NO123952B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av metaller eller metall-legeringer av en silisium- og/eller krom- og/eller mangan-charge i en lukket, elektrisk reduksjonsovn^

Oppfinnelsen vedrorer en fremgangsmåte for fremstilling av metaller eller metall-legeringer av en silisium- og/eller krom-og/eller mangan-charge i en lukket, elektrisk reduksjonsovn.

For fremstilling av råjern, ferromangan og kalsiumkarbid benyttes nå fullstendig lukkede ovner, hvor den dannede reduksjonsgass avsuges og renses, men silisium- og kromholdige legeringer fremstilles i åpne elektro^reduksjonsovner.

Det benyttes åpne ovnsanlegg for fremstilling av de nevnte legeringer fordi det for fremstilling av silisium- og kromholdige legeringer kréves forholdsvis hoye reaksjonstemperaturer - ca. 1700 til 2000°C alt etter silisiumgehalten. Ved.så hoye reaksjonstemperaturer forlater den dannede reduksjonsgass chargens overflate.med forholdsvis hoy temperatur. Dette kan lett fore til dannelse av sinterbroer på chargens overflate. Slike sinterbroer virker sterkt reduserende på chargeoverflatens gassgjennomslippelighet. Som folge av dette oppstår det meget, hete gassutbrudd med temperaturer som kan være hoyere.enn 2000°C. For å hindre slike gassutbrudd som betyr en meget sterk påkjenning på samtlige konstruksjonsdeler og en meget uheldig påvirkning på ovnsprosessen, er det nodvendig å bearbeide ovnens chargeoverflate regelmessig. Dette skjer vanligvis ved hjelp av kraftige jernstenger, enten for hånd eller, ved ovner med storre kapasitet, via en manuelt styrt anordning som er forskyvbar på ovnsrampen.

Ved åpne ovner forbrennes den reduksjonsgass som oppstår i reaksjonsrommet ved lufttilforsel når gassen forlater chargens overflate. Den reduksjonsgass som dannes ved slike reduksjonsprosesser består for 80 - 90 % av CO. For å oppnå fullstendig forbrenning av denne reduksjonsgass kreves tilnærmet en 2,5-dobbelt luftmengde pr. enhet.

Dette forhold karakteriserer luftfaktoren og er n = 1.

Ved forbrenning av reduksjonsgassen oppstår forbrenningstemperaturer i en størrelsesorden av ca. 2400 - 2600°C. For bortledning av avgass har åpne reduksjonsovner vanligvis gass-samlehetter som er tilsluttet et avtrekk. Avtrekket leder avgassene ut i atmosfæren, enten ved hjelp av naturlig trekk eller ved hjelp av en sugevifte.

Betinget av de hoye forbrenningstemperaturer og avsugningen gjennom avtrekk, suges det en slik luftmengde inn i forbrennings-ovnen mellom chargens overflate og gasshetten at det i praksis oppstår avgasstemperaturer på ca. lOO - 200°C.

Det vil av denne grunn oppstå forholdsvis store avgassmengder.

I avhengighet av de forskjellige prosesser og ovnsstorrelser er det i nedenstående tabell angitt noen eksempler på avgassmengder såvel som luftfaktorene ved fremstillingen av enkelte ferdigprodukter.

Avgassene fra slike åpne elektro-reduksjonsovnsanlegg vil i avhengighet av prosessen inneholde stovmengder på 1,5 - 2,5 g/Nm avgass, som slippes ut i atmosfæren sammen med avgassene. Det storste tall for stovmengden gjelder prosesser med hoyere silisiumgehalt, f.eks. 75% FeSi og Si-metall, mens det lavere tall gjelder prosesser med lav silisiumgehalt, f.eks. 45%

FeSi, SiCr og SiMn. Ved en 20 MW ovn .for fremstilling av 75% FeSi vil det således med avgassen fores ca. 800 kg stov pr. time, dvs. ca. 19 000 kg stov pr. dag ut i atmosfæren.

Det dreier seg her om fint stov, som f.eks. for storstedelen - alt etter den ±>enyttede prosess - består av Si©2 og/eller MnO og/eller CrO hhv. kombinasjoner av disse metalloksyder. Stbvet oppstår i det vesentlige ved at metaller som allerede er redusert under reduksjonsprosessen - spesielt Si og Mn hhv. Cr - fordamper og oksyderer igjen når de forlater reduksjonskamret. Disse fine partikler blir revet med av gassene som forlater ovnen. Disse gasser vil også rive med seg fine partikler av chargen.

Det har lenge vært bestrebelser i gang for å fjerne stovet fra åpne elektro-reduksjonsovner, for derved å hindre eller iallfall redusere luftforurensningen.

Forsok og allerede utviklede .stovf jerningsmétoder har vist at' det bortforte stov vanskelig lar seg fraskille i ét'stovfjer-' ningsanlegg og at den nddvendige renhetsgrad av de rensede avgasser bare lar seg oppnå med store omkostninger. På grunn av de store avgassmengder og den nodvendige renhetsgrad får stovf j erningsanleggene en slik storrélse at de i... forhold til . ovnsstorrelsen er ytterst uokonomiske. Dette gjelder såvel de nodvendige investeringer som de lopende drifts- og vedlikeholds-utgifter .

Når det gjelder en kjent lukket ovn for fremstilling av ferro-legeringer (US-PS 3.303.25 7) har man ovnsdeksel som er forsynt med åpninger, hvis tverrsnitt er regulerbare slik at innsugd mengde forbrenningsluft kan reguleres. Likevel fås unodvendig store avgassmengder, som utgjor flere ganger mengden av reduksjonsgass, da mengden forbrenningsluft ikke kan reguleres kontinuerlig som funksjon av de under reduksjonsprosessen rådende fysikalske og/eller kjemiske betingelser.

Hos en annen kjent lukket elektroovn (US-PS 2.761.003) blir de bortledede avgassene avkjolt til en temperatur, ved hvilken en utskilling av de medbragte faste partikler ér mulig i stovavskilleren. Dertil blir de utviklede gassene allerede avkjolt i ovnen ved blanding med tilfort luft utenfra, og ytterligere avkjolt ved at de ledes gjennom kjolte kammere. Derved får man imidlertid en uonsket okning av volumet, og dessuten, som tidligere beskrevet, vanskeligheter ved stov-avskillingen, og som også er aktuelle for lukkede ovner.

På grunn av :disse omstendigheter har nærværende oppfinnelse stilt seg den oppgave å stabilisere ovnsprosessen og samtidig minske mengden erholdt avgass.

Ifolge oppfinnelsen loses denne oppgave ved at ovnsrommet,

og som funksjon av den kontinuerlige målte temperatur og/eller gassanalyse at den fra ovnsrommet avsugde avgass, tilfores en

mengde forbrenningsluft pr. tidsenhet som er 3 - 12,5 ganger storre enn mengden reduksjonsgass, og ved at charge-pverflate-sjiktet holdes jevnt oppsmuldret over hele ovnsrommet ved hjelp av agitator-anordninger som påvirkes av temperaturen.

Et annet fordelaktig trekk ved den foreslåtte fremgangsmåte består i at agitasjonsprosesser som utoves av agitatoranordningene for opprettholdelse av en jevnt oppsmuldret chargeoverflate, styres manuelt på grunnlag av visuell observasjon av lysfor-skjeller og fordelinger på chargeoverflaten ved hjelp av en eller flere observasjonsanordninger som reagerer på varmestråler.

Den foreslåtte fremgangsmåte forbedres ytterligere ved at en eller flere agitatoranordninger settes i gang i det avgrensede ovnsområde med hoyeste temperaturgradient i avhengighet av temperaturfordelingen over hele ovnsrommet, som er fastslått ved de fordelt anordnete temperaturf61ere, og at en eller flere observasjonsanordninger, som reagerer på varmestråler, deretter innstilles på samme avgrensede ovnsområde og at agitatorarmens bevegelser i avhengighet av den lokale hoyeste temperatur som oppfanges av observasjonsanordningen styres inn i de områder hvor den hoyeste temperatur er konstatert.

Man har selvsagt også rettet oppmerksomheten mot ovnen som er nodvendig for gjennomfbring av den foreslåtte fremgangsmåte og som på vanlig måte er utstyrt med et vannavkjolt deksel. Gassavsugningsror og beskikningsror samt elektrodene er på

vanlig måte gasstett fort gjennom ovnsdekslet.

Den for forbrenning av CO-gassen nodvendige luftmengde kan reguleres ved å variere gassavsugningsanordningens sugeeffekt som ligger i området n = 1,,2 til n = 5, alt efter ovnens prosessbetingelser.

En eller alle åpninger i ovnsdekslet som anvendes for innsugning av forbrenningsluft kan samtidig tjene som innfbringshull for agitatoranordningens agitatorarm.

Ved hjelp av de trekk som utmerker oppfinnelsen er det mulig

å oppnå en drastisk reduksjon av, de avgassmengder som oppstår ved elektro-reduksjonsovner og dette kan skje under okonomisk forsvarlige betingelser og under hensyntagen til myndighetenes forskrifter om luftforurensning.

Til de fordeler ved oppfinnelsen som allerede er nevnt kommer

at alle reduksjonsprosesser, som hittil er blitt foretatt i åpne elektro-reduksjonsovner, i prinsippet kan gjennomføres ifolge oppfinnelsen ved en tilsvarende utformning av forbrennings-rommet og styring og fordeling av luftinnlopsåpningene. Ved hjelp av oppfinnelsen er det dessuten mulig å redusere luftfaktoren fra ca. n = 30 ved åpne ovner til n = 1,2 til n = 5. Avgassmengden vil ved slike ovner reduseres i forholdet

hvor

n^ = luftfaktoren ved åpne elektro-reduksjonsovner - i gjennom-snitt = 30 - og

n^ = luftfaktoren ved en ovn ifolge oppfinnelsen - ca. 1,2 til 5 -.

Eksempel:

Dette betyr at avgassmengden reduseres til ca. I/IO.

Den nedenfor folgende tabell viser en oppstilling av gassmengder som oppstår ved de kjente ovner, sammenlignet med avgassmengder ved ovner ifolge oppfinnelsen.

Videre kan i og for seg kjente lukkede elektro-reduksjonsovner forsynes med åpninger fordelt langs omkretsen og slik at de - som omtalt ovenfor - kan åpnes og lukkes. Ved åpning av en slik ventil kan man til enhver tid gripe inn i prosessens gang mens ovnen er i gang, mens man tidligere måtte koble ut ovnen for et slikt inngrep. Ved et slikt inngrep er luftfaktoren n dog mindre enn 1.

I tegningen er oppfinnelsen gjengitt ved et utforelseseksempel som viser den konstruktive utformning av den elektriske reduk-sj onsovn. Fig. 1 viser skjematisk en lukket elektrisk reduksjonsovn i vertikalsnitt.

Fig. 2 viser ovnens grunnriss i plan A...B i fig. 1.

Fig. 3 viser et delsnitt av ovnsdekslet i forstorret målestokk, hvor agitatoranordningens agitatorarm rager gjennom en åpning. Fig. 4 viser samme delsnitt av ovnsdekslet som fig. 3, men her er åpningen for tilforsel av forbrenningsluft vidtgående lukket. Fig. 5 er et horisontalsnitt gjennom ovnsdekslet langs et plan C...D i fig. 1 med de skjematisk antydéte posisjoner av agitatorarmen i området for en elektrode. Fig. 6 er en skjematisk gjengivelse av agitatoranordningen, sett fra siden med de enkelte mulige sti Ilinger av agitatorarmen i vertikalretning. Fig. 7 er et horisontalsnitt gjennom ovnen, tilnærmet på et plan C...D i fig. 1, med en skjematisk antydet agitatorånordning i grunnoppriss og det rom rundt en elektrode som skal påvirkes av agitatorarmen. Fig. 8 er en skjematisk gjengivelse av agitatoranordningen ifolge fig. 7, sett fra siden med de enkelte mulige vertikalstillinger av agitatorarmen.,

En i og for seg kjent åpen elektrisk reduksjonsovn som totalt er betegnet med 1, har på lignende måte som en lukket ovn et deksel 2, som på kjent måte er utstyrt med tvangsmessig vann-avkjoling ved hjelp av (ikke viste) rorslanger. Ovnsdekslets hoyde avhenger av det nodvendige forbrennings- hhv. gassrom mellom chargens overflate og ovnsdekslet ved den til enhver tid aktuelle prosess.

Ovnsdekslet 2 kan på kjent måte som selvbærende konstruksjon anbringes på ovnskjelen la eller på betjeningsrampen 3 og kan avtettes mot ovnskjelen la hhv. henges opp på nærmeste rampe ved hjelp av tilsvarende konstruksjoner. Elektrodene 4, 4a, 4b er på vanlig måte med hver sin gj.enriomforingssylinder 5 gasstett fort gjennom ovnsdekslet 2. Ovnens beskikning med chargen 6 skjer likeledes på kjent måte ved hjelp av tilsvarende fordelte og gasstett gjennomforte ror 7. Ovnsdekslet 2 forsynes på sin omkrets med jevnt fordelte åpninger 2a eller en ring-formet spalte, hvor åpningstverrsnittet kan forandres via elektromekaniske og/eller hydrauliske og/eller pnevmatiske reguleringer 8. Åpningene 2a i ovnsdekslet 2 tjener til innsugning av forbrenningsluften (fig. 4) som kreves for forbrenning av den reduksjonsgass som oppstår i ovnen 1.

Ved hjelp av den inntredende luft vil ovnens reduksjonsgass forbrennes fullstendig i forbrenningsrbmmet mellom ovnsdekslet 2 og chargeoverflaten 6. For fullstendig forbrenning av den

dannede reduksjonsgass kreves eh luftmengde som gjennomsnittlig tilnærmet svarer til den 2,5-dobbelte reduksjonsgassmengde.

Denne luftfaktor betegnes vanligvis med n 1.

Ved ovnens drift arbeides det ifolge oppfinnelsen med en

luftfaktor mellom 1, 2 og 5 for fullstendig forbrenning av reduksjonsgassen og for kjdling. Den avgass som dannes ved forbrenningen avsuges ved hjelp av vannavkjølte avsugnings-

stusser (ikke vist) i ovnsdekslet.

Når det arbeides med en luftfaktor på n = 1,2 til n = 5 fås avgasstemperaturer som ligger mellom ca. 15O0 og 700°C.

Ved prosesser med hoye reaksjonstemperaturér er en bearbeidelse av chargeoverflaten 6 av ovenfor nevnte grunner nodvendig for

oppsmuldring og stadig opprettholdelse av gassgjennomslippelig-

heten. For dette formål utformes og anordnes åpningene 2a

i ovnens 1 deksel 2 slik at en bearbeidelse av chargeoverflaten 6 blir mulig jevnt fordelt over ovnsrommet ved hjelp av en

agitatoranordning 9 som kan kjores rundt ovnen 1. Agitatoranordningen 9 beveger seg rundt ovnen 1 på en ringskinne 3a. Agitatoranordningen 9 bearbeider chargeoverflaten 6 gjennom lufttilforselsåpningene 2a i en valgbar ovnssektor (fig. 5,7)

etter et fastlagt agitatorprogram på en slik måte at posisjoner beliggende på konsentriske sirkler bearbeides etter tur, dog slik at det ved hjelp av programverket unntas et beskyttelses-

område rundt elektrodene 4,4a,4b.

Fordelt over ovnsdekslets 2 flate er det anordnet varmefolere 2b,

som registrerer den kontinuerlig målte temperatur og dennes fordeling over hele ovnsrommet. Valget av den ovnssektor som skal bearbeides avhenger av hoyeste temperaturgradient av den registrerte temperaturfordeling.

Utlbsningen av agitasjonsprosessen i en bestemt ovnssektor kan

skje for hånd eller automatisk ved integrering av temperatur-

gradienten. Av temperaturen som måles av temperaturfblerne 2b i ovnsdekslet 2 og temperaturens fordeling i ovnsrommet kan man finne frem til en bestemt ovnssektor hvor chargeoverflaten 6

må bearbeides. Agitatoranordningen 9 kjores da i tilsvarende stilling. Ved hjelp av ikke viste observasjonsanordninger som.

reagerer på varmestråling og som ved hjelp av en billedskjerm viser temperaturfordelingen på chargeoverflaten kan en noyaktig innstilt agitatorprosess utlpses for hånd eller auto-

matisk. Observasjonsanordningen kan f.eks. være et infrarodt kamerea e.l., som er kjent fra militære byemed, men som ikke horer med til oppfinnelsen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av metaller eller metall-legeringer av en silisium- og/eller krom- og/eller mangan-

charge i en lukket, elektrisk reduksjonsovn, i hvis ovnsrom det skjer en reduksjon av chargen, hvorved det CO som inneholdes i den reduksjonsgass som utvikles, forbrennes med i ovnsrommet regulert tilfort luft og avgassene fores vekk, karakterisert ved at ovnsrommet i avhengighet av den kontinuerlig målte temperatur og/eller i avhengighet av gass-analysen av den fra ovnsrommet vekksugede avgass tilfores en mengde forbrenningsluft pr. tidsenhet som er 3 - 12,5 ganger stbrre enn mengden reduksjonsgass, og at charge-overflatesjiktet over hele ovnsrommet brytes opp jevnt og kontinuerlig i avhengighet av temperaturfordelingen på charge-overflaten ved hjelp av en lokalt på overflaten innvirkende stakeinnretning.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at den ved stakeinnretningen utbvede stake-prosess styres manuelt for opprettholdelse av en jevn, Ibs chargeoverflate ved visuell betraktning av lysintensitetsfor-skjellens og deres fordeling på chargeoverflaten ved hjelp av en eller flere iakttagelsesinnretninger som reagerer på varmestråler.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1 og 2, karakterisert ved at i avhengighet av den temperaturfordeling over det totale ovnsrom som er registrert av på overflaten fordelte og anordnede temperatursonder, anordnes en eller flere stakeinnretninger på det avgrensede ovnsområdet med den hoyeste temperaturgradient, og at derefter innstilles en eller flere iakttagelsesinnretninger, som reagerer på varmestråling, mot det samme avgrensede ovnsområdet og at i avhengighet av den ved hjelp av iakttagelsesapparatet registrerte lokale maksimaltemperatur styres bevegelsen av stakearmen innen området for den registrerte maksimaltemperatur.