FI85912C

FI85912C - FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER STYRNING AV RAOMATERIALTILLFOERSELN TILL EN ELEKTRISK SMAELTUGN.

Info

Publication number: FI85912C
Application number: FI901843A
Authority: FI
Inventors: Peter Arnold Henrik Solin; Pertti Kalevi Hjerppe; Carl-Gustav Nygaordas
Original assignee: Partek Ab
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1992-06-10
Also published as: WO1991015727A1; FI901843A; FI85912B; AU7566591A; FI901843A0

Description

8591 2 Förfarande och anordning för styrning av rämaterialtillför-seln tili en elektrisk smältugn Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för att styra rämaterialtillförseln tili en elektrisk smältugn över ett flertal inmatningsorgan för rämaterialet. Uppfinningen avser även en anordning för styrning av sagda rämaterialtill-försel tili den elektriska smältugnen försedd med uppifrän in i smältan sig sträckande elektroder, ett flertal inmatningsorgan för rämaterialet, samt element för avkänning av temperaturen i ugnen.The present invention relates to a method for controlling the feedstock supply to an electric furnace over a plurality of feedstock input means. The invention also relates to an apparatus for controlling said feedstock supply to the electric furnace provided with electrodes extending into the melt from above, a plurality of feed means for the feedstock, and elements for sensing the temperature in the oven.

Utrymmet ovan om smältytan i en dylik elektrisk ugn bör häl-las sä fritt frän syre som möjligt eftersom elektroderna som företrädesvis är av grafit antänds mycket lätt pä grund av den höga temperaturen i ugnen om syre finns närvarande. Det kan även vara fördelaktigt beroende pä typen av fodringen i ugnen att syrehalten i ugnen är läg. Det är sälunda fördelaktigt att pä i och för sig känt sätt upprätthälla ett visst övertryck i ugnen ovan om smältan med hjälp av en lämplig inert gas.The space above the melting surface of such an electric furnace should be poured as freely from oxygen as possible since the electrodes, which are preferably made of graphite, ignite very easily due to the high temperature in the furnace if oxygen is present. It may also be advantageous depending on the type of lining in the furnace that the oxygen content in the furnace is low. It is therefore advantageous in a known manner to maintain a certain overpressure in the furnace above the melt by means of a suitable inert gas.

I en smältugn för kontinuerlig drift förutsätts naturligt-vis att rämaterialtillförseln sker huvudsakligen kontinuer-ligt sä att mängden uttagen smälta motsvarar mängden infört rämaterial. Det införda rämaterialet bildar ett skikt av fast material pä smältans yta, varifrän det smäningom smäl-ter. Det fasta materialet pä ytan bildar ett värmeisolerande skikt, vilket bidrar tili att skydda speciellt ugnens inner-tak och inmatningsorgan mot överstora värmepäfrestningar.In a continuous furnace melting furnace, of course, it is assumed that the feedstock supply is substantially continuous so that the amount of melt extracted corresponds to the amount of feedstock introduced. The introduced raw material forms a layer of solid material on the surface of the melt, from which it melts through the melt. The solid material on the surface forms a heat-insulating layer, which helps to protect especially the furnace's inner roof and feed means against excessive heat stresses.

Det är därför önskvärt att det införda rämaterialet är för-delat förhällandevis jämt över hela smältytan, och inte bildar lokala rämaterialanhopningar pä denna. För att uppnä detta mäl är det känt att tillföra rämaterial över ett flertal inmatningsrör anordnade mellan elektroderna (t.ex. FI 85 3458).It is therefore desirable that the introduced raw material be distributed relatively evenly throughout the melting surface, and do not form local raw material accumulations thereon. To achieve this target, it is known to supply raw material over a plurality of input tubes arranged between the electrodes (e.g., FI 85 3458).

Smältprocessen i ugnen sker emellertid inte jämt över hela ytan, utan materialet tenderar att smälta snabbare i omräde- 2 85912 na runt elektroderna. Detta leder i sin tur till att värme-strälningen runt elektroderna är större än frän andra ytom-räden vilket i sin tur leder dels till oekonomiska värmeför-luster och dels till en överstor päfrestning speciellt pä ugnens tak och pä inmatningsrörens nedre delar. Dessutom leder dessa fria lokala smältytor till ojämn temperatur pä smältan och därav följande temperaturvariationer i den smäl-ta som uttas frän smältöppningen.However, the melting process in the furnace does not occur evenly over the entire surface, but the material tends to melt more rapidly in the areas around the electrodes. This, in turn, causes the heat radiation around the electrodes to be greater than from other surface areas, which in turn leads to uneconomical heat losses and partly to an excessive pressure stress, especially on the roof of the oven and on the lower parts of the inlet pipe. In addition, these free local melt surfaces lead to uneven temperature of the melt and consequent temperature variations in the melt extracted from the melt opening.

Det föreligger alltsä ett behov av ett förfarande och en an-ordning med hjälp av vilka man utan insyn i ugnen kan ästad-komma en jämn fördelning av rämaterial pä ytan av smältan, och pä detta sätt reducera eller t.o.m. eliminera de ovan angivna olägenheterna.Thus, there is a need for a method and a device by which an even distribution of raw material on the surface of the melt can be achieved, and in this way reduced or even reduced. eliminate the disadvantages mentioned above.

Detta kan uppnäs med förfarandet enligt uppfinningen som möjliggör en styrd satsning av rämaterial tili den del av smältytan frän vilken den största värmeavgivningen sker. Enligt uppfinningen är det inte enbart möjligt att dirigera rämaterialet tili de delar av smälytan ifrän vilka värmeavgivningen är störst, utan det är ocksä möjligt att reglera den mängd rämaterial som satsas tili dessa delar. Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas av att temperaturen avkänns i ett flertal omräden ovanför smältytan i ugnen, varvid för varje avkänningsomräde en avvikelse av temperaturen frän ett fastställt värde eller frän ett vid ett annat avkänningsomräde avkänt temperaturvärde används för att reglera den rämaterialmängd som tillförs ugnen över det eller de inmatningsorgan som matar nämnda avkänningsomräde.This can be achieved with the method according to the invention, which enables a controlled application of raw material to the part of the melting surface from which the greatest heat release takes place. In accordance with the invention, it is not only possible to direct the raw material to those parts of the melt surface from which the heat release is greatest, but it is also possible to control the amount of raw material that is invested in these parts. The method according to the invention is characterized in that the temperature is sensed in a plurality of areas above the melting surface of the furnace, where for each sensing area a deviation of the temperature from a determined value or from a temperature value sensed at another sensing range is used to control the amount of raw material supplied to the furnace or the input means supplying said sensing range.

Förfarandet enligt uppfinningen möjliggör alltsä en fördelning av rämaterialmängden över de olika inmatningsorganen i förhällande tili de av avkänningsorganen avkända temperatu-rerna. Härvid bestäms temperaturavvikelsen för de olika av-känningsomrädena antingen i förhällande tili ett av ifräga-varande processbetingelser fastställt "normalvärde", eller 3 85912 sä bestäms temperaturdifferenserna mellan de olika avkän-ningsomrädena. Härvid regleras de genom de olika inmatnings-organen tili ugnen satsade rämaterialmängderna i förhällande tili de erhällna värdena. Sälunda mätäs företrädesvis den största rämaterialmängden genom det inmatningsrör som ligger i det omräde där den högsta temperaturen uppmäts, o.s.v.The method according to the invention thus allows a distribution of the amount of raw material over the various input means relative to the temperatures detected by the sensing means. In this case, the temperature deviation of the different sensing areas is determined either in relation to a "normal value" in the process conditions in question, or the temperature differences between the different sensing regions are determined. In this way, the quantities of raw materials added to the oven are controlled by the various input means relative to the values obtained. Thus, the largest amount of raw material is preferably measured through the feed tube located in the area where the highest temperature is measured, etc.

Det är ändamälsenligt att för styrningen av rämaterialtill-förseln utnyttja en styranordning, i vilken temperaturavvi-kelserna fastställs och vilken alstrar mot differenserna svarande signaler. Dessa används i sin tur för regiering av rämaterialtillförseln genom att pä lämpligt sätt päverka t.ex. konventionella ventilorgan i matningsanordningarna, rämaterialtransportörer etc. Det är härvid möjligt, och process tekniskt enklare, att tillföra rämaterial tili ugnen över ett inmatningsorgan i gängen, varvid den totala mängden rämaterial som skall tillföras per tidsenhet fördelas över de enskilda inmatningsorganen i enlighet med de för dessa av avkänningsorganen fastställda temperaturavvikelserna.It is expedient to use a control device for controlling the raw material supply in which the temperature deviations are determined and which generates signals corresponding to the differences. These are in turn used for controlling the feedstock supply by appropriately affecting e.g. conventional valve means in the feeding devices, raw material conveyors etc. It is hereby possible, and process technically simpler, to supply raw material to the furnace over an input means in the thread, whereby the total amount of raw material to be supplied per unit time is distributed over the individual input means in accordance with those for these. temperature deviations determined by the sensing means.

Alternativt är det möjligt att rämaterialtillförseln tili ugnen sker samtidigt över ett flertal inmatningsorgan i pro-portioner som motsvarar de för sagda inmatningsorgan av avkänningsorganen fastställda temperaturavvikelserna.Alternatively, it is possible that the feedstock supply to the furnace takes place simultaneously over a plurality of input means in proportions corresponding to the temperature deviations determined for said input means by the sensing means.

Avkänningsorganen kan vara av vilken typ som heist förutsatt att de täi de höga ugnstemperaturerna. Användning av avkän-ningsorgan i smältugnar är i och för sig känt (t.ex. NO 150 460).The sensing means may be of any type provided provided they reach the high oven temperatures. Use of sensing means in melting furnaces is known per se (eg NO 150 460).

Vid genomförande av processen bör den per tidsenhet tillför-da mängden rämaterial svara mot mängden uttagen smälta. Det-ta kan övervakas pä olika sätt, t.ex. genom att kontinuer-ligt eller tidvis mätä ugnens vikt. Enligt uppfinningen fördelas den mängd rämaterial som skall tillföras ugnen över de olika inmatningsorganen pä ett sätt som leder tili optimala 4 85912 betingelser i ugnen vad avser värmeförluster frän ytan och värmepäfrestningar pä infodringar och lock.In carrying out the process, the amount of raw material supplied per unit time should correspond to the amount of melt extracted. This can be monitored in various ways, e.g. by continuously or occasionally measuring the weight of the oven. According to the invention, the amount of raw material to be supplied to the furnace is distributed over the various input means in a manner which leads to optimal conditions in the furnace in terms of heat loss from the surface and heat stresses on linings and lids.

Uppfinningen avser ocksä en anordning för att genomföra det ovan definierade förfarandet. Anordningen kännetecknas av att varje inmatningsorgan Sr via en styranordning anordnat i för-bindelse med minst ett ovanför smältan anordnat till motsva-rande omräde hörande temperaturavkänningselement, att styr-anordningen uppvisar medel för att jämföra en av ett eller flere element avkänd temperatur med en för processbetingel-serna fastställd temperatur eller en av ett eller flere and-ra avkänningselement fastställd temperatur, att anordningen uppvisar medel för att reglera rämaterialtillförseln tili inmatningsorganen pä basen av de av styranordningen fast-ställda temperaturavvikelserna.The invention also relates to a device for carrying out the method as defined above. The device is characterized in that each input means Sr is provided via a control device arranged in conjunction with at least one above-the-melt provided temperature sensing element, that the control device has means for comparing a temperature sensed by one or more elements with a process condition - the temperature determined or a temperature determined by one or more other sensing elements, that the device has means for controlling the supply of raw material to the input means on the basis of the temperature deviations determined by the control device.

I ugnen Mr elektroderna företrädesvis anordnade symmetriskt väsentligen längs en cirkelperiferi men även andra möjlighe-ter finns. Det är viktigt att elektroderna är sä placerade att en möjligast jämn uppvärmning av smältan uppnäs. Inmatningsorganen, vilka företädesvis är inmatningsrör bör vara placerade sä att en god täckning av smältytan erhälls. Detta uppnäs lämpligen sä att roterande inmatningsrör försedda med lämpliga spridorgan placeras mellan elektroderna väsentligen längs nämnda cirkelperiferi och i mitten av ugnen, vilka sä-lunda kan täcka Stora omräden av smältan med rämaterial. vi-dare är det fördelaktigt att placera riktade inmatningsrör mellan elektroderna och ugnsväggen för att rikta rämateria-let mot elektroderna där insmältningen av rämaterialet är störst. Rämaterialet bör mätäs in i ugnen sä att det ej me-kaniskt sliter pä ugnsväggen eller elekroderna.In the furnace, the electrodes are preferably arranged symmetrically substantially along a circumferential circle, but other possibilities exist as well. It is important that the electrodes are positioned so that a possible even warming of the melt is achieved. The feed means, which are preferably feed pipes, should be positioned so that a good coverage of the melt surface is obtained. This is conveniently achieved so that rotating feed tubes provided with suitable spreading means are positioned between the electrodes substantially along said circular periphery and in the center of the furnace, which can thus cover large areas of the melt with raw material. Furthermore, it is advantageous to place directed feed pipes between the electrodes and the furnace wall to direct the raw material towards the electrodes where the melting of the raw material is greatest. The raw material should be measured into the furnace so that it does not mechanically wear on the furnace wall or electrodes.

Härvid kan rörändan utformas pä lämpligt sätt, t.ex. avfasas eller böjas och/eller förses med ett skydd mot strälning frän det smältande rämaterialet av nägot lämpligt värmebe-ständigt material, t.ex. ett värmebeständigt keramiskt mate- 5 85912 rial (ex. ett Αΐ203 - baserat material). Det är även möjligt att genom en lämplig utformning av rörändan, t.ex. genom att förse en cirkel-/vinkelböjd rörända med lämpligt formade ut-spräng eller "fingrar", ästadkomma en relativt jämn sprid-ning av rämaterial över inmatningsrörets hela verkningsomrä-de och inte bara längs en cirkellinje pä ytan av smältan.In this case, the pipe end can be formed in a suitable manner, e.g. are chamfered or bent and / or provided with radiation protection from the melting raw material of any suitable heat-resistant material, e.g. a heat-resistant ceramic material (e.g., a Αΐ203-based material). It is also possible to use a suitable design of the pipe end, e.g. by providing a circular / angular curved tube end with suitably shaped projections or "fingers", achieve a relatively uniform spread of raw material over the entire area of operation of the feed tube and not just along a circular line on the surface of the melt.

Uppfinningen beskrivs i det följande i form av ett utförings-exempel under hänvisning tili bifogade ritning, där:The invention is described below in the form of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, in which:

Fig 1 visar ett tvärsnitt genom en smältugn som ing&r i anordningen enligt uppfinningen ochFig. 1 shows a cross-section through a furnace included in the device according to the invention and

Fig 2 visar de roterande inmatningsorganen mera i detalj.Fig. 2 shows the rotating input means in more detail.

Smältugnen betecknas i sin helhet med hänvisningssiffran 1, och den innehäller en mineralsmälta 2 med ett lager 3 av icke-smält rämaterial. I fig 1 visas endast tvä elektroder 4 och tre inmatningsrör 5, vilka alla sträcker sig in i ugnen genom ugnslocket. Antalet elektroder 4 och inmatningsrör 5 kan naturligtvis vara godtyckligt. Inmatningsrörets 5 ända 6 3r avfasad för att ästadkomma en spridning av rämaterialet ää röret 5 roterar kring sin längdaxel. Rören 5 uppvisar dessutom organ 7, t.ex. lämpliga ventilorgan för r&materia-let vilka aktiveras av en styrsignal som alstras av en styr-anordning P.The furnace is denoted in its entirety by reference numeral 1, and it contains a mineral melt 2 with a layer 3 of non-molten raw material. In Fig. 1, only two electrodes 4 and three feed tubes 5 are shown, all of which extend into the furnace through the oven lid. The number of electrodes 4 and input tubes 5 can, of course, be arbitrary. The end 6 3r of the feed tube 5 is chamfered to provide a spread of the raw material as the tube 5 rotates about its longitudinal axis. The tubes 5 also have means 7, e.g. suitable valve means for the material which are actuated by a control signal generated by a control device P.

Enligt uppfinningen är ugnen 1 försedd med i ugnslocket an-ordnade temperaturavkänningsorgan 8, företrädesvis värmebe-ständiga termoelement, som sträcker sig nägot in i ugnsut-rymmet. I den i fig 1 visade utföringsformen har varje inmatningsrör ett tillhörande avkänningsorgan. Avkänningsorga-nen avger en mot temperaturen vid avkänningspunkten svarande signal till styranordningen P, som utgörs t.ex. av en processor. Styranordningen P jämför de av de olika avkänning-sorganen 8 avkända temperaturerna med varandra eller med ett 6 85912 för ifrägavarande processbetingelser fastställt temperatur-värde, och alstrar mot de erhällna avvikelserna svarande signaler för regiering av rämaterialtillförseln tili tillhö-rande inmatningsrör.According to the invention, the oven 1 is provided with temperature sensing means 8 arranged in the oven lid, preferably heat-resistant thermocouples which extend slightly into the oven space. In the embodiment shown in Fig. 1, each feed tube has an associated sensing means. The sensing means emits a signal corresponding to the temperature at the sensing point to the control device P, which is e.g. by a processor. The control device P compares the temperatures sensed by the different sensing means 8 with each other or with a temperature value determined for the relevant process conditions, and generates signals corresponding to the received deviations for controlling the raw material supply to the associated input pipes.

Temperaturavkänningsorganen 8 kan Sven vara flere eller mindre tili antalet än inmatningsrören 5, varvid en direkt anknytning mellan ett specifikt inmatningsrör och ett temperaturavkänningsorgan ej behöver existera.The temperature sensing means 8 Sven may be more or less in number than the input tubes 5, where a direct connection between a specific input tube and a temperature sensing means need not exist.

Regleringen av rämaterialtillförseln sker lämpligen över icke i detalj visade ventilorgan 7. Dessa kan aktiveras att inmata en godtycklig mängd rämaterial av den totala mängd som skall inmatas över en viss tidsperiod. Enligt en utfö-ringsform aktiveras ett rör i gängen i en ordning och i en mängd motsvarande de största temperaturavvikelserna, men det är ocksä möjligt att aktivera flera rör samtidigt och till-föra genom dessa rämaterialmängder motsvarande de avkända temperaturdifferenserna. D& en för en viss tidsenhet avsedd rämaterialsats använts och distribuerats pä ovan angivna sätt upprepas processen.The supply of raw material supply is conveniently controlled via valve means 7. not shown in detail. These can be activated to feed any quantity of raw material of the total amount to be fed over a certain period of time. According to one embodiment, a tube in the thread is activated in one order and in an amount corresponding to the largest temperature deviations, but it is also possible to activate several tubes simultaneously and supply through these quantities of raw material corresponding to the sensed temperature differences. The raw material set for a particular unit of time is used and distributed in the above manner, the process is repeated.

Dä rämaterialtillförseln är kontinuerlig sker regleringen sä att rämaterialtillförseln ökas i det eller de rör som till-för rämaterial tili det eller de omräden där en temperatur-stegring sker och minskas motsvarande i de andra rören.Where the feedstock supply is continuous, the regulation occurs such that the feedstock feed is increased in the pipe (s) which supplies raw material to the area or areas where a temperature rise occurs and is correspondingly reduced in the other tubes.

De i fig 2 visade roterande inmatningsrören (5) uppvisar fingerliknande fördelningsorgan (9) som är fördelaktiga för en jämn spridning av rämaterialet över inmatningsrörets hela verkningsomräde. Det är även fördelaktigt att förse inmat-ningsorganens nedre ändar med skyddselement (10) av ett vär-mebeständigt material, företrädesvis ett keramiskt material.The rotating inlet pipes (5) shown in Fig. 2 have finger-like distribution means (9) which are advantageous for evenly spreading the raw material over the entire operating range of the inlet pipe. It is also advantageous to provide the lower ends of the feed means with protective elements (10) of a heat-resistant material, preferably a ceramic material.

Ρέ det anförda sättet erhälls i motsats tili tidigare kända system en med avseende p& värmehushSllningen och värmebe-ständiheten i ugnen optimal fördelning av rämaterialet.In the manner cited, contrary to the prior art system, an optimal distribution of the raw material is obtained with respect to the heating housing and the heat resistance of the furnace.

Claims

A method of controlling the supply of immaterial to an electric furnace with a plurality of feed means for the material, characterized in that the temperature is sensed in a plurality of areas above the melting surface of the furnace, for each sensing range a deviation of the temperature from a fixed value or from a at another sensing range, the sensed temperature value is used to control the proportion of the raw material quantity supplied to the furnace over the feed or feed means (s) supplying said sensing range.

2. A method according to claim 1, characterized in that the size of said deviation is determined in a control device which generates a signal corresponding to the deviation for controlling the raw material supply to the feeding device (s) feeding the area in question.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the feedstock supply to the furnace takes place over an input means in the thread, wherein the total amount of raw material to be supplied per unit time is distributed over the individual input means according to the temperature deviations determined by the associated sensing means. .

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the feedstock supply to the oven takes place continuously over a plurality of input means in accordance with the temperature deviations determined for these by the sensing means.

5. Apparatus for controlling the supply of raw material to an electric furnace provided with electrodes (4) extending from above into the melt, a plurality of input means (5). for the raw material, and means (8) for sensing the temperature in the furnace, characterized in that each input means (5) is arranged via a control device (P) in connection with at least one above the melt arranged in the opposite direction. temperature sensing means (8), the control device (P) having means for comparing a temperature sensed by one or more means (8) to a temperature determined for the process conditions or one or more other sensing means (8) determined temperature, that the device has means (7) for controlling the feedstock supply to the input means (5) on the basis of the temperature deviation determined by the control device (P).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the electrodes (4) which are advantageously three in number are arranged symmetrically in the furnace substantially along a circular periphery, the input means (5) being advantageously arranged partly between the electrodes (4) substantially along said circular periphery, in the center of the furnace and between each electrode (4) and the nearest wall to the existing electrode.

Device according to claim 6, characterized in that the inlet means (5) arranged between the electrodes (4) and the center of the furnace are rotatable inlet tubes.

Device according to claim 7, characterized in that the ends of the rotatable feed tubes (5) have finger-like distribution means (9) for spreading the core material.

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the lower ends of the input means (5) have protective elements (10) of a heat-resistant material, such as a heat-resistant ceramic material. 9 85912