SE450898B - Sett vid anvendning av en plasmagenerator for tillforsel av vermeenergi, samt anordning for genomforande av settet - Google Patents

Description

450 898 _ radiellt utåt vid utflöde ur plasmageneratorn. Härvid ut- sättes reaktorkärlets väggar lokalt för stora påfrestningar, vilket resulterar i att ugnsinfodringen i detta område- snabbt förstörs med driftstopp och dyrbara reparationer som följd. Gasens rotation medför också svårigheter vid injicering av pulverformigt material i gasströmmen i det att små partiklar tenderar att kastas ut ur gasströmmen på grund av rotationen.

Andra nackdelar är att i plasmageneratorer med inre ljusbå- ge erhålles en kraftig förslitning på_de båda elektroderna, vilka måste bytas ofta. Vidare utgöres en stor del av vär¿ meförlusterna i plasmageneratorn av elektrodförluster.

Det har nu helt överraskande visat sig att det är möjligt att i huvudsak eliminera ovanstående nackdelar viddeti.üflednhmæn angivna sättet som kännetecknas av att ett reaktionsrum àstadkommes medelst en plasmagas, som genereras genom en inre ljusbåge i plasmageneratorn, i vilket reaktionsrum de endoterma reaktionerna genomföres genom värmeenergi- tillförsel medelst en yttre ljusbåge, vars ena elektrod bildas av plasmageneratorn och vars andra elektrod bildas av det i schaktugnen befintliga materialet.

Användningen av en yttre eller överförd ljusbåge, den engelska termen "transferred.arc", är i och för sig känd i stålframställningssammanhang, dock enbart för smältning av stål, dvs. skrotsmältning. Vid denna teknik utnyttjas *som plasmagas inertgas såsom argon, vilken endast har till uppgift att bilda medium för ljusbågen och vilken gas inte' deltar i någon kemisk reaktion. Vid denna kända process, se Iron and Steel Engineer, oktober 1980 sid. 81-82, "Plasma steelmaking - The Freital System", utnyttjas en plasma- smâltugn med flera snedställda plasmageneratorer som sam- 4sols9s verkar med en central bottenelektrod. Principen är ungefär densamma som för konventionella ljusbâgsugnar, men de ver- tikala grafitelektroderna är ersatta av plasmageneratorer.

'Däremot har aldrig vare sig föreslagits eller praktiserats att, såsom enligt föreliggande uppfinning, utnyttja en ytt- re ljusbåge, där reduktionsmedlet i reaktorn utnyttjas som en elektrod för direktreduktion av metalloxid till metall.

Genom uppfinningen har det överraskande visat sig möjligt att åstadkomma en stabil ljusbåge mellan å ena sidan det fasta reduktionsmaterialet i reaktorn och à andra sidan den i reaktorväggen inskjutande plasmageneratorn. vid uppstart- ningen bildas på grund av den mycket höga temperaturen ett hålrum omedelbart framför generatormynningen. Härefter sker de eftersträvade reaktionerna i detta hålrum. Överraskande är också att det i reaktorn befintliga fasta reduktionsmed- let efter det att hålrummet bildats förbrukas i mycket li- ten utsträckning, och att den befarade nedrasningen av det fasta materialet, som skulle leda till en instabil.ljusbåge icke inträffar.

Genom sättet enligt uppfinningen erhålles dessutom den vä- sentliga fördelen att elektrodslitaget vid åtminstone en elektrod fullständigt elimineras, eftersom reduktionsmed- let fungerar som elektrod. När det reducerande materialet, som kan vara t. ex. koks, fungerar som elektrod, kommer gi- vetvis en del av detta att förbrukas, men detta kommer ändå processen tillgodo i form av kol som oxideras till kolmon- oxid och koldioxid. Vidare behöver gasen inte längre rote- ras, vilket dels underlättar tillförseln av pulverformigt material till gasströmmen och dels förhindrar den vid kon- ventionella förfaranden uppkomna påfrestningen på ugnsin- fodringen. 450 898 'Ytterligare en fördel ligger i att det ena elektrodspännings- fallet uppträder i reduktionsmedlet, vilket innebär att verk- ningsgraden ytterligre förbättras med ca 5%, en avsevärd ökning av en redan hög verkningsgrad.

Ammimimga1för genomförande av sättet enligt uppfinnhryfl1består av en schaktugnsliknande reaktor, ett uppsättningsmål vid reaktorns övre ände för att dels åstadkomma kontinuerlig tillförsel av fast, styckeformigt reduktionsmaterial och dels för att åstadkomma ett sådant tryckfall att i reak- torn befintliga heta gaser icke avgår genom uppsättninge- målet, ett gasutlopp anordnat i reaktorns övre del för för- brukad gas samt eventuella lättflyktiga metaller, utlopp i reaktorns botten för metall respektive slagg, samt en plasmagenerator med tillförselledningar för pulverformigt material och reduktionsgas samt eventuella tillsatsmaterial såsom kolväten, syre, slaggbildare, vatten, anordnad i reaktorns nedre del och förbunden med en strömkälla, var- vid reaktorn är fylld med en pelare av reduktionsmaterial och vilken anordning kännetecknas av i reduktionsmateria- let nedförda strömavledare, anslutna till plasmageneratorns strömkälla så att det reducerande materialet bildar en elektrod och plasmageneratorn den andra elektroden i en elektrisk krets för alstrande av en yttre elektrisk ljus- båge.

Andra kännetecken och fördelar hos sättet och anordningen enligt föreliggande uppfinning kommer att framgå av nedan- stående detaljerade beskrivning i anslutning till bifogade ritning, som visar en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare med hän- visning till den bifogade ritningen. Härvid skall dock no- teras, att figuren endast visar en schematisk vy av en fö- 450 ass redragen utföringsform av anordningen enligt uppfinningen och att de ingående detaljerna kan ges annorlunda utform- ningar utan att man därför frångår uppfinningstanken.

Anordningen innefattar principiellt en reaktor 1, ett på denna anordnat uppsättningsmål 2, åtminstone en plasmage- nerator 3 samt strömavledare 4.

Den schaktugnsliknande reaktorn 1 är'vid den övre delen ut- rustad med gasutsläpp 5 för gas och eventuella lättflyktíga metaller. Vid den nedre delen uppvisar reaktorn ett utlopp 6 för metall och ett utlopp 7 för slagg. Reaktorn är fylld med styckeformigt fast reduktionsmaterial 8, vilket konti- nuerligt tillföres reaktorn genom uppsättningsmålet, i den mån det förbrukas. I Uppsättningsmålet 2 innefattar företrädesvis ett flertal slutna, över reaktorns 1 omkrets jämnt fördelade tillförsel- kanaler 9. Málets utformning tillåter kontinuerlig tillför- sel av det reducerade materialet efter behov, samtidigt som det också bildar ett gaslås, dvs. tryckfallet över kanalerna är så stort att gasen inte orkar ta sig ut den vägen. För säkerhets skull kan eventuellt läggas kväve under tryck i förgreningspunkten.för kanalerna. På figuren visas vidare gasutsläppet 5 anordnat centralt i den övre delen. men.det kan också anordnas i sidan. Vid den ovan angivna utförings- formen av uppsättningsmàlet är det visade utförandet det lämpligaste.

'Plasmageneratorn 3 visas endast schematiskt och icke i snitt ' eftersom dess funktion ändå klart framgår av nedanstående.

Den innefattar tvâ cylindriska elektroder med ett mellanlig- gande ringformigt gap. Genom detta gap införes åtminstone en del av reduktionsgasen plus eventuellt ett kolväte eller annat material genom ledningar ll, 12. I plasmageneratorns i4so 898 främre del är vidare anordnade lansar 13, 14 för injicering av pulverformigt material plus eventuellt syre, vatten, slaggbildare osv. Plasmageneratorn kan vidare vara utformad med ett uppströms beläget inlopp 15 för komprimerad gas, säsom argon eller luft, i och för inblåsning av en mellan de tvà ovannämnda cylindriska elektroderna på konventionellt sätt alstrad ljusbåge in i reaktorn. I regel är det dock tillräckligt att öka inströmningshastigheten på reduktions- gasen, som inmatas i den ringformiga spalten,_för att ljus- ,bågen skall "blåsas" in i reaktorn och tända mot reduktions- materialet i reaktorn.

I reduktionsmaterialet 8 är anordnade strömavledare 4, vilka lämpligen står i förbindelse med samma strömkälla 16, som driver plasmageneratorn 3. Strömavledarna står i förbindel- se med jord liksom är fallet med plasmageneratorns hölje.

Härigenom undvikes såsom nämnts i beskrivningens allmänna del, problem både när det gäller isoleringen och säkerheten för driftspersonalen.

Beskrivningen av den elektriska utrustningen har avsiktligt utelämnats, då denna inte utgör någon del av föreliggande uppfinning. Emellertid skall nämnas att plasmageneratorn är så kopplad, att när den mellan de cylindriska elektroderna alstrade ljusbågen blåsts in i reaktorn och en stabil ljus- båge alstrats mellan plasmageneratorn 3 och det reducerande materialet 8, en av elektroderna i plasmageneratorn kopplas bort ur strömkretsen.

När processen körs igång, alstras sålunda en inre ljusbåge mellan plasmageneratorns båda cylindriska elektroder. Den då bildade plasmagasen, somlmr en temperatur på i storleksord- ningen 5.000°C, bränner då bort reduktionsmaterialet omedel- bart framför plasmageneratorn, så att ett hàlrum 17 bildas.

I detta hàlrum 17 kommer sedan reaktionerna att ske. Här- efter, eller snarare i en följd härmed, blåses ljusbágen HF la» "7 450 898 - in i hålrufimet och tänder mot det reducerande materialet) varefter en av plasmageneratorns elektrqder kan~kópplas fiortt Sedan detta ägt rum kommer det reducerande materia- let att förbrukas i mycket ringa utsträckning, till skill- nad från vid övriga plasmaprocesser, där detta material förbrukas.

Claims (6)

450 898 _ S? P a t e n t k r a v

1. g Sätt vid användning av plasmagenerator för tillförsel av värmeenergi till en med fast reduktionsmaterial fylld ' schaktugnsliknande reaktor medelst en reduktionsgas som helt eller delvis ledes genom plasmageneratorn och överföres till 'I plasmagas, varvid pulverformigt material-tillsammans med even- tuella tillsatsmaterial tillföres till reaktorn för genomföran- de av endoterma reaktioner, företrädesvis direktreduktion av metalloxid till metall, k ä n n e t e c k n a t av att ett reaktionsrum åstadkommas medelst en plasmagas, som genereras genom en inre ljusbåge i plasmageneratorn, i vilket reaktions- rum de endoterma reaktionerna genomföres genom värmeenergi- tillförsel medelst en yttre ljusbåge, vars ena elektrod bildas av plasmageneratorn och vars andra elektrod bildas av det i schaktugnen befintliga materialet.

2. -Sätt enligt krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n a t av' att det pulverformiga materialet inmatas i den av ljusbâgen _alstrade plasmagasen.

3.' Sätt enligt krav 2, k ä n n e t_e c k n a t av att .hålrummet åstadkommes av en av plasmageneratorn medelst en inre ljusbåge alstrad plasmagas._

4. :Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att den inre ljusbågen alstras mellan två cylindriska elektroder i plasmageneratorn över ett gap, att denna inre ljusbåge blå- ses in i reaktorn medelst den i gapet inmatade reduktionsgasen för att tändas mot reduktionsmaterialet i reaktorn, som medelst strömavledare står i förbindelse med den strömkälla som driver plasmageneratorn.

5. ¿ Anordning för genomförande av sättet vid användning av plasmagenerator för tillförsel av värmeenergi till en med 'fast reduktionsmaterial fylld schaktugnsliknande reaktor medelst m) 4sols9s en-reduktionsgas som helt eller delvis ledes genom plasma- generatorn och överföras till en plasmagas, varvid nulver- formigt material tillsammans med eventuella tillsatsmaterial tillföres till reaktorn för genomförande av endoterma reak- tioner, företrädesvis direktreduktion av metalloxid till metall enligt krav 1, bestående av en schaktugnsliknande reaktor (1), ett uppsättningsmål (2) vid reaktorns övre ände för att dels åstadkomma kontinuerlig tillförsel av fast, styckeformigt reduktionsmaterial och dels för att åstadkomma ett sädant tryckfall att i reaktorn befintliga heta gaser icke avgår_genom uppsättningsmålet, ett gasutlopp (5) anordnat i reaktorns övre del för förbrukad gas samt eventuella lätt- flyktiga metaller, utlopp (6,7) i reaktorns botten för metall respektive slagg, samt en plasmagenerator (3) med tillförsel- ledningar (ll-14) för pulverformigt material och reduktions- gas samt eventuella tillsatsmaterial såsom kolväten, syre, slaggbildare, vatten, anordnad i reaktorns nedre del och för- bunden med en strömkälla (16), varvid reaktorn är fylld med en pelare av reduktionsmaterial (8), k ä n n e t e c k n a d av i reduktionsmaterialet nedförda strömavledare (4), anslut- na till plasmageneratorns (3) strömkälla så att det reduceran- de materialet (8) bildar en elektrod och plasmageneratorn (3) ' den andra elektroden i en elektrisk krets för alstrande av en yttre elektrisk ljusbâge.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att de i reduktionsmaterialet nedförda strömavledarna (4) är förbundna med jord.