NL9401087A - Vuurvaste constructie. - Google Patents

Description

VUURVASTE CONSTRUCTIE

De uitvinding heeft betrekking op een vuurvaste constructie voor een oven voor het behandelen en/of smelten van een aluminiumhoudende stof in een niet-oxyderende atmosfeer.

Onder aluminiumhoudende stof wordt in verband met deze octrooiaanvrage op de eerste plaats verstaan slak die bij fabricage van aluminium ontstaat op het oppervlak van gesmolten aluminium (GB: Dross, DE: Kr&tze). Deze slak bevat nog zeer veel, bijvoorbeeld 60 X aluminiummetaal, en bestaat voor het overige voornamelijk uit oxyden. Onder aluminiumhoudende stof zal verder worden verstaan aluminium schrot. Dit kan zijn schoon recycling schrot, geverfd of bedrukt schoon recycling schrot of aluminium schrot dat is afgescheiden uit huishoudelijk afval.

Het is uit de praktijk bekend om aluminiumhoudende slak in een oxyderende atmosfeer met een in een air-fuel-burner gestookte roterende oven te behandelen. Omdat boven de 1000°C het gevaar voor aluminiumbrand/explosie groot is werkt men bij 850°C en gebruikt men oploszouten (voornamelijk NaCl en KaCl). Op één ton slak wordt er ca. 0,5 ton zout toegevoegd. Na aftap van aluminium resteert ca. 1 ton giet metallisch grodukt (NMP). Dit proces is echter traag, heeft een laag thermisch rendement en geeft milieuproblemen.

In US 3,759,702 is voorgesteld aluminium schrot zonder zout in een open stationaire oven te smelten in een reducerende atmosfeer met behulp van een oxy-fuel-burner met stochiometrisch een ondermaat zuurstof.

In EP 0 322 207 is voorgesteld aluminium slak in een gesloten roterende oven zonder zout in een inertgas atmosfeer te behandelen met behulp van een plasmabrander. Door de waterkoeling van de plasmabrander gaat veel energie verloren. Een schraper voor het verwijderen van beren NMP van de vuurvaste bekleding is noodzakelijk.

In US 5-245.627 is voorgesteld aluminium slak in een gesloten roterende oven zonder zout in een inertgasatmosfeer te behandelen met behulp van een elektrische vlamboog tussen grafiet elektroden.

In PCT/SE 92/00111 wordt voorgesteld aluminium slak in een gesloten roterende oven zonder zout te behandelen in een niet-oxyderende atmosfeer met behulp van een oxy-fuel-burner.

Bij de processen waarbij het behandelen en smelten van een aluminium houdende stof plaatsvindt in een niet-oxyderende, dat wil zeggen een reducerende of een inerte atmosfeer is de vuurvaste constructie van de oven een probleem. De in de aluminiumindustrie gebruikelijke aluminiumsilicaten waaraan meestal fosfaat en bariumsulfaat is toegevoegd om aluminium af te stoten, ontleden in een niet-oxyderende atmosfeer en worden boven 1000eC in contact met vloeibaar aluminium snel aangetast.

Het doel van de uitvinding is een goede vuurvaste constructie te verschaffen voor een oven voor het behandelen en smelten van een aluminiumhoudende stof in een niet-oxyderende atmosfeer.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door een vuurvaste constructie die omvat een slijtvoering van een vuurvast materiaal op basis van hoogwaardig MgO, A1203 of mengsels daarvan, inclusief het spinel

MgO A1203 een blijfvoering een isolatielaag tussen de blijfvoering en het pantser.

Onder hoogwaardig wordt in het kader van deze octrooi-aanvrage verstaan dat de hoeveelheid verontreinigingen in het basismateriaal beperkt is. In het algemeen betekent dit dat natuurlijke materialen zoals dolomiet, bauxiet, mulliet en andalusiet niet geschikt zijn en dat moet worden uitgegaan van basismaterialen met minder dan 10 gew.X, en bij voorkeur minder dan 5 gew.X verontreinigingen wat veelal betekent dat synthetische basismaterialen zoals bijvoorbeeld zeewatermagnesiet worden gebruikt.

Onder pantser [GB: shell, DE: Blech] wordt in dit verband verstaan de metalen wand van de oven.

Door deze constructie en in het bijzonder door het basismateriaal voor de slijtvoering wordt een constructie met een goede levensduur verschaft.

Bij voorkeur omvat de samenstelling van het materiaal van de slij tvoering 0 - 10 X metalliek Al en/of Mg 5 - 20 X koolstof, bij voorkeur natuurgrafiet 2 - 6 X hars of pek als bindmiddel.

Door de natuurgrafiet wordt het aankoeken van vast materiaal op de slijtvoering tegengegaan. Het metallieke Al en Hg werkt de vorming van spinel in de hand.

Bij voorkeur is de slijtvoering opgebouwd uit stenen, welke vóór het aanbrengen in de oven zijn veredeld bij een temperatuur van ca. 600°C. Hierdoor wordt de ontwikkeling van gezondheidsschadelijke gassen bij het opstoken van de oven voorkomen.

Bij voorkeur is de blijfvoering geïmpregneerd met of voorzien van een laag van een stof welke een fosfaat bevat. Hierdoor wordt onverhoopt tot de blijfvoering doordringend vloeibaar aluminium afgestoten.

Bij voorkeur is de blijfvoering van een vuurvast materiaal op basis van fosfaatgebonden aluminium-silicaat. De keuze van aluminium-silicaat berust op zijn hoge sterkte en slechte warmtegeleiding in de vuurvaste constructie. De fosfaatbinding is gekozen als voorzorg voor onverhoopt tot de blijfvoering doordringend vloeibaar aluminium.

Ovens voor het onderhavige proces kunnen en zullen in de praktijk veelal als roterende oven worden uitgevoerd. Voor dat geval is bij voorkeur de ovenwand inwendig voorzien van dwars op de rotatie aangebrachte metalen meeneemstrippen, welke door de isolatielaag tot in de blijfvoering reiken. Bij het roteren worden grote afschuifkrachten in omtrekrichting op de vuurvaste constructie uitgeoefend waardoor schade aan de vuurvaste constructie wordt toegebracht. Dit wordt door de strippen voorkomen.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Figuur 1 toont een oven voor het behandelen en smelten van aluminiumhoudende stof.

Figuur 2 toont de vuurvaste constructie van de oven in een doorsnede XI in figuur 1.

Figuur 3 toont een detail van de vuurvaste constructie volgens III in figuur 2.

De oven van figuur 1 omvat een ovenvat 1 dat onder een hoek van 10-25 graden met de horizontaal draaibaar is om zijn as 2 met een snelheid van 1 tot 25 omwentelingen per minuut. Het ovenvat kan tevens om as 3 gekiept worden voor het tappen. Het ovenvat heeft een opening 4, die tijdens bedrijf wordt afgesloten door het gebogen kanaal 5 dat met flens 9 met een kleine speling aansluit op de opening van het ovenvat. Door het kanaal 5 steekt een oxy-fuel- burner 6 in het ovenvat waarmee het inwendige van het ovenvat in een niet-oxyderende atmosfeer wordt verhit. De verbrandingsgassen worden door kanaal 5 afgevoerd.

De vuurvaste constructie 10 van het ovenvat wordt zonder direct contact van de vlam van de oxy-fuel-burner met de vuurvaste constructie door straling en convectie verhit tot een temperatuur van maximaal 1400°C. De verhitte vuurvaste constructie komt door het draaien van het ovenvat in contact met het aluminiumhoudende materiaal 8 en brengt de warmte daarop over. Het aluminium in het aluminiumhoudende materiaal smelt door de warmte door de vuurvaste constructie die door geleiding wordt overgedragen en door de stralingswarmte van de vlam. Op deze wijze wordt direct contact met de vlam zoveel mogelijk vermeden zodat oververhitting van aluminium en van de oxyden wordt vermeden. De temperatuur van het aluminium bedraagt ten hoogste 800eC.

In figuur 2 is de opbouw van de vuurvaste constructie getoond omvattende een slijtvoering (wear lining) 11, een blijfvoering (safety lining) 12 en meeneemstrippen 13 op het pantser 14.

VOORBEELD

Figuur 3 toont als voorbeeld een voorkeursuitvoeringsvorm van de vuurvaste constructie meer in detail. Getoond is dat de slijtvoering 11 bestaat uit nauwpassende stenen. De slijtvoering is 230 mm dik.

De harsgebonden stenen van sintermagnesia bevatten 11,5 Z natuurgrafiet en 4,2 Z aluminiumpoeder. Zij hebben een warmtegeleidingscoëfficiënt van 10-12 W/mK bij 1400°C en een soortelijke warmte van 2000 J/kgK.

De blijfvoering 12 bestaat eveneens uit stenen en is 114 mm dik. De stenen zijn gebrande fosfaat geïmpregneerde aluminium silicaat stenen die alzijdig zijn gemetseld met een fosfaatgebonden mortel op basis van korund. Deze stenen hebben een warmtegeleidingscoëfficiënt van 2,3 W/mK, een soortelijke warmte van 1400 J/kgK en een koude druksterkte van 60 N/mm2.

Op het pantser 14 zijn inwendig op regelmatige afstanden de meeneemstrippen 13 aangebracht. Tussen de blijfvoering 12 en het pantser 14 is de isolatie 15 van Microtherm (trademark) met een warmtegeleidingscoëfficiênt van 0,03 W/mK bij 400°C aangebracht. De meeneemstrippen 13 reiken door de isolatie 15 tot in de blijfvoering 12 en verhinderen dat de vuurvaste constructie bij de ovenrotatie wordt af geschoven en verpulverd.

Op deze wijze wordt een vuurvaste constructie verschaft waarvan de slijtvoering

vuurvast is tot meer dan 1400eC

bestand is tegen een niet-oxyderende atmosfeer

bestand is tegen vloeibaar aluminium van 800°C

door thermische uitzetting zeer dicht is en penetratie van aluminium voorkomt niet reageert met oxyden in aluminiumhoudende slak snel warmte opneemt en afgeeft een goede sterkte heeft en, waarvan de blijfvoering een hoge sterkte heeft bestand is tegen onverhoopt doordringend aluminium slecht warmte geleidt.

De temperatuur van het pantser blijft onder alle omstandigheden onder 150°C.

Claims (6)

1. Vuurvaste constructie voor een oven voor het behandelen en/of smelten van een aluminiumhoudende stof in een niet-oxyderende atmosfeer, met het kenmerk, dat deze omvat een slijtvoering van een vuurvast materiaal op basis van hoogvaardige MgO, Al203 of mengsels daarvan, inclusief het spinel MgO Al203 een blijfvoering een isolatielaag tussen de blijfvoering en het pantser.

2. Vuurvaste constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de samenstelling van het materiaal van de slijtvoering omvat: 0 - 10 X metalliek Al en/of Mg 5 - 20 X koolstof, bij voorkeur natuurgrafiet 2 - 6 X hars of pek als bindmiddel.

3. Vuurvaste constructie volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de slijtvoering is opgebouwd uit stenen, welke vóór het aanbrengen in de oven zijn veredeld bij een temperatuur van ca. 600eC.

4. Vuurvaste constructie volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de blijfvoering is geïmpregneerd met of voorzien is van een laag van een stof welke een fosfaat bevat.

5. Vuurvaste constructie volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de blijfvoering van een vuurvast materiaal is op basis van fosfaatgebonden aluminium-silicaat.

6. Vuurvaste constructie volgens conclusie 1-5, voor een oven, waarbij de oven een roterende oven is, met het kenmerk, dat het pantser inwendig is voorzien van dwars op de rotatie aangebrachte metalen meeneemstrippen, welke door de isolatielaag tot in de blijfvoering reiken.