NO141998B - Anordning for kontrollerbar roekgassforbrenning for en lukket lysbue-reduksjonsovn - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for kontrollerbar røkgass-forbrenning ved drift av en lukket lysbue-reduksjonsovn for fremstilling av metaller og metallegeringer under tilsetning av silisium- og/eller krom- og/eller manganholdig charge, hvorved ovnsrommet er omsluttet av en røkgasshette utstyrt med gasstette elektrodegjennomføringer, gassavtrekksrør og charge-tilførselsanordninger, og hvor det'for kjøling under røkgass-hetten føres avkjølt inert eller oksygenfattig, renset avgass gjennom tilbakeføringsrør og gjennom dysen som er anordnet

under røkgasshettelokket.

Varme reduksjonsprosesser er hittil vesentlig gjennomfort ved hjelp av elektrolysbueovner bygget på £pent eller halvlukket vis. Disse reduksjonsfremgangsmåtene krevde et meget stort avgass-avstovningsanlegg, da den ved slike ovner innsugde falskluftmengde utgjorde et ukontrollerbart multiplum av gassen som ble dannet i ovnen. Et tilstrekkelig dimensjonert avgass-avstovningsanlegg fordyrer ikke bare anlegget ganske betrak-

telig, men krever også svært meget plass. Dertil kan et slikt stort avstovningsanlegg ikke, eller bare gjennom store anstrenaelser oa betraktelig forsinkelser, tilpasses de til en-hver tid gjeldende driftsforhold.

For å minske andelen av falskluft, og dermed kanne ut med mindre avgass-rensingsanlegg, er det i norsk utlegningsskrift

nr. 123.952 blitt foreslått å gjennomføre reduksjonsprosessen i lukket elektro-reduksjonsovn. Herved føres forbrenningsluften gjennom en meget bred spalt eller flere innsugningsåpninger fordelt på omfanget av røkgasshetten inn i forbrenningsrommet. Det er kjent at forbrenningsluft-strømmen kan reguleres gjennom differensiert åpning

og lukning av disse innsugningsåpningene, hvorved de for å

endre åpningstverrsnittet nodvendige skiver eller klaffer kan styres avhengig av den foreliggende temperatur og/eller analyse av rokgassen som befinner seg i ovnsrommet. Likevel er det selv i dag forbundet med meget store vanskeligheter å lukke en elektro-reduksjonsovn med varm og urolig ovns-

gang i det minste så langt at de p.g.a. den store avgass-

mengden etterfolgende avgass-avstdvningsanleggene kan holdes innen økonomisk forsvarlige grenser, da svært meget falskluft kan

komme inn gjennom innsugeningsåpningene. De kjente reduksjon-fremgangsmåter betinger altså såvel i anskaffelse som i drift ytterst omfattende anordninger.

Ved varme reduksjonsprosesser kan det f.eks. gjennom dannelsen

av sinterbroer på overflatetn av chargen plutselig oppstå meget varme gassutbrudd som bryter denne overflaten, og hvis tempera-

tur kan overstige 2 000°C. Disse gassutbruddene krever en stor avstand fra røkgasshettetaket til chargeoverflaten for at de matalliske konstruksjonsdelene i taket ikke umiddelbart skal bli utsatt for de meget varme gasser, men først komme i kon-

takt med kjøligere gass. For å kunne holde høyden av røkgass-hetten innenfor forsvarlige grenser må det anvendes dyre høy-temperaturbestandige tilvirkningsstoffer for røkgasshettekon-struksjonen og for gjennomføringselementene for elektrodene og tilførselsinnretningene. Videre må det anvendes vannkjøl-

ing i tillegg som likeledes øker anleggsomkostningene.

Norsk patent 76.879 beskriver en elektrisk smelteovn, hvis beskikningssjakt henholdsvis luftskjaktene beskyttes mot ovnsvarmen gjennom tilførsel av renset og avkjølt avgass. Her-under forblir dog likevel den vesentligste delen av gasshettens nedre overflate ukjølt.

Oppfinnelsen er oppstått ut fra oppgaven å forbedre reduksjons-ovndriften på et slikt vis at en kontrollert røkgassforbrenning og røkgassutvikling og dermed en mer nøye dimensjonering av røkgass-avstøvningsanlegget blir mulig. Samtidig skal røkgass-. hettetaket så vel som gjennomføringene i denne beskyttes mot. røkgassenes forbrenningsvarme. Anordning ifølge foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved at det i røkgasshettekappens nedre del på dennes ytterflate er anordnet fordelte dyser for kontrollert tilførsel av forbrenningsluft og at dysene for den rensede avgassen er anordnet umiddelbart under røkgasshettelokket, idet disse dysene er slik utformet at deres munninger er rettet parallelt med hettelokket for å frembringe en flat kjølestrøm til å strømme med stor hastighet mot gassutganger.

Dermed muliggjøres på enkel måte å drive den lukkede lysbueovnen med bare et lite overskudd av forbrenningsluft. Dette over-skuddet kan følgelig velges betraktelig mindre, da forbrenningsluften i regulerbar mengde kan blåses helt inn i sentrum av den nedre gassonen, mens hittil den innsugde forbrennings- >. luften for det meste ikke nådde inn i den sentrale sonen, slik at man for fullstendig forbrenning måtte arbeide med stort luftoverskudd. Tilsvarende mindre enn hittil kan også avgass-rensingsanlegget konstrueres. Dessuten kan p.g.a. den intense avkjølingen av røkgasshettetaket, avstanden fra dette.til chargeoverflaten, holdes betraktelig mindre enn hittil. Dette fører til en lavere og lettere røkgasshette, hvis flatere utforming har til følge en betraktelig avkortning av elektrode-strengene og elektrode-reststr-engene. Videre bringer den intense kjølingen av røkgasshetten den fordel at elektrodefatningenes kontaktbakker og gjennctnføringsylinder kan ved-likeholdes fra hettedekselet. Videre blir som følge av den lave bygge-høyden av røkgasshettedekselet de elektriske strømledningene vesentlig forkortet slik at mindre effekt- og induktivtap opp-trer ved vekselstrømsenergioverføring. Endelig har den sterke kjølegasstrømmen til følge at intet støv kan sette seg fast på røkgasshetten. Dermed bortfaller renholdet av røkgass-hetten, som hittil særlig ved tilsats av silisiumholdig charge var nødvendig med relativt korte tidsavstander.

Det er hensiktsmessig å anvende renset avgass som kjølegass, som p.g.a. det lille forbrenningsluftoverskuddet er meget sur-stoff attig.

De videre dysene er anordnet i røkgasshettedekselet fortrinns-vis på innbyrdes konsentriske sirkler hvorved deres dyseåpninger, hensiktsmessig utformede som bredstråler, er stilt parallelt eller omtrent parallelt til røkgasshettedekselet i samme sirkelretning, slik at en flat kjølestrøm med bredde

av ca. halve takdiameteren bestryker røkgasshettetaket med stor hastighet underveis mot et dier flere gassutløp. Dermed oppnås en intens kjøling av hettetaket i en slik grad at det samtidig blir mulig å bygge røkgasshetten betydelig lavere.

I videreutvikling av oppfinnelsen er det anordnet en kjølegass-dyse med radialt ringformet dyseåpning eller flere dyseåpninger anordnet på siden i frie midtre området av røkgasshetten. Dermed sikres at også dette området av hettetaket blir sterkt

avkjølt.

Er det i dette sentrale området av røkgasshetten allerede anordnet et chargetilførselsrør, omsluttes dette av en rør-stuss som er koplet til avgasstilbakeføringsledningen, hvilken har en radial ringformet dyseåpning eller flere dyseåpninger mot siden under røkgasshettetaket.

Videre kan det anordnes apparatur for måling av temperaturen og mengden av ovnsgassen, samt taktemperaturen på taket av røkgasshettetaket, slik at den til den løpende ovns-

gang svarende tilbakeførte avgassmengde i ovnsrommet kan styres automatisk ved hjelp av disse måleverdier. Til slutt er det innsjaltet et kontrollapparat for gjennomløpet av gassmengden i avgasstilbakeføringsrøret som er utstyrt med en signalgiver. Denne reagerer så snart gjennomløpet over-skrider en forut angitt verdi.

I motsetning til den elektriske smelteovnen ifølge det norske patent 76.879 er det gjennom foreliggende oppfinnelse gjort mulig å kjøle hele den nedre overflaten til gasshetten. Dette er mulig gjennom anordningen av dyser for forbrenningsluften samt dysene for renset avgass, hvorved man gjennom sistnevnte oppnår en bred, sterk gasstrøm, som bestryker hele gasshettens indre overflate.

Sammenlignet med reduksjonsovnen ifølge det norske utlegningsskrift 123.952 ligger den vesentlige fordel av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse i at forbrenningsluften blåses kontrollert inn i gassrommets nedre sone ved hjelp av dyser. I sammenligning med dei. i_regt arbeidende kontrollsystem for lufttilførsel gjennom klaffene ifølge norsk utlegningsskrift 123.952 er den kontrollerte tilførsel av forbrenningsluft ved hjelp av dyser uten treghet og mye nøyaktigere, og muliggjør på en enkel måte reguleringen av lufttilførselen avhengig av ovns-ytelsen.

På tegningene er det vist et utførelseseksempel på anordningen ifølge oppfinnelsen, og her viser

Fig. 1 et skjema over anlegget ifølge

oppfinnelsen,

Fig. 2 et vertikalsnitt av rokgasshetten og

Fig. 3 rokgasshetten sett ovenfra.

Fig. 4 Viser et utsnitt av midtområdet av rokgasshette-taket med en sentral kjolegassdyse og Fig. 5 et lignende utsnitt av røkgasshettetaket med et

sentralt chargetilførselsrør.

Som vist i fig. 1 og 2, blir en elektro-reduksjonsovn 1 tilført forbrenningsluft ved hjelp av en vifte 3 gjennom et lufttilfør-selsrør 4, en ringledning 5 og luftdyser 6 over chargeoverflaten 2, hvilke er anordnet fordelt på omfanget av kappen 7 på en røkgasshette 8. Tilførselsmengden av forbrenningsluft bestem-mes av måleapparatene 9, 10, 11 for fastslåelse av den til-

førte elektriske energi og råstoffene, samt for analysen i gassavtrekkskaminen 12. Disse målinger styrer den regulerbare motoren for viften 3. For å sikre at den nødvendige forbrenn-ingsluftemengden hele tiden strømmer til alle luftdysene 6, er det mellom ringledningen 5 og hver luftdyse overalt innsjaltet en strømningsovervåker 13. (Jfr. figur 3).

Den dannede reduksjonsgassen forbrenner innen sonen 14 som befinner seg umiddelbart over chargeoverflaten 2 ved meget høye temperaturer. For å slippe med en relativt lav byggeform av røkgasshetten 8, på sikker måte beskytte taket av dette 15,

samt dens intergrerte konstruksjonsdeler mot innflytelsen av disse høye forbrenningstemperaturene, innblåses kald renset avgass i sonen 16 som befinner seg umiddelbart under røkgass-hettetaktet 15, hvilken gass føres tilbake fra et gassrensings-anlegg 17 ved hjelp av en vifte 18 over rørledningen 19 og to ringledninger 20 og 21, og blåses gjennom en bredstråledyse 22 umiddelbart under hettetaket 15. Bredstråledysen 22 er hertil bøyet i horisontalplanet, og dette slik at en flat ringformet kjølegasstrøm oppnås, som kjøler hettedekket intensivt og forlater det av røkgasshetten 8 omgitte rom sammen med den forbrente ovns-gass gjennom to ledninger 23. Mellom hver bredstråledyse 22 og dens ringledning 21 hhv. 20 er det innsjaltet en strømnings-overvåker 25 for kontroll av gjennomløpet.

Bredstråledysené 15 er anordnet på innbyrdes konsentriske sirkler forskjøvet med en sentervinkel på 22,5° mellom hverandre på

de indre sirklene.

I sentrum av hettetaket 15 forutsettes en kjølegassdyse 26 (jfr. også fig. 4)

som har to halvsirkelformige dyseåpninger på siden. Disse åpningene 27, som —a bare er adskilt fra hverandre med et steg 28, utgjør til sammen en radial ringformet dyseåpning hvorigjennom kjølegassen .strømmer radialt til alle sider av det sentrale området i hettetaket 15. Denne sentrale anordningen av kjølegassdysen 26 forhindrer at. den særlig omfintlige midten av hettetaket 15 blir for lite kjølt som følge av for liten kjølegasstrøm.

Er det sentrale området av hettetaket 15 utstyrt med et chargetilforselsrbr 29 (jfr. fig. 5), så blir i stedet for den sentrale kjolegassdysen 26,en tilsluttet rbr-stuss 30 anordnet direkte på avgasstilbakeforingsledningen 19 eller på en av ringledningene 20, 21 eller også på en adskilt avgasstilbakeforingsledning 32, som med avstand omgir chårge-tilforselsroret 29 og som har en ringformet dyseåpning 31

under hettetaket 15.

Kj6legassviften 18 blir ifolge fig. 1 automatisk styrt avhengig av hettetaktemperaturen, ovngassmengden og ovngass-temperaturen, samt kjolegasstrommen. Apparatet 33 til kontroll av kjolegassgjennomstrommen er utstyrt med en signalgiver som angir når en på forhånd inngitt måleverdi blir underskri det.

Claims (4)

1. Anordning for kontrollerbar røkgassforbrenning for en lukket lysbue-reduksjonsovn for fremstilling av metaller og metallegeringer under tilsetning av silisium- og/eller krom-og/eller manganholdig charge, hvorved ovnsrommet er lukket med en avkjølt røkgasshette (8) som har gasstette elektrodegjennom-føringer, gassavtrekksrør og c±iarget^lførse!sanordjiinger og hvor det for kjøling under røkgasshetten (8) føres avkjølt inert eller oksygenfattig, renset avgass gjennom tilbakeføringsrør og gjennom dyser (22) som er anordnet unae r røkgasshettelokket, karakterisert ved at det i røkgasshettekapp-ens (7) nedre del på dennes ytterflate er anordnet fordelte dyser (6) for kontrollert tilførsel av forbrenningsluft og at dysene (22) for den rensede avgassen er anordnet umiddelbart under røkgasshettelokket (15), idet disse dysene (22) er slik utformet at deres munninger er rettet parallelt med hettelokket (15) for å frembringe en flat. kjrt.lestr.rtm til å strømme med stor hastighet mot gassutgancfer (23) .*

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at dysene (22) for den rensede avgassen er utformet som bredstråledyser•

3. Anordning ifølge kravene 1 og 2, karakterisert ved at en kjølegassdyse (26) med radialt ringformet dyseåpning eller flere dyseåpninger (27) på siden er anordnet i eller nær midten av hettelokket (15).

4. Anordning ifølge kravene 1 til 3, karakterisert ved at et charge-tilførselsrør (29) er anordnet i eller nær midten av hettelokket (15) som er omsluttet med mellomrom av en rørstuss (30) som er koplet til en avqasstil-bakeføringsledning (32) som under hettelokket (15) har en radial, ringformet dyseåpning (31) eller flere dyseåpninger på siden.