NO130679B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for smelting av mineraler i en sjaktovn.

Nærværende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte for smelting av mineraler i en sjaktovn. For å få en riktig forståelse av oppfinnelsen er det nodvendig forst å gi en redegjørelse for beskaffenheten av en sjaktovn samt av den der forekommende forbrenningen.

En sjaktovn består vanligvis av en loddrett sjakt, i hvis ovre ende det finnes anordninger for chargering av det materialet,

i dette tilfelle et mineral, som skal smeltes, og som på vanlig måte i det folgende skal benevnes "smeltegodset", og av forbrenningsmateriale samt for avgivelse av forbrenningsgasser.

I den nedre enden av sjakt-ovnen er ovns-sjakten lukket med en bunn, og umiddelbart over denne finnes åpninger for innblåsning av blestluft for forbrenningen som foretas under hoyt trykk og ofte efter forvarming. Disse åpninger benevnes "blestformer". Dessuten finnes en eller flere åpninger for avtapning av smelte.

I sjaktovner anvender man vanligvis'koks som hovedsakelig forbrenningsmateriale, og oppfinnelsen kommer derfor i det folgende til å bli beskrevet under antagelse av at koks utgjor det eneste anvendte forbrenningsmaterialét. I praksis forekommer det imidlertid at også gass eller olje tilfores sammen med blestluften, eller de tilfores for å erstatte en del av koksen.

Ved starten av forbrenningen i en sjaktovn innforer man en passende mengde koks, den såkalte "bunnkoksen'\ i sjaktovnens bunn, og antenner denne. For å erstatte:den koks som.under prosessen i ovnen forbrennes tilforer man, uavhengig av om den forbrente koksen tilhorer den opprinnelig .tilforte bunnkoksen eller den senere tilforte erstatningskoksen, dessuten ytterligere forbrenningsmateriale suksessivt, dvs. den såkalte "chargekoksen". I denne chargekoksen kan man innblande smeltegodset, eller chargekoksen kan lagvis chargeres med smeltegodset.

Den reaksjon som finner sted mellom bunnkoksen hhv. den andelen av chargekoksen som suksessivt fores ned i bunnen under ovnens arbeid er meget komplisert og ennå på langt nær helt utredet. Det finnes mange forskjellige teorier, og disse er delvis mot-stridene. Samtlige er imidlertid enige pm visse grunnleggende forlop, blant hvilke det i forste rekke finner sted en vanlig forbrenning.med eksoterm karakter innenfor det området som ligger nærmest tilforsels-stedet for forbrenningsluften gjennom blestformene, hvilken forbrenning kan anskueliggjøres ved hjelp av formelen:

På grunn av reaksjonens eksotermiske karakter stiger temperaturen inntil all tilgjengelig oksygen er forbrukt, og gassene, når sin hoyeste temperatur i et hqydenivå som utgjor det ovre grenseni-vået for den såkalte "forbrenningssonen". Hvis ovnen er riktig chargert og hvis den erholder riktig mengde forbren-ningsluft, så skal forbrenningssonens overste nivå overens-stemme med bunnkoksens overste grensenivå. De fra forbrenningssonen oppstigende varme gassene beveger seg derefter oppover i den såkalte smeltesonen; Når de varme gassene kommer inn i smeltesonen har de derfor sin hoyeste temperatur, og smeltegodset vil derfor smelte. Smeiten blir vanligvis så og si tyntflytende og renner ned over den gjenværende delen av bunnkoksen, hvorved den ytterligere oppvarmes, og smeiten samles til slutt i bunnen av sjaktovnen, hvorfra den kan avtappes enten kontinuerlig eller diskontinuerlig.

Man kan imidlertid ikke unngå at de på C02 rikholdige forbren-ningsgassene på sin veg gjennom smeltesonen moter nedadgående chargekoks, hvorved man får en endotermisk reaksjon ifolge folgende formel:

På grunn av denne reduksjon av CC>2 til CO synker således rokgassenes temperatur. Herved minskes intensiteten ved for-varmingen av nedrasende smeltegods allerede for dette kommer inn i smeltesonen, og samtidig fås et kokstap i form av uonsket og ufullstendig forbrent CO. En betydelig ulempe er det også at den til atmosfærisk luft avgående rokgassen kommer til å inneholde betydelige mengder av den giftige CO-gassen, hvorfor man vanligvis må treffe spesielle og ofte ganske dyre foranstaltninger for å tilintetgjbre denne gassbestanddel, eller gjore den ufarlig.

Disse ulemper er godt kjente, og man har også fremkommet med en mengde forskjellige forslag til foranstaltninger for å unngå ulempene. Herved har man imidlertid i fbrste rekke tilsiktet å forbedre okonomien ved å forhindre kokstap. Det bor i denne sammenheng være unodvendig å oppholde seg ved de forsok som har forekommet med forbrenning av rokgassenes CO-innhold, for derved å avstedkomme varme som man har forsokt å anvende til forskjellige forvarmingsformål. Resultatene av disse forsok har nemlig ikke noe felles med nærværende oppfinnelse.

Et mer alvorlig ment forslag går ut på at man skal avlede rokgassene allerede umiddelbart efter at de hai" passert gjennom,den egentlige- forbrenningssonen. Man har regnet med at reduksjonen derved skulle unngås. Selv om dette er riktig så går imidlertid fordelen med at rokgassene forvarmer det gjennom sjaktovnen nedrasende materialet tapt. I tillegg til dette kommer at rokgassene umiddelbart efter forbrenningssonen har en. temperatur på .omkring eller over 2000°C,, og hvorved man har fått materialproblemer som man ikke har kunnet lose på

en okonomisk gjennomførbar måte.

Et annet. forslag går ut på- at man oppdeler Qvns-sjakten i to separate sjakter som kan være enten parallelle eller konsentriske. Gjennom den ene sjakten får man chargekoksen til smeltesonen, og gjennom den andre sjakten får man smeltegodset til smeltesonen., men rokgassene får bare stige opp gjennom den sistnevnte sjakten. Man har også her imidlertid fått uovervinnelige vanskeligheter på grunn av rokgassenes hoye temperatur. Når chargekoksen tilfores separat fra smeltegodset .har den dessuten vist .seg at disse begge komponentene fordeler seg ujevnt i forbrenningssonen- og i den nederste delen av smeltesonen, og herved har virkningsgraden for en slik sjaktovn blitt.urimelig lav.

Spesielt når det gjelder slike sjaktovner som anvendes for smelting av mineraler har man dessuten foreslått å anvende brikettert koks;. , Man har iakttatt at sammenpressing av små-, stykket koks og koks-stov med stenkullsbek,som bindemiddel leder til et produkt som i meget hby grad er varmeholdfast, men som forøvrig har -egenskaper som står i nær forbindel.se: .med koksens egenskaper Man er ikke klar over hvorfor man .. efter .forbren-. ningen med 'denne koks.type får. en minsket reduksjon, men en. for-klaring, som er fremkastet, og som muligens.kan være riktig,

går ut på at disse briketter skulle ha meget.liten.angrepsover-flate for forbrenning pr. vektsenhet av sitt kullmateriale, ..og , at herved -kullmaterialets deltagelse i reduksjonsforlbpet skulle bli gjenstand .for en bremsende effekt. Prover har imidlertid vist at denne bremsende effekt er så liten at den med hensyn til omkostningene for briketteringen ikke kan forsvares okonomisk.

Sjaktovner anvendes hovedsakelig for to vidt forskjellige

formål, nemlig dels for jernsmelting og dels for stensmelting.

Ifolge Corsalli-metoden for jernsmelting slammer man koksen

i den hensikt å spare koks. Herved tilsikter man å minske kvantiteten av karbonoksyd i de oppadstigende rokgassene, men herved minskes også den onskede reduksjonen av forekommende jernoksyder, og som et resultat av dette vil en del av jern-oksydene overhodet ikke omdannes til metallisk jern som tilsiktet men bortfores i form av jernoksyd med slaggen. Det dårligere utbyttet som derved fås sammen med omkostningene for slammingen av koksen har fort til at denne fremgangsmåte ikke lenger anvendes.

Når det gjelder smelting av bergartmineraler, så er forholdene imidlertid anderledes. Hvis disse inneholder noen jernoksyder eller andre forurensninger,,, som kan spaltes slik at det oppstår jernoksyder, så er det bnskelig at disse forblir i oksydform og ikke reduseres til metallisk jern. Smelting av bergarter forekommer hovedsakelig for fremstilling av mineralull, hvorved man foretar en spinning av smeiten. Som mineral anvendes i hoved-sak visse vulkaniske bergarter, f.eks. diabas. Denne vil man overfore så fullstendig som mulig til oksydform, eller man vil av smeiten skape et "glass" som det ofte uttrykkes. Derved får naturligvis det i diabas eventuelt forekommende jernet ikke reduseres til metallisk jern. I motsatt tilfelle taper den senere fremstilte mineralullen i hoy grad sin termostabilitet. Eventuelt utilsiktet dannet jern synker dessuten til bunnen i sjaktovnen og må fra tid til annen avtappes, og dette leder til avbrudd i produksjonen.

En annen forskjell mellom prosessen i en sjaktovn, hvor man smelter jern, og en sjaktovn hvor man smelter sten er at det i den sistnevnte, og da spesielt hvis bergarten utgjores av diabas eller en annen vulkanisk bergart, er nodvendig å tilsette et smeltepunktnedsettende stoff, som vanligvis utgjores av basisk slagg eller et mineral som reagerer kjemisk med den vulkanske bergarten under dannelse av silikater med lavere smeltepunkt enn hovedråvaren. I denne forbindelse er det mest vanlig å tilsette kalksten. Denne dissosierer i sjaktovnen under avspaltning av karbondioksyd. Herved anrikes mengden av oppadstigende karbondioksyd i forhold til det som ellers skulle være tilfelle. Av dette fremgår det umiddelbart at det ved bruk av en sjaktovn for smelting av mineraler er av spesielt stor betydning at karbondioksydet ikke passerer gjennom et område i ovnen hvor den nærværende koksen er sterkt reaksjonsaktiv. En oket dannelse av karbonoksyd ville da med-fore et oket tap av koks. I dette tilfelle forer således slammingen til at, og da hvis den utfores med egnet materiale, koksen utvikler sin reduksjonsevne ved temperaturer som er betydelig meget hoyere enn de temperaturer ved hvilke karbondioksyd avspaltes fra kalksten. Herved blir det mulig å anvende kalksten som smeltepunktsregulerende mineral uten at derved dannet karbondioksyd bevirker okt koksforbruk.

Man finner således at mens slamming får anses mer skadelig

enn nyttig i forbindelse med drift av en sjaktovn hvor man smelter jern, så er forholdene de motsatte når det gjelder en sjaktovn hvor man smelter en bergart, og da spesielt når det gjelder fremstilling av mineralull. Når det gjelder forholdene omkring smelting av jern i sjaktovner, så er disse ganske vel utredet. Derimot når det gjelder forholdene omkring smelting av berg-, irter, så er disse overhodet ikke utredet, og det var således et nytt teknisk felt som man måtte bearbeide da nærværende oppfinnelse kom til. Man visste ikke engang at forholdene skulle bli innbyrdes forskjellige ved smelting av metall og ved smelting av bergarter.

Ved smelting av bergarter for fremstilling av mineralull eller ved lignende formål kan man i sjaktovnen anvende mange forskjellige hoytsmeltende og finkornige materialer. Man kan oppnå en ytterligere forbedring av-effekten hvis de benyttede materialene dessuten.er i besittelse av litt bindende kraft, såsom f.eks;. er tilfellet med cement og ;med hydraulisk kalk. Denne bindende kraft forer til at man erholder et beskyttende sjikt omkring koksen, hvilket sjikt får godt feste på koksens overflate og slik at kaviteter i koksen fylles igjen. Spesielt bemerkelsesverdig er det at slike kaviteter ofte utgjor anvisnin-ger for sprekkdannelse, og som under innvirkning av den i sjaktovnen rådende temperaturen avstedkommer sonderdeling av koksstykkené med ledsagende okning av reaksjonsoverflaten.

Ved forsok som har fort til nærværende på empirisk veg erholdte oppfinnelse, har man funnet det spesielt fordelaktig når koks-stykkenes overflate tildekkes med et materiale som ikke bare minsker hastigheten for den normalt forekommende reaksjoner. men som også selv del bar i en reaksjon av nyttig type. Slik;.-materialer som deltar i en for prosessen skadelig reaksjon k;m naturligvis ikke være aktuelle.

Oppfinnelsen kan med andre ord sies å.bestå i at de ved

smelting av mineraler for fremstilling av mineralull, "Y/ilken smelting finner sted i en sjaktovn, tilforte koksstykkené, og da spesielt chargekoksen, for tilforselen til sjaktovnen forsynes med et overflatesjikt som har et smeltepunkt som er hoyt i forhold til de i ovnen forekommende temperaturene.

Dette beskyttelsessjikt kan dannes ved hjelp av e': slam, ved spraying, dypping eller på annen måte, hvoretter det erholdte sjiktet torkes helt eller delvis for chargeringen av koksen.

Den storste fordelen med oppfinnelsen ligger i en markant minskning av forbruket av forbrenningsmaterialer, og da spesielt koksforbruket. Fordelene er imidlertid ikke bare begrenset til dette. Ved å minske koksmengden oker det tilgjengelige romvolumeb for smeltegodset, og kvantiteten av smeltegods pr. volumenhet av ovnen vil således oke. Samtidig blir også rokgassene varmere da mindre kvantitet varme tas fra disse for den endotermiske reduksjonen av karbondioksyd til karbonmonooksyd. Alt dette bidrar til oket produksjonskapasitet hos ovnen når dennes storrelse holdes konstant. Denne okning av produksjons-kapasiteten oppnås således uten tilsvarende okning av dimensjonene på det ovrige utstyr, såsom f.eks. blesteranlegg.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere nedenfor i tilslutning til noen utvalgte ekssmpler. Disse eksempler skal imidlertid ikke begrense oppfinnelsen, og det er klart at forskjellige modi f i.ka-

sjoner vil kunne forekomme innenfor oppfinnelsens ramme.

Det folgende beskriver et forste eksempl på utforelse av oppfinnelsen: Man utbrer koksen i et passende tynt sjikt på et plant underlag og sprayer med kalkslam, som man har erholdt ved å slamme opp lesket kalk i vann. Efter å ha torket så meget at slammet fester ganske godt ved koksens overflate, tilfores det til en silo, hvorfra slammet ved behov uttas til sjaktovnen. Den kalkmengde som på denne måte tilfores som et overflatesjikt på koksstykkené er så liten i forhold til den mengde kalk som likevel tilsettes for andre formål, at den ligger innenfor normale toleransegrenser. Noen noyaktig kontroll av mengden av den kalk som tilfores som overflatesjikt på koksen er derfor som regel ikke nodvendig.

Ifblge et annet eksempel oppblandes slammet av kalk og vann for sprayingen over koksstykkené med noe aksellererende eller bindende stoff, som f.eks. lim, gips eller lignende, og som har kort bindingstid.. Hvis man anvender lim så kan dette fortrinnsvis være et lim på cellulosebasis.

Dekksjiktet på koksstykkené må ha et hoyere smeltepunkt enn hoveddelen av ovnschargen. Riktignok skulle materialet i dekksjiktet efter den forsinkede forbrenningen av koksen bli tilbake stort sett uforandret, men materialet i dekksjiktet

■.kommer da til å folge med den smeltede mineralmassen til

bunnen av sjaktovnen, hvor det nevnte materialet inngår i reaksjon med smeltens hovedmasse og eventuelle forekommende andre tilsetningsstoffer, slik at man får en homogen og for fremstilling av mineralull egnet smelte. Det har vist seg at denne smeiten har blitt underkastet en ikke uvensentlig homo-genisering på grunn av slike reaksjoner.

Bindemidlet kan fortrinnsvis være lost i det for slammingen benyttede vannet, og bindemidlet kan derved fordelaktig bestå

av vannglass. Bindemidlet bor i ethvert tilfelle være hydraulisk. Man kan i det således fremstilte overflatesjiktet også inkorporere andre for metallsmelten onskelige stoffer, og som kan overgå i smeltet tilstand i metallsmelten, f.eks. metallok-

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for smelting av mineraler i en sjaktovn for fremstilling av mineralull av den smeltede mineralmassen, karakterisert ved at koksstykker, som tilfores til sjaktovnen som varmekilde, spesielt chargekoks, forsynes med et overflatesjikt for tilforselen til sjakt-ovnen, hvilket overflatesjikt har et smeltepunkt som ei hcyere enn hoveddelen av ovnchargen og de temperaturer som forekommer utenfor den egentlige forbrenningssonen.

2. Fremgangsmåte ifolge-krav 1, karakterisert ved at kalkslam påfores koksstykkené ved spraying, dypping eller lignende, hvorefter det påforte sjiktet helt eller delvis torkes for koksen chargeres til sjaktovnen.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 2, karakterisert ved at man tilsetter et bindemiddel til slammet for dette påfores koksstykkené, hvilket bindemiddel kan være lim, gips eller lignende.

4. Fremgangsmåte ifolge krav 3, karakterisert ved at man som bindemiddel anvender et som er hydraulisk.

5. Fremgangsmåte ifolge ett av de foregående krav, karakterisert ved at man påforer koksstykkené et overflatesjikt som inneholder i mineralsmelten loselige stoffer, fortrinnsvis metalloksyder. Fremgangsmåte ifolge krav 6, karakterisert ved at det anvendes slam som inneholder vannglass.