FI86577C

FI86577C - Furnace

Info

Publication number: FI86577C
Application number: FI901842A
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: 1992-09-10
Also published as: WO1991015433A1; EP0524978A1; CA2080380A1; FI901842A; FI86577B; FI901842A0; AU7566291A

Description

Smältugn 86577Melting furnace 86577

Ifrägavarande uppfinning avser en smältugn för smältning av rämaterial vid mineralfibertillverknlng, vilken ugn vid sinä sidoväggar uppvisar en eldfast, eventuellt flerskiktig in-fodring innehällande material med olika värmeledningsförmä-ga.The present invention relates to a furnace for melting raw materials in mineral fiber manufacture, which furnace at its side walls exhibits a refractory, possibly multilayer lining containing material of various thermal conductivity.

Mineralfibrer framställs t.ex. sä, att rämaterialet, eventuellt stenmineral eller slagg frän metallframställning, smäl-tes i en elektrisk smältugn, smältan uttages kontinuerligt ur ugnen och omvandlas tili fibrer t.ex. genom att föra smältan tili en spinnanordning, som kan bestä av ett flertal roterande hjul, frän vilka mineralsmältan slungas under bildning av fibrer. De sälunda bildade fibrerna uppsamlas pä en transportör i form av en fiberbana. Piberbanan underkas-tas sedan ytterligare behandlingssteg, t.ex. den impregneras med ett lämpligt bindemedel, säsom ett harts, vilket aktive-ras t.ex. i en härdugn, varvid fibrerna fixeras tili varand-ra under bildning av en formstabil bana av önskad täthet och tjocklek.Mineral fibers are produced e.g. say, that the raw material, possibly stone mineral or slag from metal production, is melted in an electric furnace, the melt is continuously removed from the furnace and converted into fibers e.g. by passing the melt to a spinning device, which can consist of a plurality of rotating wheels, from which the mineral melt is thrown to form fibers. The thus formed fibers are collected on a conveyor in the form of a fibrous web. The pipe web is then subjected to further processing steps, e.g. it is impregnated with a suitable binder, such as a resin, which is activated e.g. in a hardening furnace, the fibers being fixed to each other to form a moldable web of desired density and thickness.

Smältugnen som används för smältning av rämaterialet bestär av en mantel av stäi som pä sin inre sidovägg uppbär en infodring av ett eldfast material, vars typ och tjocklek väljes i enlighet med det material som skall smältas. Pä bottnen av ugnen bildas under drift en sump av järn, s.k. bottenjärn, genom att i rämaterialet ingäende järnoxider re-duceras tili elementärt järn. Infodringen i hela ugnen är utsatt för kraftiga kemiska och termiska päfrestningar, vilket leder tili att infodringen slits och smäningom försvin-ner och mäste med jämna mellanrum förnyas. Man har kunnat konstatera att angreppen är speciellt Stora vid fasgränsytor, d.v.s. vid smältans fria yta och vid gränsytan mellan smälta och bottenjärn.The furnace used for melting the raw material consists of a sheath of steel which carries on its inner side wall a lining of a refractory material, the type and thickness of which is chosen according to the material to be melted. On the bottom of the furnace, a sump of iron is formed during operation, so-called. bottom iron, by reducing iron oxides contained in the raw material to elemental iron. The lining throughout the furnace is subjected to heavy chemical and thermal stresses, which leads to the lining being worn and eventually disappearing and having to be renewed at regular intervals. It has been found that the attacks are especially Large at phase interfaces, i.e. at the free surface of the melt and at the interface between the molten and the bottom iron.

Eftersom päfrestningarna mot infodringen är i proportion tili temperaturen i ugnen, har man försökt minska pä siitä- 2 86577 get pä infodringen t.ex. genom att kylä sidoväggarna pä oli-ka sätt. Sälunda har man föreslagit kylning av ugnsväggen med vatten, antingen genom kylning av ytterväggen (t.ex. SE 7314539), eller med i väggen inbyggda kylelement, t.ex. kylslingor, genom vilka man leder vatten (DE 2626211). Emel-lertid är användningen av vatten förknippad med en explosi-onsrisk ifall vatten, t.ex. som en följd av sprickor i kons-truktionerna, kommer i kontakt med smältan i ugnen. Man har ocksä föreslagit utvändig kylning av ugnsväggen genom an-vändning av kylsystem i form av utvändiga kylpaneler inne-hällande ett icke-explosivt flytande kylmedel, t.ex. olja (SE 8600514).Since the pressing stresses against the lining are proportional to the temperature of the furnace, attempts have been made to reduce the temperature of the lining, e.g. by cooling the side walls in different ways. Thus, cooling of the furnace wall with water has been proposed, either by cooling the outer wall (eg SE 7314539), or with cooling elements built into the wall, e.g. cooling loops through which water is passed (DE 2626211). However, the use of water is associated with an explosion risk in case of water, e.g. as a result of cracks in the cons tracts, comes into contact with the melt in the oven. External cooling of the furnace wall has also been proposed by using cooling systems in the form of external cooling panels containing a non-explosive liquid refrigerant, e.g. oil (SE 8600514).

Som ett alternativ tili de ovan angivna lösningarna har man även föreslagit användning av i ugnsväggen ooh i ugnstaket inbyggda skivor av koppar, för allmän avledning av över-skottsvärme i en ljusbägsugn (DE 2443662).As an alternative to the above-mentioned solutions, it has also been proposed to use copper sheets built into the oven wall and in the oven roof for general dissipation of excess heat in an electric oven (DE 2443662).

En överstor avledning av värme frän ugnen är emellertid inte önskvärd av den orsaken att detta betyder en ökning av ugnens energibehov och alltsä dälig värmeekonomi i ugnen.However, an excessive dissipation of heat from the furnace is undesirable for the reason that this means an increase in the furnace's energy requirements and thus poor heating economy in the furnace.

Det vore därför av vikt att kunna optimera värmeavgivningen frän ugnen genom att vid de ställen i ugnen där infodringen är speciellt utsatt för angrepp av smältan ästadkomma en lokal ökad avledning av värme, med en besparing av infodringen vid dessa utsatta ställen som följd. Detta ändamäl uppnäs med ugnen enligt uppfinningen vilken karakteriseras av att infodringen uppvisar ätminstone ett skikt med en, i sidoväg-gens höjdriktning begränsad, pä nivä med smältytan och/eller med gränsytan mellan smälta och bottenjärn anordnad zon av ett material med en värmeledningsförmäga som är större än värmeledningsförmägan hos materialet i övrigt i detta skikt.It would therefore be important to be able to optimize the heat output from the furnace by providing a locally increased dissipation of heat at the locations in the furnace where the lining is particularly exposed to the melt, with a saving of the lining at these exposed locations. This is achieved with the furnace according to the invention, characterized in that the liner has at least one layer, limited at the level of the sidewall, at the level of the melt surface and / or with the zone between the molten and the bottom iron arranged by a material having a thermal conductivity which is larger. than the thermal conductivity of the material otherwise in this layer.

Ugnsinfodringen uppvisar alltsä i minst ett skikt en sig runt ugnen sträckande ringformig zon med en begränsad dimension i höjdriktningen, vilket bestär av ett eldfast 3 86577 material med en större värmeledningsförmäga än materialet i övrigt i samma skikt. Termen "skikt" avser i detta sam-manhang inte enbart fysiskt skilda skikt, utan den avser även varje sädant lager av infodringen som uppvisar en viss tjockleksdimension, och som ligger pä samma avständ frän ugnens sidovägg sett i ugnens höjdriktning. Materialet med större värmeledningsförmäga och materialet med mindre värme-ledningsförmäga i sagda skikt eller lager Sr företrädesvis av samma typ, säsom ett keramiskt material, för att bilda en möjligast enhetlig och välintegrerad infodring med möjligast smä värmepäfrestningar i gränsytorna mellan materialen.Thus, the furnace lining exhibits at least one layer an annular zone extending around the furnace with a limited height dimension, which consists of a refractory material with a greater thermal conductivity than the material in the other layer. In this context, the term "layers" does not only refer to physically different layers, but it also refers to any such layer of the lining which has a certain thickness dimension, and which lies at the same distance from the oven's sidewall as seen in the oven's height direction. The material with greater thermal conductivity and the material with less thermal conductivity in said layers or layers are preferably of the same type, such as a ceramic material, to form a possible uniform and well integrated lining with possible small thermal stresses in the interfaces between the materials.

Materialet med större värmeledningsförmäga bildar alltsä en köldbrygga i infodringen i form av en ringformig zon, vilken ligger pä ett sSdant avständ frän ugnsbottnen att den i sin höjdriktning sammanfaller med den fria smältnivän i ugnen, och/eller med vätskegränslinjen mellan smältan och botten-järnet. Genom att inkorporera en köldbrygga av angivet slag i infodringen kan ytterligare avkylningssystem utelämnas, om sä önskas. Genom köldbryggan kan erhällas en tillräckligt hög varmeavgäng för att ästadkomma en bildning av frusen smälta pä insidan av infodringen mot smältan, vilken i sin tur bidrar tili att ytterligare skydda infodringen mot päfrestningarna i ugnen.Thus, the material with greater thermal conductivity forms a cold bridge in the liner in the form of an annular zone, which lies at such a distance from the furnace bottom that it coincides in its height direction with the free melt level in the furnace, and / or with the liquid boundary line between the melt and the bottom surface. By incorporating a cold bridge of the type specified in the lining, additional cooling systems can be omitted, if desired. Through the cold bridge, a sufficiently high heat output can be obtained to effect a formation of frozen melt on the inside of the lining against the melt, which in turn helps to further protect the lining from the puffing in the oven.

Enligt en föredragen utföringsform bestär köldbryggan av en massa eller av tegel av grafit, C-SiC, eller SiC, speciellt SiC. Materialet i övrigt i sagda skikt kan lämpligen vara massa eller tegel av ett AI2O3-, MgO-, MgO/C^C^- eller A^Oj/C^Oj-baserat material, speciellt om detta skikt kommer i kontakt med smältan. Om skiktet bildar ett mellanskikt kan materialet i övrigt i skiktet väljas friare förutsatt att dess värmeledningsegenskaper anpassas i förhällande tili köldbryggans material. I ovan nämnda utföringsform är köld-bryggans värmeledningsförmäga flera gänger större än skiktet i övrigt. För att uppnä goda resultat är det fördelaktigt 4 86577 att köldbryggans värmeledningsförmäga gärna Sr mer än dub-belt sä stor, och företrädesvis 2-5 gänger sä stor som mate-rialet i övrigt i skiktet.According to a preferred embodiment, the cold bridge consists of a mass or of graphite bricks, C-SiC, or SiC, especially SiC. The material otherwise in said layer may conveniently be the mass or brick of an Al 2 O 3, MgO, MgO / C 2 C 2 - or A 2 O 2 / C 2 O 2 based material, especially if this layer contacts the melt. If the layer forms an intermediate layer, the material in the other layer can be chosen freer, provided that its heat conduction properties are adapted in relation to the material of the cold bridge. In the above-mentioned embodiment, the thermal conductivity of the cold bridge is several times greater than the layer in general. In order to achieve good results, it is advantageous that the thermal conductivity of the cold bridge is preferably S more than twice as large, and preferably 2-5 times as large as the material in the rest of the layer.

Skiktet ifräga kan utgöra det endaste infodringsskiktet i ugnen eller det kan utgöra en s.k. basfodring, vilken lämp-ligen bekläs med ett skikt som bildar den egentliga infod-ringen mot smältan och som kan vara en aluminiumoxid-kromoxid-infodring med hög kromhalt.The layer in question may constitute the only lining layer in the oven or it may constitute a so-called. base liner, which is suitably lined with a layer which forms the actual lining against the melt and which may be an alumina-chromium oxide liner with high chromium content.

Uppfinningen beskrivs i det följande under hänvisning tili bifogade ritning, i vilkenThe invention is described below with reference to the accompanying drawing, in which:

Fig. 1 visar schematiskt en ugn i tvärsnitt, ochFig. 1 schematically shows a cross-sectional oven, and

Fig. 2 visar en genomskärning genom en utföringsform av ugns-väggen.Fig. 2 shows a section through an embodiment of the oven wall.

Ugnen betecknas i sin helhet med hänvisningssiffran 1, och den omfattar en bottendel 2, sidoväggar 3 och ett ugnslock 4, genom vilket ett flertal elektroder 5 sträcker sig in i smältan 6 i ugnen. Tillförselöppningarna för rSmaterialet visas inte, ej heller uttagsöppningen för smältan. Pä smäl-tans yta finns ett lager icke-smält rämaterial, och i bott-nen pH ugnen samlas en sump 8 av järn. Pä yttre sidan av ugnen visas schematiskt kylpaneler 9 för forcerad kylning och i vilka oija används som kylmedium. Dessa kylelement kan vara av godtycklig utformning, och de kan sträcka sig över hela väggens höjd, eller endast över delar av densamma.The furnace is designated in its entirety by reference numeral 1, and it comprises a bottom portion 2, side walls 3 and an oven lid 4, through which a plurality of electrodes 5 extend into the melt 6 of the furnace. The supply openings for the rS material are not shown, nor is the outlet opening for the melt. On the surface of the melt is a layer of non-melted raw material, and in the bottom pH furnace a sump 8 of iron is collected. On the outer side of the oven are schematically shown cooling panels 9 for forced cooling and in which they are used as cooling medium. These cooling elements may be of any design, and may extend over the entire height of the wall, or only over portions thereof.

I Figur 1 visas schematiskt tvä omräden i sidoväggen, vilka är utsatta för en större päfrestning än övriga delar av si-doväggarna, nämligen kontaktytan mellan sidoväggen och smält-ytan, respektive gränsytan mellan järnsump och smälta. Dessa omräden har i Figur 1 betecknats med siffrorna 10 och 11. Enligt uppfinningen utformas dessa omräden i sidoväggsinfod- 5 86577 ringen av material som har en större värmeledningsförmä-ga Sn resterande omräden av infodringen i sidoväggen 3.Figure 1 shows schematically two areas of the side wall which are subjected to a greater load stress than the other parts of the side walls, namely the contact surface between the side wall and the melt surface, and the interface between iron sump and melt, respectively. These areas have been designated in Figures 1 by the numbers 10 and 11. According to the invention, these areas are formed in the sidewall lining of materials having a greater thermal conductivity Sn remaining areas of the lining in the sidewall 3.

En utföringsform av uppfinningen visas i Figur 2. Sidoväggen betecknas allmänt med hänvisningssiffran 3. Den uppvisar yt-terst själva ugnsmanteln 12 av stäl. Närmast stälmanteln fö-religger ett elastiskt kontaktskikt 13 av kolinassa, vil-ket har som uppgift att förbättra kontakten mellan mäntein 12 ooh basfodringen (14). Säsom av figur 2 framgär, uppvisar basfodringen zoner av tvä olika slag, nämligen en konventio-neli infodring 14" av aluminiumoxidtegel och separata zoner 14' av SiC-tegel. Zonerna 14' befinner sig i ugnsväggen pä en höjdnivä som motsvarar den fria smältytan respektive gränsytan mellan järnsump och smälta. Enligt utföringsformen av figur 2 uppbär basfodringen 14 ett ytterligare skikt, d.v.s. den mot själva smältan anliggande infodringen 15, vilken lämpligen är en aluminiumoxid-kromoxid-massa med hög kromhalt, företrädesvis med en kromoxidhalt av Over cirka 5%. Pä grund av den intensifierade värmeavgängen vid smältytans resp. järnsumpens nivä, kommer infodringen pä dessa ställen att ha en lägre temperatur än motsvarande infodring utan in-tensifierad vämreavgäng, varvid det kan bildas en skorpa av frusen smälta pä sidoväggens insida, vilken i sin tur bidrar tili att förbättra infodringarnas hällbarhet vid dessa omrä-den.An embodiment of the invention is shown in Figure 2. The sidewall is generally denoted by the reference numeral 3. At the very least, the furnace jacket 12 itself has a frame. Closest to the frame jacket is an elastic contact layer 13 of cholinassia, which has the task of improving contact between men 12 and the base liner (14). As shown in Figure 2, the base liner exhibits zones of two different types, namely a conventional liner 14 "of aluminum oxide tile and separate zones 14 'of SiC bricks. The zones 14' are located in the furnace wall at a height level corresponding to the free melting surface respectively. According to the embodiment of Figure 2, the base liner 14 carries an additional layer, i.e. the liner 15 abutting the melt itself, which is suitably an alumina-chromium oxide mass with a high chromium content, preferably with a chromium oxide content of over about 5%. Due to the intensified heat output at the level of the melting surface and the iron sump, the liner at these sites will have a lower temperature than the corresponding liner without intensified heat outlet, whereby a crust of frozen melt can form on the inside of the side wall, which in turn contributes to improve the pourability of the linings in these areas.

I utföringsformen enligt figur 2 kan oijekylpanelerna uppde-las i lämpliga segment t.ex. sä att de omräden där vär-meavgivningen frän väggen är intensifierad, dvs. vid nivä av smältytan och järnsumpen, förses med separata segment. Dessa element eller paneler kan förses med lämpliga temperatur-och strömningsmätare vilka reagerar mot en ökad värmeavgäng genom ugnsväggen och kan därför lämpligen användas för att övervaka infodringarnas slitagetillständ.In the embodiment of Figure 2, the oil cooling panels can be divided into suitable segments e.g. say that the areas where heat dissipation from the wall is intensified, ie. at the level of the melt surface and the iron sump, are provided with separate segments. These elements or panels may be provided with suitable temperature and flow meters which respond to an increased heat output through the furnace wall and can therefore conveniently be used to monitor the wear condition of the linings.

Claims

6 86577

1. A furnace for melting raw material in mineral fiber manufacture, which furnace at its side walls has a refractory, possibly multilayer lining containing material having different thermal conductivity, characterized in that the lining has at least one layer (14) with one, at the side wall, at the bottom wall. at a level with the melt surface (7) and / or with the interface between melt (6) and bottom iron (8) arranged zone (14 ') of a material having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the other material (14 ") in the layer.

Melting furnace according to claim 1, characterized in that the thermal conductivity in the zone (14 ') is 2 to 5 times greater than in the other layer.

Melting furnace according to any of the preceding claims, characterized in that the zone (14 ') consists of graphite, SiC or C-SiC pulp or tile.

Melting furnace according to claim 3, characterized in that the layer (14) is otherwise mass or brick of an Al 2 O 3, MgO, MgO / C 2 O 2 or A 2 C 2 / C 2 O based material.

Melting furnace according to any of claims 1-4, characterized in that said layer forms an intermediate layer which carries a layer of the actual furnace lining (15) against the melt.

6. A furnace according to claim 5, characterized in that the furnace lining (15) consists of an A ^ Og / C ^ C ^ -based material.

7 86577