FI85686B - Foerfarande foer framstaellning av smaelta foer aostadkommande av mineralull och anordning foer genomfoerande av foerfarandet. - Google Patents

Description

85686

Menetelmä valmistettaessa sulaa mineraalivillan muodostamista varten sekä laite menetelmän toteuttamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää valmistettaessa sulaa mineraalivillan muodostelmista varten, jolloin sulan valmistamista varten soveltuvalla koostumuksella varustettu raaka-aine syötetään yläpäästä kuilu-uuniin, jossa se 10 kuumennetaan sulaksi, joka poistetaan kuilu-uunin alapäästä.

Edellä olevan lajisessa tunnetussa menetelmässä kuilu-uunin yläpäästä syötetään vuorotellen mainitun raaka-aineen 15 ja koksin kerroksia, ja kuilu-uunin alapäästä puhalletaan sisään happipitoista kaasua, kuten ilmaa, jotta aikaansaataisiin koksin palaminen ja siten raaka-aineen kuumeneminen.

20 Mainittu kuilu-uuni on mieluimmin kupu-uuni, ja sellainen uuni käsittää tavallisesti neljä lämpötilavyöhykettä, nimittäin sulakylvyn, hapettumisvyöhykkeen, pelkistys-vyöhykkeen ja esilämmitysvyöhykkeen.

25 Sulakylpy sijaitsee kupu-uunin alimmassa osassa ja siinä lämpötila on tyypillisesti 1500 - 1550eC.

Hapettumisvyöhyke sijaitsee sulakylvyn yläpuolella ja tämän vyöhykkeen alimpaan osaan on sovitettu suuttimia, so-30 veltuvimmin esilämmitetyssä tilassa olevan happipitoisen kaasun sisään puhaltamiseksi.

Esilämmitetyn kaasun kulkiessa ylöspäin hapettumisvyöhykkeen läpi tapahtuu siinä, kuten jo mainittiin, koksin pa-35 laminen ja lämpöitila nousee noin 500eC:sta noin 2000°C:een. Kuumennuksessa suodostunut sula virtaa alas 2 85686 sulakylpyyn, jossa lämpötila on tyypillisesti 1500 1550°C, kuten jo mainittiin.

Hapettumisvyöhykkeen ulottuvuus pystysuuntaan määräytyy 5 syötetystä happimäärästä, jolloin hapettumisvyöhyke alkaa sillä tasolla, jossa suuttimista syötetty happi käytetään koksin polttamiseen.

Pelkistysvyöhykkeessä, jossa lämpötila on välillä 1000eC -10 2000eC, tapahtuu koksin ja koksin palamisen yhteydessä muo dostuneen C02:n välillä reaktio, jolloin muodostuu CO:ta määrä, joka tilavuuden suhteen on kaksinkertainen käytettyyn C02:een nähden.

15 Tämä reaktio on lämpöä ottava ja eräänä syynä siihen, että hapettumisvyöhykkeessä syntyvästä energiasta 20 - 25% menetetään savukaasussa piilevänä lämpönä, kun viimeksimainittu CO-pitoisuus on 6 - 10%. Vaikka tämä lämpömäärä voidaan ottaa talteen jälkipoltolla, on toivottavaa, että 20 CO-muodostus voitaisiin välttää, mm. koska jälkipoltto vaatii suhteellisen suuret laitosinvestoinnit ja koska hyötysuhde sellaisella jälkipoltolla on suhteellisen alhainen.

25 Pelkistyminen, ts. CO-muodostus, on voimakkaasti lämpötilasta riippuva yli 1000eC lämpötilassa, jolloin se esim. kasvaa kertoimella noin 10, kun lämpötila nousee 1000°C:sta 1200°C:een. Kääntäen reaktionopeus C02:n muuttamiseksi C0:ksi on niin pieni alle 1000*C lämpötiloissa, että niis-30 sä ei tapahtu mainittavaa pelkistymistä pelkistysvyöhyk-keen yläpuolella olevassa esilämmitysvyöhykkeessä, jossa kupu-uunin huipulta syötetty aine esilämmitetään ympäris-tölämpötilasta noin 1000eC lämpötilaan.

35 Tunnetaan (vrt. W0 82/00460) menetelmä sulan muodostamiseksi mineraalivillan valmistusta varten, jossa raaka- ai-nekappaleita syötetään ylhäältä kuiluun, jonka alapää si- 3 85686 jaitsee vaakasuorassa olevassa sulatusuunissa, johon syötetään kuumaa kaasua sekoituskammiosta.

Sekoituskammiossa sekoittuvat plasmapeitsen kaasu, hieno-5 jakoinen jäteaine, hiilipöly ja mahdollisesti hiilivety-kaasu, jolloin sekoitus syötetään vaakasuorassa olevaan sulatusuuniin. Kun kuuma kaasu on luovuttanut osan läm-pösisällöstään uuniin tuodun raaka-aineen sulattamiseksi se nousee kuilun läpi ja syötetään jälkipolttovyöhykkee-10 seen, john syötetään ilmaa. Tällöin muodostunut palamis-kaasu puhdistetaan, kierrätetään ja syötetään edellä mainittujen komponenttien kanssa sekoituskammioon.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on valmistaa sula 15 mineraalivillan muodostamista varten yksinkertaisella ja energiaa säästävällä tavalla.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että kuilu-uuniin syötetty 20 raaka-aine esilämmitetään toisaalta plasmakuumennuksessa muodostuneella kuumalla kaasuvirralla, jolloin tämä kaa-suvirta syötetään kuilu-uuniin sen alimmasta osasta, ja toisaalta kuumalla kaasuvirtauksella, joka on muodostunut poltettaessa yhtä tai useampaa kaasumuotoista hiilivetyä, 25 jolloin viimeksimainittu kaasuvirtaus syötetään tasolla, ·’'· jonka lämpötila on enintään 1250eC.

Valmistettaessa sulaa mineraalivillan muodostamista varten tavanomaisessa kupu-uunissa, jossa raaka-aineiden su-30 lattamiseksi välttämätön lämpö aikaansaadaan koksia polt-. . tamalla, on energian kulutus n. 1100 kWh/t, josta n. 250 kWh/t on se lämmön kulutus, joka johtuu koksin reagoidessa C02:n kanssa muodostaen CO:ta.

35 Keksinnön mukaisella menetelmällä vältetään koksin ja C02:n välinen reaktio, toisaalta koska raaka-aineen esilämmitys ei perustu koksin käyttöön polttoaineena, ja toisaalta kos- 4 85686 ka kaasujen palamistuotteiden syöttäminen tapahtuu lämpötilassa, joka on niin alhainen, että CO2 ei enää suurempana määränä reagoi mahdollisen lisänä olevan koksin kanssa.

5 Käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää energian tarvetta pienennetään siis arvoon n. 850 kWh/t.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetty energia saadaan 10 kuten mainittua sähköstä ja kaasumuodossa olevista hiili-hydrideistä, ja syötetyn sähköenergian ja kaasumuotoisten hiilihydridien palaessa muodostuvan energian tyypilisesti alueella 2:1 - 1:5 ja erityisen edulisesti noin 1:3.

15 Koska kaasua poltettaessa aikaansaadun energian hinta ener-giayksikköä kohti on noin puolet koksia poltettaessa syntyneen energian hinnasta energiayksikköä kohti ja noin 1/3 hinnasta sähköenergiayksikköä kohti, pienenevät kokonaise-nergiakulut viimeksimainittua energiasuhdetta käytettäes-20 sä noin 45% verrattuna sulan valmistamiseen tavanomaisessa koksilämmitteisessä kupu-uunissa.

Toinen etu, joka saavutetaan käyttämällä yhdistelmänä plasmakuumennusta ja kaasumuotoisten hiilihydridien polttamis-25 ta on se, että vapaaseen ilmaan johdetut käytetyt kaasut eivät sisällä rikkiä eivätkä siten aiheuta ympäristöongelmia siten kuin ne savukaasut, jotka muodostuvat koksia poltettaessa.

30 Keksinnön mukainen menetelmä ei siis perustu koksin polt-tamisee, kuten jo mainittiin. On kuitenkin huomattava, että saattaa olla tarkoituksenmukaista käyttää pienempiä määriä hiilipitoisia aineita, joilla on suhteellisen pieni reaktiviteetti, kuten esim. antrasiittihiilellä ja koksil-35 la. Koksia käytettäessä käytetään esim. 3-4 painoprosenttia (vastaten 8-10 tilavuusprosenttia), mikä toimii lähtöaineiden kantomateriaalina sulan muodostamisessa.

5 85686

Kaasujen palamistuotteet syötetään, kuten mainittiin, alas kuilu-uuniin vyöhykkeessä, jossa lämpötila on korkeintaan 1250*C, jotta vältettäisiin C02Jn pelkistyminen C0:ksi mahdollisen koksin läsnäollessa.

5 CO:n muodostuminen voidaan välttää lähes kokonaan noudattaen keksinnön mukaista edullista suoritusmuotoa, jossa mainitut palamiskaasut syötetään vyöhykkeeseen, jossa lämpötila ei ylitä 1000eC.

10

Plasmakuumennus suoritetaan johtamalla kaasua, esim. ilmakehän ilmaa tai typpeä voimakkaan sähkökentän läpi, jolloin molekyylit ensin hajoavat atomeiksi, jotka lisäenergiaa syöttämällä menettävät elektroninsa ja muuttuvat 15 positiivisesti varatuiksi ioneiksi. Tällöin vapautuu niin suuria energiamääriä, että voidaan saavuttaa noin 5000eC:n lämpötiloja. Käytännössä käytetään plasmapeistä, joka käsittää takaa suljetun putken muotoisen elektrodin, tavallisesti anodin, jonka jatkeena on vastava avoin putken muo-20 toinen vastakkaisen napaisuuden omaava elektrodi, siis katodi, joka esim. muodostuu vesijäähdytetystä volfrämistä tai kuparista. Tasavirralla muodostetaan valokaari anodin ja katodin välille, ja puhaltamalla kaasua elektrodien väliseen pyöreään tilaan ja etuelektrodin (tavallisesti 25 katodin) läpi painetaan valokaari ulos suuri-intensiteet-tisenä liekkinä, joka kohdistetaan kuumennettavaan aineeseen.

Plasmakuumennus tuo sen erityisen edun, että se mahdollis-30 taa sulatuskapasiteetin ja -määrän nostamisen muutamassa minuutissa vaikuttamatta mitenkään uunin muihin käyttöolosuhteisiin.

Kaasumuotoisten hiilivetyjen polttaminen voi tapahtua jo-35 ko itse uunitilassa, johon siinä tapauksessa syötetään so-_·· piva määrä happipitöistä kaasua, kuten ilmaa.

6 85686

Palaminen voi myös tapahtua kuilu-uunin ulkopuolella erillisessä polttokammiossa, joka liittyy yhteen tai useampaan uunin seinämään muodostettuun sisäänmenoaukkoon, ja johon erillisillä johdoilla tuodaan kaasua ja happipitoista kaa-5 sua.

Kaasumuotoiset hiilivedyt ovat edullisesti luonnonkaasua, mutta voidaan myös käyttää tiivistettyä kaasua, joka saatetaan höyrystymään palamisen yhteydessä. Esimerkkinä so-10 veltuvista kaasumuotoisista hiilivedyistä voidaan mainita metaani, propaani, butaani ja näiden skoitukset, edullisesti kutienkin luonnonkaasu.

Keksintö koskee myös kuilu-uunia edellä selitetyn menetel-15 män toteuttamiseksi. Tälle uunille, joka käsittää kuilun muotoisen uunikammion, jossa on elimet raaka-aineen syöttämistä varten uunikammion ylimmästä päästä sekä elimet sulan poistamiseksi uunikammion alapäästä, on tunnusomaista, että se käsittää yhden tai useamman plasmapeitsen, jot-20 ka on sijoitettu uunikammion alaosaan tai sen välittömään läheisyyteen, edullisesti sulakylvyn yläpuolelle, sekä elimet kaasumuotoisten hiilivetyjen tai yhden tai useamman hiilivedyn polttamisessa syntyneiden palamiskaasujen syöttämiseksi tasolla, joka sijaitsee sen tason yläpuolel-25 la, jolle plasmapeitsi tai -peitset on sijoitettu.

Plasmapeitsi tai -peitset on muotoiltu edullisesti siten, että siinä muodostuneen kuuman kaasuvirtauksen läpi voidaan syöttään kiinteitä hiukkasia, kuten hienojakoista jä-30 teainetta, jota on syntynyt uunikammiossa mineraalivilla valmistettaessa.

Keksintöä selitetään seuraavassa viitaten piirustukseen, jossa kuviot 1 ja 2 kaaviollisesti esittävät kahta keksin-35 nön mukaista laitetta nähtynä pystysuorassa leikkauksessa.

7 85686

Kuviossa 1 viitenumero 1 merkitsee kupu-uunia, jossa on syöttöalue 2, joka on yhteydessä panossäiliöön 3, jonka pohja puolestaan muodostuu siirrettävästä kartiosta 4.

5 Kupu-uunin 1 uunitilaa, joka käsittää alemman sylinterin muotoisen osan 5, ylemmän kartiomaisen osan 6 sekä ylemmän sylinterimäisen osan 7, ympäröi vesijäähdytetty uunin vaippa 8.

10 Kupu-uuni päättyy alhaalla tasaiseen uunin pohjaan 9, ja soveltuvalla etäisyydelle pohjan yläpuolelle on järjestetty sulan poistoputki 10. Pienellä etäisyydellä sulan pois-toputken yläpuolelle on uunin seinämälle asennettu joukko plasmapeitsiä 11.

15

Uunitilan kartiomaiseen osaan on uunin seinämään sovitettu joukko kaasupolttimia 12, joihin putkien 13 kautta voidaan syöttää hiilivetykaasua ja putkien 14 kautta happi-pitoista kaasua.

20

Kuviossa 2 esitetty laite vastaa kaikilta oleellisilta osiltaan kuviossa 1 esitettyä laitetta, joloin ainoa ero muodostuu muotoilun ja kaasupolttimien sijoituksen suhteen. Kaasupolttimia lukuunottamatta on uunin osat siksi 25 merkitty samoin viitenumeroin kuin kuviossa 1.

Kuviossa 2 esitetyssä uunissa on uunin seinämään uunitilan kartiomaisessa osassa järjestetty joukko syöttöputkia 15 palamiskaasujen syöttämiseksi kaasupolttimilta 16, jot- 30 ka on järjestetty uunitilan ulkopuolelle. Jokaisessa kaa-supolttimessa on palokammio, jossa on putki 17 hiilivety-kaasun syöttämiseksi sekä putki 18 happipitoisen kaasun syöttämiseksi.

35 Esitettyjen laitteiden toimintatapa on seuraava: β 85686

Raaka-aine toivotun mineraalisulan muodostamiseksi sekä mahdollisesti pienempiä määriä vähäreaktiivista hiilipi-toista ainetta syötetään uunitilaan syöttöalueen 2 ja pa-nossäiliön 3 kautta, jolloin annostus suoritetaan kartion 5 4 sopivalla säädöllä.

Uunitilan ylin osa 7 toimii esilämmitysvyöhykkeenä, jolloin siihen syötetty aine lämmitetään ylöspäin nousevilla kaasuilla.

10

Esilämmitysvyöhykkeestä aine laskeutuu kartiomaiseen osaan 5, jossa tapahtuu lisäkuumennus kaasupolttimissa 12 (kuvio 1) tai 16 (kuvio 2) muodostuneilla palamiskaasuilla. Lämpötila tässä vyöhykkeessä pidetään, kuten mainittiin, 15 enintään 1250*C:ssa ja mieluummin enintään 1000°C:ssa, jotta siten pienennettäisiin tai kokonaan vältettäisiin muodostuneen C02:n ja mahdollisesti läsnäolevan hiilipölyn CO:ta tuottava reaktio.

20 Syötetyn aineen varsinainen sulatus tapahtuu uunitilan alimmassa osassa 5, johon syötetään runsaasti lämpöä plas-malanssien 11 avulla. Muodostunut sula laskeutuu uunin pohjaa 9 kohti ja sula poistetaan sulan poistoputken 10 kautta.

Claims (9)

9 85686

1. Menetelmä valmistettaessa sulaa mineraalivillan muodostamista varten, jolloin sulan valmistamista varten soveltuvalla koostumuksella varustettu raaka-aine syötetään yläpäästä kui-5 lu-uuniin (1), jossa se kuumennetaan sulaksi, joka poistetaan kuilu-uunin (1) alapäästä (2), tunnettu siitä, että kuilu-uuniin (1) syötetty raaka-aine lämmitetään toisaalta plasmakuumennuksessa muodostuneella kuumalla kaasuvirralla, jolloin tämä kaasuvirta syötetään kuilu-uuniin (1) sen alimmasta osas-10 ta (5), ja toisaalta kuumalla kaasuvirtauksella, joka on muodostunut poltettaessa yhtä tai useampaa kaasumuotoista hiilivetyä, jolloin viimeksi mainittu kaasuvirtaus syötetään tasolla (12, 16), jonka lämpötila on enintään 1250°C. Ib 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamisessa muodostunut kaasuvirtaus syötetään tasolla (12, 16), jossa lämpötila on korkeintaan 1000eC.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att den genom förbränning bildade gasströmmen tillförs pä en nivä (12, 35 16), där temperaturen är högst 1000°.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat av att förhällandet mellan den energi, som ästadkommits genom 85686 plasmauppvärmning och den energi, som dstadkommits vid för-bränning av gasformigt kolväte är mellan 2:1 och 1:5.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että plasmakuumennuksella aikaansaadun energian ja kaa- sumuotoisten hiilivetyjen polttamisella aikaansaadun energian suhde on alueella 2:1 - 1:5.

4. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, 5 kännetecknat av att den genom plasmauppvärmning bildade heta gasströmmen ästadkommes med hjälp av en eller flera plasmalan-ser (11).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että plasmakuumennuksessa muodostunut kuuma kaasuvirta aikaansaadaan yhden tai useamman kaasupeitsen (11) avulla.

5. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, 10 kännetecknat av att den genom förbränning av gasformigt kolväte bildade heta gasströmmen produceras i schaktugnen (1).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että kaasumuotoisten hiilivetyjen palamisessa muodostunut kuuma kaasuvirta tuotetaan kuilu-uunissa (1).

6. Förfarande enligt patentkravet 5, kännetecknat av att kolvätegasen bestär av metan, propan, butan eller blandningar 15 därav.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilivetykaasu on metaania, propaania, butaania tai nii- 3. den sekoitus.

7. Förfarande enligt patentkravet 6, kännetecknat av att det som kolvätegas användes naturgas.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilivetykaasuna käytetään luonnonkaasua. ίο 8 5 6 8 6

8. Schaktugn (1) för framställning av smälta för ästadkom- mande av mineralull omfattande en schaktformig ugnskammare (5, 6, 7) med organ (3, 4) för införing av rämaterial tili ugnkam-marens (5, 6, 7) Övre ända (2) och organ (10) för uttagning av smälta frän ugnkammarens (5, 6, 7) botten (9), kännetecknad av 25 att den innefattar en eller flera plasmalanser (11) anbringade i eller i omedelbar närhet av ugnskammarens (5, 6, 7) nedersta del (5), företrädesvis ovanför smältbadet, samt organ (12, 13, 14) för tillförsel av gasformigt kolväte eller förbrännings-gaser alstrade genom förbränning av en eller flera kolväten 30 tili en nivä, som befinner sig över den nivä, där plasmalansen eller plasmalanserna (11) är anbringade.

8. Kuilu-uuni (1) sulan valmistamiseksi mineraalivillan muodostamista varten käsittäen kuilumaisen uunikammion (5, 6, 7), jossa on elimet (3, 4) raaka-aineen syöttämiseksi uunikammion (5, 6, 7) yläpäästä (2) sekä elimet (10) sulan poistamiseksi 5 uunikammion (5, 6, 7) alapäästä (9), tunnettu siitä, että se käsittää yhden tai useamman plasmapeitsen (11), jotka on sijoitettu uunikammion (5, 6, 7) alaosaan (5) tai sen välittömään läheisyyteen, edullisesti sulakylvyn yläpuolelle, sekä elimet (12, 13, 14) kaasumuotoisten hiilivetyjen tai yhden tai 10 useamman hiilivedyn polttamisessa syntyneiden palamiskaasujen syöttämiseksi tasolla, joka sijaitsee sen tason yläpuolella, jolle plasmapeitsi tai -peitset (11) on sijoitettu.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kuilu-uuni, tunnettu sii-15 tä, että plasmapeitsi tai -peitset (11) on muodostettu siten, että siihen muodostuneen kuuman kaasuvirtauksen läpi voidaan syöttää kiinteitä hiukkasia uunikammioon (5, 6, 7). 20 1. Förfarande för framställning av en smälta för ästadkom- mande av mineralull, varvid ett rämaterial med en för framställning av smältan lämplig sammansättning införes vid den översta ändan av en schaktugn (1) och däri uppvärmes för äs-tadkommande av en smälta, som uttages vid schaktugnens (1) 25 botten (9), kännetecknat av att det till schaktugnen (1) in-förda rämaterialet uppvärmes dels med en varm gasström bildad genom plasmauppvärmning, varvid denna gasström införes i schaktugnen (1) i dennas nedersta del (5), och dels med en varm gasström bildad genom förbränning av en eller flera gas-30 formiga kolväten, varvid sistnämnda gasström tillföres pä en nivä (12, 16), där temperaturen är högst 1250eC.

9. Schaktugn enligt patentkravet 8, kännetecknad av att plasmalansen eller -lanserna (11) är utformade sä, att det 35 genom den däri bildade heta gasströmmen kan införas fasta par-tiklar i ugnskammaren (5, 6, 7).