SE445136B - Vertikal schaktugn for kontinuerlig smeltning av koppar - Google Patents

Description

80Û9165-5 Vertikalschaktugnar för smältning och raffinering är välkända inom metallsmälttekniken.

Ett av de mest allvarliga problem vid smältning av granulerat skrot i kända schaktugnar är att en halvfast massa av metall i kallt tillstånd bildas på härden, vilken massa sätter igen tapphålet och blockerar brännarna. I en schaktugn måste beskíckningen sjunka nedåt i schaktet med en hastighet som är tillräckligt låg för att metallen skall kunna smälta och avtappas genom tapphålet, eftersom metall som sjunker ned genom schaktet alltför snabbt icke kommer att smälta utan istället kommer att nå härden i kallt tillstånd och bilda en halvfast massa på härden med ovan beskrivna oönskade resultat. Den amerikanska patentskriften 2.283.163 beskriver en schaktugn för smältning av me- tallskrot som har en förstorad undre del för uppsamling av överskotte- värme för oberoende överföring till andra områden av ugnen och där den verkliga smältningen av metallskrotet äger rum. I den amerikanska pa- tentskriften 2.283.163 sägs vidare att man under förvärmningen av skrotbeskickningen i ugnsschaktet måste hindra beskickningsmetallen från att klíbba samman för att förhindra igensättning av ugnsschaktet vilket enligt 2.283.163 inträffar om avsevärda mängder koks eller malm icke ingår i beskickningen. I den amerikanska patentskriften 3.199.977 beskrivs kontrollerad förbränning i en gastät vertikal schaktugn för att eliminera oönskat syre. Andra vertikala schaktugnar beskrivs i de amerikanska patentskrifterna 3.715.203 och 3.788.623, men liksom ugnen enligt den amerikanska patentskriften 2.283.163 kan icke någon av dessa ugnar smälta stora mängder granulerad metallskrot eller kri- stallin malm avhög kvalitet som icke blivit uppblandat med andra ma- terial, t ex koks. Enligt föreliggande uppfinning löses detta problem medelst en vertikal schaktugn som är i stånd att smälta skrotbeskick- ningar som innehåller avsevärda mängder kopparpulver med en kornstor- lek så liten som 0,0ü8 mm utan avsiktlig inblandning av slaggbildare eller bränslen i sådana beskickningar såväl som beskickningar som en- bart består av kopparpartiklar av guldklimpsstorlek och blandningar därav.

Föreliggande uppfinning utgörs av en vertikal flerkammarschakt- ugn som kan smälta granulerad metall och/eller kristallin malm av hög kvulitvt utan att bli igwnnutt. Grnnuluxut metallskrot, kríntallin malm av hög kvalitet eller en kombination därav beskickas i en förvärmnings- kammare vid toppen av ugnen där den kalla beskickningen uppvärmes ge- nom konvektion. Det måste påpekas, att om beskíckningsmaterialets par- tikelstorlok är alltför lítrvr Såßfim ívuz n k "clear cnpprr" (en kop- parutfällning som åstadkommas medelst en hyurumvtallurnisk process), f POOR t QUALITY ~_<__,___ 8009165-5 3 kommer beskiokningsmetallen att avgå från ugnen genom schaktets topp tillsammans med avgaserna. Det bör därför påpekas, att minimumparti- kelstorleken för beskickningsgranulerna är begränsad till partiklar som har tillräcklig massa för att gravitatignen skall kunna övervinna det uppdrag som skapas i schaktet av gaserna.

Under förvärmningskammaren finns en sintringskammare där de för- värmda metallgranulerna sintras genom uppvärmning till en temperatur som är något lägre än smältpunkten för beskickningsmetallen medelst ett flertal kontrollerade brännare som är belägna i de eldfasta väggar av ugnen som riktar värmet radiellt inåt. Den granulerade metall- massan i sintringskammaren smälter icke på grund av beskickningens kompakthet och höga ytvolymförhållande, utan bildar istället en kohe- rent pelarformig massa med en temperatur precis under smälttemperaturen för metallen. Den koherenta sintrade massan fastnar icke vid ugns- schaktets väggar, eftersom väggarna är eldfast infodrade,> och efter- som då den granulerade metallen sammanpackas till en koherent pelar- formig massa, denna massa krymper bort något från schaktväggarna allt- eftersom massan sintrar samman, elimineras håligheter.

Under sintringskammaren finns en smältkammare som har större dia- meter och mindre höjd än sintringskammaren. Eftersom metallbeskick- ningen blivit sintrad till en pelarformig massa som är längre än smält- kammarens höjd före den inträder i den med avseende pâ diametern för- storade smältkammaren, tvingas den i sintringskammaren bildade pelar- formiga massan av metall till att kvarstanna i smältkammarens centrum allteftersom den sjunker ned genom scnaktet, varigenom ett rörformigt smältutrymme skapas runt den pelarformiga massan. Flera symmetriskt med mellanrum anordnade brännare i och runt smältkammarens eldfasta vägg riktar värmet till det rörformiga smältutrymmet tangentiellt till den sintrade pelarformiga massan på ett sådant sätt att en flamma virvlar runt från en punkt direkt mitt emot tapphålet i botten av smältkammaren symmetriskt runt båda sidor av den sintrade pelaren av metall mot tapphålet. Denna tangentiellt virvlande flamma smälter den sintrade pelaren av metall utifrån inåt och allteftersom pelaren smälter ersätts den smälta delen med den kontinuerligt nedsjunkande sintrade beskickningen. Den smälta metallen strömmar nedför härden i smältkammaren och ut ur ugnen genom tapphålet.

Ett viktigt syfte med föreliggande uppfinning är sålunda att P0on“i uAurv 8009165-5 u åstadkomma en förbättrad vertikal schaktugn för smältning av granu- lerad metall återvunnen från recirkulerat skrot medelst granulatorer, granulerad metall återvunnen från nya skrotkällor, såsom bearbetninga- operationer, såväl som kristallin maln1av hög kvalitet, kopparutfäll- ningar från hydrometallurgiska processer, standardbeskickningar av storstyckig metall eller vilken son1h@lSfi kombination därav utan att igensättas.

Uppfinningen beskrivas närmare nedan under hänvisning till bi- fogade ritning, på vilken fig 1 visar ett längdsnitt genom en före- dragen utföringsform av schaktugnen enligt föreliggande uppfinning och fig 2 visar ett tvärsnitt genom schaktugnens smältkammare längs linjen A-A i fig 1.

Granulerad metall, d v s små oregelbundna pellets av metall, gravitationsbeskickas vid toppen av schaktugnen enligt föreliggande uppfinning medelst en icke visad beskickningsanordning. Såsom framgår av fig 1 är ugnen 10 uppdelad i en pipa 30 och en smältkammare 16, varvid pipans 30 översta del utgörs av en förvärmningskammare 11 där kall beskickning 12 värms genom konvektion från brännare 13 och lä som är anordnade i ugnens sintringskammare 15 och smältkammare 16.

Den centrala delen av ugnen utgörs av sintringskammaren 15 där tempera- turen hos den nedsjunkande förvärmda beskickningen 12 höjs på ett kon- trollerat sätt till precis under smälttemperaturen för beskicknings- metallen genom konvektion från smältkammarens brännare lfl och genom direkt anbringande av värme från sintringskammarens brännare 15 för bildande av en sintrad pelarformig massa 17 av beskickningen. Beroende på den granulerade metallbeskickningens 12 kompakthet, dess höga yt/ volym-förhållande och det kontrollerade sätt på vilket brännarna 13 drivs, smälter icke beskickningen utan sintras den i stället alltefter- som beskickningen 12 värms till en temperatur precis under likvídus- temperaturen för beskickningsmetallen, varigenom beskickningen bildar en koherent pelarformig massa 17, som smälts i smältkammaren 16. Den pelarformiga massan 17 blockerar vägen för beskickningsgranulerna 12 genom schaktet och till botten av ugnen, varigenom en okontrollerad bildning av en halvfast massa av osmält metall på ugnens härd 21 för- hindras. Ett av de mest allvarliga problemen vid smältning av granule- rad skrot i konventionella schaktugnar är det okontrollerade sätt på vilket en kall halvfast metallmassa bildas på härden, vilken massa síittmzr- igen, tapphziilol. och blockerar' hriirlnirna. Upznc-x» 10 är frruel If.,-r-¶.ï«1 försedd med en smältkammare 16, som är avsedd Pör mottagande av be- skickningsmassan 17 på ett kontrolleraat sätt och smältning av den- samma på samma gång som tapphâlet19 hålls öppet och brännarna íh ___“____*,,_.ø~\ 1 Poon QUÅLJLLo 8009165-5 oblockerade. Under ugnens 10, arbete kommer beskickningen icke att fastna vid ugnens 10 innerväggar 22, eftersom dessa är eldfast in- fodrade, och eftersonx då beskickningen sammanpackas till en koherent pelarformig massa 17, och denna massa krymper bort något från inner- väggarna 22 allteftersom massan sintrar samman, elimineraß alla hålrum.

Direkt nedanför sintringskammaren 15 finns smältkammaren 16 med större diameter och mindre höjd än sintringskammaren 15.PíPan 30 har vanligen en diameter av ca 0,75-1,3 m, företrädesvis ca 1,55 m.

Smältkammarens 16 diameter bör vara ca 1,2-1,9 ggr pipans diameter, varvid det föredragna diameterförnâllandet för smältkammaren 16 till pipan 50 är ca 1,5 till 1. Det är vidare självklart, att detta dia- meterförhållande varierar omvänt med pipans BU diameter, d v s ju större pipans 30 diameter är desto mindre är detta diameterförhâllan- de. Minimiökningen i diameter från pipa 30 till smältkammare 16 bör därför vara ca 0,3 m och maximiökningen i diameter från pipa 50 till smältkammare 16 ca 0,6 m. Under igångkörníngen når beskickningen 12 härden 21 på ett kontrollerat sätt och förvärms den för påbörjande av det kontrollerade bildandet av den halvfasta eller sintrade pelar- formiga massan, som tillväxer till en pelare 17. Genom smältkammarens 16 bredd erhålls ett utrymme 18 för förbränning runt den tillväxande pelaren 17 för påbörjande av smältningen av densamma samtidigt som tapphâlet 19 hålls öppet och blockering av brännarna 1H förhindras av den pelarformiga massan 17. Därefter lämnar den pelarformiga massan 17 allteftersom den sjunker ned i pipan 30, sintringskammaren 15 som en fast pelare 17 med en diameter ungefär lika med sintringskammarens innerdiameter, inträder den i smältkammaren 16 och kommer den till vila på härden 21. Härden 21 utgörs företrädesvis av en flernivâhärd för att befrämja smältningen av pelarens 17 bottenyta såväl som dess omkretsytor samtidigt som den hela tiden fungerar som stöd för den sintrade pelaren 17. Pelaren 17 stöds i sidled av sintringskammarens väggar 22 och ett rörformígt uppvärmningsutrymme 18 skapas mellan smältkammarens 16 väggar 31 och pelarens 17 omkrets. In i detta utrym- me 18 riktas värmet från flera brännare lä, som är anordnade radiellt och med mfllanrum runt smältkammarens 16 inre. Brännarna 1H är så an- ordnade att det bränsle som förbränns i dessa ger en flamma som träf- far metallpelaren 17 tangentíellt och virvlar runt pelaren 1? symme- triskt i det rörformiga utrymmet 18 från en punkt precis mitt emot tapphâlet 19 mot tappnålet 19. Genom detta symmetriska tangentiella anbringande av flamman smälts metallpelaren 17 utifrân inåt. Den smälta delen av den pelarformiga massan 17 ersätts av delar av pelaron ii " f QUALITY "Hm" 81309165-5 17 som kontinuerligt sintras i sintringskammaren 15 och gravi~ tatíonsmatas från sintringskammaren 15 till smältkammaren 16 under ugnens 10 arbete. Den smälta metallen 20 strömmar ned till här- den 21 som styr flödet av metall genom tapphålet 19.

Claims (2)

8009165-5 P a t e n t k r a v

1. Vertikal schaktugn för kontinuerlig smältning av i form av små stycken tillförd koppar utan avsiktlig tillsättning av bränsle eller slaggbildare till kopparbeskickningen och utan risk för igen- sättning av ugnen, vilken ugn innefattar en cylindrisk pipa (30) an- ordnad ovanpå en cylindrisk smältkammare (16) och uppdelad i en.övre cylindrisk förvärmningskammare (11) för mottagande och förvärmning av gravitationsbeskickningen av koppar med omgivningstemperatur och en därunder anslutande sintringskammare (15) för värmning av den för- värmda kopparbeskickningen till en temperatur, som endast är något lägre än kopparns smälttemperatur, varvid brännarorgan (13, 14) är anordnade i runt omkretsen fördelade öppningar i den inre väggen i sintringskammaren (15) och smältkammaren (16) och den sintrade kopparn i form av en pelarformig massa (17) kontinuerligt förflyttas ned i smältkammaren (16)för smältning, varjämte ett organ (19) är anordnat för uppsamling och avtappning av den smälta kopparn (20) från smältkammaren (16), k ä n n e t e c k.n a d a v att i sint- ringskammaren (15) är de i omkretsled fördelade brännarorganen (13) riktade i huvudsak radiellt inåt mot den pelarformiga kopparmassan (17) medan i smältkammaren (16), som har större diameter än sint- ringskammaren (16) och därmed den pelarformiga kopparmassan (17), är brännarorganen (14) riktade tangentiellt till denna massa (17) för avsmältning av denna och symmetriskt fördelade runt ett avsnitt av åtminstone 2700 av omkretsen av den inre väggen i smältkammaren (16), vilket avsnitts centrum eller mittpunkt är belägen mitt emot avtapp- ningsorganet (19).

2. Schaktugn enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att förhållandet mellandencylindriska smältkammarens (16) maximidiameter och den cylindriska pipans (30) diameter uppgår till mellan 1,2:1 och 1,9:1.