NO173957B - Smelteovn og fremgangsmaate for innmating av materiale somskal behandles deri - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en smelteovn, spesielt en likestrømlysbueovn av den art som er angitt i innledningen til det etterfølgende selvstendige anordningskrav 1, og en framgangsmåte for mating av finfordelt fast materiale til en smeltesone som angitt i innledningen til det etterfølgende framgangsmåtekrav 6, når oksydinneholdende materialer såsom malmkonsentrater eller mellomoksydprodukter, blir behandlet til et produkt hensiktsmessig for videre raffinering.

Stålproduksjon fra råjern så vel som de fleste reduksjons-prosesser utført i neddykkede bueovner, er basert på det faktum at materialet er i form av stykkformet malm, sinter eller sintrede pellets, og at det eneste akseptable reduksjonsmiddel vanligvis er koks.

En begrensning i de ovennevnte produksjonsmetoder, uavhengig av om reduksjon og smelting utføres i en masovn eller i en neddykket buesmelteovn, er at findelt malm ikke kan anvendes uten kostbar agglomerering. En annen begrensning er at det nødvendige reduksjonsmiddel er hovedsakelig høykvalitets-metallurgisk koks, hvis produksjon medfører omgivelses-problemer. Den tredje begrensning for neddykkede buesmelte-ovner er at en forutsetning for økonomisk smelting, er en høy elektrisk slaggmotstand, hvilket vanligvis står i motsetning til de metallurgiske krav.

Følgelig har det lenge blitt gjort forsøk på å utvikle nye smelteprosesser uten disse begrensninger. Blant de nye metoder er noen basert på smelting av findelt malm i en elektrisk smelteovn hvor smelteenergien frambringes ved hjelp av en plasmabue eller en D.C.-bue, eller hvor den elektriske strøm oppheter slagget ved motstandstap. Disse nye metoder omfatter ofte forvarming og forberedende reduksjon av den findelte malm.

I plasmabueprosess såsom:

- the Freital process (Kepplinger L.-W., Miieller H. , Koch E. , Bericht tiber plasmametallurgische Entwicklungen bei der Voest-Alpine, 19. Metallurgischer Seminar der GDMB; Elektro-ofentechnik in der Metallurgie, 1987), - EPP process (Heanley C.P., Cowx P.M., The smelting of Ferrous Ores Using a Plasma Furnace, Electric Furnace Conference Proceedings, ISS-AIME, Vol. 40, 1982, pp. 257-265), - the SSP process (Moore J.J., Reid K.J., Industrial Plasma for Steelmaking, Electric Furnace Conference Proceedings, ISS-AIME, Vol. 40, 1982, pp. 231 - 238,

- the Plasmacan process (CA Patent 1,173,7481) og

- the University of Toronto process (Sommerville I.D., McLean A., Alcock C.B., Smelting and Refining of Ferroalloys in a Plasma Reactor, Electric Furnace Conference Proceedings, ISS-AIME, Vol. 41, 1983),

er det framherskende problem at en for stor del av plasmabue-strålingen går med til oppvarming av smelteovnsf6ringen i stedet for oppheting av smeiten så vel som det tilførte råmaterialet. For å unngå dette problem, blir råmaterialet matet som et gardin rundt den elektriske bue. Fordi gardinet forblir tynt, kan løsningen ikke betraktes som optimal.

Ved bruk av en D.C.-smelteovn som i ASEA-søknaden (SE patent-søknad nr. 8600939-6) og i ELRED-prosessen (Collin P.E., Sticker H. , The ELRED Process, Iron and Steel Engineer , Vol. 57, 3, 1980, pp. 43-45), blir råmaterialet matet inn gjennom et hull tilveiebragt i elektroden. For å forbli elektrisk ledende, trenger den elektriske lysbue en høy temperatur og derfor må den også i denne prosess oppvarme f6ringen for mye, for ellers blir stabiliteten til den elektriske lysbue minsket slik at krafteffekten forblir lav.

IRSID har sammen med CLESIM og Jeumont-Schneider bygget en D.C.-smelteovn med tre elektroder som tjener som katoder. Nå blir de elektriske lysbuer på grunn av det magnetiske felt, "bøyd innad. I praksis har det vist seg at strålingen til den elektriske lysbue mot veggene, er ekstremt lav sammen-lignet med den elektriske lysbuestråling til en A.C.-smelteovn.

Findelt metalloksyd og/eller metallsulfidinneholdende materiale for produksjon av smeltet metall, kan også bli behandlet ifølge framgangsmåtene beskrevet i de finske patenter 66433 og 66434. Følgelig blir det metalloksydinneholdende materiale når det faller gjennom en sjaktsmelteovn, smeltet ved å bli bragt i kontakt med de varme gasser som dannes ved brenning, i hvilket tilfelle et eller annet karbon-inneholdende reduserende middel samtidig blir matet inn i sjaktsmelteovnen. De nevnte varme gasser bringes til å fortsette oppad gjennom sjakten, og det smeltede, metalloksydinneholdende materiale lokalisert i sjaktens bunnparti, blir omdannet ved hjelp av partiell reduksjon i kontakt med det tilførte reduksjonsmiddel, til et forredusert produkt. Metalloksydinneholdende materiale under behandling, blir sammen med resten av det faste materiale matet inn i sjaktsmelteovnen gjennom brennere som er rettet på skrå nedad. Ved hjelp av de nedad hellende brennere, blir det faste materiale rettet mot sjaktovnens senter. Følgelig blir det i sjaktovnens senter dannet en tykk materialgardin, hvor oppheting av de innerste partikler ikke oppnår de samme forhold som ved de ytre partikler, i hvilket tilfelle energiutnyttelsen blir ujevn og dårlig.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å eliminere noen av ulempene ved den tidligere kjente teknikk og å tilveiebringe en smelteovn som mer effektivt utnytter den elektriske energi tilført en D.C.-lysbuesmelteovn, så vel som å tilveiebringe en framgangsmåte for mating av finfordelt fast materiale som skal behandles, til en smeltesone i en smeltelysbueovn.

Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved hjelp av de trekk som framgår av karakteristikken til det etterfølgende selvstendige anordningskrav 1 og uselvstendige krav 2 - 5, samt av det etterfølgende framgangsmåtekrav 6 og uselvstendige krav 7-10.

Ifølge oppfinnelsen mates det findelte materialet inn i en D.C.-lysbueovn gjennom minst en mateåpning anordnet i ovnens tak i området mellom elektrodene, hvilken mateåpning med fordel er forbindbar med en forvarmingsenhet for materialet og/eller til en konsentratoppdeler. Disse elementer danner fortrinnsvis et hovedsakelig lukket system med gassrommet til smelteovnen og skaper således en hovedsakelig jevn materialtilførsel inn i smelteovnen. Den elektriske energi som kreves ved behandlingen kan på en betraktelig bedre måte enn tidligere kjent, bli rettet mot smeiten og til materialet som mates inn.

Oppfinnelsen kan med fordel anvendes på en D.C.-lysbueovn, hvor i det minste tre elektroder som tjener som katoder og er opphengt gjennom taket, er plassert i en sirkelbane, i alt vesentlig symmetrisk i ovnens senter. Med hensyn til anoden, er denne plassert i ovnens bunnforing, slik at den er i kontakt med smeltemassen som er til stede i ovnen.

Ved bruk av konstruksjoner lik den ovenfor beskrevne D.C.-lysbueovn ved utøvelse av oppfinnelsen, bøyer det magnetiske felt som dannes av elektrodestrømmene, de elektriske lysbuer innad. Innadbøyingen av de elektriske lysbuer kan videre forsterkes ved å plassere katodeelektrodene i en skråstilling i forhold til vertikalplanet. Vinkelen mellom elektrodene og vertikalplanet er fordelaktig innen området 1-5 grader. Således blir hoveddelen av energien som dannes av de elektriske lysbuer som ikke blir overført inn i smeltebadet, rettet inn i ovnens senter og svakt oppad med hensyn til høyden. Fordi materialet som skal behandles ifølge oppfinnelsen også blir matet inn i senter til sirkelen som dannes av elektrodene plassert i ovnen, kan energien som dannes av de elektriske lysbuer, med fordel anvendes for smelting av fallende partikler.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er det i senteret for sirkelen som dannes av elektrodene, med fordel tilveiebragt en seksjon av den elektriske ovns tak som er vesentlig høyere enn resten av taket, hvilken seksjon tjener som en forvarmingssjakt for det findelte materialet for å forvarme partiklene som er til stede i materialet før de blir bragt inn i det effektive energiområdet, hvilket i ovnen ifølge den foreliggende oppfinnelse fordelaktig dannes av de elektriske lysbuer.

Avløpsgassene som dannes ved behandlingen av materialet, blir ført ut fra smelteovnen ifølge oppfinnelsen gjennom utløp tilveiebragt utenfor sirkelen som dannes av elektrodene. I samsvar med oppfinnelsen er det også mulig å tilbakeføre en del av utløpsgassene til forvarmingsenheten, dvs. forvarmingssjakten plassert i smelteovnens senter, for å forsterke oppvarmingen av partiklene i det tilførte materialet. Fra forvarmingssjakten kan de resirkulerte utløpsgasser bli ført ut før de kommer inn i smelteovnens egentlige smeltesone, men de kan også fjernes sammen med resten av gassen som dannes under smelteprosessen, gjennom gassutløpene tilveiebragt utenfor den av elektrodene dannede sirkel.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det etterfølgende med henvisning til de etterfølgende tegninger, hvor

figur 1 er en skjematisk illustrasjon av en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, sett fra siden,

figur 2 er en skjematisk illustrasjon av en annen foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen, sett fra siden, og

figur 3 er en skjematisk illustrasjon av en foretrukket ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, sett fra siden.

Ifølge figur 1 blir blandingen 1 av findelt konsentrat, reduksjonsmiddel og fluks matet inn i forvarmingssjakten 2 gjennom konsentratoppdeleren 3. Ved hjelp av oppdeleren 3 blir det hovedsakelig vertikalt matede faste materialet oppdelt i vesentlig separate partikler og fordelt i en jevn suspensjon, fortrinnsvis over forvarmesjaktens hele tverr-snittsområde. Forvarmingssjakten mottar således en fordelaktig tynn konsentratsuspensjon, hvor oppvarmingen av partiklene finner sted på en hovedsakelig jevn måte. De nødvendige katodeelektroder 4 for smelting av det faste materialet, er plassert rundt oppvarmingssjakten 2, slik at det magnetiske felt dannet av elektrodestrømmene, bøyer de elektriske lysbuer innad. Når det gjelder anodeelektroden 21, er den plassert i den elektriske smelteovns bunnforing, slik at den er i kontakt med smeltemassen 6. Således blir den del av energien som frambringes av de elektriske lysbuer 22 og som ikke overføres direkte til smeltemassen 6 på smelteovnens 5 bunn, absorbert i prosessmaterialet 1 som med fordel faller fra forvarmingssjakten 2. Åvløpsgassene som dannes under behandlingen av materialet, blir ført ut fra smelteovnen 5 gjennom gassutløp 20 anbragt utenfor elektrode-sirkelen i smelteovnens tak, og blir videre ledet inn i gassbehandlingsutstyr. Med hensyn til det behandlede materialet, blir det med fordel tappet gjennom utløpet 7, anordnet på siden av smelteovnen 5.

I den foretrukne utførelsesform ifølge figur 2, blir det findelte konsentrat sammen med reduksjonsmiddelet og fluksen, matet til avløpsgass fra smelteovnen 5 i forbindelsen 9. Når påkrevd, blir oksygenmengden som kreves for brenning, tilsatt suspensjonen dannet av åvløpsgassene og det behandlede materialet, via forbindelsen 10. Oksygenet kan tilføres enten som rent oksygen eller som oksygenanriket luft. Suspensjonen av gass og fast prosessmateriale, blir matet tangentielt inn i smelteovnens forvarmingssjakt 11. Deretter kan gassen som anvendes for forvarming av det faste materialet, bli ført ut, ved anvendelse av syklonprinsippet, fra forvarmingssjakten 11 før det forvarmede materialet kommer inn i smelteovnens egentlige smeltesone 12. Den nødvendige gass for forvarming av det faste materialet blir fjernet fra forvarmingssjakten 11 gjennom utløpsforbindelsen 13 som er anordnet i forvarmingssjaktens 11 midtparti. Gassene som føres ut gjennom forbindelsen 13 blir videre ført inn i en gassbehandlingsenhet slik som en spillvarmekjele 14, for å separere faste partikler som inneholdes i denne, og videre for eksempel til en gassvasker 15.

For å forbedre separasjon av fast materiale fra gassen som anvendes for forvarming av dette, har forvarmingssjakten 11 med fordel en nedad avsmalnende form. På grunn av den nedad avsmalnende forvarmingssjakt 11, blir det faste materialet som faller ned i smelteovnens smeltesone 12, med fordel rettet hovedsakelig nær til smelteovnens 8 senter.

Smelteovnens 8 katodeelektroder 16 er plassert som vist i utførelsesformen i figur 1, rundt forvarmingssjakten 11 slik at det magnetiske felt tildannet av elektrodestrømmene, bøyer de elektriske lysbuer innad, dvs. mot smelteovnens senter. Således blir det forvarmede faste materialet som faller ned fra forvarmingsakselen 11, ført for å anvende den del av energien som frambringes av de elektriske lysbuer og som ikke er direkte overført til smeltemassen som er til stede i smelteovnen.

Gassene som dannes i smelteovnens smeltesone 12 blir ført ut gjennom gassutløpene 17 tilveiebragt utenfor elektrode-sirkelen i smelteovnens tak. Deler av disse avløpsgasser fra smeltesonen blir ført inn i forbindelsen 9 for å resirkulere åvløpsgassene i forvarmingssjakten 11. Resten av åvløps-gassene fra smeltesonen blir ført via utløpsforbindelser 18 til en gassbehandlingsenhet og deretter til videre behandling.

I figur 3 er i smelteovnen ifølge oppfinnelsen konsentratoppdeleren 24 installert gjennom takets 23 senter, hvilken konsentratoppdeler mater blandingen av findelt materiale som skal tilføres ovnen, fluksen og reduksjonsmiddelet direkte inn i smelteovnens 25 gassrom uten forvarming. Nå møter suspensjonen dannet av det innmatede materialet, med fordel de innad bøyde elektriske lysbuer 27 dannet av katodeelektrodene 26, ganske hurtig etter innmatingen. TJtførelses-formen i figur 3 er spesielt fordelaktig for lett brennbare materialer.

Åvløpsgassene dannet under reduksjonen, føres ut fra smelteovnen 25 gjennom gassutløpene 28 anordnet utenfor sirkelen dannet i taket av katodeelektrodene 26, for å bli videre behandlet. I den foretrukne utførelsesform i figur 3, tilsvarer den anvendte bunnelektrode, anoden 29, den elektrode som anvendes i utførelsesformene i figur 1 og 2.

Det er klart at smelteovnen og smeltemetoden ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke nødvendigvis er begrenset til de ovenfor beskrevne utførelsesformer idet oppfinnelsen kan modifiseres vesentlig innen rammen for de etterfølgende patentkrav.

Eksempel

Smelteovnen og matemetoden for smelteovnen ifølge den foreliggende oppfinnelse, ble anvendt på et konsentrat inneholdende 42,7$ Cr203, 22, 2% FeO, 3,5$ Fe203, 4,1$ Si02, 13,156 A1203, 10,2$ MgO og 0,7$ CaO (vektprosent). For å gjennom-føre smelteprosessen ble det i smelteovnen innmatet 20,54 tonn konsentrat, totalt 4,2 tonn dolomitt og kvartsitt tjenende som fluks/smeltemiddel, så vel som 4,3 tonn koks som tjener som reduksjonsmiddel. De faste materialer ble først innmatet ifølge figur 2, gjennom smelteovnens resirkulasjons-forbindelse, tangentialt inn i forvarmingssjakten ved anvendelse av syklonprinsippet.

Hensikten med oppvarming av sjakten var å varme opp materialet som skal smeltes helt i smelteovnen, til en temperatur på 700°C. Nå ble 4.420 Nm<3> oksygeninneholdende gass, dvs. forbrenningsluft, ført inn i forvarmingssjakten. I forbindelse med oppvarmingen ble 7.185 Nm<3> gass ført ut fra forvarmingssjakten for videre behandling.

Det forvarmede materialet ble ført ved anvendelse av syklonprinsippet, til smelteovnen hvor det under smelteprosessen ble dannet to smeltefaser: slagg, 10,49 tonn tilsammen, og ferro-krom, 10,0 tonn tilsammen. Det ble samtidig dannet et total på 6.610 Nm<3> avløpsgasser, hvorav 2.145 Nm<3> ble resirkulert tilbake til forvarmingssjakten for oppvarming av kaldt fast materiale.

Ferro-kromproduktet som oppnås fra smelteovnen inneholdt 52,5$ krom, 37,0$ jern, 3,0$ silisium og 7,556 karbon (vektprosent). Analysen av det mottatte slagg viste 6,4$ krom, 3,4$ jern, 29 ,556 silisiumoksyd, 26, 5% aluminiumoksyd,

22, 9% magnesiumoksyd og 5, 9% kalsiumoksyd (vektprosent). Således var det oppnådde utbyttet av tilført krom i ferro-kromproduktet, 87,8$, utbytte av tilført jern vår 90,256, og energiforbruket til smelteovnen var 31,7 MWh.

Claims (10)

1. Smelteovn, spesielt en likestrømlysbueovn, for behandling av finfordelt materiale, omfattende minst tre langsmed en sirkel anordnede, gjennom ovnens tak i en nedenforliggende smeltesone nedragende elektroder (4;16;26) for dannelse av en elektrisk lysbue, og hvor ovnstaket er forsynt med innenfor sirkelen anordnede åpninger for tilførsel til smeltesonen av finfordelt fast materiale som skal behandles og med utenfor sirkelen anordnede åpninger (17;20;28) for utslipp av prosessgasser fra smeltesonen (12),karakterisert ved minst en i ovnstaket innenfor sirkelen anordnet mateåpning (30) for frittfallsinnmating av det faste materialet fra ovnstaket ned i smeltesonen (12), og til denne mateåpning (30) tilsluttede hjelpeorganer (3,9,24) for jevn tilførsel av det faste materiale i form av en gass-suspensjon til smeltesonen (12).

2. Smelteovn ifølge krav 1, karakterisert ved at de med mateåpningen (30) forbundne hjelpeorganer (9,11) danner et hovedsakelig lukket system med smeltesonen (12).

3. Smelteovn ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det til mateåpningen (30) er tilsluttet en forvarmingsenhet (2,11) for det faste materialet.

4. Smelteovn ifølge krav 3, karakterisert ved at forvarmingsenheten (2,11) er avsmalnende i retning nedad.

5. Smelteovn ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at det til mateåpningen (30) er tilknyttet en fordeler (24) for det faste materialet.

6. Framgangsmåte for mating av finfordelt fast materiale til en smeltesone ifølge krav 1, karakterisert ved at det av det finfordelte faste materialet dannes en gass-suspensjon som forvarmes før den føres inn i smeltesonen (12).

7. Framgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at suspensjonen dannes ved hjelp av en konsentratfor-deler (3,24).

8. Framgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at suspensjonen mates i vertikal retning.

9. Framgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at for å danne suspensjonen resirkuleres en del av åvløpsgassene fra smelteovnen til en forvarmingsenhet (2,11).

10. Framgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at suspensjonen mates inn tangentielt i forvarmingsenhet en (11).