NO133147B - - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte ved herding av pellets og innretning for bruk ved utførelse av fremgangsmåten.

Description

Oppfinnelsen vedrører herding av pellets i en ovn av

sj akttypen.

Ved herding av materialer i en sjaktovn, særlig jern-malmpellets, blir finmalt og kuleformet jernmalmkonsentrat i form av kuler eller pellets innført i kold tilstand på toppen av en vertikal ovn. Pelletsene blir varmet opp til herdetemperatur og beveger seg nedover i ovnen under påvirkning av tyngdekraften. Luft under trykk innføres i lavere nivåer i ovnen og strømmer

oppover og i motstrøm til den nedover bevegede masse av varme pellets. Luften tjener til å kjøle-pellet sene slik at de kan håndteres ved utløpet i bunnen av ovnen, og absorberer varmen fra pelletsene. Varmen for herdingen kommer også fra den eksoterme reaksjon som skyldes magnetitt i pelletsene som, når de oksyderes, avgir varme som opptas av den oppover strømmende luft. Det er også vanlig å tilsette luft i forvarmet tilstand nær ovnens øvre ende. Varmen for herdingen, d.v.s. den varme som kommer fra den eksoterme reaksjon, varmen som rekupereres

fra den nedover bevegede varme pellets av den oppover bevegede luft, og den varme som tilføres nær den øvre enden av ovnen,

skal fordeles jevnt, særlig i ovnens herdenivå, dersom man ønsker pellets med jevn kvalitet.

Sikringen av en jevn termisk behandling av råpellet-

sene som innføres øverst i ovnen, byr på problemer, hvilket skyldes et antall variable faktorer som bevirker variasjoner i temperaturen på forskjellige steder i et gitt ovnsnivå. Den oppover strømmende luft har en tendens til å søke de kaldeste steder for sin bevegelse gjennom ovnen, slik at man får kanaleffekter, d.v.s. at det på et sted går en strøm av kald luft,

mens det på et annet hosliggende sted går en strøm av varm luft. Dette skyldes ofte variasjoner i permeabiliteten i pellets-sjiktet i et gitt ovnsnivå som følge av variasjoner i pellet-

størrelsen eller oppsamlinger av småpartikler av materialet. Resultatet er en uregelmessig strømning og uregelmessige temperaturer hva angår den oppover strømmende luft, og når en slik irregulær tilstand først er innledet, så vil den forsterke seg fordi den kolde luften vil ha en tendens til å strømme til koldere steder og bli enda koldere. Denne kanaleffekt gir kalde punkter og varme punkter i herdenivået og man får en tilstand som er uønskelig.

Selv om kanaleffektene kan unngås og herdingen kan gjennomføres på en skikkelig måte ved å innføre all luften i oppvarmet tilstand, så vil dette likevel i praksis være uønsket på grunn av den dårlige økonomi og fordi man trenger ekstra, dyrt utstyr for kjøling av pelletsene slik at de kan håndteres. Praksis er å redusere mengden av oppvarmet luft i så stor grad som mulig og å innføre den nødvendige tilskuddsmengde av luft i kold tilstand i bunnen av ovnen. Man har imidlertid funnet at en reduksjon av mengden av oppvarmet luft vesentlig under 1/3 av den totale nødvendige luftmengde for prosessen resulterer i den uønskede kanalisering av luft, med tilhørende uregelmessige temperaturer, over herdelaget i den øvre ende av ovnen. ■

Ifølge oppfinnelsen tar man derfor sikte på å tilveie-bringe en fremgangsmåte og en innretning hvormed man kan unngå de forannevnte ulemper og oppnå en mer jevn temperatur i de øvre ovnsnivåer hvor herdingen skjer, samtidig som man bruker mindre oppvarmet luft med tilhørende brennstoffbesparelser, og kold luft i så store mengder at man får den nødvendige kjøling av pelletsene slik at de lett kan håndteres ved uttaket i bunnen av ovnen. En så stor del av pelletsmassen som mulig skal påvirkes av forvarmet luft.

Por å oppnå dette er det ifølge oppfinnelsen tilveie-bragt en fremgangsmåte som angitt i krav 1. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten er angitt i underkravene. Det er også til-veiebragt en innretning som angitt i krav 5.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss, delvis gjennomskåret, av en vertikal sjaktovn, og Fig. 2 viser et anleggsskjema for en herdeprosess. Sjaktovnen er betegnet med 10. Ovnen har et hovedsakelig rektangulært horisontalt tverrsnitt og har i realiteten to vertikale avsnitt, nemlig et øvre oppvarmingsavsnitt eller -kammer 12 og et nedre kjøleavsnitt eller -kammer 14. Ved ovnens øvre ende er det anordnet en innmatningstransportør 16 som leverer ubehandlede råpellets til ovnstoppen, d.v.s. den øverste del av fyllingen 18. Pelletsene kan være i form av kuleformet magnetitt og bindemiddel og transportørens oppgave er å fordele pelletsene jevnt over ovnsområdet og automatisk korri-gere fyllingsnivået. Pelletsene beveger seg nedover under påvirkning av tyngdekraften og tas ut ved bunnen av ovnen gjennom utløpsrør 22. Over utløpsrørene 22 er det anordnet flere agiteringsaksler 2 4 som er anordnet horisontalt og agiteres ved hjelp av ledd-stenger 26. Den tilveiebragte agitering styrer og letter den nedoverrettede bevegelse av de herdede pellets.

Trykkluft leveres fra en trykkluftkilde 27 til det

indre av ovnen gjennom spjeld 28. Bare ett spjeld er vist. Det kan naturligvis benyttes et ønsket antall av disse spjeld for å få en jevn distribuering av luften over ovnens horisontale nedre nivå. Luften har et trykk på ca. 0,5 kg/cm 2 og beveger seg

oppover i ovnen som følge av den motstand som utøves i rørene 22 nederst i .ovnen. Luften innføres i kold tilstand i ovnen og oppvarmes ettersom den strømmer oppover, som følge av kontakten med de nedover vandrende varme pellets, som altså da kjøles av den oppover strømmende luft.

Som best vist i fig. 2 innføres tilleggsluft i ovnen 10 i oppvarmet tilstand og med et trykk på ca. 0,25 kg/cm 2. Den 'oppvarmede luft innføres i den øvre del av ovnen 10 mellom opp-varmingskammeret 12 og kjølekammeret 14, og kommer fra de på hver sin side av ovnen anordnede forbrenningskammere 36 og 38. Hvert av disse forbrenningskammere 36, 38 står i forbindelse med ovnen 10 gjennom separate manifolder 40 som fører til flere varmluftsporter 41 anordnet rundt ovnens indre omkrets. Portene 41 i den ene halvparten av omkretsen tilføres luft fra forbrenningskammeret 36 og den andre halvparten av portene 4l tilføres luft fra forbrenningskammeret 38. Som vist i fig. 2 tilføres luft til brennerne 42 og 44 i bunnen av de respektive forbrenningskammere gjennom ledninger 46 og 48 som kommer fra luft-kilder,, f.eks. vifter 50 og 52. Brennstoff til brennerne 42 og

44 kommer gjennom ledningene 58 og 60 fra brennstoffkildene 54

og 56. Porbrenningskammerne 36 og 38 tjener primært til å erstatte de termiske tap i herdeprosessen og gir en mulighet for styring av temperaturfordelingen, særlig i den øvre ende av ovnen 10, nær fyllingsnivået 18.

Ved normal drift av en ovn er oppholdstiden til pelletsene i ovnen ca. 5-6 timer og det har vært vanlig praksis å innføre omtrent 1/3 av luften i oppvarmet tilstand i ovnens øvre avsnitt, mens de resterende 2/3 luft kommer inn gjennom koldluftspjeldene 28.

Varmen for herdingen vinnes fra varmevekslingen mellom de nedover vandrende pellets og den i motstrøm oppover strøm-mende luft. I tillegg tilføres varm luft gjennom forbrenningskammerne 36 og 38. En tredje varmekilde er den hurtige oksyde-ring av magnetitt i pelletsene. Den eksoterme reaksjon resulterer i varme som absorberes av den oppover strømmende luft og øker temperaturen i de overliggende pellets.

Under drift er temperaturen i pelletsene og i luften inne i ovnen meget høy, særlig nær toppen av pelletfyllingen og like under det øvre nivå 18. Som eksempel kan nevnes at pellets tas ut gjennom rørene 22 ved en relativt lav temperatur som kan være mellom ca. 260 - 320°C, hvilket er tilstrekkelig lavt til at pelletsene kan håndteres, og f.eks. transporteres ved'hjelp av transportører. Temperaturen i den øvre del av kjølekammeret 14 og under varmluftmanifoldene 40 og portene 4l, kan gå opp til ca. 2000°C og mer. I et nivå ca. 1/2 meter under nivået 18 kan temperaturen være ennå høyere. Det er på dette nivå at herdingen av pelletsene begynner og luften avgir sin varme til pelletsene slik at luften går ut fra toppen av ovnen med en temperatur som ligger ca. 250 - 300° lavere.

Under strømningen av luft oppover er det ønskelig å holde en så jevn luft-pelletstemperatur som mulig over ethvert gitt horisontalt nivå. Man har imidlertid funnet at variasjoner i pelletstettheten og varmetap gjennom veggene i ovnen, gir steder som kan være kaldere enn andre steder i samme nivå, hvilket gir ujevn fordeling av luft-pelletstemperaturen. Den oppover strømmende luft har en tendens til å gå til de kjøligste

områder, og når dette fenomen opptrer, vil den kjølige luft avkjøle pelletsene enda mer og dermed trekke til seg enda mer

kold luft. Dette gir de nevnte kanaleffekter som kan resultere i de såkalte kolde og varme steder. De varme stedene resulterer i sammensmelting av pelletsene og forstyrrer ovnsdriften, og de kalde steder gir for dårlig herding av pelletsene.

Som nevnt har det vært vanlig å innføre ca. 2/3 av den nødvendige luft gjennom spjeldene 28, og omtrent 1/3 av luften gjennom forbrenningskammerne 36 og 38. Når det gjelder den oppvarmede luften, så har det vært vanlig å innføre en halvpart fra forbrenningskammeret 36 og den andre halvpart fra forbrenningskammeret 38. Endel av luften vil på vei opp mot toppen 18 stryke forbi pellets som er blitt oppvarmet av for-brenningsluften, og derved heves temperaturen i luften i ønsket grad.

Ved den nye fremgangsmåte blir den totale forbren-ningsluft eller oppvarmet luft som innføres i ovnen, holdt på en konstant mengde for enhver gitt tidsperiode, mens den mengde som tilføres fra hvert av forbrenningskammerne 36 og 38 varieres, slik at altså en økning i luftmengden fra det ene forbrenningskammer i en gitt tidsperiode følges av en tilsvarende redusering av luftmengden i samme tidsperiode fra det andre forbrenningskammer. Antas eksempelvis at 35 % av den totale luft som er nødvendig for herdeprosessen, tilføres fra forbrenningskammerne 36 og 38, og den minste luftmengde som tilføres fra et hvilket som helst av forbrenningskammerne er 7 %, så vil, dersom f.eks. forbrenningskammeret 36 leverer 7 % av den.totale luftmengde, den resterende mengde, nemlig 28 %, tilføres fra det andre forbrenningskammer 38. Når prosenten av luft fra kammeret 36 økes "til 28 % og deretter reduseres igjen til 7 %, så vil mengden av luft fra det andre forbrenningskammer 38 reduseres tilsvarende fra 28 % til 7 % og deretter tilbake til 28 %, slik at den totale mengde av varmluft som tilføres er konstant. Luften som til-føres fra forbrenningskammerne 36 og 38 tilføres kontinuerlig i gitte tidsperioder, f.eks. i halvtimes perioder, for at de forskjellige styreutstyr skal kunne opprettholde det riktige luft-brennstoff-forhold i brennerne.

De nevnte 7 % som skal være en minimumsmengde, er her bare ment som et eksempel, og prosentmengden kan være mer eller mindre enn 7 %■ Luftmengden bør imidlertid ikke være lavere enn den som er nødvendig for å opprettholde en god forbrenning i forbrenningskammeret og skikkelig oppvarming av pelletsene nær ovnsveggen i området ved forbrenningskammerets utløp.

Utstyret som brukes for å kontrollere og styre strømmen av varm luft fra kammerne 36 og 38 gjennom manifoldene 40, er vist i diagrammet i fig. 2. En signalgenerator 62 leverer et signal til styresystemet som er forbundet med forbrenningskammeret 36, og leverer et annet separat signal til styresystemet som er forbundet med forbrenningskammeret 38. I utførelses-eksemplet varierer et av signalene mellom en minimumsverdi og en maksimumsverdi, samtidig som det andre signalet varierer mellom en maksimumsverdi og en minimumsverdi.

Signalet fra signalgeneratoren 62 går til en strøm-ningsstyreinnretning 64 som er en såkalt kaskade-strømnings-styreinnretning. Slike styreinnretninger måler mengden av luft som strømmer i en ledning 46 mellom kilden 50 og brenneren 42 og gir et signal til en motordrevet ventil 66 som varierer luftvolumet fra kilden 50 i samsvar med et signal fra signalgeneratoren 62. Når signalet varieres, varierer også luftmengden som leveres.

Styresystemet innbefatter også et temperaturregule-ringsinstrument 68 som reagerer på temperaturen i forbrenningskammeret 36. Temperaturen der avføles med en termokobling 70. Innstillingen av brennstoffventilen 72 i ledningen 58 styres av instrumentet 68. Når luftvolumet som leveres til brenneren 42 endrer seg, vil også brennstoffvolumet endre seg for å opprettholde temperaturen i den varme luften på det nivå som er nødven-dig og som bestemmes av temperaturreguleringsinstrumentet 68.

Styresystemet i forbindelse med forbrenningskammeret 38 er identisk med det som er tilknyttet forbrenningskammeret 36. Strømningsstyreinnretningen 74 reagerer imidlertid på et annet signal enn strømningsstyreinnretningen 64. Siden et signal øker mens det andre avtar, vil det kombinerte volum av luft som leveres fra forbrenningskammerne 36 og 38 forbli konstant, men den mengde som leveres fra et forbrenningskammer vil eksempelvis øke, mens mengden fra det andre forbrenningskammer avtar. Når luftmengdene fra forbrenningskammerne varierer, vil temperaturen holdes på et hovedsakelig konstant nivå ved at man

styrer brennstofftilførselen gjennom ventilene 72 og 82.

■i Fyllingen påvirkes ved nivået 18 i ovnens øvre ende av

kold luft og forvarmet luft i omtrent samme forhold som de

respektive luftmengder innføres i ovnen. Man kan f.eks. anta at 65 % av den totale luft er kold luft som innføres ved bunnen av ovnen, mens de resterende 35 % er varm luft som innføres i like mengder fra motsatte sider av ovnen og høyere opp i ovnen. Under disse betingelser vil omtrent 17,5 % av avstanden av nivålinjen fra hver side av ovnen påvirkes av forvarmet luft, mens de resterende 65 % av nivålinjen som er anordnet sentralt i ovnen vil påvirkes av sjaktluften. Med oppfinnelsen oppnår man at en større prosentandel av nivålinjen påvirkes av forvarmet luft, hvilket skyldes at forvarmet luft varieres mellom et minimum og et maksimum på den ene siden av ovnen samtidig som luftmengden varieres fra et maksimum til et minimum på den andre ovnssiden. I det gitte eksempel, hvor altså forvarmet luft varieres mellom 7 og 28 % av den totale luftmengde, vil mer enn halvparten av nivålinjen øverst påvirkes av forvarmet luft i løpet av etterfølgende tidsperioder. Sagt på en annen måte, den totale prosentandel av det øvre nivå som påvirkes av forvarmet luft er omtrent 56 % under en full syklus, i løpet av hvilken hvert av forbrenningskammerne 36 og 38 har levert sin maksimale andel av oppvarmet luft.

Når de pellets som er blitt oppvarmet av forbrennings - luften som innføres nær de motliggende vegger av ovnen vandrer ned gjennom kammeret 14, vil de kolde pelletbaner som eventuelt har dannet seg fordeles og forstyrres og man vil derved ødelegge kanaliseringen av den kolde luft, slik at man derved bedre kan få en jevn og ønskelig temperaturfordeling i herdenivået. De 'forskjellige prosenttall og linjeprosenttall som er gitt, er bare rene eksempler. Det skal dog her nevnes at drift av forbrenningskammerne 36 eller 38 på den beskrevne måte har en betydelig innvirkning når det gjelder å redusere kanaleffektene og å oppnå en mer jevn temperatur i det øvre' nivå, slik at det derved blir mulig å øke den totale mengde av kold luft gjennom spjeldene 28 i bunnen av ovnen, samtidig som man reduserer prosentandelen av varm luft som tilføres fra forbrenningskammerne. Dette reduserer naturligvis behovet for brennstoff og reduserer samtidig temperaturene i de pellets som tas ut gjennom rørene 22, slik at pelletsene kan håndteres på en lettere og mer økonomisk måte.

Dersom eksempelvis sjaktluften eller den kolde luft-

strøm økes fra 65 % av den totale luftmengde opp til 70 %, så

vil behovet for oppvarmet luft reduseres til 30 %, og det vil si at man har redusert med omtrent 1/7 av det totale oppvarmede luftvolum. Dette gir tilsvarende brennstoffbesparelser og gir betydelige økonomiske besparelser. På grunn av den sterke minimalisering av kanaleffekter i ovnen vil prosentandelen av forbrennings luft kunne reduseres ned til ca. 20 % av den totale luftmengde, hvilket gir ennu større brennstoffbesparelser med tilhørende bedret økonomi.

Oppfinnelsen er foran beskrevet i forbindelse med

herding av pellets av jernmalm. Oppfinnelsen er naturligvis ikke begrenset til herding av jernmetallpellets. Den kan benyt-

tes i forbindelse med ethvert materiale som gir en eksotermisk reaksjon under påvirkning av en oppvarmet atmosfære. Foran er det brukt uttrykket luft, og det er nevnt at den kan være både kold og varm. Ved visse materialer kan man naturligvis i stedet for luft bruke egnede varmevekslergasser.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved herding av pelletslignende materi-

ale, hvor materialet bringes til å vandre nedover i en sjaktovn i varmevekslende kontakt med en gass som strømmer oppover gjennom ovnen, og hvor endel av gassen oppvarmes før innføringen i ovnen, karakterisert ved at et bestemt volum av den oppvarmede gass tilføres ovnen i en bestemt tidsperiode, at den oppvarmede gass tilføres i det minste to separate steder i et gitt nivå i ovnen, og ved at den oppvarmede gass som til-føres på ett av stedene, varieres i volum mellom en minimalverdi og en maksimalverdi, samtidig som volumet av den oppvarmede gass som tilføres på det eller de andre steder varieres fra en maksimalverdi til en minimalverdi for derved å holde det totalt innførte gassvolum i den nevnte bestemte tidsperiode konstant.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den oppvarmede gass som tilføres på et av de nevnte steder, tilføres gjennom åpninger fordelt over en halvpart av ovnens omkrets.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisertved at den oppvarmede gass holdes på en bestemt og jevn temperatur i løpet av den nevnte bestemte tidsperiode.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det kontinuerlig innføres en gass i uoppvarmet tilstand til bunndelen av ovnen, samtidig som'det innføres gass i oppvarmet tilstand på et mellomnivå i ovnen, karakterisert ved at den oppvarmede og den kolde gass holdes på et konstant volum over den gitte tidsperiode.

5. Innretning for å utføre fremgangsmåten ifølge krav 1, innbefattende et øvre oppvarmingskammer (12) og et nedre kjøle-kammer (14), en første og andre kilde for oppvarming av gass, en første og andre manifold (40) som er forbundet med henholds-vis den første og andre varmegasskilde og munner ut i ovnen mellom de nevnte kammere, karakterisert ved at et styreorgan (64) er forbundet med den første manifold og virker til å variere mengden av varm gass mellom en minimal-mengde og en maksimalmengde, og at den andre styreanordning (74) er forbundet med den andre manifold og virker til å variere mengden av varm gass mellom en maksimalverdi og- en minimalverdi i omvendt forhold til mengden av varm gass som innføres gjennom den nevnte første manifold, idet den første og andre styre anordning er forbundet med hverandre for å holde den totale mengden av varm gass som leveres gjennom den første og andre manifold konstant.