NO158897B - Elektrotermisk smelteovn og fremgangsmaate til tilfoersel av raamaterialer til en slik ovn. - Google Patents

Description

Ved alle kjente elektrotermiske smelteprosesser samt ned-smeltingsprosesser i f.eks. stålovner, foregår prosessen i en smeltesone i en beholder som vanligvis kalles en ovnspotte, og som har faste vegger og bunn slik at flytende stoffer kan hol-des flytende i beholderen. En slik ovnspotte anses som helt selvfølgelig ved all smelting av faste råmaterialer. En eller flere elektroder rager vanligvis ned i ovnspotten ovenfra. Ovnspotten fylles opp med råmaterialer ovenfra, og den varme som utvikles ved elektrodene, gjør at den metallurgiske smel-teprosess starter. Det smeltede materiale tappes vanligvis ut ved bunnen av ovnspotten gjennom tappehull i beholderens omkretsvegg. Råmaterialer etterfylles på toppen.

For å bedre nedsmeltingen eller den kjemiske reaksjon i ovnspotten er denne blitt utført på mange forskjellige måter, bl.a. med henblikk på bedre virkningsgrad. Typiske forslag til forbedringer er horisontalt delte ovnspotter, som kan være dreibare på forskjellige måter eller tippbare som en øse. Disse anordninger kan også bedre forholdene når det gjelder å få de flytende stoffer ut av ovnspotten.

Imidlertid innebærer ovnspotten stadig en rekke begrensninger .

Det er en betingelse for prosessens kontinuitet og økonomi at de reaksjonsgasser som utvikles rundt elektrodespissen, kan strømme gjennom den overliggende råmaterialmasse og på denne måte forredusere og/eller forvarme råmaterialene etterhvert som disse beveger seg nedover mot smeltesonen. Forvarmingen og for-reduks jonen foregår således i motstrøm med gassene. Dette er av vesentlig betydning for såvel forløpet av prosessen son dens økonomi.

For forvarmingen og forreduksjonén av råmaterialene ønsker man så høy overdekning av råmaterialer over smeltebadet som mulig. Lav overdekning gir. foruten dårlig varmeøkonomi også høy avgasstemperatur, som også setter store fysiske krav til det tekniske utstyr som omgir ovnspotten. Lav overdekning kre-

ver også meget staking og bearbeiding av ovnstoppen ved enkelte prosesser pga. dårlig etterfylling av råmaterialer rundt elektroden.

Men en høy overdekning medfører også ulemper. Således blir elektrodene lange, hvilket kommer i konflikt med ønsket om å holde elektrodene så korte som mulig for å få best mulig elektriske forhold og redusere faren for elektrodebrudd.

Høy overdekning forutsetter videre at råmaterialene er relativt porøse, slik at gassene kan fordele seg over hele volumet og få redusert hastighet. Porøse råmaterialer krever imidlertid utsikting av finstoff og blir derfor meget kostbare. Ved forreduksjonen får man ofte sammensintring av råmaterialene med resulterende broer og heng som bygger seg opp i ovnspotten.

Det er videre nødvendig å ha muligheter for korreksjoner

av råmaterialblandingen i forhold til analysen av det produ-serte metall. Det er innlysende at en høy overdekning av råmaterialer over smeltebadet må gi et meget tregt system med hensyn til forandringer i råmaterialsammensetningen.

For å redusere noen av de nevnte ulemper med høy overdekning, er det kjent å flytte forvarmingen og forreduksjonen av råmaterialene bort fra ovnspotten og smeltebadet. Det mest vanlige er å forvarme og forredusere råmaterialene i en rotérovn hvor der benyttes ovnsgass pluss tilleggsgass og karbon. Det forbehandlede gods tømmes varmt i ovnspotten. Dette system gir kort korreksjonstid for kvalitet og god oversikt over ovnsdrif-ten. Tilsvarende fordeler har man med forvarmingssjakter som er plassert over ovnspotten, og hvor de forbehandlede materialer sluses direkte ned i ovnspotten. Ved sinterpanner som benyttes ved råjernproduksjon, får man noen av de samme fordeler.

Ved slike løsninger har man oppnådd store forbedringer av smelteprosessen i ovnspotten. Systemet gir korte elektroder, et tilnærmet åpent smeltebad som gir mulighet for hurtige korreksjoner av materialer direkte i smeltebadet, samt god overvåking av prosessen. En stor ulempe er det imidlertid at de deler av ovnen som tjener til forbehandling av råmaterialene, er meget kostbare med hensyn til både anskaffelse og drift og dessuten er meget sårbare for driftsforstyrrelser. Slike systemer benyttes derfor idag bare når det er helt nødvendig for den metallurgiske prosess.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en elektrotermisk smelteovn og en fremgangsmåte til tilførsel av råmaterialer til denne, som tillater bruk av motstrømsprinsippet for oppvarming og forreduksjon av råmaterialene kombinert med anvendelse av korte elektroder og bruk av åpen sraeltesone med mulighet for direkte materialtilsetning, alt sammen i en ovn som er meget gunstig med hensyn til såvel varmeøkonomi som investerings- og vedlikeholdskostnader.

En elektrotermisk smelteovn ifølge oppfinnelsen med en eller flere elektroder e.l. som rager inn i ovnen for å danne en smeltesone, er karakterisert ved at smeltesonen er omgitt av et hovedsakelig ringformet tilførselsrom for råmateralene, idet rommet har liten høyde og mange ganger så stor diameter som smeltesonen og er begrenset av to hovedsakelig horisontale og parallelle, sirkulære, isolerte plater med en felles vertikal akse som smeltesonen ligger rundt, slik at denne istedenfor å befinne seg i en ovnspotte begrenses radialt av råmaterialene eller av disse dannede kruster eller slagg. Den nedre av de to plater er fortrinnsvis dreibar, samtidig som ledeorganer som er opplagret i den øvre plate, rager ned fra denne for å samvirke med de med den nedre plate roterende råmaterialer og skaffe en radialt innadrettet matebevegelse av disse. Midtpartiet av den nedre plate, nærmere bestemt et parti med en diameter omtrent svarende til diameteren av smeltesonen, kan være stasjonært.

Ved på denne måte rett og slett å sløyfe ovnspotten unngår man mange av de ulemper og begrensninger som tilstedeværelsen av en ovnspotte har medført. At dette er mulig, er en helt ny erkjennelse. I den utstrekning det er ønskelig eller nødvendig, vil det likevel være mulig å opprettholde et smeltebad i ovnen, idet smeltede og igjen størknede råmaterialer, slagg e.l. vil omgi smeltebadet og hindre dette i å bre seg ut i radialretningen. Det forhold at der ikke foreligger noen ovnspotte, men bare en hovedsakelig horisontal plate i hvis sentrum smeltesonen eller reaksjonssonen befinner seg, er dog ikke til hinder for at der i foringen på denne plate kan dannes en mindre kraterlignende grop. Eventuelt kan foringen på det stasjonære midtparti av platen ligge noe lavere enn foringen på den roterende plate.

En fremgangsmåte til tilførsel av råmaterialer til en elektrotermisk smelteovn gjennom en passasje som fører til en smeltesone, og som reaksjonsgassene fra smelteprosessen føres ut gjennom i motstrøm med råmaterialene for forvarming og/eller forreduksjon av disse, er således i henhold til oppfinnelsen karakterisert ved at råmaterialene tilføres ved den ytre ende av en hovedsakelig horisontal ringpassasje som omgir smeltesonen og begrenses av to hovedsakelig horisontale og parallelle, sirkulære, isolerte plater som har felles, vertikal akse og mange ganger så stor diameter som den rundt aksen liggende smeltesone, og bringes til å bevege seg radialt innover mot denne, og at det smeltede materiale tappes ut gjennom tappehull i den nedre av de to plater. Bevegelsen av råmaterialene kan passende tilveiebringes ved at disse beveges i omkretsretningen ved dreining av den nedre begrensning av den horisontale passasje, og at omkretsbevegelsen omdannes i en radialt innadgående bevegelse ved hjelp av stasjonære ledeorganer.

Ytterligere trekk og fordeler ved smelteovnen og frem-gangsmåten ifølge oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av en utførelsesform av en smelteovn i henhold til oppfinnelsen. Fig. 1 er et oppriss, delvis i snitt, av en smelteovn i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 er et horisontalsnitt gjennom ovnen etter linjen II-II på fig. 1.

Fig. 3 er et riss i større målestokk av det parti på

fig. 1 som er vist i sirkelen III.

Fig. 4 er et oppriss, delvis i snitt, av ledeorganer til å skaffe en radialt innadrettet matebevegelse av råmaterialene.

Fig. 5 er et grunnriss svarende til fig. 4.

Den på tegningen viste og i det etterfølgende beskrevne smelteovn er beregnet for 75 % FeSi og kan f.eks. ha en stør-relse på 25 MW. Den beskrevne ovn er en lukket ovn, dvs. at den frembragte CO-gass fra prosessen suges bort uforbrent. Oppfinnelsen kan imidlertid også benyttes på åpne ovner, dvs. ovner hvor luft tilføres smelteovnen, slik at CO-gassen forbrenner med luft før røkgassen forlater smelteovnen. Oppfinnelsen er således anvendelig på alle elektrotermiske smelteprosesser samt stålovner.

På fig. 1 er der i snitt vist et ovnshus med et første og et annet gulv 1 resp. 2, som begge hviler på et stillas 3 av søyler og tverrdragere. Gulvene 1 og 2 er forbundet ved skrå-stag 4, slik at en del av lasten på gulv 1 kan overføres til gulv 2. Under gulv 1 er der opphengt en sirkulær isolasjonsforing 5 som har en diameter på 30 m og en tykkelse på 500 mm. Denne foring 5 går på sitt midtparti over i en vertikal, sir-kelsylindrisk vegg 6 med en innvendig diameter på 5 m og en innvendig høyde på 1500 mm. På toppen av veggen 6 hviler et vannkjølt stålhvelv 7, som en elektrode 8 har gasstett føring 9 inn gjennom. Elektroden 8 får tilført strøm på vanlig måte. Strømtilførselen er imidlertid ikke vist på tegningen for ikke å overbelaste denne. Istedenfor én elektrode kan der benyttes tre elektroder i trekant. Plasmaelektroder kan også benyttes.

Et fundament 10 bærer opplagringer 11 for hjul 12. På disse hjul hviler syv konsentriske ringbaner 13 som bærer en sirkulær bunnplate 14 med en diameter på 31 m og en omkretsvegg 14' med en høyde på 2000 mm. På innersiden av omkretsveggen 14' er der anordnet en isolasjonsforing 15 med en tykkelse på 450 mm, slik at der mellom denne foring og omkretsen av isola-sjons f Sringen 5 fås en ringformet spalteåpning 15' på 50 mm.

På bunnplaten 14 hviler der et isolasjonsskikt 16 med en tykkelse på 600 mm. Isolasjonsskiktet 16 kan passende bestå av råmaterialer. Bunnplaten 14 med omkretsvegg 14' og foringer 15 og 16 kan dreies om ovnens vertikale akse A ved at et passende antall av hjulene 12 drives. Når ovnen er i drift, vil platen 14 fortrinnsvis rotere kontinuerlig. Det isolerende skikt av råmaterialer 16 strekker seg fra foringen 15 innover mot en i midten av ovnen anordnet stasjonær bunnplate 17 med isolasjonsforing 18. Bunnplaten 17 har en diameter på 5 m. Som vist av utsnittet på fig. 3 kan bunnplaten 17 ha en kort utra-gende flens og en kort sylindrisk vegg som sammen med en tilsvarende sylindrisk vegg på bunnplaten 14 avgrenser en spalteåpning 25 som tillater relativ dreiebevegelse. Spalteåpningen 25 kan være dekket av et ringformet deksel 26 som tetter spalteåpningen 25.

På den stasjonære bunnplate 17 med isolasjonsforing 18

vil der under drift av ovnen fås en smeltesone S rundt aksen A. Denne sone S er omgitt av det ringformede tilførselsrom 19 som dannes mellom den stasjonære plateformede isolasjonsforing 5 og isolasjonsskiktet 16. Dette tilførselsrom 19 er 600 mm høyt,

mens diameteren er 30 m, dvs. mange ganger diameteren av smeltesonen S.

Når smelteovnen skal settes i drift, blir bunnplaten 14 først satt i rotasjon. Gjennom en råmaterialsilo 20 som hviler på gulv 2, blir råmaterialer 21 ført ned i tilførselsrommet 19 helt ute ved isolasjonsveggen 15. Når bunnplaten 14 har dreid seg 360°, vil råmaterialene 21 ha dannet en gasstett vegg som sperrer spalteåpningen 15'. Råmaterialene 21 blir nå tilført smeltesonen S ved mating radialt innover i rommet 19, som således danner en tilførselspassasje for råmaterialene. Denne radiale mating kan oppnås ved hjelp av rorlignede ledeplater 22 (fig. 1 og fig. 2 viser hver bare én slik ledeplate, men anordnet på to forskjellige steder). Hver ledeplate 22, hvis utfø-relse og manøvrering er skjematisk vist på fig. 4 og 5, kan være anbragt på en hul aksel 27 som strekker seg gjennom firingen 5 og er opplagret på oversiden av denne ved hjelp av en høydejusteringsanordning 28. Ledeorganet 22 er dobbeltvegget og vannkjølt, idet kjølevann kan føres inn i ledeorganet gjennom en ledning 31. Vannet vil fordampe i det indre av ledeorganet 22, og dampen vil strømme ut gjennom den hule aksel 27. 32 viser et overløp for vann. Ledeorganet 22 kan svinges ved hjelp av en hydraulisk eller pneumatisk manøvreringssylinder 30 og en manøvreringsarm 29. Når ledeorganet 22 står i den på fig. 2 viste stilling og bunnplaten 14 roterer i urviserretningen, sett ovenfra, vil råmaterialene 21 bli flyttet noe innover mot midten av ovnen. Ved bruk av flere rorformede ledeorganer anordnet på passende innbyrdes avstand innover mot midten av ovnen vil råmaterialene kunne beveges fra omkretsen av platen 14 og helt inn til smeltesonen S. Hvert ledeorgan 22 vil danne en konsentrisk ring av råmaterialer innenfor den tidligere ring. På bunnplaten 14 vil der derfor dannes et antall konsentriske labyrinter av råmaterialer 21 svarende til antall ledeorganer 22.

Når råmaterialene kommer inn i smeltesonen S under elektroden 8, som er anordnet i ovnsaksen A, vil de smelte. De flytende materialer vil renne ut gjennom en åpning 23 i den stasjonære bunnplate 17. Nye råmaterialer 21 vil stadig bli pres-set inn i smeltesonen under elektroden 8. Der fås således en kontinuerlig prosess. Tappingen gjennom åpningen 23 kan være kontinuerlig eller foregå intermittent, idet der da dannes et smeltebad i smeltesonen S.

Ved prosessen vil der samtidig bli dannet støvholdig røk-gass. Denne røkgass vil fylle rommet innenfor den vertikale vegg 6 og under hvelvplaten 7. Da elektroden 8 er gasstett ført gjennom hvelvplaten 7, vil røkgassen måtte bevege seg utover gjennom den labyrint av råmaterialer 21 som befinner seg i rommet eller passasjen 19 mellom isolasjonsmaterialene 5 og 16. På grunn av den store tverrsnittsøkning som fås ved radial strømning utover i en slik horisontal ringpassasje, vil gass-hastigheten være betydelig redusert når gassen kommer ut til ovnens omkrets, hvor den føres bort gjennom et gassavløp 24. På grunn av den lange oppholdstid vil den varme, støvholdige avgass tilføre råmaterialene 21 betydelig varme, samtidig som støv vil nedfelles og blandes med råmaterialene. Som tidligere nevnt er en slik motstrøms varmeveksling av avgjørende betydning for prosessens økonomi.

Materialer til korreksjon av råmaterialsammensetningen kan enkelt tilføres under materialenes passasje gjennom rommet 19 og endog direkte til smeltesonen S. Således viser fig. 1 en korreksjonssilo 37 med tilførselsrør 38 og gasstett sluse 33 for tilførsel av materialer gjennom hvelvplaten 7 direkte ned i smeltesonen. Videre er der vist en korreksjonssilo 34 med til-førselsrør 35 og en gasstett sluse 36.

Den foran beskrevne smelteovn er beregnet for anvendelse som en lukket FeSi-ovn med en størrelse på 25 MW. De angitte dimensjoner og konstruksjonsmaterialer er imidlertid bare ment som en veiledning. Også en rekke andre endringer kan gjøres i den viste utførelse. Det er således mulig å la bunnplaten 17 være forbundet med bunnplaten 14 og rotere sammen med denne. Videre kan bunnplaten 16 være oppdelt i flere ringformede plater med varierende rotasjonshastigheter. Hvis råmaterialene ikke egner seg for bruk i isolasjonsforingen 16, kan denne være utført av vanlige ildfaste materialer. Videre kan dimensjoner og konstruksjonsmaterialer være helt annerledes ved slaggpro-sesser og råjern-, stål- eller karbidovner. Slike endringer i dimensjoner og konstruksjonsmaterialer vil være innlysende for fagfolk.

Claims (9)

1. Elektrotermisk smelteovn med en eller flere elektroder (8)

e.l. som rager inn i ovnen for å danne en smeltesone (S), karakterisert ved at smeltesonen (S) er omgitt av et hovedsakelig ringformet tilførselsrom (19) for råmaterialer, idet rommet (19) har liten høyde og mange ganger så stor diameter som smeltesonen (S) og er begrenset av to hovedsakelig horisontale og parallelle, sirkulære, isolerte plater (14, 16; 5) med en felles vertikal akse (A) som smeltesonen (S) ligger rundt, slik at denne istedenfor å befinne seg i en ovnspotte begrenses radialt av råmaterialene eller av disse dannede kruster eller slagg.

2. Ovn som angitt i krav 1, karakterisert ved at den nedre (14, 16) av de to plater er dreibar, og at ledeorganer (22) som er opplagret i den øvre plate (5), rager ned fra denne for å samvirke med de med den nedre plate (14, 16) roterende råmaterialer (21) og skaffe en radialt innadrettet matebevegelse av disse.

3. Ovn som angitt i krav 2, karakterisert ved at den dreibare nedre plate (14, 16) er ringformet og omgir en stasjonær, isolert plate (17, 18), hvis diameter omtrent svarer til diameteren av smeltesonen (S), og hvis over-side ligger hovedsakelig på samme nivå som oversiden av isolasjonen (16) av den roterende plate.

4. Ovn som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at isolasjonen (16) av den nedre plate (14) utgjøres av et skikt av råmaterialer.

5. Ovn som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at midtpartiet av den øvre plate (5) dannes av en topplate (7) som ligger høyere enn resten av den øvre plate (5), og som en elektrode (8) har gasstett føring (9) gjennom.

6. Ovn som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved materialsiloer (20, 3 7, 34) med til-førselsledninger gjennom den øvre plate (5) ved dennes omkrets og eventuelt også nærmere aksen (A), eventuelt gjennom topplaten (7).

7. Ovn som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at der nær omkretsen av de to plater (14, 16; 5) er anordnet avgassutløp (24) for de røkgasser som frembringes ved smelteprosessen.

8. Fremgangsmåte til tilførsel av råmaterialer til en elektrotermisk smelteovn gjennom en passasje (19) som fører til en smeltesone (S), og som reaksjonsgassene fra smelteprosessen føres ut gjennom i motstrøm med råmaterialene (21) for forvarming og/eller forreduksjon av disse, karakterisert ved at råmaterialene (21) tilføres ved den ytre ende av en hovedsakelig horisontal ringpassasje (19) som omgir smeltesonen (S) og begrenses av to hovedsakelig horisontale og parallelle, sirkulære, isolerte plater (14, 16; 5) som har felles, vertikal akse (A) og mange ganger så stor diameter som den rundt aksen (A) liggende smeltesone, og bringes til å bevege seg radialt innover mot denne, og at det smeltede materiale tappes ut gjennom tappehull (23) i den nedre av de to plater.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at råmaterialene (21) beveges i omkretsretningen ved dreining av den nedre begrensning (14, 16) av den horisontale passasje (19), og at omkretsbevegelsen omdannes i en radialt innadgående bevegelse ved hjelp av stasjonære ledeorganer (22).