NO170092B - Fremgangsmaate og smelteovn for smelting av tungtsmeltendemetallskrot. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for smelting av metallskrot slik som angitt i innledningen til patentkrav 1, samt en anordning for utførelse av denne fremgangsmåte.

Innenfor det fagområde som gjelder støpeteknikk er frem-gangsmåter for nedsmelting av jern for råjernfremstilling under anvendelse av koksløst drevne kupolovner alminnelig kjent.

Således beskriver f.eks. DE-PS 2.204.042 en fremgangsmåte for smelting av jern i en vertikal sjaktovn uten anvendelse av koks og under utnyttelse av en fluid brennstoff/luftblanding som utenfor ovnen forbrennes i brennere som er anordnet i nærheten av ovnens nedre del. Jernskrot og støpejern lastes da inn i ovnens øvre ende og nedsmeltes, således at overhetet material drypper ned gjennom et leie av løse ildfaste legemer anordnet i ovnssjakten, og disse ildfaste legemer oppvarmes av brennernes forbrenningsprodukter før disse oppoverstrømmende forbrenningsprodukter smelter det motstrømmende metall og smeltet metall kan tas ut fra ovnens bunn. Herunder ledes forbren-ningsproduktene fra alle sider inn i ovnens frie rom fra flere brennere, som befinner seg helt på undersiden av leiet av ildfaste legemer, idet gasstemperaturen i leiet holdes på høyst 1600°C. Den egentlige ovnsherd dannes av en nedre sylinderformet fortsettelse av den sylinderformede ovnssjakt med samme diameter. Sjakt og ovnsherd er skilt fra hverandre ved hjelp av en vannkjølt rist med leiematerialet anordnet ovenpå risten. På ovnens bunn samler seg da det smeltede metall som drypper gjennom risten og kan tas ut kontinuerlig eller intermitterende fra ovnsbunnen gjennom et stikkhull, hvilket likeledes gjelder for det slagg som flyter ovenpå det smeltede metall.

Ved denne kjente Hayes-ovn eller Taft-ovn er ovnsanordningen utført slik at forbrenningsgassene fra forbrenningskamrene møtes i en midtre nedre sone av sjakten innenfor et såkalt herdområde på undersiden av risten og derfra strømmer oppover under oppvarming av det ildfaste leie, for deretter å oppvarme det tilførte material i motstrømning.

En sinnrik videreutvikling av denne koksløse kupolovn innenfor støpeteknikken utgjør den kjente Duker-ovn, som likeledes arbeider med en sylinderformet sjaktanordning, hvis nedre del på undersiden av den vannkjølte rist danner en ovnsherd med samme tverrsnitt, hvori oljebrennere munner inn radialt gjennom ovnsveggen. Det råjern som samler seg i bunnområdet kan suges ut ved hjelp av en sugeanordning og tilføres en overoppvarmer.

En sjaktovn som oppvarmes av varm olje eller gass for nedsmelting og overoppvarming av metall, særlig støpejern og kobber, er videre beskrevet i DE-PS 3.843.678, denne ovn arbeider med tilsats av satskoks og oppviser flere ytre brennerkammere som over vannkjølte dyser står i forbindelse med ovnens indre, idet disse brennerkammere og dysene befinner seg i den gjennomdryp-ningssone som dannes av satskoksen. Ved denne kjente sjaktovn er det teoretisk ikke nødvendig med noen slaggbeskyttelse for det avdryppende jern, da denne er sikret ved den reduserte forbrenning av varmolje og jordgass.

I sammenheng med nedsmelti-ngsprosesser for skrot skal det også henvises til en sjaktovn som er beskrevet i DE-PS 2.327.07 3, hvis smelterom har økende tverrsnitt, selv om det bare er i liten grad, kontinuerlig i retning nedover, og hvor den også her radiale brenneranordning er anbragt i stilling i umiddelbar nærhet av smeltekammerets bunn, nemlig der hvor likvidusfasen samles opp. Det flytende råjern trekkes ut gjennom et avløp i bunnen. Et visst, men utilstrekkelig skille mellom det faste tilførte materiale, slik som f.eks. jernskrot eller lignende, og likvidusfasen oppnås her i fravær av en skillende ristanordning ved hjelp av en sentral sokkel i bunnområdet, som sørger for å nedsette varmeoverføringen mellom flytende smeltegods og søylen av tilsatsmateriale, eller i alle fall holde denne så lav som mulig.

Et felles trekk ved de ovenfor omtalte, koksløst drevne

støpesjaktovner er at ovnssjakten og ovnsherden utgjøres av et eneste byggeelement med hovedsakelig sylinderformet tverrsnitt, og som således danner en enkelt rørsjakt. Det nedre avsnitt av

denne rørsjakt utgjør den egentlige ovnsherd med nedsatte veggflater som ovnsvegg.

I motsetning til dette består smelteaggregatanordningen i den kjente Flaven-ovn av to konstruksjonsenheter som allerede i sin ytre oppbygning skiller seg fra hverandre, nemlig atter en opprettstående ovnssjakt med sylinderformet tverrsnitt, og en tilordnet horisontalt liggende ovnsherd hvori den ene ende av ovnssjakten munner inn over en vannkjølt rist, og hvis annen ende opptar brenneren, hvis flamme er rettet på likvidusfasens uttapningsområde, og hvis flammegasser er ført horisontalt over det flytende bad og strømmer til ristanordningen, for der atter å stige opp i samsvar med motstrømsprinsippet i det indre av ovnssjakten. Det tunnelformede herdområde utgjør en forholdsvis stor overflate for jernbadet, og som de varme brenngasser kan stryke over uten at derfor størstedelen av det ildfaste materiale i herdovnen kommer i direkte kontakt med brennerflam-men. Den andel av varmetilførselen som dekker varmeutstråling fra herdveggen er således minimal ved denne kjente anordning.

Endelig er det kjent enda en fremgangsmåte for smelting av metall i en sjaktovn under anvendelse av flytende eller gassformet brensel og med en rist i den nedre ende av sjakt-ovnen for understøttelse av det innførte metall som ennå ikke er nedsmeltet (DE-OS 3.610.498), hvorved den nødvendige oksygenholdige gass for forbrenning av brenselet oppvarmes før forbrenningen, og hvor en tunneIlignende ovnsherd munner horisontalt inn i den nedre del av en vertikalt anordnet ovnssjakt. Brenneren er anbragt i stilling på den gavlside som ligger midt imot nevnte innmunning i ovnssjakten, således at brennerens flamme kan rettes i ovnsherdens lengderetning direkte mot innløpsåpningen fra ovnssjakten, og derved herdens samlede indre rom og også dens vegger eller ildfaste material påføres varme, som da kan avstråle som strålingsvarme mot overflaten av det flytende jern.

De hittil kjente sjaktsmelteovner av ovenfor beskrevet art er innenfor støperinæringen bare egnet for fremstilling av råjern, da de oppnåelige, forholdsvis lave temperaturer i ovnsherden betinger en for høy karbonandel i likvidusfasen for stålfrem-stilling. Støperiovner kjøres av denne grunn bare med en maksimal andel på mindre enn 40 % stålskrot i tilført råmateriale.

Det er da et formål for foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte og en anordning av innledningsvis angitt art, og hvorved det ikke bare er mulig å utnytte vilkårlige skrotkom-ponenter som tilsatsmateriale, men også f.eks. å arbeide med 100 % stålskrot og samtidig, alt etter den ønskede videre bearbeidelse i ovnsherden, etter ønske å frembringe flytende stål, ved ytterligere forenklet og forbedret oppbygning av anordningen for utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte.

Dette formål oppnås ved oppfinnelsens fremgangsmåte ved hjelp av de angitte særtrekk i den karakteriserende del av krav 1. Fordelaktige videreutviklinger av denne fremgangsmåte fremgår av underkravene 2 - 5.

Ved anordningen i henhold til oppfinnelsen oppnås det tilsik-tede formål særlig ved de særtrekk som er angitt i krav 6. Fordelaktige videreutviklede utførelser med hensyn til anordningens oppbygning vil fremgå av de øvrige underkrav.

Ved det forhold at den ildfaste veggforings avstrålingsflater i ovnsherden, angitt i forhold til smelteytelsen i form av antall tonn innlastet material pr. time, faktisk er nøyaktig definert, oppnås optimale betingelser for overoppvarming av likvidusfasen. De tidligere kupolovner har, uavhengig av om de drives med eller uten koks, praktisk talt ingen avstrålingsenergi tilgjengelig i oppfinnelsens mening for oppvarming av den flytende fase, da her herdveggenes utstrekning er gjort minst mulig. Sådanne sjaktovner er da bare egnet for støpejernfrem-stilling, idet bearbeiding av stål er umulig på grunn av for lave foreliggende temperaturer. Stålsmelteovner kjøres i støperier med den største andel stålskrot i det tilførte materiale på 40 % på bekostning av visse vanskeligheter, og høyere andeler av stål synes å være umulig å utnytte for bearbeiding.

For store avstrålingsflater på herdområdets vegger medfører på den annen side høye energitap over veggenes ildfaste materiale, således at en for liten energikomponent kommer frem til selve ovnssjakten, således at den oppnåelige temperatur i sjakten ikke lenger er tilstrekkelig for å smelte det foreliggende skrot.

Ikke bare den innstallerte ytelse, men også energiens oppdeling på smeltebad og sjakt er av avgjørende betydning, da på den ene side tilstrekkelig energi må være tilgjengelig i sjakten til at skrotet kan nedsmeltes, og på den annen side, herdrommet må være dimensjonert slik at det nedsmeltede metall kan overhetes til tilstrekkelig høye temperaturer. For dette formål opprettes en særlig fordelaktig avhengighet mellom innløpstem-peraturen i varmegjenvinneren, under nedsettelse av faren for oksydering av råmaterialet i ovnssjakten, og det tilførte skrotmaterials oppbygningshøyde i ovnssjakten.

Overgangen mellom ovnssjakt og ovnsherd er i motsetning til teknikkens stilling hverken av en slik utførelse som er kjennetegnet ved ingen som helst tverrsnittsforandring, eller en sådan hvor ovnssjakt og ovnsherd som innbyrdes adskilte elementer er sammenføyet vertikalt i forhold til hverandre. Den konsentriske anordning av ovnsherden med stort tverrsnitt i forhold til ovnssjakten med lite tverrsnitt på sådan måte at overgangen finner sted over skråflater som fastlegger parabol-speilende avstrålingsflater, forenkler også den ildfaste utførelse og forbedrer avdrypningsforholdet for det smeltede metall i smelteaggregatet på særlig fordelaktig måte. De vanskeligheter som opptrer ved oppmuring med ildfast material, f.eks. i Flaven-ovnen, såvel som de der ofte beklagelig dårlige avdrypningsforhold på undersiden av den vannkjølte ovnsrist, unngås ved den nye anordning i henhold til oppfinnelsen. Et første rundt tverrsnitt går over i et annet rundt tverrsnitt over et skråstilt veggavsnitt som ligger umiddelbart på undersiden av den vannkjølte rist, hvis dimensjonering i sin tur tilsvarer ovnssjaktens mindre tverrsnitt. Gassens innstrømningsforhold i sjakten på oversiden av risten påvirkes fordelaktig i denne sammenheng. Oppbygningshøyden av innlast-ningsmaterialet, særlig stålskrotet, må i motsetning til det tidligere kjente handlingsmønster ikke lenger gjøres størst mulig, men til og med gjøres minst mulig, hvilket er særlig viktig for det innlastningsmateriale som her er av interesse, da varmevekslervirkningen over materialets oppbygningssøyle ikke lenger har noen primær innflytelse på prosessens forløp, men i stedet forvarmes luftblandingen for brenneren over varmeveksler på sådan måte at man med fordel kan kjøre ovnen med den nevnte lavere beskikningshøyde på oversiden av risten. Avgassens innløpstemperatur inn i varmegjenvinneren styres på den ene side av skrotmaterialets oppbygningshøyde såvel som dets beskaffenhet, samt på den annen side ved etterforbrenning og tilførsel av kjøleluft. Den store innflytelse som varmefor-delingen fra brenneren på den ene side har på sjakten og på den annen side på ovnens nedre del ved passende oppdeling mellom disse to komponenter, understøttes fullt ut av den foreliggende fremgangsmåte i betraktning av de nye konstruktive særtrekk.

Som følge av den høye temperatur som oppnås, kan f.eks. også andre metallkomponenter som foreligger som forurensninger i det tilførte råmateriale, slik som sink, fordampes, således at sådanne bestanddeler da kan utoksyderes i et etterforbrenningskammer og således til slutt inngå i den utfallende støvaske, som på sin side fastholdes i utskillere og dermed kan utelukkes. Alt etter anrikningen av bestemte grove og/eller fine støvegenskaper kan det også i denne sammenheng til slutt finne sted fraksjonert filtrering eller uttrekk på annen måte.

For å kunne innstille ethvert ønsket karboninnhold i metallbadet og samtidig undertrykke slaggdannelse av det tilførte råmaterial på badets overflate, kan karbonbærere blåses inn i metallbadet, og for dette formål kan det da anvendes såvel dyser under badet som også blåserør over eller under badets overflate. På denne måte kan man uten vanskeligheter f.eks. etter ønske fremstille såvel stål som støpejern fra det tilførte råmaterial.

Under henvisning til de vedføyde tegninger, hvis figurer 1 og 2 henholdsvis skjematisk angir den konstruktive oppbygning av foreliggende smelteaggregat og et eksempel på fremgangsmåtens prosessforløp i henhold til oppfinnelsen, vil foreliggende oppfinnelse nå bli nærmere forklart.

Som angitt i fig. 1 ved et lengdesnitt gjennom en skrotsmelte-ovn i henhold til oppfinnelsen består en ovn i henhold til oppfinnelsen hovedsakelig av en ovnssjakt 1, en ovnsherd 2 med herdrom 3, samt en vannkjølt rist 4 mellom sjakt og herd. Såvel sjakten som også ovnsherdens rom er foret med ildfast materiale 5. I tillegg kan det over en ringledning 6 oppnås ytre avkjøling ved hjelp av påsprøytet vann. Ovnssjakten beskikkes med skrot ved hjelp av en beholder 7, hvis bunn kan åpnes ved hjelp av et bunnstengsel 8. For gasstett avtetning av ovnen er ovnssjakten forsynt med en klafflukker 9, hvorpå skrotet først fastholdes. Etter påføring av full skrotbeholder 7 på fyllsjakten 10 åpnes klaffen 9 og skrotet faller da ned på det keramikkfyllgods 11 som befinner seg på oversiden av risten 4. I herderommet 3 frembringer brennere 12 varme forbrennings-gasser, hvis temperatur ligger høyt over skrotets smeltepunkt. Disse gasser strømmer gjennom risten og keramikkfyllgodset 11 og nedsmelter derved skrotet. Gassen gjennomstrømmer da skrothaugen og forlater ovnen gjennom avgassledningen 13. Det dannede flytende metall drypper gjennom keramikkfyllingen 11 og blir da ytterligere overoppvarmet før metalldråpene faller ned på herden 2. Det flytende metall som samler seg på herden overoppvarmes ved gasstrålingen i herdrommet 3 samt ved avstrålingen fra herdrommets vegger og til en mindre del ved konveksjon.

Det flytende metall tas ut fra ovnen gjennom tappeåpningene 14, mens det flytende slagg fjernes fra ovnen gjenom åpningen 15. Ovnsherden kan ved for tidlig nedslitning nedsenkes ved hjelp av en hydraulisk anordning 16 og erstattes av en nytilført herd.

Den varme avgass etterforbrennes i henhold til fig. 2 i et etterforbrenningskammer samt blandes med kjøleluft til en passende temperatur (gjenvinningsinnløp). Med den gjenværende varme i avgassen forvarmes forbrenningsluften i en etterføl-gende varmeveksler.

Det utfallende støv trekkes til slutt ut i et filter.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for smelting av tungtsmeltende metallskrot, særlig stålskrot, i en koksløs sjaktovn som drives med fluidbrensel og hvis ovnssjakt (1) er skilt fra et underliggende herdrom (3) over en ovnsherd (2) ved hjelp av en kjølt ristanordning (4), hvor ovnsbrennere (12) munner inn i herdrommet hovedsakelig vinkelrett på sjaktens lengdeakse og ovnens forbrenningsluft forvarmes ved gjenvinning av varme fra sjaktovnens avgasser, karakterisert ved at den varmemengde som bringes inn i smelteaggregatet av ovnsbrennerne (12) oppdeles doserbart i en varmekomponent som avledes inn i ovnssjakten (1) og en komponent som forblir i herdrommet (3), idet a) den ildfaste veggforings (5) avstrålingsflater i herdrommet (3) dimensjoneres til mellom 1,8 og 3,5 m<2>/tonn fremstilt flytende metall, b) den strålingsaktive midlere sjikttykkelse av gassene i herdrommet fastlegges på forhånd til mellom 1,5 og 3,5 m, og c) avgassens innløpstemperatur til en varmegjenvinner styres i avhengighet av det tilførte skrotmateriales oppbygnings-høyde i ovnssjakten (1), hvor imidlertid oppbygningshøyden er avhengig av den tilførte skrottype.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at avstrålingsflåtene velges mellom 2 og 2,8 m<2>, mens den midlere sjikttykkelse av gassene fastlegges på forhånd til mellom 2 og 2,5 m.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at skrotmaterialets oppbygningshøyde innstilles slik at innløpstemperaturen for varmegjenvinningen gir minst mulig påført oksydering av materialet i ovnssjakten (1) i forbindelse med nevnte minime-ring av oppbygningshøyden, samt i avhengighet av dette luftinnløpstemperaturen for brennerne (12) i herdrommet (3) innstilles mellom 800 og 900°C.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 3, karakterisert ved at varmeoverføringen til_ badet av metallets flytende fase oppnås til 80 - 90 %, fortrinnsvis 85 %, ved stråling, og til 10 - 20 %, fortrinnsvis 15 %, ved hjelp av konveksjon, idet strålingsandelen innenfor herdrommet (3) sammensettes av 25 % gasstråling og 50 - 80 %, fortrinnsvis 75 %, veggavstråling.

5. Fremgangsmåte som angitt i minst ett av kravene 1 - 4, karakterisert ved at temperaturen i ovns-sj akten (1) innstilles i det minste i nivå med fordampnings-temperaturen for sink, således at en eventuelt foreliggende sinkkomponent i sjakten (1) fordampes og fullstendig oksyderes i et etterforbrenningskammer, således at den derpå kan utskilles fra den utviklede støvfase.

6. Smelteovn for utførelse av den fremgangsmåte som er angitt i minst ett av kravene 1 - 5, og som omfatter en vertikal ovnssjakt (1) og et herdrom (3) over en ovnsherd (2), som er adskilt fra sjaktene ved hjelp av en mellomliggende kjølt ristanordning (4), karakterisert ved at herdrommet (3) umiddelbart på undersiden av den kjølte ristanordning (4) har et konsentrisk utvidet tverrsnitt i retning nedover i form av en parabolspeillignende eller avskrånet avstrålingsflate, og deretter, i det minste innenfor brennerområdet, går over i et sylinderformet avsnitt med tilsvarende utvidet tverrmål.

7. Smelteovn som angitt i krav 6, karakterisert ved at skråstillingen av de parabollignende avstrålingsflater velges slik at deres avstråling blir rettet mot midtområdet av likvidusfasen på ovnsherden.

8. Smelteovn som angitt i krav 7, karakterisert ved at brennernes (12) flamme-tverrsnitt sett vinkelrett på ovnsveggenes avstrålingsflate er nedsatt til et minimum.

9. Smelteovn som angitt i krav 6, karakterisert ved at brennerne (12) er anordnet tangentialt, horisontalt eller fortrinnsvis inntil høyst 10° skråstilt oppover.

10. Smelteovn som angitt i minst ett av kravene 6-9, karakterisert ved at ovnssjakten (1) er en sylinderformet sjakt, hvis runde tverrsnitt over det parabolspeillignende utvidede øvre avsnitt av herdrommet (3) kontinuerlig går over i herdens nedre avsnitt med større tverrsnitt.

11. Smelteovn som angitt i minst ett av kravene 6-10, karakterisert ved at det etter ovnssjakten er anordnet et etterforbrenningskammer for forbrenning av foreliggende forurensninger i oksyderende atmosfære.

12. Smelteovn som angitt i minst ett av kravene 6-11, karakterisert ved at ovnsherdens (2) høyde er dimensjonert slik at den midlere aktive sjikttykkelse av gassen i herdrommet (3) på oversiden av det flytende metall ligger mellom 1,5 og 3,5 m, fortrinnsvis i området 2 til 2,5 m, idet det med den midlere aktive sjikttykkelse her forstås den midlere avstand mellom den avskrånede varmestrålende vegg av ildfast materiale (5) i herdrommet (3) og overflaten av det flytende metallbad.

13. Smelteovn som angitt i minst ett av kravene 6-12, karakterisert ved at dyser under badet og/eller i og for seg kjente blåserørinnretninger er anordnet for å bringe karbonholdige komponenter inn i metallbadet i ovnens indre.