NO751654L - - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE TIL DRIFT AV ELEKTRISKE SMELTEOVNER

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til drift av elektriske smelteovner.

Det er kjent mange forslag fremsatt av Kelly, Morcrammar og andre, angående bestemmelsen av overflaten av ovnsbunnen og storrelsen og stillingen av elektroder i elektriske smelteovner. Det ble også fremsatt forslag ifolge hvilket pulverformet kull brukes som reduksjonsmiddel og elektrodeendene i ovnen er ned-

; dyppet i det pulverformede kull-lag på overflaten av slagglaget. Ifolge alle disse forslag trenges imidlertid en slik elektrisk kraft pr. overflate av ovnsbunnen og en slik elektrisk strøm-tetthet at man må bruke store elektroder. I alle tilfeller er ovnen sirkulær.

' Disse storrelser egner seg ikke alltid for andre driftssystemer.

De tidligere fremgangsmåter til drift av elektriske ovner egner seg ikke alltid for kontinuerlig drift, og i oyeblikket hvor smeiten tappes lar man det smeltede materiale i ovnen renne ut til utsiden av ovnen, og derfor varierer volumet av det smeltede materiale i ovnen betydelig i tiden mellom tappingen av produktet, så at en normal tilstand ikke kan opprettholdes.

En smeltereaksjon er i hovedsaken en beroringsreaksjon mellom det smeltede materiale og det faste reduksjonsmateriale og utgjor den såkalte direkte reaksjon i ovnen. Derfor kan de i forannevnte systemer hvor alt det smeltede materiale renner ut av ovnen, teoretisk ikke betraktes som riktige ifolge oppfinneren. Det må være rimelig at man i oyeblikket av tappingen lar det smeltede materiale forbli i ovnen i en viss tid, og at man , opprettholder en viss kontakt mellom reduksjonsmaterialet og det smeltede lag, slik at reaksjonen fortsetter.

Når man således bare tapper fra ovnen det smeltede materiale

som dannes i ovnen mellom tappingene, og mengden av det tappede materiale er forholdsvis liten i forhold til den mengde av smeltet materiale bestående av metall og slagg som forblir i ovnen, varierer ikke ovnens tilstand i særlig grad, og man kan fortsatt opprettholde en konstant ovnstilstand.

Hvis man sammenligner systemet ved hvilket en viss mengde av smeltet metall og slagg forblir i ovnen, som beskrevet ovenfor,' med andre systemer for tapping av smeltet metall, ser man at det er en stor forskjell i forholdet mellom storrelsen av ovns-mantelen og den elektriske kraft. Årsaken er den at i systemet i hvilket en del av det smeltede metall alltid forblir i ovnen, ekspanderer det smeltede metall-lag som forblir i ovnen, og for å hindre en erosjon må ovnsveggene være anordnet i en tilstrekkelig avstand fra elektrodene og denne avstand kan ikke bestemmes ensidig, men må bestemmes avhengig av mengden av smeltet metall som forblir i ovnen.

Ovnsdybden bestemmes avhengig av bruksbetingelsene av Soderberg-elektroder, evnen av å holde elektrodelengden under elektrode- holderen og avstanden mellom elektrodespissene og ovnsbunnen.

Det finnes ingen oppgaver angående dette i publikasjonene av Kelly, Morerammar og andre.

I henhold til oppfinneren må disse betingelser bestemmes med henblikk på den kjemiske reaksjon i ovnen.

; Det antas at den hovedsakelige smeltereaksjon i ovnen er en : direkte reaksjon (direkte reduksjon) som finner sted på beroringsoverflaten mellom det smeltede materiale (slagg) og det reduserende materiale (vanligvis koks) som er tilstede i det smeltede materiale. Metallpartikler av det her dannede produkt • utskiller seg separat og trenger inn i metallaget ved ovnsbunnen/• og CO-gassen som danner seg under den direkte reaksjon skiller seg ut, beveger seg oppover og passerer gjennom laget av rå-materialet som befinner seg over det smeltede lag, og tilslutt slipper ut fra overflaten av rå-materialet, idet den tilveie-bringer en varmegivende og indirekte reduksjon (eller gassreduksjon).

Ovennevnte varmegivende og indirekte reduksjon (gass-reduksjon)<;>

skjer i storre grad når CO-gassen har en hoyere konsistens og når hastigheten av den oppstigende gass er lavere og rå-material-laget er tykkere. Derfor bor dybden av en elektrisk ovn bestemmes avhengig av den nodvendige tykkelse av det smeltede lag og råmateriallaget, og av elektrodelengden under elektrodeholdere. Lengden av elektroder blir således meget storre enn den hittil anvendte elektrodelengde.

På den annen side oker den direkte reduksjon i det smeltede lag når beroringsoverflaten mellom det smeltede materiale og reduk-: sjonsmaterialet (hovedsakelig koks) oker.

Denne tilstand oppnås på den måte at det faste reduksjonsmateriale tvangsvis innbringes i det smeltede lag ved hjelp av tyngden av det sammensatte råmateriale. Det foretrekkes at det faste 'reduksjonsmateriale er et massivt reduksjonsmiddel, i hovedsaken koks. I en slik tilstand bestemmes temperaturen av det smeltede materiale når mengden av det massive reduksjonsmiddel i det smeltede materiale er i likevekt med mengden av malmen og slaggdannende materialer eller lignende som er opplost i det smeltede materiale.

Den resp. tykkelse av råmateriallaget, smeltet materiale og

laget av reduksjonsmaterialet kan bestemmes ved hjelp av verdiene for egenvekten av råmaterialet, egenvekten av det smeltede . materiale og egenvekten av reduksjonsmaterialet. Det foretrekkes at laget av det smeltede materiale er i en slik tilstand at det fullstendig separerer produktet fra det smeltede slagg.

Oppfinnelsen og dens anvendelser og fordeler vil klart fremgå,

av den folgende beskrivelse og vedlagte tegninger, hvorpå: fig. 1 er et vertikalsnitt som viser det indre av en elektrisk smelteovn drevet i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 er et vertikalsnitt som viser den innvendige konstruksjon av en elektrisk smelteovn i henhold til en utforelsesform for oppfinnelsen,

fig. 3 er et snitt som viser anordningen av elektroder, slagg-tappeåpningen og metalltappeåpningen anordnet i den på fig. 2 viste ovn.

På fig. 1 som viser i snitt det indre av ovnen, som angitt ovenfor, betegner A et fast lag av sammensatt råmateriale,, B

et lag av smeltet materiale og reduserende materiale, V et lag av smeltet materiale (slagg), D et smeltet metall-lag, 1 over-■ flaten av råmaterialet, 2 en grenseoverflate og 3, 4 ovnsvegger.

Det sammensatte råmateriale er en blanding av malmer, massivt reduksjonsmateriale og slaggdannende materiale (flussmiddel,

vanligvis kalk, dolomitt, sjeldent siliciumdioksyd), og dets ;tilsynelatende egenvekt bestemmes ved hjelp av hulromverdien bestemt ved den respektive egenvekt, sammensetningen og korn-

fordelingen.

I det smeltede materiale i lag B bestemmes egenvekten ved temperaturen og sammensetningen, og den er vanligvis mer enn dobbelt så stor som egenvekten av reduksjonsmaterialet som er tilstede i det smeltede materiale.

Når man bruker et massivt reduksjonsmateriale, innfores reduksjonsmaterialet i råmaterialblandingen i det smeltede materiale , ved hjelp av vekten av råmaterialblandingen i den ovre del av laget, så at hulrommene i det massive reduksjonsmateriale blir fylit med smeltet materiale. Da egenvekten av det smeltede materiale er storre enn egenvekten av det massive reduksjonsmateriale, oppstår en oppdriftskraft som virker på reduksjonsmaterialet slik at man kan opprettholde en likevekt mellom tykkelsen av det smeltede lag B bestående av smeltet materiale og massivt reduksjonsmateriale, og tykkelsen av reduksjons-materialmengden og tykkelsen av laget av råmaterialblandingen

A.

Hovedreaksjonen oppstår i laget B i hvilket smeltet materiale og reduksjonsmateriale er samtidig tilstede. Dvs. at det skjer en kontakt med smeltet materiale ved overflaten av reduksjonsmaterialet hvor den direkte reduksjon finner sted, og metall-' partiklene som blir utskilt og frigjort synker ned fra overflaten av reduksjonsmaterialet, skiller seg ut i henhold til Stoke's lov og trenger inn i det smeltede metalllag D ved ovnsbunnen .

På den annen side, stiger fine bobler av CO-gassen oppover, sprer seg pg trenger inn i det faste råmateriallag A, kommer i beroring og avgir varme til det faste materiale og utover en gassreduksjon (indirekte reduksjon) i samsvar med temperatur-fordelingen, og fortsetter å stige oppover under en samtidig forandring av gass-sammensetningen og slipper ut fra overflaten av laget A av råmaterialblandingen.

i

Massen av reduksjonsmaterialet i den smeltede masse virker reduserende og blir oppbrukt når reaksjonen skrider frem, og blir erstattet med massivt reduksjonsmateriale ved det' ovre lag A i det sammensatte materiale. På den annen side minsker reduksjonen konsistensen av den spesifikke komponent i den smeltede masse, mens malmer i råmaterialblandingen i det ovre lag A synker ned og forandrer seg til lavere oksyder og danner et smeltet materiale. Derved opprettholdes konsistensen av den spesifikke komponent ved omtrent normal verdi avhengig av den onskede temperatur.

Mengden av smeltet materiale i ovnen oker i ovennevnte tilfelle på grunn av forurensninger (gangarten) i malmene, slaggdannende materiale (flussmiddel) og asken i det massive reduksjonsmateriale. Det kan imidlertid finne sted en passende tapping som svarer til tappingen av det smeltede metall fra ovnen. Mengden av det smeltede materiale som samler seg opp i ovnen vil derved ikke variere i storre grad.

Tykkelsen av hver lag i ovnen beregnes på folgende måte:

1) Oppdriften som virker på massen av reduksjonsmaterialet i den smeltede masse er representert av folgende formel:

Vc (Gs - Gc)

hvor Vc betegner volumet inntatt av hele massen av reduksjonsmaterialet, Gc den tilsynelatende egenvekt av reduksjonsmaterialet og Gs egenvekten av den smeltede masse. 2) Vekten, den tilsynelatende egenvekt, og volumet inntatt av .hver komponent av malmen som råmaterialet, reduksjonsmaterialet og slaggdannende materiale (flussmiddel) er representert som folger:

Wo: vekten av malmen som råmaterial

Wc: vekt av reduksjonsmaterial

Wf: vekt av slaggdannende materiale

Go: tilsynelatende egenvekt av malmen som råmateriale

i Gc: tilsynelatende egenvekt av reduksjonsmateriale

Gf: tilsynelatende egenvekt av slaggdannende materiale Vo: volum inntatt av malmen som råmateriale Vc: volum inntatt av reduksjonsmaterialet

Vf: volum inntatt av slaggdannende materiale, da er Wo = Vo Go

Wc = Vc Gc

Wf = Vf Gf

og det fås folgende formel:

hvor VI er den totale kapasitet av fast sammensatt materiale chargert i ovnen og VI er hullromverdien av råmaterialblandingen. I ovennevnte formel er Wc/Wo, Wf/Wo forhold angående det reduserende materiale og slaggdannende materiale som er beregnet på basis av malmen, og hvis a,b brukes for å representere dette, kan formelen erstattes med hvor uttrykket innenfor de runde klamrer på den hoyre side representerer den omvendte verdi av egenvekten av råmaterial-:blandingen for den onskede sammensetningsgrad. Dvs. hvis GM representerer egenvekten av råmaterialblandingen, kan man få 3) For at laget A av råmaterialblandingen skal være suspen-dert av oppdriften av laget B av reduksjonsmaterialet kan man få folgende ligning:

Både området opptatt av råmaterialblandingen og området opptatt " av det smeltede materiale befinner seg i det samme ovnsgulvom-råde og derfor kan den forangående formel erstattes med

således er hvor Hl, Hc representerer tykkelsen av det respektive lag. Dette betyr at forholdet mellom tykkelsen av laget A av råmaterialblandingen og tykkelsen av laget B av det faste reduksjonsmateriale som er neddyppet i det smeltede materiale, kan bestemmes . 4) Hvis mengden av reduksjonsmateriale er lavere enn den ;

forannevnte mengde og den elektriske kraft som brukes i den elektriske ovn er konstant, vil den del av råmateriallaget A som er neddyppet i det smeltede materiale nodvendigvis oke, og dermed oker smeltehastigheten av malmen og av de andre kompo-nenter, og temperaturen av det smeltede materiale synker, hvorved den direkte reduksjonsreaksjon vil minske og hindres.

Hvis i motsetning dertil mengdén av reduksjonsmaterialet oker, vil råmateriallaget A som dypper ned i det smeltede materialet minske på grunn av okningen av oppdriften, hvorved smeltehastigheten minsker og temperaturen stiger. I dette tilfelle oker reduksjonen av den ugunstige komponent eller oker varmetapene.

Under disse betingelser, er storrelsen av mengden av det massive reduksjonsmateriale i det smeltede materiale en viktig faktor når det gjelder temperaturen i ovnen. 5) Enn videre holdes fortrinnsvis mengden av de smeltede produkter i det smeltede lag D som samler seg opp ved ovnsbunnen ved en verdi som svarer til produksjonsmengden pr. dag. Dette minsker variasjonene av komponentene i den mengde som daglig tappes og beskytter foringen av ovnsbunnen.

Det som er nevnt ovenfor klargjor konstruksjonen av en ovn som er nodvendig for smeltereaksjonen.

Den varmemengde som er nodvendig i en elektrisk ovn blir levert

. av elektrisk kraft, og den elektriske kraft leveres av elek-

trodene. Derfor bor diameteren av elektroder og anordningen av den elektriske ovn m.m. bestemmes avhengig av storrelsen av den elektriske ovn som skal brukes og av temperaturen som er nodvendig for reduksjonsreaksjonen. Det bor velges en nodvendig og tilstrekkelig temperatur for å oppnå i storst mulig grad en jevn fordeling.

I beretningene av Morcrammar, Kelly og Andersen av Elkem Co. osv. lar man i oyeblikket av tappingen renne ut hele mengden av smeltet materiale (slaggdannende materiale og smeltet produkt), og ved et slikt driftssystem må ovnsstorrelsen, spenningen, strommengden osv. i den elektriske ovn beregnet i forhold til den elektriske kraft, være forskjellige fra de respektive verdier i et driftssystem hvor det smeltede materiale forblir i ovnen.

Sammenlignet med en elektrisk ovn som fremstiller de samme produkter vil arealet av ovnen i en elektrisk ovn som drives i henhold til oppfinnelsen, stige mer under den samme elektriske kraftbelastning som arealet i et konvensjonelt system, og dybden av ovnen vil stige i meget stor grad. Enn videre stiger spenningen ved foreliggende oppfinnelse, og strømtettheten av : elektrodene minsker (diameteren av elektroder blir storre), hvorved strømtettheten minsker.

En utforelsesform av en elektrisk ovn i henhold til oppfinnelsen er vist på fig. 2 og 3, hvor A betegner et fast lag av råmaterialblandingen, B et lag av reduksjonsmateriale og smeltet materiale, C et lag av smeltet materiale (slagg), D et lag av smeltet produkt, 10 elektroder, 11 og 12 vegger i en elektrisk ovn, 13 matningsledninger for råmaterialet, 14 åpningen for slaggtapping og 15 åpningen for tapping av metall.

I en elektrisk ovn drevet i henhold til oppfinnelsen, som vist på fig. 2, er det nodvendig at elektrodespissene 10 alltid dypper ned i det smeltede materiallag B som omfatter reduksjons-at

materialet, og/strommen går fra elektroder til ovnsbunnen gjen-I nom det smeltede materiale og ikke direkte fra en elektrode til den andre elektrode gjennom laget A av råmaterialet. Ved

en slik konstruksjon fores strommen gjennom motstandsmaterialet som består av det massive reduksjonsmateriale hvis hullrom er fyllt med smeltet materiale, og smelteovnen kan settes i drift som en elektrisk motstandsovn. Oppfinneren har bekreftet dette ved å måle en bolgeform av strommen i elektroder ved hjelp av en oscillograf.

Det var dessuten mulig på grunn av den hoye varmeledningsevne av det massive reduksjonsmateriale og ved å holde det smeltede . materiale i flytende tilstand å tilveiebringe en meget jevnere temperaturfordeling i ovnen.

I vedlagte tegninger er vist en trefaseovn forsynt med tre elektroder. Men hvis man onsker å oke kapasiteten av den elektriske ovn er det mulig å konstruere en elektrisk ovn med et utvidet ovnsareal ved å bruke istedenfor tre elektroder mul-tipler av to eller tre elektroder. Også i dette tilfelle må selvsagt konstruksjonen av ovnstverrsnittet folge de ideer som er angitt i oppfinnelsen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for drift av en elektrisk smelteovn, som inneholder minst to elektroder i en beholder som har en bekledning, hvorved nevnte bekledning dannes av et stålmateriale med innsiden foret med ildfaste materiale eller karbonholdig materiale, hvorved man satser råmateriale, såsom malm, samt slagg og reduserende karbonholdig materiale omkring nevnte elektroder, tilforer elektrodene elektrisk energi for dannelse av varme-energi slik at man får en forhoyet temperatur i råmaterialet, hvorved det bevirkes en kjemisk reaksjon mellom oksyder av en av de spesifikke komponentene i malmen og det karbonholdige materiale, for på reduserende vei å fremstille jern eller jern-legering, uttappe jernet eller jernlegering i smeltet tilstand og at under nevnte tapping satses det sammensatte tåmaterialet, uansett tilstanden til den smeltede son slik at det dannes et koks-si ikt formet som i

I I en omvendt konus som strekker seg fra de nederste endene av elektrodene til og over ovnens bunn, og hvor det under presset fra det sammensatte råmaterialet fås hoye temperaturer i området fra 2.000 til 3.ooo°C mellom elektrode-endene og nevnte koks-sjikt, og hvorved man uttar alt eller en del av det smeltede metall og all smeltet slagg under nevnte tappeoperasjonen, karakterisert ved at man holder en tilstrekkelig mengde med smeltet metallsjikt i ovnen under tapping, at en storre mengde av et direkte reduserende sjikt (slagg-sjikt) alltid holdes over det smeltede metallsjikt, hvorved faste karbonpartikler opptar en storre del av volum-mengden, og at smeltet slagg utfyller hulrommene mellom nevnte faste karbonpartikler og at bare en del av nevnte sjikt uttas ved tappeoperasjonen. 2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at tyngden av nevnte sammensatte råmateriale og oppdriften av de nevnte faste karbonpartiklene i nevnte slagg-sjikt justeres til likevekt med hverandre, for derved å bi-beholde en tilstand hvor en mindre del av nevnte sammensatte råmaterial-sjikt er. nedsenket i nevnte slaggsjikt.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at man bibeholder nodvendig og tilstrekkelig temperatur ved alltid å holde de nedre deler av elektrodene i nevnte smeltede slaggsjikt, som utfyller hulrommene blandt de faste karbonpartiklene.