NO159960B - Ovn for hoeytemperaturbehandling av plastiske eller forherdete produkter. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler en ovn for høytemperaturbehandling av plastiske eller forherdete produkter, spesielt behandling (kalsineringbrenning) av karbonlegemer for ovner til aluminiumselektrolyse eller elektrometallurgiske prosesser.

Ved framstilling av karbonlegemer for ovner til aluminiumelektrolyse eller elektrometallurgiske prosesser brukes spesielle ovner for varmebehandling (brenning, steking eller kalsinering) av karbonlegemene.

Karbonlegemene fremstilles i den ønskede form av en blanding av knust koks eller antrasitt og et bindemiddel som eksempelvis inneholder steinkulltjære og bek.

Ved væreIsestemperatur er denne blanding av koks og bindemiddel stiv, men mykner ved temperaturer over 120°C og avgir lavflyktige bestanddeler fra bindemidlet. Ved lengre tids opphetning, til maksimum 1300°C, herder massen og endrer sine fysikalske egenskaper som elektrisk ledningsevne og motstands-evne mot oksydasjon.

Karbonlegemer som ikke er stekt, kalles gjerne "grønne kull". Disse grønne kullene kan ha en betydelig vekt på flere tonn og lengde på 2 meter eller mer. For at de ikke skal deformeres når de passerer et temperaturområde, hvor kullene er myke, må spesielle forholdsregler tas.

Ved en kjent type ovn for behandling av slike karbonlegemer - såkalt ringkammerovn - blir de grønne kull satt i ovnen ned i dype sjakter som kalles kasetter, murt av ildfast stein. Mellom kullene og kasettveggen fylles koks for å støtte kullene. Koksgrusen tjener også til å beskytte kullene mot luftavbrann.

Flere kasetter bygges inntil hverandre i et såkalt kammer. Veggene mellom kasetten er forsynt med kanaler for fyrgassene, varme tilføres de grønne kullene ved å lede fyrgasser gjennom disse kanalene. Fyrgassene fra et kammer ledes via kanaler til de tilstøtende kammer. Slik kan fyrgassene trekkes gjennom flere seriekoblede kammere i en såkalt fyrsone. Som brennstoff brukes oftest olje eller gass.

Fyrgassutløp og brennerutstyr kan flyttes fra kammer til kammer.

I en større ringovn er det gjerne to rader med kammer bygget inntil hverandre som parallelle rekker. Ved enden av en kammerrekke er gassløpene koblet med kana-ler til den parallelle kammerrekke. På den måten er kamrene knyttet sammen til en ring.

I en ringkammerovn som ovennevnte ovner kalles, kan det være flere fyrsoner hvor temperaturen reguleres etter et bestemt program. De første kamrene i en fyrsone har lav temperatur. Så følger kammer med høyere temperatur og tilsist i fyrsonen de kamrene hvor kullene kjøles ned.

Rommet over hvert kammer er i en vanlig utførelse av ovnen dekket med lokk som fjernes når grønne kull skal innsettes eller kalsinerte karbonlegemer tas ut.

På grunn av de spesielle egenskapene til karbonlegemer må en under kalsineringen unngå for store temperaturgradienter som vil forårsake sprekker i det ferdige produkt. Hvert kammer må derfor gjennomgå et nøyaktig tid og temperaturprogram.

Varmetilførselen skjer i første del av sonen opptil 600°C ved hjelp av varmen i fyrgassene fra siste del av fyrsonen. Senere i temperaturintervallet fra 600°C til den ønskede topptemperatur (1200 -1300°C) må varme tilføres ved den nevnte forbrenning av gass eller olje.

I kjøledelen kjøles kasettveggene med luft til karbonlegemene kan tas ut uten fare for oksydasjon.

Fyrsonen i en slik ringkammerovn flyttes som nevnt ved å flytte olje eller gassbrennere fra et kammer til det neste. Denne flyttingen av fyrsonen representerer en uheldig oppvarming og avkjøling av de enkelte kammere i ovnen, som både er energiøkonomisk ugunstig, fyringsteknisk tungvint og påfører ovnsmateriale termiske påkjenninger. Ringkammerovnene er videre store og tungvinte å drive og dyre å bygge, idet hele ovnen er oppbygd av ildfast stein.

En ringkammerovn av lignende type som nevnt i det ovenstående er omtalt i NO uti.skrift nr. 152.029.

Med foreliggende oppfinnelsen er det kommet frem til et nytt ovnskonsept som er vesentlig forbedret i forhold til ovennevnte ringovnstype: Investeringskostnadene utgjør bare en 1/4 - 1/5 av kostnadene ved en vanlig ringovn, da bare den del av ovnen som er utsatt for høy temperatur er utført i ildfast materiale, mens de øvrige deler av ovnen er utført i rimeligere byggmateriale.

Lavere energiforbruk ved at bl.a. fyrsonene er stasjonær,

d.v.s. anordnet på et sted i ovnen, og ved at avdunstingsgassene fra karbonlegemet (når det er slike som behandles) utnyttes som brennstoff under fyringen.

Lavere vedlikeholdskostnader.

Mere fleksibel utbygging (fra 1.000 til 10.000 tonn).

Enklere og mere nøyaktig temperarturbehandling av de

produktene som skal behandles.

Dette oppnås ved hjelp av en ovn som framgår av den karakteriserende delen av foreliggende søknads krav 1.

Fordelaktige utførelser er omtalt i de uselvstendige kravene 2-9.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ned hjelp av eksempel og underhenvisning til figurene hvor: fig. 1 viser i perspektiv snitt av et kammer i en ringkammerovn etter et eldre prinsipp,

fig. 2 viser i perspektiv snitt av samme kammer utført ifølge en forbedret utgave av en ringkammerovn,

fig. 3 viser et skjematisk lengdesnitt av en ny type ovn.ifølge oppfinnelsen,

fig. 4 viser et tverrsnitt av ovnen i fig. 3 ved linjen A-A, og fig. 5 viser et tverrsnitt av ovnen i fig. 3 ved linjen B-B.

Pa fig. 1 ser vi et gjennomskåret kammer i en tidligere utførelse av en ringkammerovn med fem kasetter 1. I kasettveggene 2 er det fyrgasskanaler 3, også kalt gassløp, hvor fyrgassene føres ovenfra, fra rommet under kammerlokket (ikke vist) og ned i rommet 4 under bunnen av kasetten 1. Nedenfra og opp ledes fyrgassen i fyrsjaktene 5.

på fig. 2 ser vi et kammer i en forbedret utgave av en ringkammerovn, hvor fyrsjaktene er fjernet. Under bunnen av kasettene er det bygget en skillevegg 6 som deler rommet under kasettene i to. Herved ledes fyrgassene i fyrgasskanalen oppover i en gruppe 7 og nedover i en annen gruppe 8.

Under drift hviler det et lokk på kammervegggen 9. Dette lokk er ikke vist, men lokket vil såvel på fig. 1 som på fig. 2 sørge for den nødvendige kanalisering av fyrgassene.,

Fra rommet under kasettene fører en kanal (ikke vist) til rørstussen 9a på oversiden av ovnen. Disse brukes ved tilkobling av det enkelte kammer til ringledningen 10.

Fyringen i en slik kjent type ringkammerovn kan skje på forskjellige måter. Brennstoffet tilføres helt eller delvis i rommet over eller under kasettene eller helt eller delvis i rommet over hver kasettvegg.

Fyrsonen flyttes ved å flytte olje eller gassbrennere fra et kammer til det neste etter tur gjennom hele ovnen. På denne rnåte har det kammer som ligger nærmest fyrsonen høyest temperatur og det kammer som ligger lengst fra fyrsonen lavest temperatur. Avkjølingen av kammerne etter brenningen skjer ved å trekke den luft som benyttes under forbrenningen gjennom disse. På denne måte oppnås også en forvarming av forbrenningsluften og derved en bedre energiutnyttelse. Ringkammerovnen er imidlertid likevel, som nevnt, kostbar å drive og baserer seg på manuell innsetting og uttagning av karbonlegemene fra de stasjonære kammerne i ovnen.

I motsetning til ringkammerovnen hvor produktene som skal varmebehandles er plassert i stasjonære kammere og hvor fyrsonen forflyttes fra kammer til kammer, baserer foreliggende oppfinnelse seg på det prinsipp at fyrsonen er stasjonær, d.v.s. er plassert på samme sted i ovnen, mens produktene som skal varmebehandles føres gjennom ovnen.

I fig. 3 som viser et skjematisk lengdesnitt av en ovn ifølge oppfinnelsen, føres produktene 17 som skal varmebehandles først igjennom en øvre, horisontal tunnel a hvor de forvarmes. Videre gjennom en vertikal sjakt b hvor selve brenningen eller stekingen skjer og til slutt gjennom en horisontal tunnel c hvor produktene avkjøles.

Den horisontale forvarmingstunnel a er forsynt med en tettemansjett 11 ved dens innløp 12 som skal hindre gasslekkasje mellom produktene som føres inn i ovnen og ovnens innnløp. En tilsvarende tettemansjett 11 er anordnet ved den horisontale avkjølingstunnels c utløp 13.

Produktene som skal varmebehandles transporteres i tunnelen a på ruller 14. Tunnelen kan være svakt hellende slik at produktene ruller på rullene 14 ved hjelp av tyngdekraften. Imidlertid er det også mulig å benytte andre transportørtyper som f.eks. glidetransportører hvor produktene er stablet på varmefaste paller som følger produktet gjennom prosessen, eller det kan benyttes kraftdrevet transportbånd e.l.

I tunnelen a oppvarmes produktet ved hjelp av strålingsvarme fra tunnelens a vegger 15. Produktet må under varmebehandlingen hindres fra å komme i kontakt med luft (oksygen) og er derfor omgitt av en nøytralgass-atmosfære. Det er viktig at tettemansjettene 11 ved tunnelens a, c innløp 12 h.h.v. utløp 13 slutter tett mot produktet som føres inn i og ut av ovnen, for å hindre tap av nøytralgass.

For å få jevn temperatur i godset, kan det i tunnelen være montert vifter (ikke vist) som setter nøytralgass-atmosfæren i denne i sirkulasjon vinkelrett på tunnelens akseretning. I tunnelen a er det anordnet utløp 16 for gasser som avdrives fra produktet under oppvarmingen. Disse gasser benyttes, som en senere skal komme tilbake til, under forbrenningsprosessen i sjakten b. Tunnelveggen 15 oppvarmes ved at varme røkgasser, hetolje eller andre varmetransportmedia strømmer på utsiden av tunnelveggen 15, i kanaler eller et mellomrom 27 mellom tunnelveggen 15, og en ytre isolert ovnsvegg 18. Tunnelens a vegger 15 kan imidlertid også være elektrisk oppvarmet.

Fra den horisontale tunnel a ledes produktet 17 og eventuelle paller ned gjennom høytemperaturdelen, d.v.s. sjakten b, som er vertikal eller sterkt hellende. Produktet 17, som tidligere nevnt kan være karbonlegemer, stables oppå hverandre 25 i sjakten b, hvor det nederst er montert et stempel 24, braketter eller lignende som holder produktet (karbonlegemene) på plass i riktig høyde i sjakten. Det kan også være mulig, istedet for stempel 24 eller braketter, å benytte en form for endeløs transportør eller lignende, stempelet eller brakettene senker produktstabelen i sjakten langsomt nedover og når øverste produktlag i sjakten kommer på nivå med transportøren 14 i tunellen a skyves en ny produktpakke innover stabelen 25.

Nederst i sjakten b er det montert klembakker 34 som holder produktstabelen 25 i stilling mens nederste produktpakke skyves ut i tunnelen c.

Den vertikale sjakten b er bygget opp av ildfast murverk 19 eller annet ildfast materiale. I det ildfaste murverk 19 er det anordnet fyrgass-kanaler 21. Nederst i disse kanaler 21 tilføres kjøleluft som oppover i kanalene blir oppvarmet av strålingsvarme fra produktet 17. Et stykke opp i kanalene (ved 22) tilføres det brennbare gasser via rør 23 fra den første horisontale tunnelen a. De brennbare gassene og luften reagerer under frigivelse av varme som delvis overføres gjennom murverket, til produktet 17. Forbrenningsgassene føres gjennom kanalene 21 og er ved enden av disse tilstrekkelig avkjølte til å kunne ledes inn i mellomrommet 27 mellom tunnelveggen 15 og ovnsveggen 18 i tunnelen a, hvor de som nevnt i det foranstående tjener til oppvarming eller forvarming av produktet 17.

Etter at produktet er ferdig varmebehandlet i sjakten b, skyves det inn i den horisontale eller tilnærmet horisontale tunnelen c ved hjelp av et stempel 26 eller lignende. Tunnelen c er bygget opp på lignende måte som tunnelen a ved at den består av en tunnelvegg 23 og en ytre, isolert ovnsvegg 29. Luft tilføres kanalene eller mellomrommet 30, mellom tunnelveggen 28 og ovnsveggen 29, ved hjelp av en vifte 31. Den i mellomrommet 30 tilførte kaldluft kjøler ned tunnelveggen 28 og dermed produktet 27. Kjøleluften blir etterhvert som den strømmer gjennom mellomrommet 30 selv oppvarmet og kan etter som det er behov benyttes som forbrenningsluft i fyrsonen 22 eller slippes til atmosfæren. Forbrenrtingsgassene føres, som tidligere nevnt, først opp gjennom kanalene 21 i det ildfaste materiale 19 i sjakten b og deretter over i mellomrommet 27 i tunnelen a. Ved innløpet av tunnelen a suges forbrenningsgassene opp av en vifte 32 som transporterer dem videre til en vaskeinnretning (ikke vist). Etter at forbrenningsgassene er vasket vil de kunne benyttes som inertgass under varmebehandlingsprosessen, d.v.s. stekingen/bakingen av produktene 17.

Inertgassen innføres i ovnen ved enden av tunnelen C gjennom et innløp 33 og vil etterhvert som den strømmer gjennom ovnen blande seg med gassene som avdunster fra produktet 17. Den gass om føres ut av tunnelen a (ved 16) og som benyttes som forbrenningsgass i fyrsonen 22, vil således også inneholde noe inertgass. Det anses å være økonomisk gunstig å benytte forbrenningsgassene (etter vasking) som inertgass. Imidlerid vil det forstås at også andre inertgasser kan benyttes, som f.eks. nitrogen.

I det eksempel som er omtalt i det foranstående har det hele tiden vært forutsatt at de produkt som varmebehandles, eksempelvis karbonlegemer for ovner til aluminiumselektrolyse, fordunster gasser som kan benyttes som brensel i fyrsonen 22.

Det skal understrekes at ovnen også kan benyttes til varmebehandling av andre produkter som ikke avgir slike gasser. I så tilfelle må det benyttes andre brensel, f.eks. olje, eller det kan benyttes elektrisk strøm som energikilde ved at det er innlagt elektriske elementer i den vertikale sjakten b. Det er forøvrig ikke nødvendig at fyrsonene 22 er beliggende i selve ovnen. Den kan være anordnet utenfor ovnen, idet det benyttes et varmetransportmedie - f.eks. hetolje - som varmeveksler med fyrsonen og gjennomstrømmer kanalene 21 og mellomrommet 27 i ovnen.

Det er en vesentlig fordel med ovnen ifølge oppfinnelsen at den er enkel og rimelig å bygge. Ved at varmebehandlingen

(stekingen/bakingen) bare foregår på et sted, nemlig i den vertikale sjakten b, er bare denne delen av ovnen bygget i ildfast materiale. De øvrige deler av ovnen, forvarmingsdelen/tunnelen c samt ovnens yttervegger 18, kan være bygget i rimeligere byggmateriale, som stål.

Claims (9)

1. Ovn for høytemperaturbehandling av plastiske eller forherdete produkter (17), spesielt behandling (kalsinering-brenning) av karbonlegemer for ovner til aluminiumselektrolyse eller elektrometallurgiske prosesser, karakterisert ved at den består av en første, horisontal eller svakt hellende tunnel (a) som er innrettet for forvarming av produktene (17) som skal behandles, en fortrinnsvis vertikal sjakt (b) som er forbundet med den første tunnel (a), hvor produktene utsettes for en høytemperaturbehandling, samt en andre horisontal eller svakt hellende tunnel (c) hvor produktene avkjøles, idet produktene, som behandles i en nøytralgassatmosfære, transporteres gjennom ovnen ved hjelp av transportører (14, 24, 26) anordnet i h.h.v. den første tunnelen (a), sjakten (b) og andre tunnelen (c).

2. Ovn ifølge krav 1,karakterisert ved at de horisontale tunnelene (a, c) er gitt en helling som er tilstrekkelig til at produktene (17) kan transporteres ved hjelp av tyngdekraften på ruller (14) eller en glidebane anordnet i tunnelens bunn.

3. Ovn ifølge krav 1, karakterisert ved at det for transport av produktene (17) er anordnet drevne transportbånd, kjedetransportører eller lignende.

4. Ovn ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at transporten av produktene (17) gjennom sjakten (b) skjer ved hjelp av en stempel-/sylinderanordning (24) anordnet ved sjaktens (b) bunn eller ved hjelp av braketter anordnet i sjaktveggen (19), som senker produktstabelen (25) langsomt nedover, idet det nederst i sjakten (b) er anordnet klembakker (34) som holder produktstabelen (25) i stilling mens nederste produktpakke skyves over i den andre tunnelen (c).

5. Ovn ifølge krav 1 hvor oppvarming av ovnen skjer ved forbrenning av et brensel i form av olje eller gass i en fyrsone (22), karakterisert ved at fyrsonen er anordnet ved sjaktens (b) nedre del og at det er anordnet fyrgasskanaler (21) i sjaktens vegger (19), hvorved forbrenningsgassene strømmer fra fyrsonen (22) opp gjennom fyrgasskanalene (21) og over i et mellomrom eller kanaler (27) i den første tunnelens (a) vegger (15,18).

6. Ovn ifølge krav 5, karakterisert ved at forbrenningsgassene etter å ha strømmet gjennom fyrgasskanalene (21, 27) oppsuges, av f.eks. en vifte (32), og overføres til en vaskeinnretning, hvoretter forbrenningsgassene etter vaskingen overføres til ovnsrommet (35) gjennom et innløp (33) i den andre tunnelen (c) og anvendes som nøytralgass under varmebehandlingen av produktene (17).

7. Ovn ifølge krav 5 hvor produktene utgjøres av f.eks. karbonlegemer som under varmebehandlingen avgir brennbare gasser, karakterisert ved at de brennbare gasser oppsuges fra ovnsrommet (35) og overføres via rørledninger (23) til sjakten (b) hvor de anvendes som brensel i ovnens fyrsone (22).

8. Ovn ifølge krav 1, karakterisert ved at avkjølingen av produktene (17) i den andre tunnelen (c) skjer ved hjelp av kjøleluft som strømmer i et mellomrom eller kanaler (30) i tunnelveggene (28, 29) og over i kanalene (21) i den nedre del av sjakten (b), hvoretter kjøleluften etter behov anvendes som forbrenningsluft i fyrsonen (22), eller slippes til atmosfæren.

9. Ovn ifølge kravene 1-4 og 8, karakterisert ved at det til forvarming av produktene (17) i den første tunnelen (a) og varmebehandling av produktene (17) i sjakten (b) anvendes elektriske varmeelementer som er anordnet i tunnelens (a) h.h.v. sjaktens (b) vegger (15 h.h.v. 19).