DE1245399B - Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung der fuehlbaren Waerme und insbesondere des Heizwertes des in einem Elektrowiderstandsschmelzofen mit geschlossenem Herd entwickelten Gases - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21c

Deutsche Kl.: 18 b-5/52

Nummer: 1245 399

Aktenzeichen: T 25561VI a/18 b

Anmeldetag: 6. Februar 1964

Auslegetag: 27. Juli 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung der fühlbaren Wärme und insbesondere des Heizwertes von in einem Elektrowiderstandsschmelzofen mit geschlossenem Herd entwickelten Gas.

Bei Elektroschmelzöfen mit geschlossenem Herd ist die Oberfläche des Ofens durch einen Deckel aus wärmebeständigem Material abgeschlossen. Das im Ofen während des Schmelzvorganges erzeugte Gas wird aus dem Ofen abgezogen, ohne darin verbrannt zu werden. Dieses Gas wird üblicherweise Weise gekühlt, gewaschen und als Brenngas für allgemeine Zwecke verwendet. Wegen der relativ geringen Verbrennungswärme dieses CO-haltigen Gases ist der Anwendungsbereich begrenzt. ig

Zum Stand der Technik gehört ein elektrischer Lichtbogenofen, in dem während des Frischvorganges eine große Menge CO-haltiger Gase anfällt. Dieses Gas wird jedoch nicht unmittelbar nach seiner Entstehung im Ofen verbrannt. ao

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Wärmeenergie des Abgases, das im wesentlichen aus CO-Gas besteht, auszunutzen, indem das erzeugte CO-Gas direkt im Ofen verbrannt wird, um dadurch die notwendige elektrische Energie für den Betrieb des Ofens herabzusetzen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Elektrowiderstandsofen Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingeführt wird, das entwickelte Gas verbrannt und die Oberfläche der im Ofen befindlichen Rohmaterialschicht auf eine hohe Temperatur erwärmt wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben:

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen Grundtyp eines abgeschlossenen Elektroofens;

F i g. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen abgeänderten geschlossenen Elektroofen;

F i g. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Elektroofen und gibt eine Erläuterung einer Vorrichtung zur Kühlung der Schutzzylinder, die die Elektrodenhalter umgeben;

F i g. 4 zeigt einen Teilschnitt durch Elektrodenhalter und Schutzzylinder nach F i g. 3, und

Fi g. 5 zeigt den Schnitt durch eine neuartige Rohmaterialvorwärmungseinrichtung, die direkt mit dem in Fig. 1 gezeigten abgeschlossenen Elektroofen gekoppelt ist.

Durch die Erfindung werden die Vorteile der üblichen offenen und geschlossenen Elektroofen kombiniert, und die erforderliche elektrische Leistung Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung der
fühlbaren Wärme und insbesondere des
Heizwertes des in einem
Elektrowiderstandsschmelzofen mit
geschlossenem Herd entwickelten Gases

Anmelder:

Tanabe Kakoki Co., Ltd.,

Itoigawa-shi, Niigata-ken;

Awamura Mining Co., Ltd., Kita-ku, Osaka-shi

(Japan)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann

und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,

Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:

Yoshiyuki Fujiwara,

Hachiro Fujiki, Tokio;

Chikato Ando,

Zenjiro Nitta, Itoigawa-shi, Niigata-ken;

Toshio Miyake,

Ken Shigenari, Uji-shi, Kyoto-fu (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 6. Februar 1963 (4678),
vom 8. Februar 1963 (5497),
vom 29. März 1963 (14 097),
vom 24. August 1963 (44 833),
vom 24. August 1963 (44 834)

pro Tonne Legierung konnte im Vergleich zu den üblichen Ofeneinheiten erheblich herabgesetzt werden. Die mit Sauerstoff angereicherte Luft wird von außen in den Raum oberhalb der Ronmaterialschicht in den Ofen eingeführt, so daß eine vollkommene Verbrennung des im abgeschlossenen Ofen entwickelten Gases in der gleichen Weise wie beim Ofen mit offenem Herd erfolgt. Wie beim Ofen mit offenem Herd besteht keine Explosionsgefahr, da das im Ofen entwickelte Gas unmittelbar verbrennt, in-

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dem es mit der überschüssigen Luft oberhalb der das entwickelte Gas zur Ofenmitte, so daß der die

Rohmaterialschicht in Berührung kommt. Die Ober- Elektroden 13 unmittelbar umgebende Bereich immer

fläche des Rohmaterials wird dabei erheblich er- von reduzierbarem Gas ausgefüllt ist, das im wesent-

wärmt. liehen aus CO-Gas besteht. Die Oxydation und der Auf diese Weise wird der für die gesteigerte Er- 5 Verschleiß des Elektrodenkohlenstoffs durch Luft

wärmung des Rohmaterials im Ofen auf Reaktions- oder CO₂ kann so verhindert werden,

temperatur erforderliche elektrische Energieanteil Das verbrannte Gas, das kein CO mehr enthält,

eingespart. wird durch drei Austrittsöffnungen 14 abgeführt.

Beim geschlossenen Elektroofen der üblichen Bau- Die Düsen 15a können durch ölzuleitungen 16 art tritt beim entwickelten Gas während der Reak- io mit einem Öltank 18 verbunden sein, so daß ein Getion ein Wärmeaustausch mit dem Rohmaterial wäh- misch aus Luft und Brennöl zur Unterstützung der rend des Aufwärtsstromes durch die Rohmaterial- Verbrennung eingeblasen werden kann,
schicht auf, wodurch fühlbare Wärme abgegeben Eine weitere, abgeänderte Ausführungsform ist in wird, so daß die Temperatur des Gases beim Aus- den Fig. 3 und 4 dargestellt. In diesen Figuren ertritt aus dem Ofen zwischen 300 und 500° C liegt. 15 strecken sich drei Elektroden 23 durch einen Deckel Die Temperatur der Oberfläche der Rohmaterial- 22, der den Ofenkörper 21 abdeckt, in die Schicht schicht, die durch das Aufschichten kontinuierlich 34 aus Rohmaterial. Um jede Elektrode 23 ist ein in eingespeisten Rohmaterials gebildet wird, beträgt Abschnitte unterteilter Elektrodenhalter 24 angeordetwa 100 bis 200⁰C. Die Oberflächentemperatur net, in dem Kühlwasser umläuft. Um den Elekbeim Ofen mit offenem Herd liegt auch relativ nied- 20 trodenhalter ist ein Keilring 25 angeordnet, durch rig, d. h. etwa bei 300 bis 400° C. Abhängig von der den das Kühlwasser geführt ist, so daß durch An-Art des Schmelzofens beträgt die Temperatur der heben der mit dem Keilring 25 verbundenen Stange Reaktionsschicht in den tieferen Teilen des Ofens 25 a der Elektrodenhalter 24 die jeweilige Elektrode etwa 1300 bis 2000° C. In jedem Fall tritt also eine umschließt, wobei diese mit fortschreitendem Vererhebliche Temperaturdifferenz zwischen dem Teil 25 schleiß abgesenkt wird. Bei der üblichen Bauart wird der Oberflächenschicht und dem tieferen Teil auf. nun ein Schutzzylinder 26 aus einer Metallplatte um Vorrichtungen, die geeignet sind, das erfindungs- den Elektrodenhalter angeordnet, wobei dieser gemäße Verfahren durchzuführen, sollen nun bei- Schutzzylinder mit der Elektrodenöffnung des Dekspielsweise an Hand der Zeichnungen erläutert kels 22 durch einen Flansch 28, einen Gewindebolzen werden. 30 29, zwei Muttern 31 und ein am Deckel 22 bein Fig. 1, in welcher das erfindungsgemäße festigtes Zwischenstück30 verbunden ist. Eine Dich-Grundprinzip dargestellt ist, ist ein üblicher ge- tung33 sitzt in einer Stopfbüchse auf dem Keilschlossener Elektroofen mit einem Deckel zu sehen, ring 25.

der eine oder mehrere mit Schieber 4 versehene Öff- Dieser Schutzzylinder 26 erhält bei der Erfindung

nungen 3 aufweist, durch welche Luft in den Elektro- 35 einen Luftmantel. Das heißt, die Kühlluft wird mit-

ofen eingeführt werden kann. Der dort dargestellte tels eines Gebläses 35 durch Rohre 27 in den hohlen

Elektroofen geschlossener Bauart besteht aus einem Schutzzylinder eingeführt (F i g. 3), worauf die Luft

Ofenkörper 1, der mit einem geeigneten wärme- durch eine Anzahl kleiner Bohrungen 26 a, die an

isolierenden Material, z. B. feuerfesten Steinen, aus- der äußeren unteren Hache des Schutzzylinders 26

gekleidet ist, aus einem Deckel 2 und einer Vielzahl 40 angeordnet sind, gegen die Innenwand des Elektro-

von Elektroden 5 (von denen nur eine gezeigt ist), ofens strömt.

die durch den Deckel hindurchreichen und in verti- F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Vorkaler Richtung beweglich sind. Die Elektrodenspitze wänneschachtofens, der in Verbindung mit dem ererstreckt sich in die direkte Reduktionszone 7. Dar- findungsgemäßen Elektroofen verwendet wird. Der über befindet sich bekanntlich die Zone der in- 45 Vorwärmeschachtofen 41, der direkt mit der Abgasdirekten Reduktion, die von der Rohmaterialschicht öffnung 10 des Elektroofens gekoppelt ist, hat einen gebildet wird. Das in den Reduktionszonen gebildete Boden mit großem Querschnitt, der einen Tischför-Gas, das im wesentlichen aus CO-Gas besteht, sam- derer 42 enthält. Die Höhe des Vorwärmeschachtmelt sich in dem freien Raum 8 zwischen Deckel und ofens ist wesentlich geringer als die der üblichen der Beschickungsoberfläche und wird mittels einer 50 Bauart, und sie kann geringer als der dreifache geeigneten Absaugvorrichtung über die Absaug- Innendurchmesser des Hauptkörpers des Vorwärmeöffnung 10 abgeleitet. Schachtofens 41 sein. Der Vorwärmeschachtofen 41 Durch den natürlichen oder künstlichen Zug fällt ist in seinem oberen Teil erweitert. Dort mündet ein der Druck im freien Raum 8 des Elektroofens, so Rohmaterialbehälter 43 mit einem Trichter 44 ein. daß Luft durch die Öffnung 3 zur Verbrennung des 55 Das Abgas wird aus dem oberen Teil des Vorwärmeentwickelten Gases angesaugt wird. Die Oberflächen- Schachtofens 41 abgezogen und von dort über einen temperatur des Rohmaterials wird durch ent- Schornstein 46 mit Hilfe eines Sauggebläses 45 absprechende Verstellung des Schiebers 4 oder durch geführt.

Einführen von Sauerstoffgas oder Hilfsbrennstoff auf Ist der Vorwärmschachtofen direkt mit dem geetwa 1000⁰C eingeregelt. 60 schlossenen Elektroofen, der in den Fig. 1 oder 4 Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Er- gezeigt ist, verbunden, so kann die Temperatur an findung, bei der drei Elektroden 13 im Deckel 12 der Oberflächenschicht des Rohmaterials auf etwa eines Elektroofens 11 angebracht sind und in das 1000° C erhöht werden, ohne einen Hilfsbrennstoff Rohmaterial 19 reichen, wobei ferner drei oder mehr zu verwenden. Die Temperatur des aus dem VorDüsen 15a tangential zur Innenwand des Elektro- 65 wärmeschachtofen austretenden Abgases kann dabei ofens angeordnet sind. Jede der Düsen 15 a ist über auf etwa 5O⁰C gesenkt werden.
Zuleitungen 15 mit einem Gebläse 17 verbunden. Im folgenden werden Beispiele von Schmelzvor-Die durch diese Düsen 15 α eingeblasene Luft führt gangen gegeben, bei denen Verfahren und Vorrich-

Claims (7)

tungen gemäß der Erfindung zur Anwendung kommen. Beispiel 1 Ferromangan mit hohem Kohlenstoffgehalt, das 77% Mangan enthielt, wurde in einem üblichen Elektroofen und in einem geschlossenen Elektroofen (F i g. 1) ohne Vorwärmung des Rohmaterials hergestellt. Die installierte Leistung dieser beiden Öfen betrug 1500 kVA. Die Zusammensetzung des Erzes betrug 46% Mangan, 7,5% Fe, 13% SiO.,, 5«/o AL7O3, 1% MgO, 0,16% P und 2,5% gebundenes Wasser. Das Reduktionsmittel des Gruskokses setzte sich aus 88% festem Kohlenstoff, 2% flüchtige Bestandteile und 10% Asche zusammen. Die Zusammensetzung des zur Einstellung der Basizität der Schlacke verwendeten Kalksteins bestand aus 54,8 % CaO, 1,6 % SiO2 und 0,004% P. Die Klassierung des jeweiligen Rohmaterials ist in der nachstehenden Tabelle angegeben: Über 10 mm Unter 10 mm Roherz Sintererz Kalkstein Koksgrus 84,2% 15,8% 65,1% 34,9Vo 63,7% 36,3% 0,2% 99,8% Über 350 kg dieses Rohmaterialgemisches wurden in einen üblichen offenen Elektroofen im Abstand von 30 Minuten eingegeben und mit einer Eingangsleistung von 10 000 kW erschmolzen, wodurch ein Ferromanganprodukt mit 77,5% Mn, 0,5% Si, 6,8% C, 0,2% P und 0,01 % S erzeugt wurden. Die Basizität der Schlacke betrug 1,2, der Mangangehalt der Schlacke 14,0 und der Anteil von Mn im Endprodukt 84,2%. Die erforderliche Rohmaterialmenge pro 1000 kg Endprodukt betrug 2000 kg Manganerz, 420 kg Koksgrus, 580 kg Kalkstein, 18 kg Elektrodenkohlenstoff, und es wurden 3360 kWh verbraucht. Ein ähnliches Produkt erhielt man durch Abdekken des in F i g. 1 gezeigten Elektroofens. Einführen von Luft durch die Öffnung im Deckel unter natürlichem Zug. Da hierbei die Rohmaterialien nicht vorgewärmt waren, war es unmöglich, die Oberflächentemperatur des Rohmaterials auf etwa 10000C zu bringen. Am Deckel des Elektroofens war deshalb ein Ölbrenner angebracht, der mit 0,2 l/Min. Heizöl beaufschlagt wurde. Das verbrannte Gas enthielt nur 0,6% CO. Die erforderliche Menge an Koksgrus je 10001 Endprodukt betrug 380 kg, wobei die Mengen an anderen Rohmaterialien die gleichen wie im vorherigen Fall waren. Dagegen wurde die elektrische Energie erheblich auf 248OkWh gesenkt, was mit der beim offenen Elektroofen verglichen werden muß. Bei diesem Verfahren werden zwar etwa 301 kg Heizöl je 1000 kg Endprodukt mehr verbraucht, diese zusätzlichen Kosten werden aber durch Einsparung der elektrischen Leistung aufgehoben. Beispiel 2 Ein Vorwärmschachtofen mit einem Innendurchmesser von 0,8 m und einer lichten Höhe von 0,9 m wurde direkt auf einem 1500-kVA-Elektroofen geschlossener Bauart angebracht, der mit Schutzzylindem, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, ausgestattet war, und es wurde Ferromangan unter Verwendung der gleichen Rohmaterialien und Betriebsbedingungen wie im Beispiel 1 hergestellt. In diesem Fall war es auf Grund des bereits auf 1000° C vorgewärmten Rohmaterials nicht notwendig, zusätzlich Heizöl zu verbrauchen, um die Oberflächentemperatur des Rohmaterials auf etwa 10000C zu bringen. Die in den Elektroofen eingeführte Luftmenge betrug 8m3/Min., und die Temperatur des aus dem Vorwärmschachtofen austretenden Abgases betrug nur 500C. Die Zusammensetzung des Abgases betrug 37,5% CO2, 5«/o O2 und 57,5% N2. CO konnte nicht festgestellt werden. Die bei diesem Beispiel erforderliche elektrische Energie betrug 2100 kWh je kg Produkt, d. h., man erhält eine Verminderung von etwa 40%, verglichen mit dem offenen Elektroofen üblicher Bauart. Die Koksgrusmenge je kg Produkt lag bei 370 kg, die Mengen der Rohmaterialien waren dieselben wie beim Elektroofen mit offenem Herd. Die Menge an Reduziermittel stieg bis auf 88 % der beim üblichen Verfahren notwendigen Menge. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ausnutzung der fühlbaren Wärme und insbesondere des Heizwertes von in einem Elektrowiderstandsschmelzofen mit geschlossenem Herd entwickelten Gas, dadurch gekennzeichnet, daß in den Elektrowiderstandsofen Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingeführt, das entwickelte Gas verbrannt und die Oberfläche der im Ofen befindlichen Rohmaterialschicht auf eine hohe Temperatur erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Einführen von Luft oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft flüssiger Brennstoff in den Ofen eingeführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in das Innere des Ofens unter einem Winkel eingeblasen wird, der im wesentlichen tangential zur inneren Umfangswand des geschlossenen Elektroofens liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft durch einen den Elektrodenhalter umgebenden Schutzzylinder in diesen geschlossenen Elektroofen eingeführt wird.

5. Geschlossener Elektrowiderstandsschmelzofen, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Einblasdüsen (15«) für Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, die in tangentialer Richtung zur Innenwand des Elektrowiderstandsofens (11) angeordnet sind, wobei diese Düsen (15 a) über Zufuhrleitungen (16) mit einem flüssigen Brennstoff enthaltenden Tank (18) in Verbindung stehen.

6. Geschlossener Elektrowiderstandsschmelzofen, gekennzeichnet durch einen Elektrodenhalter, der von einem luftdurchströmten Schutzzylinder umgeben ist, wobei der äußere Mantelteil dieses Schutzzylinders in seinem tiefer liegenden Bereich mit kleinen Luftaustrittsöffnungen versehen ist.

7. Vorwärmschachtofen für Rohmaterial in Verbindung mit einem geschlossenen Elektrowiderstandsschmelzofen nach den Ansprüchen 5