NO123368B

NO123368B -

Info

Publication number: NO123368B
Application number: NO162166A
Authority: NO
Inventors: R Putnam; V Tulagin; A Kreiger; I Stein
Original assignee: Xerox Corp
Priority date: 1965-03-19
Filing date: 1966-03-18
Publication date: 1971-11-01
Also published as: AT285326B; US3551320A; AT286783B; CH479099A; CH479100A; GB1149666A; DE1522743A1; US3448025A; BE680863A; CH466305A; DE1522743B2; US3419560A; DE1522742A1; US3474019A; SE341330B; IL25304A; GB1157671A; FR1568731A; NO120030B; AT279598B

Description

Fremgangsmåte til chargering av en blanding av titanmalm og fast kullstoffholdig materiale til en lysbueovn.

Denne oppfinnelse angår smeltning av

ilmenitt og spesielt en fremgangsmåte til chargering av en blanding av titanholdig malm og fast kullstoffholdig materiale til en elektrisk lysbueovn, i hvilken chargen smeltes, slik at det dannes en konsentrert titanslagg og et smeltet jernprodukt.

I U.S. patent nr. 2.476.453 er det be-skrevet fremstilling av smeltet titanslaggkonsentrat og et smeltet jernprodukt ved smeltning av en charge som i hovedsaken består av ilmenitt og fast, kullstoffholdig reduksjonsmateriale. Denne smeltemetode og den dertil hørende chargering represen-terer den mest moderne metode når det gjelder smeltning av ilmenitt, men allikevel har denne metode ulemper når den skal anvendes i større målestokk i en elektrisk lysbueovn.

Et av de problemer som opptrer når

ilmenitt skal smeltes sammen med et fast, kullstoffholdig reduksjonsmiddel er at ovnen må beskyttes mot de ødeleggende virk-ninger av den høye smeltetemperatur som kreves. Hvis man f. eks. smelter ilmenitt på den i det ovennevnte U.S. patent be-skrevne måte kreves det at man får en smeltet titanslagg som ved tappingen har en temperatur av 1500—1700° C. Hvis

smeltningen ble utført slik at den begunsti-get beskyttelse av ovnstaket — hvilket ble gjort ved å la lysbuene arbeide neddykket i chargen — ble den av lysbuene utviklede varme ledet nedover og bevirket at forin-gen i ovnsbunnen smeltet. Det viste seg også at smeltning og sintring av chargen

ovenfor de neddykkede lysbuer ga foran-ledning til at det ble dannet en forholdsvis ugjennomtrengelig beholder for det kullmonoksyd som ble dannet i smeltesonen, og resultatet var at gasstrykket i smeltesonen intermitterende tvang chargen opp-over mot ovnstaket, med eksplosiv heftig-het. Man fant derfor at smeltning med neddykket lysbue ikke var brukbar, og den beste arbeidsmåte var å mate frisk charge ned langs sideveggene slik at den friske charge ble ført til overflaten av en beskyttende, skrånende chargematerialmasse nær ved ovnsveggene.

Denne sistnevnte chargeringsmetode var effektiv i ovner som arbeidet med 1000 kw., men hvis ovnen arbeidet med 15 000 kw. eller mere oppsto det ekstra problemer. Ved smeltning av ilmenitt i slik større skala viste det seg at chargematerialet som ble tilført de beskyttende skrånende hau-ger ikke gled glatt inn i smeltesonen, til tross for forsøk på å forbedre denne inn-glidning ved å regulere chargematerialets partikkelstørrelse. Sideveggene ble bygget opp til en mekanisk ustabil tilstand, og falt så plutselig sammen og ned i den aktive smeltesone. Denne plutselige innføring av forholdsvis kold fast charge i det smeltede slagglag i smeltesonen hadde en ødeleggende virkning; noe av denne faste

charge ble straks smeltet, med frigjørelse

av en tilsvarende mengde kullmonoksyd,

og den varme som ble forbrukt av denne smeltereaksj on og av selve den forholdsvis kolde, faste charge avkjølte den smeltede

slagg så meget at denne ble seig. Ved gass-utviklingen i denne seige slagg ble det dannet et slaggskum i slike mengder at det steg hurtig opp inne i ovnen. Ettersom skumnivået steg ble de automatisk styrte elektroder også hevet, og resultatet var at elektrodelysbuene etter hvert kom nærmere opp mot ovnstaket. Til slutt nådde det stigende slaggskum ovnstaket og bevirket på grunn av sin mekaniske beve-gelse og høye temperatur en betydelig kor-rodering av ovnstaket.

Ved meget utstrakte forsøk med smeltning av ilmenitt under forskjellige charge-ringsbetingelser har ansøkerne funnet at en spesiell fremgangsmåte, som kombinerer både sidechargering og senterchargering, gir gode ovnsdriftsforhold og derfor mere effektive smeltebetingelser, når det anvendes trefasestrøm og minst tre — som oftest et multiplum av tre — elektroder. Dette vil med andre ord si, at ansøkerne har funnet, at etter at de beskyttende sideveggporsjo-ner av charge er blitt etablert, bør chargen som tilføres for å opprettholde smeltedrif-ten fordeles slik at bare den mengde — opp til ca. 20 pst. av chargen — som kreves for å vedlikeholde sideveggkonfigurasjonen, leveres til disse sideveggpartier, mens resten leveres til ovnens sentrale parti, i et spesielt forhold til elektrodene. På denne måte kan chargen opprettholdes på en slik måte i ovnen at cargen føres jevnt og glatt inn i den aktive smeltesone, mens man på samme tid oppnår en effektiv beskyttelse av ovnens sidevegger og tak, uten at smeltevarmen drives for sterkt ned i ovnsbunnen.

En fremgangsmåte til chargering av en blanding av titanmalm og fast kullstoffholdig materiale til en trefase lysbueovn består derfor i henhold til oppfinnelsen i at chargen leveres til ovnen på en slik måte at det etableres en skrånende chargemasse nær ved hver av ovnens sidevegger, med det nedre endeparti av de skrånende masser endende utenfor elektrodene, dvs. endende et kort stykke fra elektrodene. Deretter fortsetter man med å levere 80—100 pst. av chargen til ovnens sentrale parti i nærheten av elektrodene og resten blir ført til ovnens omkretspartier, når det behøves for å opprettholde de nevnte skrå sideveggpartier. Den charge som leveres til ovnens sentrale parti fordeles slik at 50—80 pst. av den innføres som alikvote porsjoner i mel-lomrommene mellom naboelektroder som har forskjellige fasetilknytninger, og resten innføres i alikvote porsjoner til siden for hver enkelt av elektrodene. Under smelteoperasjonen opprettholdes det på denne måte et skrånende sideparti hvis nedre endeparti ender utenfor elektrodene men som er innbyrdes forbundet langs deres lengdeparti ved chargebroer som strekker seg mellom dem over partier av den aktive smeltesone, i hvilken de opphetende lysbuer er konsentrert. Chargens sideveggpartier beskytter således ovnssideveggene, og broene vil ikke bare understøtte de nedre ender av disse partier så de hindrer at disse faller sammen og ned i den aktive smeltesone, men beskytter også ovnstaket mot de heteste partier av opphetningslysbuene.

Oppfinnelsen skal bli nærmere beskre-vet i forbindelse med tegningen, som skje-matisk viser et planriss av toppen av en elektrisk lysbueovn, hvor de inbyrdes stil-linger av ovnselektrodene og chargerings-åpningene er antydet.

Sideveggene 7 avgrenser en i tverrsnitt avlang ovn, som er flere ganger langt enn det er bredt. Ovnen har seks elektroder, 1—6, anbrakt med ens avstand langs ovnens senterlinje. Elektrodene går gjennom ovnstaket til like over overflaten av det smeltede produkt på ovnsbunnen. Ovnens topp har et utløp 8 for gassformede produkter som dannes under smelteoperasjonen (ho-vedsakelig kullmonoksyd og kvelstoff).

I ovnens tak er det ennvidere anordnet et antall chargeringsåpninger. Disse er, som det tydelig fremgår av tegningen, anordnet etter to forskjellige mønstre. De omkring ovnens periferiske parti anbrakte chargeringsåpninger 9 er plasert i et slikt mønster at den charge som tilføres gjennom disse åpninger kan etablere og vedlikeholde skrånende chargesidevegger inne i ovnen. Det annet sett av åpninger består av de som er plasert forholdsvis slik at det leverer chargen tett ved elektrodene. Fordelingen av chargen mellom de ytre og de indre chargeringsåpninger, sammen med plaseringen av de individuelle indre åpninger og fordelingen av chargen gjennom disse, gir den chargefordeling som oppfinnelsen tilsikter.

Den i ovnen innførte charge, som består i hovedsaken eller endog bare av en blanding av ilmenitt og kull, blir først smeltet i ovnen under startoperasj onene slik at det dannes en smeltet masse av me-tallisk jern med et overliggende lag av smeltet titanslaggkonsentrat. Et stort overskudd av charge innføres i ovnen slik at det fås et lag av ikke smeltet charge, som danner beskyttende sidelag, som skråner opp-over og utover ved siden av ovnens sidevegger og beskytter disse mot de høye smelte-temperaturer. Arbeidet med startingen og chargeringen under denne operasjon utgjør ingen del av den foreliggende oppfinnelse bortsett fra at det derved dannes hellende sideveggpartier av chargeblanding, hvis nedre endepartier ved den smeltede slaggs overflate ender utenfor chargeringsmeto-den i henhold til oppfinnelsen i virksomhet.

Ved utførelsen av den nye chargeringsmetode blir chargen fordelt mellom det ytre sett av chargeringsporter 9 og det indre sett av chargeringsporter nær ved elektrodene på en slik måte at — bortsett fra en mengde opp til 20 pst. som kreves for å opprettholde de skrå sidepartier og som inn-føres i ovnen gjennom det ytre sett av chargeringsporter 9 — blir chargen innført gjennem det indre sett av chargeringsporter, nær ved elektrodene. Den del av chargen som innføres gjennom de ytre porter 9 blir slik fordelt, at de forskjellige deler av denne gruppe av porter oppretholder de foran skrå sidevegger, hvis ytterside for-brukes langsomt ved smeltning. I løpet av flere dager blir det således tilført en be-stemt mengde charge (som regel 5—20 pst.) gjennom de ytre porter 9 — selv om det i løpet av perioder på mange timer (eller endog en hel dag) ikke innføres noe charge gjennom disse porter. Resten av chargen, som tilføres gjennom det indre sett av chargeringsporter, fordeles på en spesiell måte slik at man i ovnen ikke bare får de foran nevnte skrånende chargesidepartier men også charge-bro-partier som strekker seg mellom de langsgående nedre partier av de skrånende sideporsjoner og over de partier av den aktive smeltesone hvor opphetningslysbuene er konsentrert.

Som vel kjent blir lysbuene ved drift av flerfaseovner konsentrert langs en linje omtrent langs den tenkte linje som forbin-der elektroder som har forbindelse med forskjellige faser. Hvis det anvendes trefase-drift ved lysbueopphetning i stor skala bevirker den overmåte store strømstyrke som kreves at det må anvendes to elektroder for å greie strømtilførselen til hver enkelt av de tre faser. I et sådant arrangement, som er vist på tegningen, er elektrodene koplet slik at hvert suksessive par langs ovnens senterlinje er forbundet med en annen forskjellig fase. Således er elektrodene 1 og 2 forbundet med én fase, elektrodene 3 og 4 med den annen fase, og elektrodene 5 og 6 er forbundet med den tredje fase. Følgelig blir lysbuedannelsen mere konsentrert f. eks. mellom elektrodene 2 og 3 enn mellom elektrodene 1 og 2. Av samme grunn blir lysbuene fra elektrodene 4 og 5 til badet ho-vedsakelig konsentrert langs den samme senterlinje mellom disse to elektroder. Elektrodene 1 og 6 har også forskjellig faseforbindelse, selv om de fysisk sett er atskilt fra hinannen ved en betydelig avstand. Men lysbuen fra disse to elektroder er allikevel konsentrert langs ovnens senterlinje, på omtrent samme måte som om disse to elektroder befant seg i samme innbyrdes stilling som hvilke som helst av to andre naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse. Når det her og i påstandene tales om

«naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse med forskjellige faser, skal derfor dette uttrykk ikke bare omfatte elektrodene 2 og 3 resp. elektrodene 4 og 5 men også elektrodene 1 og 6.

Som det sees av tegningen har ovnen chargeringsporter la—6a som er anbrakt

direkte over rommet mellom naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse. De ytterst beliggende porter la og 6a er plasert over mellomrommet mellom elektrodene 1 og 6, portene 2a og 3a over mellomrommet mellom elektrodene 2 og 3, og portene 4a og 5a er plasert over mellomrommet mellom elektrodene 4 og 5. Den gjennom portene la—6a innførte charge leveres derfor direkte til rommene mellom naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse.

Foruten chargeringsporter direkte over mellomrommet mellom naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse har det indre

sett av chargeringsporter også porter som

er anbrakt til siden for hver av elektrodene. Ved sidene av elektrodene er det nemlig anbrakt porter lb—6b resp. lc—6c, som hver har omtrent samme avstand fra overflaten av den nærmeste elektrode som avstanden mellom portene la—6a og disses nærmeste elektrodeoverflate. Med et slikt sett chargeringsporter (la—6a, lb—6b og lc—6c) omkring elektrodene blir den del av chargen som tilføres ovnen gjennom dette sett porter fordelt slik at ca. 50—80 pst. av chargen innføres som alikvote porsjoner i rommene mellom naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse, og resten av chargen innføres som alikvote porsjoner til siden for hver av elektrodene. Hvis 50 pst. av den sentrale chargeporsjon innføres i mel-lomrommene mellom naboelektroder, som har forskjellig faseforbindelse, blir således en sjettedel av denne sentrale chargeporsjon innført samlet gjennom portene 4a og 5a, en tredjedel blir innført samlet gjennom portene la og 6a, og de resterende tre sjettedeler (de resterende 50 pst.) av den sentrale chargeporsjon innføres gjennom sideportene lb—6b og lc—6c. Denne char-

geringsmetode, sammen med chargeringen forøvrig i ovnen, gir det ønskede resultat.

I henhold til oppfinnelsen er ovnschar-gen karakterisert ved hellende sideveggpartier som ender et kort stykke fra elektrodene og ved tversgående chargebropar-tier som strekker seg på tvers fra endepar-tiene av sideporsj onene og over mellom-rommene mellom hver av elektrodene. Broene sintres av lysbuevarmen, slik at de får tilstrekkelig kompresjonsstyrke i ovnens sideretning (i hver bros lengderetning) til å understøtte de nedre ender av sideveggpartiene. Broen motstår på denne måte sideveggpartienes tilbøyelighet til å falle sammen, og eliminerer således i betydelig grad tilbøyeligheten hos slaggen til skum-dannelse med derav følgende angrep på ovnstaket. Dessuten danner broene en forholdsvis tynn og for gass gjennomtrenge-lig skjerm over den aktive smeltesone under elektrodene, og på denne måte beskytter broene ytterligere ovnstaket mot den sterke varme fra smeltesonen.

De har vist seg, at chargebroene som dannes over rommet mellom naboelektroder gir anledning til en nøyaktig og følsom sty-ring av smeltebetingelsene. Det indre av ovnen, ovenfor chargen, er naturligvis så fylt med støv og røk at det er umulig å iakt-ta chargens utseende direkte. Men det er mulig å finne ut nivået av overflaten av alle partier av chargen ved hjelp av sonder som senkes ned i ovnen gjennom pas-sende åpninger i ovnstaket. Disse sonder angir ikke bare nivået og helningen av sideveggpartiene men også nivået av broene mellom dem. Da broene dannes og opprettholdes like ovenfor den aktive smeltesone (dvs. sonen mellom elektrodenes nedre ende og overflaten av slagglaget) blir broene stadig fortæret, som hovedcharge-bilde for smeltesonen. Rommene mellom naboelektroder som har ens faseforbindelse mates fra sideportene lb—6b og lc—6c, og rommene mellom naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse mates fra sen-terlinjen la—6a. Smeltevarmen som skri-ver seg fra lysbuekonsentrasjonen bevirker nok hurtigere smeltning i området mellom elektroder som har ens faseforbindelse, men chargeringsmåten som anvendes i henhold til oppfinnelsen kompenserer denne for-skjell, slik at det til hvert areal tilføres charge som stemmer med det herskende smelteforhold. Av denne grunn vil broenes nivå, målt fra en viss avstand under ovnstaket, forbli praktisk talt konstant hvis det ikke skjer noen forandring i hastigheten av chargetilførselen eller i smeltningen. Hvis chargen er nøyaktig avveiet og tilføres i henhold til oppfinnelsen med en mengde som svarer til varmetilførselen til ovnen, målt ved energitilførselen til hver enkelt elektrode, vil en eventuell betydelig variasjon av bronivået skyldes en variasjon av smeltbarheten av den chargesammenset-ning som broene har.

En slik variasjon av bronivået kan opp-tre ikke bare som følge av forandringer i chargemengden og som følge av tilsiktede forandringer i chargens sammensetning for å kompensere en ikke ønsket variasjon i slaggens sammensetning, men også på grunn av utilsiktede forandringer i chargens sammensetning, f. eks. på grunn av segring av chargens bestanddeler i matetil-førselsbeholderne eller forandringer av chargens bestanddeler. En senkning av bronivået viser at det er mangel på kullstoff, hvilket gir en slagg som har høyere jernoksydinnhold og derfor krever mindre smeltevarme. En økning av slaggens jern-innhold øker dens fluiditet og senker dens smeltepunkt. Kullstoffunderskudd i chargen vil følgelig gi en slagg som krever mindre varmeenergi for dens dannelse og smeltning, og det resulterende varmeover-skudd fra lysbuene, som arbeider med praktisk talt energitilførsel, kan således anvendes til å smelte mere av chargebroen. Om-vendt angir en stigning av bronivået at det finnes et overskudd av kullstoff i chargen. Ved å måle bronivået får man derfor en nøyaktig veiledning om hvilke korreksjoner som bør foretas i den neste chargeporsjon som settes til i ovnen. Følsomheten av denne indikator for smelteoperasj onene fremgår av at et bronivå på ca. 2,4 m under lysbuen i ovnen lett kan opprettholdes med en variasjon av bare ca. 12,7 cm ved regu-lering av chargens sammensetning og mengde.

Det følgende eksempel er illustrerende

for oppfinnelsen:

En trefaseovn med planriss, elektrode-arrangement og chargeringsåpninger fordelt som vist på tegningen ble drevet med et energiforbruk av 18 000 kw. Malmen som ble anvendt hadde følgende sammensetning:

Denne malm ble ført til ovnen i en mengde av 312 tonn pr. 24 timer, intimt blandet med antrasittkull i forholdet 15 kg

kull til 100 kg malm. Blandingen av malm

og kull ble fordelt gjennom chargerings-portene på en slik måte at i løpet av 24 timer ble 98 pst. av chargen tilført mellom

og like ved de seks elektroder, idet halv-parten av denne mengde ble tilført i alikvote porsjoner gjennom portene lb—6c og

lc—6c. De resterende 2 pst. av chargen

ble tilført gjennom portene 9 for å opprettholde de skrånende sideveggpartier av

chargen. Man fikk et slaggprodukt som ble

tappet ut med en temperatur av 1595—

1615° C og som inneholdt 70,3—71,5 pst.

titanoksyd, beregnet som TiO^, og 12,1—

13,0 pst. jernoksyd, beregnet som Fe. Sam-tidig ble det dannet et smeltet jernprodukt,

som ble tappet med en temperatur av 1610 —1620° C og som inneholdt 1,77—1,81 pst.

kullstoff og 0,16 pst. svovel. Disse produkter ble erholdt mens man opprettholdt de

foran nevnte skrånende sidechargepartier

som endte i kort avstand fra elektrodene

og de tversgående chargebroer som strakte

seg fra endene av sidepartiene og over mel-lomrommene mellom de enkelte elektroder.

Disse broer understøttet sideveggpartiene

og hindret disse i å falle sammen, slik at

det ikke oppsto noen uheldig skumning av

slagg eller noe uheldig angrep på ovnstaket. Brodannelsen var så konstant at

bronivået ikke varierte mere enn ca. 12,5

cm, hvilket viser at man hadde full kon-troll over driften.

Claims

1. Fremgangsmåte til chargering av en

blanding av titanmalm og fast kullstoffholdig materiale til en elektrisk trefase-lysbueovn hvor chargen tilføres ovnen på en slik måte at det etableres en skrånende chargeporsjon langs hver sidevegg av ovnen, slik at den nedre ende av de skrånende sideveggpors joner ender utenfor elektrodene, karakterisert ved at man opp-rettholder chargens utseende under den kontinuerlige smeltning (1) ved å tilføre opptil 20 pst. av chargen til ovnens periferiske parti slik at chargens skrånende sidevegger opprettholdes mens (2) resten av chargen tilføres ovnens sentrale parti i nærheten av elektrodene, hvor den sentrale charge fordeles slik at ca. 50—80 pst. av den innføres som aliquote porsjoner i rommene mellom naboelektroder som har forskjellige faseforbindelser, mens resten innføres som aliquote porsjoner til siden for hver av de enkelte elektroder, hvorved de nedre endepartier av de skrånende sideveggpartier understøttes av chargebroer som strekker seg mellom dem tvers over partiene av de aktive smeltesoner mellom naboelektroder som har forskjellig faseforbindelse, med det resultat at smelteoperasjonen går jev-nere og at ovnens tak beskyttes mot strå-ling fra lysbuene.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at de punkter hvor chargen innføres mellom elektrodene og til siden for elektrodene har omtrent ens avstand fra elektrodenes overflate.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at den elektriske lysbueovn er utstyrt med seks elektroder og at suksessive par av disse er forbundet med atskilte faser av den elektriske tre-fasestrøm.