NO157394B - Fremgangsmaate og apparat for gjenvinning av brennbare gasser i en elektrometallurgisk ovn. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og apparat for gjenvinning av brennbare gasser og nærmere bestemt karbonmonoksyd i en elektrometallurgisk ovn.

Mange prosesser for elektrotermisk fremstilling av metaller og legeringer omfatter et trinn hvor man reduserer en oksydert forbindelse ved hjelp av karbon i elektrisk bueovn med samhørende produksjon av en vesentlig mengde karbonmonoksyd som brennes i den øvre del av chargen. Dette gjelder spesielt ved fremstilling av silisiumbaserte legeringer, krom og mangan og ved fremstilling av kalsiumkarbid.

Behovet for å spare energi i slike fremstillinger og også å forbedre driftsbetingelsene i miljøet rundt ovnen ga opphav til ideen om å samle opp og gjenvinne de fremstilte gasser som har høy temperatur og som inneholder en andel karbonmonoksyd som kan variere avhengig av driftsbetingelsene, men som vanligvis er tilstrekkelig til å begrunne en gjenvinnings-operasjon og gjøre dette til et økonomisk levedyktig pro-sjekt .

Forsøk er allerede gjort på å samle opp gasser, som nevnt ovenfor, ved integrert innelukking av ovnen og spesielt for fremstilling av ferrosilisium. Slike arrangementer er blant annet beskrevet i US-PS 3 213 178 (ELKEM), 3 163 520 (ELKEM), 3 615 346 og 3 679 806 (DEMAG) og FR-PS 2 431 546 (Japan Detals). Integrert innelukking av ovnen på den nevnte måte gir imidlertid opphav til kraftige begrensninger med hensyn til alle operasjoner som omfatter tilførsel av råmaterialer til ovnen, overvåking av driften av ovnen og den nedoverrett-ede bevegelse og fordeling av ovnschargen, regulering av elektrodene og også med hensyn til driften og ydelsen og lysbuen som underkastes direkte påvirkning av flammene. Forsegling av ovnen på den måte som er angitt ovenfor er ofte upraktisk med hensyn til den eksisterende ovn og det betyr en belastning som ofte er hemmende på fremstillingsspesifikasjo-nene av en ny ovn.

US-PS 4 005 252 (ELKEM) beskriver et apparat for å samle opp gasser som slippes ut fra en åpen ovn, og som består av en ringformet del som er plassert i den øvre del og på innsiden av ovnen på den ene side, og en baddel eller kammer i ovnen på den annen side, hvor de to deler er bevegelige i forhold til hverandre og forbundet med en forsegling. I den øvre del som er plassert inne i ovnen, dannes gassoppsamlingsarrange-mentet av skråttstilt forseglende skillevegg som nødvendigvis strekker seg inn i ovnschargen til en dybde som vanligvis går til nivået for enden av elektrodene. Det finnes hydrauliske innretninger for å rotere systemet med hensyn til badkammer-et. Dette arrangementet er relativt komplisert og pålitelig-heten og . ef f ekt i v i teten er åpen for spørsmål, når man betrakter stillingen i forhold til ovnschargen og elektrodene.

Foreliggende oppfinnelse søker å overvinne problemet med å samle opp brennbare gasser ved hjelp av nye, enkle, effektive og pålitelige innretninger.

Et første formål ved foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for gjenvinning av brennbare gasser i en elektrometallurgisk ovn med en metallisk ytre kappe og en indre ildfast utforing i hvilken i det minste en oksydert bestanddel reduseres ved hjelp av karbon, hvorved de forskjellige bestanddeler i ovnen innføres i form av en oppdelt charge som, ved gjennomløp gjennom en sintringssone trinnvis beveger seg til reaksjonssonen, ved hvilken fremgangsmåte de brennbare gasser fanges opp ved avsuging langs chargens omkrets, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at avsugingen skjer gjennom flere i den metalliske ytre kappe og i den ildfaste indre utforing tildannede åpning som anordnes på et nivå mellom ovnens kalde charge og ovnens sintrlngssone tilsvarer den nedre del av den delte charge før den går Inn 1 sintringssonen.

Oppfinnelsen angår også et apparat for gjennomføring av den ovenfor beskrevne fremgangsmåte og dette apparat karakteriseres ved at den består av en rekke åpninger som er anordnet i den ytre metallkappen og den indre, ildfaste foringen og som er plassert på et nivå som tilsvarer den lavere del av den delte charge før den går inn i sintringsområdet, hvor hver åpning er forbundet med en kanal som åpner opp til den ytre metallkappen og som er forbundet med innretninger for suging av brennbar gass og innretninger for umiddelbar eller senere bruk av brennbare gasser.

Oppfinnelsen tar spesielt sikte på fullstendig åpne ovner, men man vil se at der er ingen ting som hindrer den i å utføres på lukkede eller halvlukkede dører.

Fig. 1 er en skisse av et vertikalt snitt av en ovn med et apparat ifølge oppfinnelsen.

Ovnen består av en ytre metallkappe 1, en ildfast foring 2 som er avsluttet, hvis dette er ønskelig, avhengig av den type man benytter, av en karbonholdig foring 3 i den lavere del som er i kontakt med det flytende metall 4.

Tappehullet og leppen er ikke vist. Strømmen tilveiebringes av elektrodene 5 som kan være i et hvilket som helst antall avhengig av ovnstypen.

Ved normal drift består chargen 6 som hovedsakelig inneholder en blanding av oksydert malm, karbonholdig reduserende materiale (kull, trekull, koks, ved, etc.) og mulige tilset-ningsstoffer såsom kalk for å danne et slagg med komponentene i malmen og skrapmateriale eller jernmalm - hvis man skal fremstille Jernlegering - av en rekke områder som ovenfra og nedover er følgende: 1. Området A, som er den "kalde" chargen, som er i ferd med å forvarmes ved varmeledning og, når foreliggende oppfinnelse ikke benyttes, ved overflateforbrenning av gasser og spesielt av karbonmonoksyd som fremstilles av de karbotermiske reduksjonsreaksjoner i området C; 2. Området B, hvor temperaturen øker og som når opp til og overstiger 1000 til 1200'C, som forårsaker starten på "sintringen" av chargen, på grunn av gradvis mykning av de mer smeltbare komponenter og 3. Området C, som er reaksjonsområdet i virkelig forstand, og som direkte er underkastet strålingsvirkningen av buen, og hvor hoveddelen av den reaksjon finner sted som fører til metall som samles opp ved 4, og muligens et lag slagg 7 over dette, hvor slike reaksjoner også fører til at det dannes karbonmonoksyd.

Det ble funnet at det var mulig å samle opp hoveddelen av reaksjonsgassene ved å plassere en rekke åpninger som er åpne inn i chargen, i periferien av ovnen, på et nivå som stort sett er i overgangsområdet mellom områdene A og B, og å utføre en sugeoperasjon gjennom slike åpninger for å trekke bort de ovennevnte gasser og føre dem til gjenvinningsinnret-ninger for umiddelbar eller senere bruk.

Oppsamlingsåpningene 8 kan være plane med overflaten i den ildfaste foringen, eller litt fremspringende eller noe tilbaketrukket i forhold til denne. Det er foretrukket å ha innretninger for å sikre at komponentene i chargen ikke har en tendens til å gå inn i oppsaml ingsåpningene ved passende tilpasning enten av formen eller orienteringen, eller geometrien i den ildfaste foringen 2 i den delen som er over åpningene. Antallet og størrelsen på åpningene 8 og deres totale tverrsnitt kan tilpasses geometrien i ovnen.

Det er mulig at gassoppsamlingen kan utføres ved hjelp av en kontinuerlig ring som omslutter ovnen, men det har den ulempe at det svekker strukturen i ovnen på nivå med ringen.

I en spesiell utførelse hvor man benytter en 120 k¥ prøveovn for fremstilling av silisiummetall, besto arrangementet av tolv jevnt fordelte åpninger med et rektangulært tverrsnitt som målte 140 x 60 mm, hvor den lange side var horisontal og dette representerte 7556 av den indre overflate av den ildfaste foringen på dette nivået.

Det er også foretrukket at innretninger slik som klinkerstan-gen 10 er plassert i ledningene 9 som forbinder åpningene 8 for mulig utblokking av åpningene enten manuelt eller automatisk, etter på forhånd etablerte programmer eller når målinger av mengder eller trykk angir behov for en slik operasjon.

Kanalene 9 er forbundet med et rør 11 til en sentral oppsamler 12 plassert på den aksiale senterlinje for ovnen. Dette er ikke et obligatorisk arrangement, men det har den doble fordel at man får et tilsvarende trykkfall i forskjellige kretser som fører til forskjellige åpninger og tillater at arrangementet lett kan tilpasses en ovn som roterer rundt sin egen akse ved å fremstille oppsamleren 12 i to deler, en øvre del 13 som er fast med hensyn til ovnen og en lavere fast del 14 med en roterende forsegling 15 mellom den øvre og nedre del 13 og 14, hvor den faste del 14 er forbundet til innretningene for gassuging (ikke vist).

Det er også mulig å plassere innretninger for å kontrollere sugehastigheten i kanalene 9 eller 11. Slike kontrolllnnret-ninger kan gå ned til fullstendig lukking av kanalene eller kan kontrolleres avhenging av en rekke parametre som strøm-ningshastighet, trykk, temperatur og egenskaper i en gitt komponent i gassen som underkastes suging.

Det forhold at gassugingsinnretningene 1 apparatet ifølge oppfinnelsen bringes i operasjon, kan synlig påvises ved en gradvis reduksjon i størrelsen på flammen i den øvre del av ovnschargen.

I en ovn for fremstilling av metallisk silisium, har sammen-setningen av gassene som oppsamles følgende grenser:

og i tillegg mindre mengder oksygen, metan og høyere homolog-er , hydrogen og vanndamp.

G]envinningsgraden for karbonmonoksyd med hensyn til den beregnede, teortiske mengde, tilsvarer minst 60% og når lett opp i 705É og høyere.

Hvis sugevlrkningen økes, vil flammene fullstendig forsvinne fra overflaten av ovnschargen, men analysen av gassen viser at andelen CO er noe redusert, og andelen nitrogen er øket, noe som viser at noe omgivende luft er suget Inn gjennom ovnschargen.

Avhengig av tykkelsen av chargen og permeabiliteten, er det derfor et optimalt sugenivå som lett kan bestemmes for de som kjenner de foreliggende fremgangsmåter, f. eks. ved å måle sugehastlgheten og andelen CO og N2 i gassen som suges bort.

Den brennbare gassen som gjenvinnes på den måten som er nevnt ovenfor, kan benyttes ved en hvilken som helst kjent prosess, umiddelbart eller etter en viss tidsperiode, og spesielt: For forvarming eller for reduser ing av komponentene i

ovnen før de tilføres ovnen,

For å utføre forskjellige metallurgiske operasjoner som

omfatter bruk av en reduserende gass,

For fremstilling, i en kjele, damp for å drive en

elektrisk generator og

For å mate en gassturbin som er koblet til en elektrisk

generator.

Bruk av oppfinnelsen gir en rekke fordeler:

1. Ved konstruksjon av ovnen:

I tillegg til tillegget av oppsamlingsåpningene og kanalene, er ovnen umodifisert og oppfinnelsen kan benyttes i eksisterende ovner med relativt små modifikasjoner og omkostninger.

2. Ved drift av ovnen:

Gassugingen reduserer overflatetemperaturen i ovnen. Fordi brennbare flyktige substanser og CO ikke lenger brenner på overflaten, reduseres mengden utstrålt varme sterkt, noe som fører til en vesentlig forbedring i driftsbetingelsene og lengre driftsliv for utstyret (elektrodebaerere, driftsmaskin-eri). I tillegg har ovnschargen en mindre tendens til å klebe seg sammen og beveger seg nedover' på en mer regulær måte.

I tillegg til dette har man alle fortrinn ved åpne ovner: det er lett å rake, lett å utjevne chargen som tilføres lokalt ved hjelp av en trakt, lett å hente ut endene av elektrodene, og permanent visuell overvåking som er en side ved driften som personellet fremdeles anser som svært viktig, alt dette forhold man ikke oppnår i lukkede ovner.

Driften av ovnen påvirkes ikke ugunstig ved oppsamling av de brennbare gassene.

3. I energigjenvinning:

Ved forbrenning av den ovenfor nevnte gass, er det avhengig av konstruksjonen, mulig å-gjenvinne: i termisk form, minst 6056 (og mer) av den elektriske

energien som tilføres, eller

i elektrisk form opptil 2056 av den elektriske energi

som tilføres.

Gassene som samles opp er relativt rene og medfører ikke meget støv. De har relativt lav temperatur (100-200"C i oppsamleren 12), i motsetning til det som skjer i halvlukkede ovner der forbrenningsgassene unnslipper ved høy temperatur, noe som omfatter at man må benytte støvfjernende installasjo-ner som er istand til å motstå denne temperaturen, og manglende skille mellom "støvfjernings-" og "varmegjenvinn-ings- "funksj oner , noe som er en meget vanskelig situasjon hvis noen av disse utstyrsdelene bryter sammen.

Det må imidlertid understrekes at oppfinnelsen også kan benyttes for lukkede eller halvlukkede ovner, uten de ulemper som er angitt ovenfor, spesielt på grunn av den lave temperaturen i den øvre del av ovnschargen (som vedrører problemer med levetiden for buen) og fordi gassene samles opp før forbrenning og derfor ved relativt lav temperatur.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for gjenvinning av brennbare gasser i en elektrometallurgisk ovn med en metallisk ytre kappe og en indre ildfast utforing i hvilken i det minste en oksydert bestanddel reduseres ved hjelp av karbon, hvorved de forskjellige bestanddeler i ovnen innføres i form av en oppdelt charge som, ved gjennomløp gjennom en sintringssone trinnvis beveger seg til reaksjonssonen, ved hvilken fremgangsmåte de brennbare gasser fanges opp ved avsuging langs chargens omkrets, karakterisert ved at avsugingen (9) skjer gjennom flere i den metalliske ytre kappe (1) og i den ildfaste indre utforing (2) tildannede åpninger (8) og som anordnes på et nivå mellom ovnens kalde charge og ovnens sintringssone som tilsvarer den nedre del av den delte charge før den går inn i sintringssonen (13).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sugingen av gassene som samles opp av hver åpning (8) kontrolleres avhengig av minst en av de følgende paramet-ere; temperatur, trykk og strømningshastighet for gassene og konsentrasjonen av karbonmonoksyd, nitrogen eller andre komponenter i gassene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gassene som samles opp fra hver åpning (8) føres til en sentral oppsamler (12) og føres, om ønsket, til lagringsinnretninger for senere bruk eller til innretninger for umiddelbar bruk.

4. Apparatur for gjennomføring av gassgjenvinningsprosessen ifølge kravene 1 til 3 for gjenvinning av brennbare gasser i en elektrometallurgisk ovn med en metallisk ytre kappe og en indre ildfast utforing i hvilken i det minste en oksydert bestanddel reduseres ved hjelp av karbon, hvorved de forskjellige bestanddeler i ovnen innføres i form av en oppdelt charge som, ved gjennomløp gjennom en sintringssone trinnvis beveger seg til reaksjonssonen, ved hvilken fremgangsmåte de brennbare gasser fanges opp ved avsuging langs chargens omkrets.karakterisert ved at den består av en rekke åpninger (8) som er anordnet i den ytre metallkappen (1) og den indre, ildfaste foringen (2) og som er plassert på et nivå som tilsvarer den lavere del av den delte charge før den går inn i sintringsområdet, hvor hver åpning er forbundet med en kanal (9) som åpner opp til den ytre metallkappen (1) og som er forbundet med innretninger for suging av brennbar gass og innretninger for umiddelbar eller senere bruk av brennbare gasser.

5. Apparat ifølge krav 4,karakterisert ved at hver kanal (9) er utstyrt med en innretning (10) for utblokking av den korresponderende åpning (8).

6. Apparat ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at hver kanal (9) er forbundet med en oppsamler (12) ved hjelp av en ledning (11).

7. Apparat ifølge krav 6,karakterisert ved at oppsamleren (12) er plassert på den vertikale akse for ovnen og ved kanalen (9) og rørene (11) frembringer et stort sett tilsvarende trykkfall i strømmen av gasser gjennom disse.

8. Apparat ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at oppsamleren (12) består av to deler (13, 15) som er forbundet med en roterende tilknytning (14) når baddelen av ovnen roterer om sin akse.

9. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 7, karakterisert ved at hver kanal (9) eller hver ledning (11) har individuelle innretninger for å kontrollere strømnlngshastigheten for oppsamlede gasser.

10. Apparat ifølge krav 9,karakterisert ved at innretningene for å kontrollere strømnlngshastigheten for oppsamlede gasser er forbundet til en kontrollinnretning for kontroll avhengig av minst en av de følgende parameteres temperatur, trykk og strømningshastighet for gassene, og konsentrasjonen av karbonmonoksyd, nitrogen eller andre komponenter.