä käyttää hyväksi esimerkiksi höyryn tai sähköenergian tuottamiseen. Kun sähköenergiaa tuotetaan, voi tämä tapahtua edullisesti sekä tässä että keksinnön muissa toteutusratkaisuissa käyttämällä höyry- tai kaasuturbiinia, sopivasti kuumailma-turbiinia. Tuotettu sähköenergia voidaan käyttää hyväksi prosessin energiahuoltoon ja energia voidaan tällöin tuottaa vaihtovirran muodossa, jonka taajuus on sama kuin kyseisessä prosessissa käytetty taajuus. Samaten voidaan käyttää kuumaiImaturbiinistä poistuva, vielä lämmin ilma hyväksi edellä mainitussa reaktorikammiossa tapahtuvassa palamisessa, jolloin saavutetaan hyvä prosessin lämpöhyötysuhde.

Keksintöä voidaan soveltaa edullisesti myös kaasumaisen väliaineen pelkistyksen ja/tai karburoinnin yhteydessä, esimerkiksi pelkistys- tai suojakaasujen valmistukseen, jolloin kaasumainen väliaine, joka voi olla esimerkiksi vesihöyryä, kiertäviä, pelkistysprosesseista peräisin olevia kaasuja, joihin on mahdollisesti lisätty hiilivetyjä, jne., pakotetaan kulkemaan miltei keskeytymättä induktiivisesti kuumennetun koksialustan läpi kuluttaen tätä jatkuvasti. Samoin kuin koksaamisen ollessa kyseessä myös tätä menettelytapaa käyttäen saavutetaan hyvin korkea kapasiteetti vaatimattomatkin dimensiot omaavalla reaktorilla johtuen siitä, että induktiivisen lämmityksen ansiosta lämmön kehitys tapahtuu suhteellisen tasaisesti koko kok8ialustassa. Alustan lämpötila voidaan sopivasti pitää niin korkeana, että koksia käytettäessä alustassa muodostuva kuona saadaan sulatteena reaktorikammion pohjalta ja kuonasulate poistetaan jatkuvasti tai ajottain reak-torikammiosta. Tällä tavoin yksinkertaistetaan koksia käytettäessä syntyvien jäännösten poiskuljetus reaktorikammiosta. Jotta olosuhteet pysyisivät 6 62232 yhtäläisinä reaktorikammioesa, on sopivaa korvata koksialustassa käytetty koksi käytännöllisesti katsoen jatkuvasti. Alustassa olevan koksin korvaamiseksi tarvittava koksi voidaan valmistaa reaktorikammioesa tuomalla sinne hiiltä ja koksaamalla se reaktorikammioesa ja näin on mahdollista muodostaa alusta halvasta raakamateriaalista ja muodostetun koksin laatua voidaan parantaa edellä hiilen koksaamisesta kerrotulla tavalla» jolloin samalla koksaamisessa vapautuneet tai uunikammioon tuodut hiilivedyt käytetään hyväksi prosessissa· Lämpötalouden parantamiseksi voidaan kaasumainen väliaine» joka on tarkoitus pelkistää ja/tai kartra.roidä, esilämmittää suoran lämmönvaihdon avulla pelkistetyn ja/tai karburoidun kaasun kanssa. Samaten voidaan osa koksaukseen ja prosessiin muuten tarvittavasta lämmöstä tuoda reaktorikammioon polttamalla suoraan siinä palavia aineita ja palavien aineiden polttamisesta kehittynyt lämpö, joka ei kulu materiaaliin ja kaasuihin reaktorikammioesa, ottaa talteen reaktoriin tai sen ulkopuolelle edellä hiilen kokemuksen yhteydessä kuvatulla tavalla. Palaminen reaktorikammioesa suoritetaan koksialustan sillä sivulla, jolta kaasumainen väliaine, joka on määrä pelkistää ja/tai karburoida, johdetaan koksialus-taan. Erityisesti sellaisessa tapauksessa on kaasunkuljotuksen ja rakenteen karmalta sopivaa antaa kaasun kulkea alaspäin reaktorikammioesa olevan koksin läpi. Reaktorista poistuvien kaasujen fyysinen lämpösisältö voidaan ottaa sopivasti talteen näiden kaasujen ja reaktoriin tuotujen kaasujen välillä tapahtuvan lämmönvaihdon avulla.

Toinen ala, jolla keksinnön mukaista menetelmää voidaan edullisesti käyttää, on kiinteän, metallioksidipitoisen, varsinkin rautaoksidi- tai kaleiumoksidipitoisen materiaalin pelkistys ja sitä mahdollisesti seu-raavar karburoiminen. Materiaali tuodaan tällöin reaktorikammioesa olevaan koksialustaan,jossa synnytetään induktiovirta ja ainakin koksialue-tassa ylläpidetään sellainen lämpötila, että metallioksidipintoinen materiaali pelkistyen ja sulaen ja mahdollisesti karburoituen kulkee läpi koksialustan kuluttaen sitä jatkuvasti, minkä ohella muodostunut kuona- ja metalli- tai metallikarbidisulate poistetaan jatkuvasti tai ajoittain reaktorikammiosta. Tällöin voidaan ilman haittaa käyttää huonoa laatua olevaa koksia ja koko koksialustassa voidaan ylläpitää korkeata ja tasaista lämpötilaa, niin että prosessin suoritukseen tarvittava laitteisto saa verrattuna aikaisemmin tunnettuihin pelkistys- ja sulatelaitteistoihin erinomaisen tuotantotehon. Menetelmää voidaan erikoisen edullisesti käyttää hyväksi esipelkistetyn rautaoksidimateriaalin lopulliseen pelkistykseen, . f , " ' 7 62232 kuten vähintäin FeOsksi pelkistetyn rautaoksidimateriaalin pelkistykseen. Jotta voitaisiin vielä tehokkaammin käyttää hyväksi koksialustasssa pelkistymällä muodostuneiden pelkistävien kaasujen» samoin kuin mahdollisesti koksialustaan johdettujen nestemäisten pelkistysaineiden vaikutuksesta muodostuneiden pelkistävien kaasujen pelkistyskykyä» voidaan metallioksidipi-toinen materiaali tuoda reaktorikammioon niin hienojakoisena, että se on ainakin pelkistyksen alkuvaiheessa nestemäistä muodostuneiden, alustasta nousevien kaasujen vaikutuksesta. Menetelmä soveltuu siis hyvin esimerkiksi sellaisten hienojyväisten metallioksidimateriaalien pelkistykseen kuin kiisupasute. Kiinteä, metallioksidipitoinen materiaali voidaan tuoda edullisesti reaktorikammioon lämpimänä tai esilämmitettynä.

Metalli- tai metallikarbidisulatteen ja kuonasulatteen, johon jälkimmäiseen sulatteeseen voidaan myös lisätä sopivia raffinointi- ja sulatus-aineita, erilaisten ominaispainojen ansiosta metalli- tai metallikarbidisu-late kulkee kuonasultteen läpi ja keräytyy sen alapuolella olevalle alueelle. Metalli- tai metallikarbidisulate ja kuonasulate poistetaan edullisimmin erikseen reaktorista. Erikoisesti siinätapauksessa, että kuonasulatteella on raffinoiva vaikutus, on edullista säilyttää kerros sulaa kuonaa koksi-alustan alla, jolloin osa prosessissa tarvittavasta lämmöstä voidaan synnyttää induktiivisesti myös kuonasulatteessa.

Kokeialustassa käytetty koksi korvataan edullisesti lisäämällä lähes jatkuvasti hiiltä ja koksaamalla tämä uunikammiossa.

Siili voidaan esilämmittää ja koksausprosessi alkaa polttamalla palavia aineita reaktorikammioesa jolloin polttokaasujen lämpö vaikuttaa eäteilemällä tai johtumalla suoraan hiileen. Palavat kaasut voivat olla esimerkiksi hiilivetyä, jota johdetaan reaktorikammioon, joko panoksen yläpuolella olevaan tilaan tai panokseen. Hiilivetyä voidaan saattaa kontaktiin esimerkiksi kokein kanssa ja/tai koksattavan materiaalin kanssa, jolloin samanaikaisesti tämä materiaali pidetään ainakin sellaisessa lämpötilassa, että hiilivety krakkautuu ja hiili saostuu kokein päälle. Palavien aineiden poltossa kehittyvä lämpö, joka ei kulu reaktorikammioesa olevaan materiaaliin tai kaasuihin, voidaan ottaa talteen reaktoriin tai sen ulkopuolelle sillä tavoin kuin on kuvattu edellä kivihiilen koksauksen yhteydessä.

Keksinnön aukaista menetelmää voidaan soveltaa myös kappale- tai hiukkasmuodossa olevien, kokonaan tai osittain metallisten materiaalien sulatukseen, esimerkiksi esipelkistettyjen metallioksidien kuten rautasienen tai metalliromun, kuten rautaromun, erityisesti halpa-arvoisen metalliromun kuten sorvin lastun ja muun sen kaltaisen sulatukseen ja tällöin mainittu 8 62232 materiaali sekä pelkistysaineet, joilla korvataan käytetty koksi, tuodaan reaktoriin, jossa materiaali sulatetaan sähköinduktiivisesti ja sula materiaali kulkeutuu samoin induktiivisesti lämmitetyn koksialustan läpi, jolloin materiaalin oksidoiduissa osissa tapahtuu loppupelkistys ja mahdollisesti sula materiaali hiilettyy koksialustaa jatkuvasti käyttäen, ja sula metalli ja muodostunut kuona saadaan koksialustan alla olevasta alueesta, josta metalli ja kuona jatkuvasti tai ajottain poistetaan reaktori-kammiosta·

Jos käytettävissä on halpa lämmönlähde, voidaan kiinteä metalli tai oleellisesti metallinen materiaali esilämmittää ennen reaktorikammioon tuomista, ja mainittu materiaali voidaan syöttää myös yhdessä materiaalin kanssa, jolla muodostetaan kuonaa sulatuksessa muodostuneen metallisulat-teen raffinoimista varten* Tällöin on mahdollista pitää koksialustan alla kerros sulaa kuonaa ja lämpö voidaan kehittää induktiivisesti myös kuona-sulatteessa. Koksialustan koksi korvataan sitä mukaa kuin sitä käytetään, lähes jatkuvasti, siten että korvattava koksi muodostetaan tuomalla hiiltä tilalle ja koksaamalla tämä reaktorikammiossa edellä kuvatulla tavalla*

Myös hiilivetyjä voidaan tuoda reaktorikammioon, osittain polttoaineeksi, jolla kehitetään osa prosessissa tarvittavasta lämmöstä, osittain parantamaan hiilestä muodostetun koksin laatua edellä selitetyllä tavalla* Palavia aineita reaktorikammiossa poltettaessa syntyvä lämpö, mikä ei kulu reaktori-kammiossa olevaan materiaaliin, voidaan ottaa talteen reaktorikammioon sijoitettuun säteilyosaan, joka liittyy reaktorin yhteyteen asennettuun höyrypannuun, ja ainakin osa reaktorikammiossa muodostuneiden kaasujen lämpösisällöetä voidaan käyttää hyväksi sähköenergian tai höyryn tuottamiseen.

Keksintöä voidaan edullisesti soveltaa myös metallioksidien sulatteiden käsittelyn yhteydessä. Siten keksintöä voidaan edullisesti soveltaa esimerkiksi silloin, kun valmistetaan vähintäin yhtä metallia, esimerkiksi rautaa tai piitä sulatteesta, joka sisältää mainittua metallia oksidina, esimerkiksi kuonasta, ja mainittua sulatetta syötetään koksialustalle ja sulatteen koksialustalla viipymisaika ja tämän lämpötila säädetään siten, että mainittu oksidiksi sitoutunut metalli pelkistyy käyttäen jatkuvasti kokeialustaaa ja saadaan sulassa muodossa koksialustan alapuolella olevasta alueesta ja metalli sekä vastamuodostunut ja mahdollisesti sinne jäänyt kuona poistetaan jatkuvasti tai ajoittain reaktorikammiosta. Kokeialusta muodostaa tällöin hyvin suuren kuuman kontaktipinnan, joka on pelkistävä, Λ · 9 62232 f metallioksidisulatteelle, niin että reaktorista saadaan suuri teho. Metalli-sulate ja kuonasulate voidaan poistaa kumpikin erikseen reaktorista. Varsinkin siinä tapauksessa» että kuonasulatteella on raffinoiva vaikutus» joka on saatu aikaan esimerkiksi lisäämällä sopivia raffinoimisaineita» on edullista säilyttää kerros sulaa kuonaa koksialustan alla, jolloin osa sulatus-prosessissa tarvittavasta lämmöstä voidaan kehittää induktiivisesta kuona-sulatteessa.

Koksialustassa kulutettu koksi korvataan edullisesti lähes jatkuvasti» mikä voi tapahtua lisäämällä hiiltä ja koksaamalla tämä reaktorikammi-ossa. Tällöin voi koksaus» samoin kuin palavia aineita reaktorikammiossa poltettaessa syntyvän ylijäämälämmön varastoiminen tapahtua siten» kuin edellä on kuvattu viitattaessa keksinnön mukaisen menetelmän muunlaisiin suoritusmuotoihin.

Keksinnön mukaisen lämmitetyn koksialustan muodostaman suuren kontaktipinnan ansiosta voidaan keksinnön mukaista menetelmää soveltaa edullisesti myös silloin» kun valmistetaan jotakin suhteellisesti helposti haihtuvaa metallia kuten sinkkiä» lyijyä» arsenikkia» antimonia» kadmiumia ja tinaa, tai metalliyhdistettä» joka sisältää ainakin jotakin edellä olevista metalleista, sulatteesta joka sisältää mainittuja metalleja oksidin ja/tai sulfidin muodossa, esimerkiksi kuonasta kuten kuparimalmia sulattamalla saadusta kuonasta ja tällöin annetaan sulatteen kulkea induktiivisesti kuumennetun koksialustan läpi ja sulatteen koksialustalla viipymisaika ja tämän lämpötila säädetään siten, että metallioksidi pelkistyy kuluttamalla jatkuvasti koksialustaa ja metalli höyrystyy tai metalliyhdlstys vastaavasti haihtuu. Höyrystynyt metalli tai metalliyhdiste voidaan hapettaa polttamalla palavia aineita oksidoivaeti reaktorikammiossa ja metalli saadaan tällöin oksidimuodoesa palamiskaaeuista reaktorin ulkopuolelta. Höyrystynyt metalli tai metalliyhdiste voidaan myös johtaa pois reaktorikammiosta ja ottaa talteen kiinteässä tai nestemäisessä muodossa reaktorikammion ulkopuolella kondensoimalla. Jos. sulate sisältää sitä paitsi vähintäin yhtä oksidiksi sitoutunutta, suhteellisen vaikeasti haihtukaa metallia, kuten rautaa ja piitä, voidaan tämä metalli saada samanaikaisesti edellä kuvatulla tavalla, jota käytetään pelkistettäessä ainakin yhtä metallia sulatteesta, joka sisältää mainittua metallia oksidiksi sitoutuneena. Koksialustassa kulutetun koksin korvaamiseksi voidaan tuoda koksia tai valmistaa sitä kuten edellä on prosessin muihin toteutusmuotoihin viitattaessa selitetty. Sama koskee metallieulatteen ja kuonan laskemista pois reaktorikammiosta sekä lisälämmön 62232 10 tuomista reaktorikammioon ja siellä olevaan panokseen sekä vastaavasti reaktorikammiossa pelkistämällä muodostuneiden ja reaktiokammioon mahdollisesti tuotujen kaasujen tai kaasuja muodostavien aineiden sisältämän, käyttämättömän lämmön talteenottoa.

Kyseessä olevan tyyppisissä reaktoreissa voi sähköeristys käämi-kierrosten välillä ja joissakin tapauksissa osakäämien välillä aikaansaada tiettyjä ongelmia, mikäli reaktorin seinämissä esiintyy jonkin verran kaa-sunläpäisyä. Joissakin tapauksissa on mm. osoittautunut, että hiilioksidi-pitoinen kaasu voi tunkeutua ulos panoksesta reaktorin seinämien läpi ja aiheuttaa hiilen saostumista, mistä voi olla seurauksena kipinäpurkaus käämissä. Nämä ongelmat korostuvat rakennettaessa hyvin suuria, induktiivi-sesti lämmitettäviä reaktoreja ja uuneja, jolloin on käytettävä sellaisia jännitteitä, joita ei tähän asti ole käytetty induktiolämmitystekniikassa. Ongelma tulee erikoisen vakavaksi sen vuoksi, että nykyisen tekniikan mukaisesti tehdyn käämin korjaus usein aiheuttaa kalliin, täydellisen osiin purkamisen, mikä aiheuttaisi kyseessä olevassa menetelmässä erittäin vaikeita käyttöteknisiä ja taloudellisia seurauksia.

Yllättävän hyvin näyttää kuitenkin olevan mahdollista estää ennakolta induktiokäämissä tapahtuvia kipinäpurkauksia, kun keksinnön mukainen menetelmä suoritetaan reaktorissa, joka on varustettu seinäelimellä, joka erottaa induktiokäämin reaktorikammiosta ja joka päästää jonkin verran kaasuja lävitseen, kun mainittuun seinäelimeen johdetaan kaasua,jonka paine ylittää korkeimman, induktiokäämin keskellä olevasea reaktorikammion alueessa vallitsevan paineen, eikä tämä kaasu pysty aiheuttamaan sähkön johtumista käämikierteiden välillä.

Sopiva menettelytapa voi tässä tapauksessa olla se, että estetään mainittuun seinäelimeen johdettavan kaasun, joka on paineen alaisena, virtaaminen reaktorikammiosta poispäin. Tämä voi tapahtua esimerkiksi siten, että ainakin induktiokäämin peittämä reaktorin osa pidetään painekammioon suljettuna. Tällöin voidaan paineen alaisena oleva kaasu johtaa seinäelimeen painekammion kautta. Erään toisen esimerkin mukaisesti voidaan tämän menettelytavan yhteydessä tiivistää vierekkäisten käämikierteiden väliset alueet, jotka ovat reaktoria ympäröivää ilmakehää vasten ja paineen alainen kaasu johdetaan näiden kaasutiiviiden alueiden sisäpuolelle.

Induktiokäämin kierteiden välillä purkautuvan kipinän riskiä ei kuitenkaan voida täysin eliminoida. Sen vuoksi on osoittautunut edulliseksi, että edellä selostettuun menettelytapaan yhdistetään toimenpiteitä, joiden 11 62232 avulla on mahdollista korjata induktiokäämin osia, ilman että reaktori on täydelleen hajoitettava osiinsa. Tämä voi tapahtua siten, että käytetään useammasta, korkeintaan 160° kiertävästä elementistä rakennettua induktio-käämiä .

Usein voi olla myös edullista käyttää induktiokäämiä, joka on kokoonpantu useammasta osakäämistä. Lisäksi voidaan kukin käämikierre panna yhteen tasoon. Täten saadaan erillisiä yhden kierteen silmukoita, jotka voidaan liittää yhteen osakäämeiksi, joissa on mielivaltainen lukumäärä kierteitä.

Tästä järjestelystä on seuraavla etuja: käämikierteiden välien eritystiivistys on konstruktiivisesti yksinkertainen suorittaa käyttämällä edellä kuvatun kaltaista kaasun johtamista seinäelimeen, se tarjoaa parhaimman ajateltavissa olevan mahdollisuuden soveltaa osakäämien lukumäärä lämmitetyn aineen sähköiseen laatuun, se yksinkertaistaa käämin jakamista elementteihin ja samanaikaisesti helpottaa niiden vaihtoa, se helpottaa tavallisesti käytön aikana reaktorissa syntyneen paistuman kestämistä reaktorin pysyessä kaasutiiviinä.

Yhdessä tasossa olevista yhden kierroksen muodostamista käämisilmu-koista on vielä se etu, että kierrosten liittäminen yhteen osakäämeiksi, joissa on mielivaltainen lukumäärä kierroksia, voidaan suorittaa siten, että kahden osakäämin vierekkäisten kierteiden välillä on jännite 0. Tämä on mahdollista, jos vierekkäisille osakäämeille annetaan eri käämintäsuunta ja samalla vierekkäisten osakäämien lähellä sijaitsevat päät kytketään samaan pisteeseen virransyöttösysteemissä. Tällä järjestelyllä vältetään se, että kahden osakäämin väli kuormitettaisiin sillä korkealla jännitteellä, joka vastaa osakäämin kierteiden välistä jännitettä kerrostettuna sen kierteiden lukumäärällä.

Edellä olevan kuvauksen mukainen, paineen alainen kaasu virtaa kaasua läpäisevän 8einäelimen läpi tilaan, jossa lämmitettävä materiaali on.

Sen vuoksi on tärkeätä valita sellainen kaasu, jonka kokoomus on vaaraton lämmityeproeessiin nähden. Hiissä tapauksissa, joissa on olemassa hiilen saostumisen vaara seinäelimeen, voi olla edullista käyttää olennaisen iner-tiä kaasua, jolla on sellainen happi- tai vetypotentiaali, että hiilen saostuminen estetään ainakin induktiokäämin vieressä sijaitsevissa seinä-elimen osissa.

Seuraavassa kuvataan keksintöä viittaamalla oheisina oleviin piirus- - - 3 ” ' \ 5:; . 'j ,.

62232 12 tuksiin, joista käy ilmi keksinnölle tyypillisiä piirteitä ja etuja. Piirustuksissa esitetään kaavamaisina pystyleikkauksina joukko luonnoksia keksinnön mukaisen menetelmän erilaisista suoritusmuodoista. Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen hiilen kokemuksen asennuksen. Kuvio 2 esittää kaasumaisten väliaineiden pelkistystä ja/tai karhurointia varten tarkoitetun asennuksen keksinnön mukaan. Kuvio 3 esittää kiinteän metallioksidipitoisen materiaalin pelkistystä ja sitä seuraava hiiletystä varten tarkoitetun keksinnön mukaisen laitteen. Kuvio 4 esittää laitteen romun sulattamista varten keksinnön mukaan. Kuvio 3 esittää laitteen sulatteiden* varsinkin kuonasulatteiden käsittelyä varten, keksinnön mukaisesti. Kuvioissa 6-9 esitetään pystyleikkaus reaktorin seinämän osasta, jossa on neljä erilaista laitetta induktiokäämissä tapahtuvan kipinäpurkauksen ehkäisemiseksi. Kuvio 10 esittää osan induktiokäämin vaakaprojaktiosta, käämi on rakentunut useasta, pienen kiertokulman omaavasta elementistä. Kuvio 11 esittää osaa perspektiivikuvasta, jossa on olennaisesti kuvioiden 9 ja 10 mukaisesti muodostettu induktiokäämi. Kuvio 12 on kappale sivukuvaa, joka esittää kahta, samassa tasossa olevista käämikierroksista rakennettua osakäämiä, jotka saavat virtaa esitetyllä tavalla.

Eri kuvioissa ovat vastaavat tai olennaisesti vastaavat yksityiskohdat varustetut samoilla viitemerkeillä.

Kuviossa 1 esitetään koksausreaktori, jonka seinämät ainakin osittain muodostuvat tulenkestävästä vuorauksesta 10 ja vaipasta 11, joka on esimerkiksi teräslevyä. Reaktorin ympäri on asennettu induktiokäämi 12, jossa virtaa kuviossa näkymättömästä virtalähteestä tuleva vaihtovirta, ulkopuolella olevine kehyksineen 13, ja käämin tarkoituksena on pitää reaktori-kammiossa oleva, olennaisesti koksista muodostuva alusta 14 kyseeseä olevalle prosessille sopivassa lämpötilassa.

Kuvion 1 mukainen reaktori käsittää alhaalta avoimen, palkeista 13 riippuvan yläosan 16, kiertyvän osan 17 ja paikoillaan olevan pohjan 18. Alaosaa 17« joka liittyy vesilukon 19 välityksellä yläosaan 16, kantaa joukko rengaslaipan 20 kanssa yhteistyössä olevaa tuki- ja kantorullaa, joista näytetään esimerkkinä 21, 22. Osa 17 muodostuu pääasiallisesti jäähdytys-vaipasta 23« jossa virtaa neste, vaipan ulkopinnalla on hammaskehä 24 ja osa kiertyy hammaskehään kytkeytyvän, moottorikäyttöisen hammaspyörän 23 avulla. Osa 17 on varustettu sisäpuolella joillakin poistokauhoilla 26, jotka osan 17 kiertyessä poistavat koksatun materiaalin osan 17 ja pohjan 18 välistä. Pohja 18 on maljan muotoinen ja muodostaa osan 17 alimman osan kanssa vesilukon 27· *t\ , f* 15 62232

Kun kuvion 1 mukaisessa reaktorissa koksataan hiiltä, tuodaan hiili reaktorikammioon induktiokäämin 12 yläpuolella olevista aukoista 28 ja se vaipuu alas reaktiokammion kauhojen 26 vaikutuksesta, ohi käämin 12 tason, jossa se on lämmitetty koksauslämpötilaan ja muodostaa induktiivisesti lämmitetyn alustan 14. Ennenkuin reaktoriin tuotu hiili pääsee käämin 12 tasolle, on se jo koksautunut esimerkiksi alustan 14 johtumia- ja säteily-lämmön vaikutuksesta· Induktiivisesti aikaansaatu lämpö kehitetään siis osassa hoksattavaa materiaalia, joka on olennaisesti vapautettu kaasuuntuvista aineosista. Ennenkuin koksi poistuu reaktorista, se jäähtyy neste-lukossa 27 ja se jäähtyy myös jäähdytysvaipan 25 avulla.

Hiiltä tuodaan reaktorikammioon lähes jatkuvasti. Hiilen syötössä käytetään esitetyssä esimerkissä joitakin ns. stoukkereita, joissa on kussakin suppilo 29, jonka laskuaukko avautuu johtoon 30, joka puolestaan avautuu kohdassa 28 reaktorikammioon. Johdon 30 reaktorikammiosta poispäin olevassa päässä on painesylinteri 31, joka huolehtii hiilien syötöstä suppilosta 29 johtoon 30 ja siitä reaktorikammioon. Kuviossa 1 näkyy vain yksi stouk-keri ja laskuaukko 28 toisesta stoukkerista·

Koksausreaktorissa on alempi ja ylempi poistojohto 32 ja 33» joita voidaan käyttää joko erikseen tai yhtäaikaisesti koksauksessa muodostuneen kaasun poistamiseen reaktorista. Alempi poistojohto 52 liittyy reaktorikammioon induktiokäämin 12 alapuolella olevassa kohdassa rengaskanavan 34 ja useiden aukkojen 33 kautta. Käämin 12 yläpuolella on useita kohdassa 36 avautuvia johtoja 37» joista voidaan johtaa etupäässä nestemäistä hiilivetyä koksattavan hiilen päälle. Panoksen yläpuolella olevaan tilaan on asennettu joukko polttimia 3®, joissa on johto 39 polttoaineen johtamista varten ja johto 40, jonka kautta johdetaan happipitoista kaasua, kuten esimerkiksi ilmaa. Polttimia on kuviossa 1 näkyvissä vain yksi, 3®» ja siitä tulevat polttokaasut uunikammioon aukkojen 41 kautta, jotka on suunnattu siten, että panoksen yläpuolella olevassa tilassa syntyy pyörreliike. Panoksen yläpuolelle johdetaan mahdollisesti vain ilmaa tai muuta happipitoista kaasua koksauksessa syntyneiden kaasujen polttamiseksi.

Kun käytetään ainoastaan ylempää poistojohtoa 33« jolloin siis pois-tojohto 32 on suljettu venttiililaitteella, jota kuviossa ei näy, kulkeutuvat reaktorikammiossa hiilen koksauksessa muodostuneet kaasut ylöspäin läpi reaktorikammion ja ulos poistojohdon 33 kautta. Hiilen esilämmitystä ja koksauksen alkuunpääsemistä varten poltetaan enemmän tai vähemmän täydellisesti koksauksessa muodostuneet, panoksen läpi nousevat koksauskaasut sekä M · * ► itr. ...

14 62232 johtojen 37 kautta mahdollisesti lisätyt hiilivedyt panoksen yläpuolella polttimien 38 avulla· Poistojohdon 35 kautta lähtevät kaasut otetaan sopivasti talteen esimerkiksi höyryn tai sähköenergian valmistamista varten.

Kun käytetään vain alempaa poistojohtoa 32» jolloin poistojohto 33 pidetään suljettuna venttiililaitteen avulla» joka ei näy kuviossa» kulkevat koksauksesea muodostuneet kaasut aukkojen 33 kautta sekä rengaskanavan 34 ja poistojohdon 32 kautta reaktorikammiosta. On mahdollista» että polttimien 38 avulla pidetään yllä pelkistävää palamista panoksen yläpuolella, niin että saadaan osa koksausprosessisea tarvittavasta energiasta.

Johtojen 37 kautta johdetaan hiilivetyjä, jotka kulkiessaan ohi alustan 14, jossa lämpötila on korkeampi kuin hiilivetyjen krakkaukseen tarvittava, krakkautuvat ja aiheuttavat hiilen saostumisen muodostuneen koksin päälle, jonka laatu paranee tästä huomattavasti.

Poistojohdon 32 kautta lähtevät kaasut, jotka sisältävät runsaasti palavia kaasuja, voidaan edullisesti polttaa sähköenergian kehittämiseksi itse koksialustan 14 induktiivista lämmittämistä varten. Keitetyn toteutus-esimerkin mukaisesti otetaan johdon 32 kautta poistuvien kaasujen fyysinen lämpösisältö talteen epäsuoran lämmönvaihtajan 42 avulla»

Vaihtoehtoisesti johdetaan kaasu molempien johtojen 32 ja 35 kautta, jolloin panoksen päällä uunikammiossa voidaan edullisesti ylläpitää hapettava palaminen ja pitää huolta siitä, että tällöin muodostuneet hapettavat kaasut poistuvat kaikki poistojohdon 33 kautta ja vain osa koksauskaaeuista ja osa johtojen 37 kautta johdetuista hiilivedyistä muodostetuista krakka-uskaasuista poistuu poistojohdon 32 kautta.

Kuviossa 2 merkitsevät viitemerkinnät 10 - 14» 52, 54, 55 ja 42 samaa kuin kuviossa 1. Kuviossa 2 esitetyssä reaktorissa, joka on tarkoitettu kaasumaisten väliaineiden pelkistämiseen ja/tai hiilestämiseen siten, että nämä joutuvat kosketukseen induktiivisesti lämmitetyn koksialustan 14 kanssa, ylläpidetään niin korkea lämpötila reakt&okammiossa, että prosessissa käytetyn koksin jäännökset saadaan sulassa tilassa reaktorin alaosasta. Sulanut koksijäännös 45 poistetaan jatkuvasti tai, kuten kuviosta käy ilmi, aika ajoin poistoreiän 44 ja kourun 43 kautta. Kaasumainen väliaine, esimerkiksi vesihöyry, joka on määrä pelkistää ja/tai karburoida, tuodaan johdon 46 kautta sen jälkeen kuin epäsuorassa lämmönvaihtajassa 42 se on saanut lämpöä reaktorista johtoa 32 myöten lähtevästä, pelkistetystä ja/tai karbu-roidusta kaasusta, ja poistuu aukkojen 35 kautta, jotka on suunnattu vinosti alaspäin, jotta estettäisiin koksin pääseminen rengaskanavaan 34 ja een tukkeutuminen. Koksia tai vaihtoehtoisesti hiiltä, joka koksautuu kulkeutu- 15 62232 essaan kohti käämin 12 tasoa reaktorikammion sisällä, syötetään reaktori-kammioon syöttölaitteen 47 kautta, niin että alustassa 14 käytetty koksi korvautuu uudella.

Mikäli syöttölaitteesta 47 syötetty materiaali on hiiltä, se koksau-tuu kulkeutuessaan kohti käämin 12 tasoa, jolloin koksauskaasut, sen jälkeen kuin ne on krakkautuneet alustassa 14 poistuvat yhdessä pelkistetyn ja/tai karburoidun kaasumaisen väliaineen kanssa johdon 32 kautta. Mikäli hiili on huonolaatuista, on edullista johtaa johdon 43 kautta niin paljon hiilivetyä ja ylläpitää uunissa sellaiset olosuhteet, että hiilivety krak-kautuessaan aiheuttaa hiilen saostumisen vastamuodostuneen kokein päälle, minkä kautta sen mekaaninen kestävyys paranee merkittävästi.

Kuviossa 3 nähdään rautaoksidipulverin pelkistämistä ja sulatusta varten tarkoitettu reaktori. Merkkien 10 - 14, 37 - 41» 44, 45 ja 47 tarkoituksen suhteen viitataan kuvioiden 1 ja 2 selitykseen. Reaktorin yläosa on muodostettu säteilyosaksi reaktoriin liittyvässä höyrypannussa, jota ei muuten näy kuviossa. Siten reaktorikammion yläosaa ympäröi kaksoievaippa 49, jossa kiertää vesi tai höyry, ja jota puolestaan ympäröi lämpöeristetty vaippa 50. Syöttölaitteesta 47 alaspäin ulottuva materiaalin syöttöjohto 31 on kaksoisseinällä varustettu ja siinä virtaa samoin kuin vaipassa 49 neste- tai kaasumainen jäähdytysaine. Käämin 12 alueella reaktoriseinä jäähdytetään jäähdytysvaipan 32 avulla.

Johdon 31 kautta tuodaan oleellisesti koksista muodostuvalle alustalle materiaalia, joka koostuu rautaoksidista, koksista tai vaihtoehtoisesti hiilestä, joka koksataan edellä selostetulla tavalla reaktorikammiossa, ja mahdollisesti kuonaaanodostavasta aineesta. Nestemäisiä tai kaasumaisia hiilivetyjä voidaan lisätä panostettuun materiaaliin johdon 37 kautta, mikä materiaali esilämmitetään polttimien 38 avulla.

Täten eeilämmitetty rautaoksidimateriaali esipelkistetään ja muutetaan metalliseksi jossakin määrin koksialustan yläpuolella ja sulatetaan yhdessä kuonaa muodostavan materiaalin kanssa induktioalueen yläosassa, minkä jälkeen rautaoksidi pelkistetään loppuun saakka ja hiilitetään sen kulkiessa koksialustan 14 läpi käyttäen sitä jatkuvasti, jolloin kuitenkin alusta 14 korvautuu vastaavassa määrässä tuodulla koksilla tai tuodulla kok-satulla hiilellä. Sula materiaali saadaan alustan alta kuonakerroksena 33 ja hiilipitoisena rautakerroksena 34* Rauta voidaan poistaa aika ajoittain poistoaukosta 44* Kuona poistetaan sopivasti, pääasiassa jatkuvasti, poisto-aukosta 35 ja kourusta 36. Poistoaukko on tätä tarkoitusta varten varus- r*-'· * ' 16 62232 tettu liikkuvalla, käyttölaitteella liikutettavalla seisauttajalla 57* jota ohjataan siten, että alustan 14 ja kuonakerroksen 55 välinen raja pidetään halutulla tasolla reaktorikammiossa. Pelkistyksessä muodostunut hiiliokei-dipitoinen kaasu samoinkuin johdon 57 kautta mahdollisesti johdetun hiilivedyn jäännös ja mahdolliset koksauskaasut poltetaan polttimien 58 avulla reaktoriin panostetun materiaalin päällä. Kuvion 5 mukaista reaktoria voidaan käyttää sitä paitsi edullisesti esipelkistetyn rautaoksidin, esimerkiksi rautasienen lopulliseen pelkistykseen ja sulatukseen. Kuvion 5 mukaista reaktoria voidaan myös käyttää muun kiinteän, metallioksidipitoisen materiaalin pelkistykseen ja mahdollisesti hiiletykseen eli karburointiin, esimerkiksi sulan kalsiumkarbidin valmistukseen, jossa tapauksessa kalsium-oksidia ja hiilipitoista materiaalia tuodaan johdon 51 hautta.

Kuvioesa 4» jossa merkit 10 - 14* 28 - 31» 44* 45 ja 52 - 57 merkitsevät samaa kuin esimerkeissä 1-5, näkyy reaktori, jonka avulla voidaan sulattaa kappaleen muotoista, kokonaan tai osittain metallista materiaalia, erityisesti halpa-arvoista metalliromua, kuten sorvilastua ja muuta sen kaltaista. Romu tuodaan yhdessä koksin tai hiilen sekä mahdollisesti myös kuonan muodostaja-aineen kanssa stoukkerien 50, 31 avulla induktiivieesti kuumennetulle koksialustalle 14« Alustan 14 päällä ja itse alustassa romu sulaa sekä induktiivieesti että joutuessaan kontaktiin kuuman koksialustan kanssa, ja sula koksituhka ja kuona sekä sulanut ja mahdollisesti raffinoitu romumateriaali saadaan sulana kerroksena 53 ja 54 alustan 14 alapuolella. Muodostunut kaasu poistuu johdon 58 kautta. Jos reaktorikammioon tuodaan hiiltä, pidetään siitä huoli, että tämä koksautuu ainakin huomattavalta osalta, ennen kuin se joutuu alas alustaan 14* Nestemäisiä tai kaasumaisia hiilivetyjä voidaan, mikäli niin halutaan, lisätä panosmateriaaliin ja materiaali voidaan esijämmittää reaktorikammiossa polttamalla siellä palavia aineita kuten edellä on kuvattu kuvioiden 1-3 yhteydessä. Kuonahauteen 53 ja koksialustan 14 välinen raja pidetään halutulla korkeustasolla poistamalla vastaavasti kuonaa poistoattkon 55 kautta.

Kuviossa 5* jossa merkit 10, 12 - 14, 44, 45, 47, 49 - 52 ja 55 - 57 tarkoittavat samaa kuin kuvioissa 1-4» näkyy reaktori, jolla voidaan valmistaa ainakin yhtä, suhteellisen helposti haihtuvaa metallia tai metalli-yhdistettä ja ainakin yhtä, suhteellisen vaikeasti haihtuvaa metallia esimerkiksi kuonasulatteesta. Reaktorissa ylläpidetään käämin 12 tasossa kok-sialusta 14* johon kuonasulate tuodaan jatkuvasti tai annoksittain. Tässä esitetyssä toteutuksessa kuonasulate tuodaan valusangosta 59 kouruun 60, 17 62232 josta sulate useamman, reaktorikammioon työntyvän jakeluputken 61 kautta jaellaan alustalle 14. Alustan lämpötila pidetään niin korkeana, että helposti haihtuva metalli tai metalliyhdiste, esimerkiksi sinkki ja/tai lyijy oksidin tai sulfidin muodossa höyrystyy ja poistuu reaktorikammiosta, kun se on ensin mahdollisesti poltettu tulojohtojen 62 kautta tuodun happi-pitoisen kaasun, Esimerkiksi ilman avulla. Kuonan jäännös kulkeutuu alaspäin koksialustan 14 läpi, jossa vaikeasti haihtuva metallioksidi, esimerkiksi rautaoksidi, pelkistyy ja hiilettyy joutuessaan kontaktiin alustan kanssa ja kuluttaessaan tätä jatkuvasti. Alusta 14 korvataan tuomalla uutta alustamateriaalia samassa tahdissa kuin sitä kulutetaan, mahdollisesti lisäten sopivia kuonanmuodostaja-aineita, syöttöputken 31 kautta. Täysin pelkistynyt metalli saadaan sulana alakerroksena 63 reaktorin pohjalta, kun taas tuodun ja muodostuneen kuonan jäännös saadaan kerroksen 63 yläpuolella olevana kuonakerroksena 64. Kuonakerroksen 64 ja koksialustan 14 välinen raja pidetään halutulla korkeustasolla poistamalla jatkuvasti tai aika ajoittain kuonaa kerroksesta 64.

Kuviossa 6 esitetään osa reaktorin seinämästä, jossa on keraaminen vuoraus 10 ja vaippa 11. Numerolla 12 merkitään vuorauksen 10 ulkopuolelle asennettua induktiokäämiä, joka muodostuu putkesta, joka voidaan jäähdyttää johtamalla jäähdytysnestettä sen läpi. Käämi 12 on osittain peitetty keraamisen täytemassan 63 sisään. Sekä vuoraus 10 että täytemassa 63 ovat jos-sainmäärin kaasuja läpäiseviä.

Jotta estettäisiin kiinteiden, nestemäisten tai kaasumaisten materiaalien pääsy käämiin 12 käämin vastakkaiselta puolelta reaktorin seinämää, so. reaktorikammiosta, johon otetaan materiaali, joka on määrä lämmittää, pidetään seinäelimessä 10, 63 käämin 12 korkeudella kaasun avulla paine, joka ylittää korkeimman, reaktorikammiossa induktiokäämin keskellä olevassa alueessa vallitsevan paineen. Käytetty kaasu valitaan siten, että se ei kykene aiheuttamaan sähkön johtumista käämin 12 kierteiden välissä. Mainittu paine ylläpidetään siten, että johdetaan paineen alaista kaasua, esimerkiksi ilmaa tai olennaisesti inertiä kaasua, johtoputken 66 kautta painekammioon 67, joka tiivistää induktiokäämin 12 ympäröivää ilmakehää vastaan.

Kuviossa 7 esitetään samoin osa reaktorin seinämää, joka on varustettu vuorauksella 10, täytemassalla 63 ja induktiokäämillä 12. Viereisten käämikierteiden välit on tiivistetty sopivan eristävän materiaalin 6θ avulla reaktoria ympäröivää ilmakehää vasten. Tiivistyslaitteessa 68 on useita koloja 69, joiden kautta paineen alainen kaasu, kuten nuolet osoittavat, johtuu reaktorin seinämän 10, 63 niihin osiin, jotka ovat käämin 12 taeolla.

16 62232

Kuvio 8 esittää suoritusmuotoa, joka periaatteessa vastaa kuvion 7 suoritusmuotoa. Vuorauksesta 10 ja täytemassasta 65 muodostunutta reaktorin seinämää ympäröi spiraalimaisesti kiertynyt induktiokäämi 12. Vierekkäisten käämikierteiden tiivistys saadaan aikaan samoin spiraalikierteisten letkujen tai sen kaltaisten 70 avulla, jotka ovat kimmoisaa materiaalia. Jotta saataisiin kosketuspinnat pieniksi ja siten tehokkaammin tiivistetyiksi letkun 70 ja käämin 12 välillä, on jälkimmäisen päälle kiinnihitasattu putki 71, jolla on pieni läpimitta. Letkua 70 käytetään samalla myös paineen alaisen kaasun johtamiseen seinäelimeen 10, 65 ja se on tämän vuoksi osaksi liitetty kuviossa näkymättömään painelähteeseen, osaksi varustettu reaktorin seinämään päin suunnatuilla kaasunpoistoaukoilla.

Kuviossa 9 näkyy myös vuorauksesta 10 ja täytemassasta 65 muodostuva ja induktiokäämin 12 ympäröimä reaktorin seinämän osa. Jokainen käämin kierre on poikkileikkaukseltaan puolisuunnikkaan muotoinen ja varustettu ylä-ja alapuolelta laipoilla 73* Vierekkäisten käämikerteiden lähellä olevien laippojen välissä on tiivistys 74 kimmoisasta materiaalista, tiivisteissä on reikiä 75, joista voidaan johtaa paineen alaista kaasua täytemassaan 65. Pitkin käämikerrosten pituutta on useita reikiä toisiaan seuraavien käämikerrosten välissä olevassa tiivisteessä 74« Näihin reikiin 75 johdetaan kaasu jakeluputkien 76 läpi, jotka lähtevät useille jakeluputkille 76 yhteisestä tuloputkesta 77·

Kuviossa 10 tehdään havainnolliseksi, kuinka kukin käämin 12 käämi-kierroksesta voi olla rakentunut useista, sopivimmin samaan tasoon asetetuista elementeistä 78 a - d, joista kukin kiertää vähemmän kuin 180°:een kulman. Numerolla 79 on merkitty johdot, joiden välityksellä voidaan johtaa jäähdytysnestettä ja mahdollisesti myös virtaa lähekkäin sijaitsevien elementtien 78 a - d välillä ja numerolla 80 on merkitty tiivistyslaitteet, jotka tiivistävät elementtien 78 lähekkäiset päät.

Kuviossa 11 näkyvät enemmän yksityiskohtaisesti kahdenkuvion 10 mukaisen lähekkäisen elementin 78a ja 78b liitoskohta; elementtien muoto on oleellisesti sama kuin kuviossa 9* Toisen elementin 78a laipat 73 loppuvat jonkin matkan päässä tämän loppupäästä, kun taas toisissa elementeissä 78b on elementin 78a yli ulottuva laippa 81. Lähekkäisten elementtien päiden välinen tiivistys tapahtuu laipan 81 sisäpuolen ja elementin 78a ulkopuolen väliin puristetun tiivisteen 82 avulla, joka joustaa jonkin verran elementtien 78a ja 78b välillä pituussuunnassa.

Kuviossa 12 näkyy induktiokäämi, joka on rakentunut kahdesta osa-käämistä, jotka kumpikin muodostuvat kolmesta käämikierrokseeta 85 - 85 ja 62232 19 86 - 88. Jokainen käämikierros on yhdessä ja samassa tasossa ja se voi olla muodostunut elementeistä kuten kuviossa 10 on esitetty. Jokaisen käämi-kierroksen toisensa kohtaavien päiden välissä ja vierekkäisten käämikierros-ten välissä on tiivistykset 89· Numerolla 90 on merkitty syöttöjohdot, joiden kautta tuodaan virtaa osakäfimeihin 83 - 85 ja 86 - 88. Virtaa otetaan syöttöjohdoista kontaktielinten 91 - 94 kautta ja virta johdetaan vierekkäisten käämikierrosten välillä jokaiseen osakäämiin kontaktielinten 95 -98 kautta. Kuten kuviosta käy ilmi, on osakäämeillä 83 - 85 ja 86 - 88 eri käämityssuunnat ja osakäämien lähekkäiset päät on liitetty periaatteessa samaan pisteeseen virransyöttösysteemissä, minkä johdosta jännite käämikierrosten 85 ja 86 välillä on aina nolla.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla saavutettuja etuja valaistaan jäljessä tulevissa esimerkeissä.

Esimerkki 1

Koksialustaa, jonka ominaisvastus on 10 li m ja perasabiliteetti noin 4<3f · 10“^ H/o ja jonka läpimitta oli 7,0 m ja korkeus noin 5 m, pidettiin lämpötilassa n. 1000°C kuviossa 1 esitetyn kaltaisessa reaktorissa. Alustan alaosasta poistettiin jatkuvasti koksia noin 74.9 ton/vrk samalla kuin alustaa jatkuvasti täydennettiin uudelleen lisäämällä hiiltä alustan päälle. Hiiltä, joka sisälsi 29 painoprosenttia haihtuvia aineosia (laskettuna palavasta aineesta) ja 12 painoprosenttia tuhkaa, lisättiin noin 100 ton/vrk ja koksattiin reaktorissa, jolloin poistui kaasuja. Koksialus-taan tuotiin energiaa 110 MWh/vrk sähköinduktiivisesti, virran taajuus 100 Hz, induktiokäämin avulla, joka ympäröi reaktoria koksialustan tasolla ja jonka diametri oli 7,9 n ja korkeus 4,9 m. Mainittu energia oli riittävä pitämään yllä alustan lämpötilaa ja hiilen koksaamiseen. Muodostuneen kaasun määrä nousi noin 60 000 Naisiin vrkissa ja se koostui pääasiallisesti vedystä ja hiilivedyistä.

Esimerkki 2

Kaasua, joka koostui pääasiallisesti 20 tilavuusprosentista C02$a, muun osan ollessa COta ja HgSta, johdettiin jatkuvasti noin 220 000 NmVvrk reaktorin läpi, joka oli kuviossa 2 esitettyä tyyppiä ja sisälsi sähköinduk-tilvisesti kuumennetun koksialustan kuten esimerkissä 1. Reaktoriin johdettu kaasu oli esllämmitetty alustan lämpötilaan, mikä oli noin 800°C: Pelkistetty kaasu, joka poistui reaktorista ja oli kulkenut alustan läpi, sisälsi C0:a ja H2:ta ja hiilivetyjä ja sen määrä nousi noin 283 000 Nm^iiin/vrk. Koksialustaan johdettiin energiaa 100 MWh/vrk sähköinduktiivisesti, virran taajuus 100 Hz, induktiokäämin avulla kuten esimerkissä 1. Käytetyn koksin 20 62232 korvaamiseksi tuotiin hiiltä, joka oli esimerkissä 1 ilmoitetun kaltaista, noin 35 ton/vrk koksialustaan ja samana aikana otettiin reaktorista ulos noin 4 ton tuhkaa.

Esimerkki 3

Esimerkin 1 mukaiselle, sähköinduktiivisesti kuumennetulle koksi-alustalle, jota pidettiin kuviossa 3 esitetyn tyyppisessä reaktorissa lämpötilassa noin 1500°C, syötettiin jatkuvasti ennalta pelkistettyä rautaoksidia, jonka kokoomus vastasi olennaisesti kaavaa FeO, 72 ton/vrk yhdessä hiilen kanssa, joka oli samaa kuin esimerkissä 1 on ilmoitettu ja jota oli 19 ton/vrk. Reaktorin alaosasta poistettiin sulaa raakarautaa 55 ton/vrk, jonka hiilipitoisuus oli noin 4 painoprosenttia, yhdessä sulaneen kuonan kanssa, jota syntyi noin 6 ton/vrk. Reaktorin yläosasta poistettiin pääasiassa hiilivetyjä ja hiilimonoksidia sisältävää kaasua määrältään noin 30 000 NmVvrk. Alustan lämpötilan ylläpitämiseen ja pelkistyksen suorittamiseen tarvittavan energian saamiseksi koksialustaan johdettiin 90 MWh/vrk induktiokäämin avulla kuten esimerkissä 1 virran taajuuden ollessa 100 Hz.

Esimerkki 4

Esimerkissä 3 kuvatulla tavalla pelkistettiin rautaoksidimateriaalia sillä poikkeuksella, että poltettiin öljyä 20 ton/vrk reaktorissa alustan yläpuolella. Sähköenergian tarve laski täten 70 MWh:iin/vrk samaa tuotettua raakarautamäärää kohti, kun taas samanaikaisesti reaktorista poistuvan kaasun määrä nousi noin 215 000 Nm^siin/vrkj mainittu kaasu koostui pääasiallisesti COgista ja HgOssta.

Esimerkki 5

Esimerkin 1 kaltaiselle, sähköinduktiivisesti kuumennetulle koksi-alustalle, joka pidettiin kuviossa 4 esitetyn tyyppisessä reaktorissa lämpötilassa noin 1500°C, syötettiin lähes jatkuvasti rautaromua, joka sisälsi 90 painoprosenttia metallista rautaa, noin 200 ton/vrk yhdessä hiilen kanssa, jkka oli samanlaista kuin esimerkissä 1 on ilmoitettu, 7 ton/vrk. Reaktorin alaosasta tyhjennettiin sulaa raakarautaa noin 195 ton/vrk ja noin 0,5 ton/vrk kuonaa. Reaktorin yläosasta poistettiin pääasiassa hiilimonoksidia, vetyä ja hiilivetyjä sisältävää kaasua noin 15 000 Nm^/vrk. Alustan lämpötilan ylläpitämiseen ja romun sulattamiseen ja sen hapettuneiden osien pelkistykseen tarvittava energiamäärä saatiin johtamalla 96 MWh/vrk koksi-alustaan esimerkki l:n tavoin induktiokäämin avulla virran taajuuden ollessa 100 Hz.

Esimerkki 6

Esimerkin 1 kaltaiselle, sähköinduktiivisesti kuumennetulle koksi- 21 62232 alustalle» joka pidettiin kuviossa 3 esitetyn tyyppisessä reaktorissa lämpötilassa noin 1500°C, syötettiin jatkuvasti sulatettua fayaliittikuonaa, jonka lämpötila oli 1450°C ja rautapitoisuus noin 50 painoprosenttia, noin 200 ton/vrk yhdessä kalkkikiven kanssa, jota oli noin $0 ton/vrk ja hiiltä, joka oli samanlaista kuin esimerkissä 1 on ilmoitettu, noin 45 ton/vrk. Reaktorin alaosasta tyhjennettiin sulaa raakarautaa 97 ton/vrk yhdessä sulan kuonan kanssa, jota oli noin 120 ton/vrk ja jonka kokoomus vastasi pääasiallisesti wollastoniittia. Reaktorin yläosasta poistettiin 64 000 Nm^/vrk kaasua, joka koostui pääasiallisesti COgtsta, CO:sta ja Hgtsta. Energiatarpeen tyydyttämiseksi, joka kului alustan lämpötilan ylläpitämiseen ja reaktioiden suorittamiseen, johdettiin 130 KWh/vrk koksialustalle induktiokäämin avulla kuten esimerkissä 1 virran taajuuden ollessa 100 Hz.

Esimerkki 7

Esimerkin 1 kaltaiselle, sähköinduktiiviseeti kuumennetulle koksi-alustalle, joka pidettiin kuviossa 3 esitetyn tyyppisessä reaktorissa lämpötilassa noin 1500°C, syötettiin jatkuvasti kuonaa, jota oli saatu kupari-hienokiven sähkösulatuksessa; kuonan lämpötila oli 1250°C ja se sisälsi 10 painoprosenttia Zn, 2 painoprosenttia Ph, 45 painoprosenttia FeO ja jäännös oli pääasiallisesti SiOg. Kuonaa syötettiin noin 150 ton/vrk yhdessä hiilen kanssa, joka oli samanlaista kuin esimerkissä 1 käytetty, 22 ton/vrk, ja kalkkikiveä noin 110 ton/vrk. Reaktorin alapäästä poistettiin noin 110 ton/vrk sulaa rautaa, jonka hiilipitoisuus oli alhainen, ja jonka piipitoisuus vaihteli 2-6 painoprosentin välillä, sekä sulaa kuonaa noin 75 ton/vrk; kuonan kokoomus vastasi pääasiallisesti wollastoniittia. Koksi-alustalla syntyi noin 54 000 Nm^ kaasua/vrk. Ennenkuin tämä kaasu, joka sisälsi paitsi Hgita, C0:a ja COgta myös 13 ton Zn ja Ph, päästettiin pois reaktorista, siihen johdettiin ilmaa sen sisältämän Zn:n ja Ph:n oksldoimi-seksi. Näin saadut metallioksidit eroitettiin hienon pölyn muodossa muusta kaasusta jälkikäsittelyssä höyrypannu- ja kaasunpuhdistuslaitteessa.

Keksintöä ei rajoiteta edellä kuvattuihin suoritusmuotoihin, joiden selostuksen yhteydessä on viitattu piirustuksiin, vaan toteutusta voidaan muunnella useilla tavoin jäljessä seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

Λ · *

Claims (2)

22 62232

1. Menetelmä kappalemaisen materiaalin esim. koksin reaktorikammios-sa tapahtuvaa sähköinduktiivista lämmittämistä varten, joka käsittää paikallaanpysyvän kerroksen, jonka ominaisvastus J1 on suurempi kuin metallilla, jolloin materiaalin sähköinduktiivinen lämmitys tapahtuu itse kerroksessa ainakin yhden induktiokäämin avulla, jonka läpi johdetaan vaihtovirta, jolla on pieni taajuus ja joka käämi on sovitettu reaktorikammion ulkopuolelle ympäröimään sitä sama-akselisesti, jolloin akselisuunta on pystysuorassa, tunnettu siitä, että kerroksen, jonka ominaisvastus on välillä -4 10 - 10 Am, yhteydessä käytetään vaihtovirtaa, jonka taajuus on enintään kymmenen kertaa verkkotaajuus ja että kerroksen pienimmän vaakasuuntaisen poikittaisdimension d ja induktiokentän tunkeutumissyvyyden S suhde pidetään välillä 0,2 - 2,5, joka määrätään yhtälöstä | = k (0,54-0,35.10log^ , jolloin k on välillä 1,1 - 1,5 oleva luku ja S saadaan yhtälöstä δ .\/ΐΐ^ W I jossa oo on sähkömagneettisen kentän kulmataajuus ilmaistuna -1 yksiköissä s ,yu kerroksen permeabiliteetti ilmaistuna yksiköissä H/m ja»^ sen ominaisvastus ilmaistuna yksiköissä Am.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että induktiokelan ympäröimille reaktoriseinämille tuodaan ulkopuolelta sähköisesti eristävää paineenalaista kaasua, joka paine ylittää korkeimman odotettavissa olevan paineen reaktorikammion sisällä.