NO134779B

NO134779B -

Info

Publication number: NO134779B
Application number: NO4848/69A
Authority: NO
Inventors: H O Hansson
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1968-12-09
Filing date: 1969-12-08
Publication date: 1976-08-30
Also published as: US3636242A; NL170474C; NL6917914A; CH499854A; DE1961694B2; BE742781A; DK124501B; FR2025700A1; DE1961694A1; GB1292459A; NL170474B

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av jernmetall i en elektrisk lysbueovn. Process for the production of ferrous metal in an electric arc furnace.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på The present invention is based on

en smeltemetode og angår nærmere bestemt a melting method and relates more specifically

smelting av jernholdige materialer i en elektrisk lysbueovn. melting of ferrous materials in an electric arc furnace.

Forsøk på å fremstille råjern eller lignende fra jernholdige materialer i en elektrisk Attempts to produce pig iron or the like from ferrous materials in an electric

lysbueovn med sjakt har støtt på betydelige arc furnace with a shaft has encountered significant

vanskeligheter. Mengden av gasser som dannes difficulties. The amount of gases formed

i slike apparater, er relativt liten, og der finner således sted liten forvarmning av materialet før dette utsettes for den elektriske lysbue. Den reduksjon av det jernholdige materi-ale som finner sted som følge av gassene in such devices, is relatively small, and there is thus little preheating of the material before it is exposed to the electric arc. The reduction of the ferrous material that takes place as a result of the gases

før materialet når sonen for den elektriske before the material reaches the zone for the electric

lysbue, er således ubetydelig. Forskjellige mo-difikasjoner av de foreliggende fremgangs-måter til smelting av jernholdige materialer arc, is thus negligible. Various modifications of the existing methods for smelting ferrous materials

i elektriske ovner har vært forsøkt, men det in electric ovens has been tried, but that

har hittil ikke vært mulig å overvinne de So far it has not been possible to overcome them

ulemper som var forbundet med anvendelsen disadvantages associated with its use

av elektriske ovner for dette formål, og som of electric furnaces for this purpose, and which

man anså som iboende ulemper ved en slik anvendelse. were considered inherent disadvantages of such an application.

Det er en hensikt med den foreliggende There is a purpose to the present

oppfinnelse å skaffe en smeltemetode hvor en invention to provide a melting method where a

jernholdig charge underkastes en elektrisk ferrous charge is subjected to an electric

lysbuebehandling, og hvor de tidligere vanskeligheter og ulemper ved elektrisk lysbuesmel-ting er ryddet av veien, så smeltingen kan ut-føres på en enkel, økonomisk og pålitelig måte. arc treatment, and where the previous difficulties and disadvantages of electric arc melting have been cleared out of the way, so that the melting can be carried out in a simple, economical and reliable way.

Oppfinnelsen går således i første rekke The invention thus goes first

ut på en fremgangsmåte til fremstilling av out on a method for the production of

jernmetall i en elektrisk lysbueovn, hvor der ferrous metal in an electric arc furnace, where there

for å bevirke reduksjon og oppkulling av metallet anvendes reduksjonsmidler i form av reducing agents in the form of

hydrokarbon, idet fremgangsmåten er karakterisert ved en kombinasjon av de følgende trekk: at der på kjent måte utenfor ovnen be-virkes en agglomerering i oxyderende atmosfære for å fremstille en charge hvor jernet er oxydert i det vesentlige til Fe:i04, hydrocarbon, the method being characterized by a combination of the following features: that an agglomeration is effected in a known manner outside the furnace in an oxidizing atmosphere to produce a charge where the iron is oxidized essentially to Fe:i04,

at denne charge påsettes direkte uten vesentlig avkjøling og ved en temperatur av over 825° C, that this charge is applied directly without significant cooling and at a temperature of over 825° C,

at den elektriske ovn som i og for seg kjent har en konisk sjakt hvor chargen delvis reduseres ved hjelp av varme gasser fra herden, og that the electric oven, which is known in and of itself, has a conical shaft where the charge is partially reduced by means of hot gases from the hearth, and

at reduksjonsmidlene innføres i herden that the reducing agents are introduced into the hearth

gjennom ovnens elektroder. through the oven's electrodes.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil således en del av reduksjonen av metalloksydene bli utført i ovns-sjakten ved hjelp av de varme reduserende gasser som stiger opp fra det kammer som utgjør herden i den elektriske lysbueovn, og dannes ved virk-ningen av den elektriske lysbue på de fluidum-formede reaksjonsmidler som føres inn gjennom elektrodene. When using the method according to the invention, part of the reduction of the metal oxides will thus be carried out in the furnace shaft with the help of the hot reducing gases that rise from the chamber that forms the hearth in the electric arc furnace, and are formed by the action of the electric arc on the fluid-shaped reactants introduced through the electrodes.

Reduksjonen muliggjøres videre ved forvarmning av chargen i en agglomereringsinn-retning, som kan utgjøres av et kontinuerlig bånd eller en roterende sintringsovn, i en oksyderende atmosfære og ved en slik temperatur at en etterfølgende reduksjon ved hjelp av de reduserende gasser vil være mulig i alle deler av ovnens sjakt. I virkeligheten er der et kri-tisk område for temperaturen av chargen for at reduksjonen skal finne sted, og dette område er fra 800 til 1150° C, og vanligvis er den kritiske temperatur ca. 825° C. Under denne kritiske temperatur er reaksjonen langsom, mens den ovenfor denne temperatur er meget hurtig, samtidig som materialet imidlertid er klebrig. Da forholdet mellom varmemengden av de oppadstigende gasser og varmemengden av de nedadgående fast-materialer er relativt liten i en vanlig elektrisk ovn, nærmere bestemt 0,5 eller mindre, er det umulig å varme opp hele den charge som foreligger i sjakten, med gassene. Dette står i motsetning til den vanlige oppfatning. I virkeligheten er den termiske gradient bratt mot bunnen, og reaksjonen begynner først på et meget lavt nivå i sjakten og kan derfor ikke på økonomisk måte fullføres i herden. The reduction is further made possible by preheating the charge in an agglomeration device, which can consist of a continuous belt or a rotating sintering furnace, in an oxidizing atmosphere and at such a temperature that a subsequent reduction using the reducing gases will be possible in all parts of the furnace shaft. In reality, there is a critical range for the temperature of the charge for the reduction to take place, and this range is from 800 to 1150° C, and usually the critical temperature is approx. 825° C. Below this critical temperature, the reaction is slow, while above this temperature it is very fast, while the material is still sticky. As the ratio between the amount of heat of the ascending gases and the amount of heat of the downward solid materials is relatively small in an ordinary electric furnace, more precisely 0.5 or less, it is impossible to heat the entire charge in the shaft with the gases. This is contrary to the common perception. In reality the thermal gradient is steep towards the bottom and the reaction only starts at a very low level in the shaft and therefore cannot be economically completed in the hearth.

For å overvinne denne begrensning blir ifølge den foreliggende oppfinnelse den agglo-mererte charge tilført i den øvre del av sjakten ved en temperatur av over 825° C. På denne måte kan reaksjonen begynne med en gang på toppen, og sjakten blir effektivt og økonomisk utnyttet til reduksjonen. In order to overcome this limitation, according to the present invention, the agglomerated charge is fed into the upper part of the shaft at a temperature of over 825° C. In this way, the reaction can begin immediately at the top, and the shaft is efficiently and economically utilized to the reduction.

En annen fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er den varmebesparelse i ovnen som svarer til den følbare varme av chargen ved påsetningen, og dessuten en stor besparelse i kraftforbruket som ikke står i forhold til den relativt lille forskjell i følbar varme ved innføring av agglomerert malm over den kritiske temperatur. Det er påvist ved forsøk at hvis sintret malm påsettes ved en temperatur av mindre enn 700°, vil der ikke kunne anvendes hydrokarboner som reduksjonsmidler. I så fall er det nødvendig pr. tonn jern å tilføre minst 1700 kg koks og 2000 kWh energi. Hvis på den annen side den sintrede malm påsettes ved en temperatur over 800° C, er det mulig å arbeide med hydrokarboner. Med f. eks. kaldt metan kan energi-forbruket være så lavt som 1200 kWh med 250 Nm<3> CH<t pr. tonn jern. Dette er en ytterligere og uventet fordel ved fremgangsmåten. Another advantage of the method according to the invention is the heat saving in the furnace which corresponds to the sensible heat of the charge at the time of application, and furthermore a large saving in power consumption which is not in proportion to the relatively small difference in sensible heat when introducing agglomerated ore over it critical temperature. It has been proven by experiments that if sintered ore is applied at a temperature of less than 700°, it will not be possible to use hydrocarbons as reducing agents. In that case, it is necessary per tonnes of iron to supply at least 1700 kg of coke and 2000 kWh of energy. If, on the other hand, the sintered ore is applied at a temperature above 800° C, it is possible to work with hydrocarbons. With e.g. cold methane, the energy consumption can be as low as 1200 kWh with 250 Nm<3> CH<t per tons of iron. This is a further and unexpected advantage of the method.

Enda et trekk som medfører et gunstig og uventet resultat, er at chargen skal påsettes direkte uten vesentlig avkjøling, og at den skal være fullstendig oksydert. En slik charge er betydelig lettere å redusere enn en som etter sintringen er blitt avkjølt og deretter forvarmet før den påsettes. Ved avkjølingen vil der nemlig inntre visse forandringer i kry-stallstrukturen, slik at malmen, selv om den oppvarmes igjen før den påsettes, ikke kan gjenvinne sin gode reduserbarhet. Another feature that leads to a favorable and unexpected result is that the charge must be applied directly without significant cooling, and that it must be completely oxidized. Such a charge is significantly easier to reduce than one that has been cooled after sintering and then preheated before it is applied. During the cooling, certain changes will occur in the crystal structure, so that the ore, even if it is heated again before it is applied, cannot regain its good reducibility.

Som nevnt anvendes der ved den foreliggende oppfinnelse reduksjonsmidler i form av flytende eller gassformede hydrokarboner uten at man støter på de ulemper som vanligvis foreligger ved anvendelse av hydrokarboner i reduksjonsprosesser, og som kan bestå i at ledningene for transport av hydrokarbonene blir tilstoppet av karbon som skriver seg fra en forhastet partiell krakking eller det forhold at krakkingen er en endotermisk prosess. Ifølge et ytterligere viktig trekk ved oppfinnelsen skal reduksjonsmidlene innføres i herden gjennom ovnens elektroder til den elektriske lysbue. Når reduksjonsmidlene føres gjennom den elektriske lysbue, vil de bli forvarmet og fullstendig forgasset. Samtidig dannes der frie radikaler, som f. eks. ettatomisk hydrogen, noe som på grunn av molekylenes dissosiasjonsenergi som absorberes i buen og frigjøres på et høyere nivå i sjakten, i vesentlig grad forbedrer varmeovergangen fra lysbuen til chargen og reduksjonsevnen til de oppadstrømmende gasser. As mentioned, in the present invention, reducing agents in the form of liquid or gaseous hydrocarbons are used without encountering the disadvantages that usually exist when using hydrocarbons in reduction processes, which can consist in the pipes for transporting the hydrocarbons being clogged by carbon that writes from a hasty partial cracking or the fact that the cracking is an endothermic process. According to a further important feature of the invention, the reducing agents are to be introduced into the hearth through the furnace's electrodes to the electric arc. When the reducing agents are passed through the electric arc, they will be preheated and completely gasified. At the same time, free radicals are formed, such as monatomic hydrogen, which, due to the dissociation energy of the molecules being absorbed in the arc and released at a higher level in the shaft, significantly improves the heat transfer from the arc to the charge and the reducing power of the upward-flowing gases.

En ytterligere meget viktig og uventet fordel ved dette trekk ved fremgangsmåten er at reaksjonene utføres uten forsinkelse og uten at noe reduksjonsmateriale lagres i ovnen. Dette tillater en praktisk talt øyeblikkelig regulering og avpasning av forholdene i herden ved regulering av den elektriske effekt i buen og strømningshastigheten og/eller sammensetningen av de reduksjonsmidler som fø-res inn gjennom buen. Det er derfor mulig å opprettholde en «kald drift» uten at der risi-keres en katastrofal avkjøling av smeiten i herden, idet det er mulig øyeblikkelig å kom-pensere eventuelle forstyrrelser eller variasjoner ved gjennomføringen av fremgangsmåten. A further very important and unexpected advantage of this feature of the method is that the reactions are carried out without delay and without any reducing material being stored in the furnace. This allows a practically instantaneous regulation and adaptation of the conditions in the hearth by regulating the electrical power in the arc and the flow rate and/or the composition of the reducing agents introduced through the arc. It is therefore possible to maintain a "cold operation" without risking a catastrophic cooling of the melt in the hearth, as it is possible to immediately compensate for any disturbances or variations in the execution of the method.

Som det vil forstås, består et vesentlig trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i at elektro-ovnen mates med varme oksy-derte agglomerater som innføres ved toppen av sjakten. For å få et agglomerat hvis midlere temperatur er høyest mulig, foretar man agglomereringen av den til passende dimen-sjon nedknuste og siktede malm på et apparat for agglomerering på rist og med forvarmning av det gassformede fluidum som gjennom-strømmer malmen. Denne agglomerering foretas i oksyderende atmosfære og slik at der i elektro-ovnens herd innføres en mest mulig oksydert charge, noe som har den dobbelte fordel av å muliggjøre opphetning til høy temperatur med god termisk virkningsgrad av agglomereringsapparatet og å levere en lett reduserbar charge med høyere myknings-punkt. I virkeligheten skjer oppvarmningen under så meget gunstigere betingelser som den finner sted i oksyderende atmosfære. As will be understood, an essential feature of the method according to the invention is that the electric furnace is fed with hot oxidized agglomerates which are introduced at the top of the shaft. In order to obtain an agglomerate whose average temperature is as high as possible, the agglomeration of the ore crushed to a suitable dimension and sieved is carried out on a device for agglomeration on a grate and with preheating of the gaseous fluid that flows through the ore. This agglomeration is carried out in an oxidizing atmosphere and so that the most oxidized charge is introduced into the hearth of the electric furnace, which has the double advantage of enabling heating to a high temperature with good thermal efficiency of the agglomeration apparatus and of delivering an easily reducible charge with a higher softening point. In reality, the heating takes place under much more favorable conditions as it takes place in an oxidizing atmosphere.

Chargen bør være mest mulig oksydert før den føres inn i ovnssjakten, dette dels av fysi-kalsk-kjemiske grunner, som den relative reduserbarhet av forskjellige jernoksyder, og dels av fysikalske grunner, som chargens po-røsitet under reduksjonen. Denne teknikk er vanskelig å anvende for forbehandling av charger som beskikkes i en vanlig masovn med blest, da den fører til et smuldrende agglomerat med fin korning. Imidlertid synes den mulig og ønskelig ved en elektro-ovn på grunn av den lille høyde av herden og den lille mengde reduserende gass som gjennom-strømmer den. På den annen side er det for-delaktig å gjennomføre agglomereringen i tykt skikt, noe som medfører en ytterligere bedring av den termiske virkningsgrad av forvarmningen på sinterbåndet. Man får på denne måte ved utgangen av agglomereringsapparatet et agglomerat med en midlere temperatur mellom 800 og 1150° C. The charge should be oxidized as much as possible before it is introduced into the furnace shaft, partly for physical-chemical reasons, such as the relative reducibility of different iron oxides, and partly for physical reasons, such as the porosity of the charge during reduction. This technique is difficult to use for the pretreatment of charges that are coated in a conventional blast furnace, as it leads to a crumbly agglomerate with fine grain. However, it seems possible and desirable in an electric furnace because of the small height of the hearth and the small amount of reducing gas flowing through it. On the other hand, it is advantageous to carry out the agglomeration in a thick layer, which leads to a further improvement in the thermal efficiency of the preheating of the sinter belt. In this way, an agglomerate with an average temperature of between 800 and 1150° C is obtained at the exit of the agglomeration apparatus.

Før malmen behandles for forvarmning og agglomerering, kan den få tilsatt en liten mengde fast brensel. Man kan likeledes til-sette den alle tilslag som behøves for den se-nere sammensetning av slaggene i elektro-ovnene, eller også bare en del av dem og da med innføring av resten direkte i herden. Before the ore is treated for preheating and agglomeration, a small amount of solid fuel may be added to it. You can also add all the aggregates needed for the later composition of the slag in the electric furnaces, or just a part of them and then introduce the rest directly into the hearth.

Chargen for agglomereringsapparatet kan rett og slett blandes eller også få form av småkuler med diameter opp til 25 mm. Man kan også uten å overskride oppfinnelsens ramme foreta agglomereringen på et apparat med endeløst bånd eller med en rekke rist-kasser med diskontinuerlig arbeidsmåte. The charge for the agglomeration device can simply be mixed or can also take the form of small balls with a diameter of up to 25 mm. One can also, without exceeding the scope of the invention, carry out the agglomeration on an apparatus with an endless belt or with a series of grating boxes with a discontinuous working method.

Den sammensintrede kake som fås ved utgangen av agglomereringsapparatet, blir så brukket opp, siktet og innført i den øvre del av elektro-ovnens sjakt. For best mulig å til-godegjøre seg fordelene av forvarmningen i oksyderende atmosfære er det hensiktsmessig å transportere agglomeratet fra utgangen av agglomereringsapparatet til ovnssjakten med minst mulig varmetap. En slik transport kan sikres med varmeisolerte transportbeholdere eller med en metallisk transportør anordnet i en varmeisolert tunnel. The sintered cake obtained at the exit of the agglomeration apparatus is then broken up, sieved and introduced into the upper part of the electro-furnace shaft. In order to take advantage of the advantages of the preheating in an oxidizing atmosphere as best as possible, it is appropriate to transport the agglomerate from the output of the agglomeration apparatus to the furnace shaft with the least possible heat loss. Such transport can be ensured with heat-insulated transport containers or with a metallic conveyor arranged in a heat-insulated tunnel.

De hydrokarboner som innføres i ovnen, kan være krakket på forhånd eller ikke. I tilfelle av at de ikke er det, skjer krakkingen i ovnen, fortrinnsvis i lysbuesonen. Man kan da unngå forhastet krakking av hydrokarbonene i ledninger eller innsprøytningsorga-ner, noe som ville ha den ulempe å frigjøre karbon i pulverform og forårsake tilstopping, ved å avkjøle og varmeisolere disse innsprøyt-ningsorganer eller ledninger. Imidlertid bør det bemerkes at alle de reduksjonsmåter som beror på hydrokarboner, vanskeliggjøres ved at dissosiasjonen av hydrokarbonene er en endotermisk prosess. En gjennomføring av denne dissosiasjon eller krakking i ovnen eller foran denne krever således et varmetil-skudd som ikke behøves i tilfelle av en reduksjon med direkte anvendelige gasser som kar-bonoksyd eller hydrogen. The hydrocarbons introduced into the furnace may or may not be pre-cracked. In the event that they are not, the cracking takes place in the furnace, preferably in the arc zone. One can then avoid hasty cracking of the hydrocarbons in lines or injection means, which would have the disadvantage of releasing carbon in powder form and causing clogging, by cooling and thermally insulating these injection means or lines. However, it should be noted that all reduction methods based on hydrocarbons are made difficult by the fact that the dissociation of the hydrocarbons is an endothermic process. Carrying out this dissociation or cracking in the furnace or in front of it thus requires a heat addition which is not needed in the case of a reduction with directly applicable gases such as carbon dioxide or hydrogen.

Dette forhold er særlig viktig i tilfelle av metan, hvis dissosiasjonsvarme er større enn 1 thermie pr. kg, noe som er så meget mer uheldig som denne gass, som utgjør hoved-bestanddelen av naturlig gass, er det hydrokarbon som oftest står til rådighet til lav pris for metallurgiske formål. For å avhjelpe disse ulemper på økonomisk måte utfører man krakkingen av de anvendte hydrokarboner utenfor den metallurgiske ovn og fører deretter disse hydrokarboner inn i ovnen. Denne krakking kan utføres i to eller flere krakkingskamre som drives skiftevis for oppheting og krakking. Krakkingskamrene får hensiktsmessig lignende utførelse som gjenvinnings-kamre for masovner og blir som disse opp-hetet ved forbrenning av en vilkårlig egnet gass. Dette er imidlertid ikke nødvendig, idet kamrene kan få en vilkårlig form som egner seg for deres funksjon. This ratio is particularly important in the case of methane, whose heat of dissociation is greater than 1 thermie per kg, which is so much more unfortunate that this gas, which forms the main constituent of natural gas, is the hydrocarbon most often available at low cost for metallurgical purposes. In order to remedy these disadvantages economically, the cracking of the used hydrocarbons is carried out outside the metallurgical furnace and these hydrocarbons are then fed into the furnace. This cracking can be carried out in two or more cracking chambers which are operated alternately for heating and cracking. The cracking chambers are appropriately designed similar to recovery chambers for blast furnaces and, like these, are heated by burning an arbitrarily suitable gas. However, this is not necessary, as the chambers can be given an arbitrary shape that is suitable for their function.

Blir hydrokarbonene krakket i diskontinuerlig arbeidende krakkingskamre utenfor det metallurgiske apparat som omtalt ovenfor, vil temperaturen av de krakkede gasser selvsagt bli variabel, idet det kammer som drives for krakking, blir avkjølt inntil det øyeblikk da det tas i drift for oppvarmning. For å ved-likeholde ovnens termiske likevekt til tross for disse temperaturvariasjoner sprøytes der inn kalde, ikke krakkede hydrokarboner i lys-buesonene ved elektrodespissene og varierende eller diskontinuerlige strømmer, alt etter temperaturen av de krakkede gasser. If the hydrocarbons are cracked in discontinuously working cracking chambers outside the metallurgical apparatus mentioned above, the temperature of the cracked gases will of course be variable, as the chamber operated for cracking is cooled until the moment it is put into operation for heating. In order to maintain the furnace's thermal equilibrium despite these temperature variations, cold, uncracked hydrocarbons are injected into the arc zones at the electrode tips and varying or discontinuous currents, depending on the temperature of the cracked gases.

Sammensetningen av reduksjonsmidlene som føres inn i elektro-ovnen, avhenger av egenskapene av det gods som innføres i sjakten. Er godset lite reduserbart, noe som f. eks. er tilfelle ved fremstilling av ferrolegeringer, blir den indirekte reduksjon svak, og det blir nødvendig å innføre en betydelig mengde karbon i forhold til hydrogenmengden. I så fall regulerer man mengdene og sammensetningen av reduksjonsmidlene slik at vektforholdet hydrogen til karbon høyst blir lik 0,20. Er godset derimot lett reduserbart, innfører man en relativt større mengde hydrogen. Spesielt vil vektforholdet hydrogen til karbon for fremstilling av støpejern ligge mellom 0,15 og 0,40. For fremstilling av stål bør forholdet være minst 0,60. The composition of the reducing agents introduced into the electric furnace depends on the properties of the goods introduced into the shaft. Is the goods not reducible, something that e.g. is the case in the production of ferroalloys, the indirect reduction becomes weak, and it becomes necessary to introduce a significant amount of carbon in relation to the amount of hydrogen. In that case, the quantities and composition of the reducing agents are regulated so that the weight ratio of hydrogen to carbon is at most equal to 0.20. If, on the other hand, the material is easily reducible, a relatively larger amount of hydrogen is introduced. In particular, the weight ratio of hydrogen to carbon for the production of cast iron will lie between 0.15 and 0.40. For the manufacture of steel, the ratio should be at least 0.60.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen mu-liggjør spesielt fremstilling av råjern av høy kvalitet ved en metode som kalles «kald drift» eller «kald gang», og som har mange fordeler. Denne kalde drift gjøres mulig blant annet ved at der i en ovn som drives ved fremgangsmåten ifølge opfinnelsen, ikke er fare for å få for høye svovelinnhold i metallet. The method according to the invention particularly enables the production of high-quality pig iron by a method called "cold operation" or "cold running", which has many advantages. This cold operation is made possible, among other things, by the fact that in a furnace which is operated by the method according to the invention, there is no danger of excessive sulfur contents in the metal.

Uansett om der arbeides med eller uten forutgående krakking av de inførte hydrokarboner, blir nemlig svovelinnholdet i det re-sulterende metall meget lavt av følgende grunner: For det første kan man systematisk unn-late å bruke noe som helst svovelholdig brensel. Videre blir malmen av-svovlet på sinterbåndet. Sluttelig blir den lille mengde svovel som kan være tilbake, delvis fjernet i ovns-sjakten ved hjelp av hydrogen, i form av hy-drogensulfid. Regardless of whether work is done with or without prior cracking of the introduced hydrocarbons, the sulfur content in the resulting metal is very low for the following reasons: First, one can systematically avoid using any sulfur-containing fuel. Furthermore, the ore is desulphurised on the sinter belt. Finally, the small amount of sulfur that may remain is partially removed in the furnace shaft with the help of hydrogen, in the form of hydrogen sulphide.

I en vanlig elektrisk reduksjonsovn er derimot kald drift ugjennomførlig, da støpejer-nets svovelinnhold ville bli for høyt og det ville være umulig å regulere temperaturen ved elektrodespissene nøyaktig. De ukontroller-bare variasjoner i denne temperatur omkring en for lav reguleringsverdi ville medføre fare for å bevirke katastrofale avkjølinger av chargen, slagget og metallet med derav føl-gende fullstendig tilstopping av apparatet. In an ordinary electric reduction furnace, on the other hand, cold operation is impractical, as the sulfur content of the cast iron would be too high and it would be impossible to regulate the temperature at the electrode tips precisely. The uncontrollable variations in this temperature around a regulation value that is too low would entail the risk of causing catastrophic cooling of the charge, the slag and the metal, with consequent complete clogging of the apparatus.

Ved varm drift i en vanlig elektrisk reduksjonsovn er temperaturen i smeltesonen ved elektrodespissene meget høy og bevirker en betydelig overopphetning av slagget, noe som fører til at der ved reduksjonen fremkom-mer en stor prosentmengde silicium (normalt mellom 1 og 2 % silicium i det fremstilte råjern). I den elektriske ovn med forvarmet charge og hydrokarboninnsprøytning bevirker denne innsprøytning, som foretas i lysbuen ved elektrodespissene, en avkjøling av denne sone og begrenser overopphetningen av slagget såvel som den siliciummengde som fås ved reduksjonen. Spesielt kan disse innsprøyt-ninger av hydrokarboner benyttes til å bevirke raske — praktisk talt øyeblikkelige — reguleringer for å oppheve ujevnheter i ovnens arbeide. During hot operation in a normal electric reduction furnace, the temperature in the melting zone at the electrode tips is very high and causes a significant overheating of the slag, which leads to a large percentage of silicon appearing during the reduction (normally between 1 and 2% silicon in the produced pig iron). In the electric furnace with preheated charge and hydrocarbon injection, this injection, which is carried out in the arc at the electrode tips, causes a cooling of this zone and limits the overheating of the slag as well as the amount of silicon obtained during the reduction. In particular, these injections of hydrocarbons can be used to effect rapid — practically instantaneous — adjustments to eliminate irregularities in the furnace's work.

Den ovennevnte driftsmåte, som betegnes som «kald drift», består i å regulere strøm-men av hydrokarboner som innføres i lysbuen, etter den forbrukte elektriske effekt, slik at denne arbeidsmåte gir et råjern inne-holdende mindre enn 0,4 % silicium. The above-mentioned mode of operation, which is referred to as "cold operation", consists in regulating the flow of hydrocarbons introduced into the arc, according to the electrical power consumed, so that this mode of operation produces a pig iron containing less than 0.4% silicon.

Ved å la forholdet mellom den innsprøy-tede hydrokarbonmengde og den ved elektrodene forbrukte elektriske effekt variere kan man nøye regulere temperaturnivået i smeltesonen og dermed råjernets siliciuminnhold. Men skjønt denne tilstand er nødvendig for å sikre tilfredsstillende kald drift, er den ikke tilstrekkelig, og det er nødvendig dessuten å gå frem slik at agglomeratet har et innhold av minst 1,5 % MnO. For å oppnå dette resultat må man i alminnelighet innføre manganmalm i chargen til agglomereringsapparatet. Bare i enkelte tilfelle (f. eks. malm fra 1'Ouenza) skaffer selve jernmalmen tilstrekkelig meget mangan til at det nevnte innhold av MnO blir oppnådd eller overskredet. Dette mangan sik-rer en ekstra varmeregulering av smeltesonen og muliggjør kald drift på kontinuerlig måte og i industriell målestokk uten fare for av-kjøling i alvorlig grad. By allowing the ratio between the injected amount of hydrocarbon and the electrical power consumed by the electrodes to vary, the temperature level in the melting zone and thus the pig iron's silicon content can be carefully regulated. But although this condition is necessary to ensure satisfactory cold operation, it is not sufficient, and it is also necessary to proceed so that the agglomerate has a content of at least 1.5% MnO. In order to achieve this result, manganese ore must generally be introduced into the charge of the agglomeration apparatus. Only in some cases (e.g. ore from 1'Ouenza) does the iron ore itself provide enough manganese for the aforementioned content of MnO to be achieved or exceeded. This manganese ensures additional heat regulation of the melting zone and enables cold operation in a continuous manner and on an industrial scale without the risk of severe cooling.

Som eksempel kan man for tilfelle av en chargering med agglomerater av mineral fra 1'Ouenza anføre data for tre driftsmåter, hen-holdsvis kald, normal og varm, under forut-setning av en grad av indirekte reduksjon med CO og H2 i sjakten omtrent konstant og i nærheten av 71,5 %. As an example, for the case of charging with agglomerates of mineral from 1'Ouenza, data can be given for three operating modes, respectively cold, normal and hot, assuming a degree of indirect reduction with CO and H2 in the shaft approximately constant and close to 71.5%.

Denne kalde drift gjør det mulig å oppnå forskjellige fordeler. Det elektriske energifor-bruk blir mindre fordi temperaturen av jern-smelten og slagget blir lavere, og også fordi den andel av silicium og mangan som fås ved reduksjon, blir mindre. Av de samme grunner blir forbruket av elektroder mindre og jernets siliciuminnhold lavere, noe som er en fordel for stålverket som fersker dette jern til stål. Sluttelig fører den kalde drift til et høyere forhold mellom jernets mangan- og siliciuminnhold, og slagget som fås i stålverket under ferskningen, blir rikt på mangan og fattig på silicium, noe som er gunstig for mangan-gjenvinningen. This cold operation makes it possible to achieve various advantages. The electrical energy consumption is lower because the temperature of the iron melt and the slag is lower, and also because the proportion of silicon and manganese obtained by reduction is smaller. For the same reasons, the consumption of electrodes is less and the iron's silicon content is lower, which is an advantage for the steelworks that refines this iron into steel. Finally, the cold operation leads to a higher ratio between the iron's manganese and silicon content, and the slag obtained in the steelworks during refining becomes rich in manganese and poor in silicon, which is beneficial for manganese recovery.

I en elektro-ovn til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan elektrodene, ifølge en foretrukken utførelsesform, være anbrakt rundt sjakten som chargen inn-føres i, eller langsetter den hvis sjakten har langstrakt form eller der finnes flere sjakter plasert på linje. Elektrodene har slikt antall at de reaksjonssoner som befinner seg under disse elektroder, delvis dekker hverandre slik at der på en måte fås en sammenhengende re-aksjons- og smeltesone rundt sjakten. Elektrodespissene er omgitt av chargen, og lys-buene brenner i massen av denne. Denne virke-måte med «neddykkede lysbuer» byr på flere fordeler: Den varme lysbuen utvikler, blir for en stor del opptatt av chargen i reaksjons-sonen, og varmevirkningsgraden blir meget god. De faste foringer i herd og hvelv blir beskyttet, da lysbuen er omgitt av agglomerater av forholdsvis lav temperatur og strålin-gen i retning mot foringene blir meget be-grenset. Ovnens diameter blir minimum for en gitt kapasitet av sjakten. In an electric furnace for carrying out the method according to the invention, the electrodes can, according to a preferred embodiment, be placed around the shaft into which the charge is introduced, or along it if the shaft has an elongated shape or there are several shafts placed in a line. The number of electrodes is such that the reaction zones located under these electrodes partly cover each other so that, in a way, a continuous reaction and melting zone is obtained around the shaft. The electrode tips are surrounded by the charge, and the arcs burn in the mass of this. This mode of operation with "submerged arcs" offers several advantages: The hot arc develops, is largely absorbed by the charge in the reaction zone, and the heat efficiency is very good. The fixed linings in the hearth and vault are protected, as the arc is surrounded by agglomerates of a relatively low temperature and the radiation in the direction of the linings is very limited. The diameter of the furnace becomes the minimum for a given capacity of the shaft.

På den annen side må man ta sikte på bare å få en minst mulig mengde slagg i ovnen for at overflaten av metallet kan bli fri. Man vil således søke å holde nivået av flytende metall konstant i herden. I dette øye-med kan man anordne et forkammer som kommuniserer med ovnsherden gjennom en passasje som forbinder deres nedre deler, og i hvilket man kan la trykket variere ved kjente midler for å holde nivået av flytende metall i herden konstant, samtidig som forkammeret har minst én tappeåpning for at man med mellomrom kan ta ut en viss mengde metall og kammeret kan fortsette å motta metallet fra herden. On the other hand, one must aim to get only the smallest possible amount of slag in the furnace so that the surface of the metal can be free. One will thus seek to keep the level of liquid metal constant in the hearth. To this end, an antechamber can be provided which communicates with the furnace hearth through a passage connecting their lower parts, and in which the pressure can be varied by known means to keep the level of liquid metal in the hearth constant, while the antechamber has at least one tapping opening so that a certain amount of metal can be taken out at intervals and the chamber can continue to receive the metal from the hearth.

Et anlegg til utførelse av oppfinnelsen vil bli beskrevet som ikke-begrensende eksempel under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et skjematisk oppriss som an-skueliggjør utførelsen av fremgangsmåten. Fig. 2 viser vertikalt aksialsnitt av elektro-ovnen på fig. 1 i større målestokk. Fig. 3 viser den samme ovn i grunnriss. Fig. 4 viser en anordning til innføring av krakkede hydrokarboner i herden, og A plant for carrying out the invention will be described as a non-limiting example with reference to the drawing. Fig. 1 is a schematic diagram illustrating the implementation of the method. Fig. 2 shows a vertical axial section of the electric oven in fig. 1 on a larger scale. Fig. 3 shows the same oven in plan view. Fig. 4 shows a device for introducing cracked hydrocarbons into the hearth, and

fig. 5 viser en anordning med forkammer til å holde nivået i herden konstant. fig. 5 shows a device with an antechamber to keep the level in the hearth constant.

Ifølge fig. 1 omfatter anlegget til utførelse av oppfinnelsen et endeløst, leddet sinterbånd 1 av kjent utførelse og forsynt med en over-liggende hette 2 for tilførsel av et forvarmet fluidum, f. eks. varm luft. Båndet drives av en motor 3. Ved 4 er antydet mateanordningen og ved 5 sugekassene som er forbundet med en hoved-røkgassledning 6 tilsluttet en vifte 7. According to fig. 1, the facility for carrying out the invention comprises an endless, articulated sinter belt 1 of known design and provided with an overlying cap 2 for supplying a preheated fluid, e.g. warm air. The belt is driven by a motor 3. At 4 the feeding device is indicated and at 5 the suction boxes which are connected to a main flue gas line 6 connected to a fan 7.

Ved utgangen fra sinterbåndet blir agglo-meratene 8 brukket opp med et takkehjul 9 og siktet ved 10. De faller ned i en varmeisolert beholder 11 for ved hjelp av en ikke vist manøvreringsanordning å føres til toppen av elektro-ovnens sjakt 12, som rager opp fra herden 13. På tegningen ses en av elektrodene 14, som får tilført de flytende eller gassformede hydrokarboner ved 15 og har strømtil-førsel fra elektriske kabler 16. Ved 17 er vist en anordning til innmatning av fast brensel. At the exit from the sintering belt, the agglomerates 8 are broken up with a rake wheel 9 and sieved at 10. They fall into a heat-insulated container 11 to be guided to the top of the electro-furnace's shaft 12, which projects upwards, by means of a maneuvering device not shown from the hearth 13. The drawing shows one of the electrodes 14, which is supplied with the liquid or gaseous hydrocarbons at 15 and has a power supply from electric cables 16. At 17, a device for feeding in solid fuel is shown.

Elektro-ovnen er vist mer detaljert på fig. 2 og 3. Ved 18 ses agglomeratet, som er innmatet i sjakten og synker ned i herden 13, som er forsynt med en tappeåpning 19 for flytende metall og med et avløp eller tappe-hull 20 for slagg. Gjennom herdens hvelv er der ført tre hule elektroder 14 som kjøles med vann med innløp ved 21 og utløp ved 22. Gjennom hvelvet er der likeledes tett innført tre ledninger 23 fra bunnen av hver sin matetrakt 17 for fast brensel. Dette mates inn i herden med en skrue 24 drevet av en motor 25. En ikke vist sluse skaffer tetning slik at gassen i herden ikke kan slippe ut gjennom mateanordningen 17. The electric oven is shown in more detail in fig. 2 and 3. At 18, the agglomerate is seen, which is fed into the shaft and sinks into the hearth 13, which is provided with a tapping opening 19 for liquid metal and with a drain or tapping hole 20 for slag. Three hollow electrodes 14 are routed through the hearth's vault, which are cooled by water, with inlet at 21 and outlet at 22. Three lines 23 are likewise tightly inserted through the vault from the bottom of each feed funnel 17 for solid fuel. This is fed into the hearth with a screw 24 driven by a motor 25. A sluice (not shown) provides a seal so that the gas in the hearth cannot escape through the feeding device 17.

De prosesser og kjemiske reaksjoner som The processes and chemical reactions that

avvikler seg i ovnen, er som følger: unfolds in the oven, is as follows:

De flytende eller gassformede hydrokarboner som sprøytes inn, blir krakket dersom dette ikke er gjort før de føres inn i ovnen. Det frigjorte hydrogen, som er forvarmet, strømmer da i motstrøm til den nedsynkende charge i sjakten. Karbonet blir for en stor del oppløst i smeiten, og den del som ikke har re-agert, avsetter seg på det faste gods. Karbonet fra det faste brensel såvel som det i smeiten oppløste og det på godset avleirede karbon bevirker den endelige reduksjon av slagget såvel som reduksjon av de oksyder som ikke er redusert i sjakten. Ved denne reduksjon dannes CO, som i blanding med hydro-genet utgjør den gass som utfører reduksjonen i sjakten. The liquid or gaseous hydrocarbons that are injected are cracked if this is not done before they are fed into the furnace. The released hydrogen, which is preheated, then flows in countercurrent to the descending charge in the shaft. The carbon is largely dissolved in the smelting, and the part that has not reacted settles on the solid material. The carbon from the solid fuel as well as the carbon dissolved in the smelting and the carbon deposited on the goods cause the final reduction of the slag as well as the reduction of the oxides that have not been reduced in the shaft. During this reduction, CO is formed, which in mixture with the hydrogen constitutes the gas which carries out the reduction in the shaft.

Betingelsene for at denne reduksjon skal bli rask og fullstendig, er særlig gunstige. Oksydene befinner seg på en slik temperatur (800—1100° C) og gassene har slik sammensetning •— idet de inneholder lite eller intet nitrogen og omfatter en blanding av CO og H2 — at reaksjonene skjer raskt og gassenes sammensetning ligger nær likevekten for reduksjonen. Gassene blir derfor godt benyttet, og om de trer ut varme, får dette liten betyd-ning for varmeøkonomien, da mengden av dem er liten. The conditions for this reduction to be rapid and complete are particularly favourable. The oxides are at such a temperature (800-1100° C) and the gases have such a composition •— in that they contain little or no nitrogen and include a mixture of CO and H2 — that the reactions take place quickly and the composition of the gases is close to equilibrium for the reduction. The gases are therefore well used, and if they give off heat, this has little significance for the heating economy, as the amount of them is small.

I sonen for lysbuen blir det varme og delvis reduserte gods smeltet. Jernet går inn i smeiten, og det ennu jernholdige slagg blir redusert av det i smeiten oppløste karbon. Man tapper smeiten, og sammensetning av smelte og slagg, altså reduksjonsgraden, reguleres ved hjelp av den tilførte elektriske effekt og mengden og sammensetningen av de inn-førte hydrokarboner. Man kan dermed fremstille normalt råjern, råjern med lavt karbon-innhold og stål eller ferro-legeringer. In the arc zone, the hot and partially reduced material is melted. The iron enters the smelter, and the slag that still contains iron is reduced by the carbon dissolved in the smelter. The smelt is drained, and the composition of melt and slag, i.e. the degree of reduction, is regulated by means of the added electrical power and the quantity and composition of the introduced hydrocarbons. You can thus produce normal pig iron, pig iron with a low carbon content and steel or ferro-alloys.

Som tidligere nevnt ligger den samlede vekt av reduksjonsmidler pr. tonn råjern på- As previously mentioned, the total weight of reducing agents per tons of pig iron on

tagelig under hva som behøves ved normale elektro-ovner av lav utførelse. Selvsagt lar man tilførselen av innsprøytede hydrokarboner variere for raskt å regulere ovnens arbeide og sammensetningen av det produserte råjern. acceptable below what is needed for normal low-end electric ovens. Of course, the supply of injected hydrocarbons is allowed to vary in order to quickly regulate the work of the furnace and the composition of the pig iron produced.

Dessuten gjør forvarmningen på sinterbåndet Also does the preheating of the sintering band

og for-reduksjonen i sjakten det mulig å be- and the pre-reduction in the shaft it is possible to be-

grense elektro-ovnens kW-behov til de varme- limit the electric furnace's kW requirement to the heating

mengder som behøves for å smelte godset, quantities needed to melt the goods,

krakke og forvarme de innsprøytede hydro- crack and preheat the injected hydro-

karboner og gjennomføre de siste reduksjoner. carbons and implement the latest reductions.

Da en elektro-ovns produksjon er begren- As the production of an electric furnace is limited

set av det antall kW den kan oppta, lykkes det således med den beskrevne fremgangsmåte å seen from the number of kW it can absorb, the described method thus succeeds

få optimal produksjon i ovnen uten å behøve å ty til kompliserte operasjoner som krever betydelige investeringer. get optimal production in the furnace without having to resort to complicated operations that require significant investments.

Anvendelsen av hydrokarboner, f. eks. The use of hydrocarbons, e.g.

naturgass, i krakket og varm tilstand isteden- natural gas, in cracked and hot condition instead of

for kalde hydrokarboner gjør det mulig å for cold hydrocarbons makes it possible to

minske varmebehovene i herdområdet betyde- reduce the heating requirements in the hearth area mean-

lig og dermed minske strømforbruket, med alle de fordeler som dette innebærer, særlig muligheten for å bygge enheter med øket ka- and thus reduce power consumption, with all the advantages this entails, especially the possibility of building units with increased capacity

pasitet. pasite.

Denne anvendelse av fremgangsmåten vil This application of the method will

lett forstås når man betrakter fig. 4. På denne figur ses isolerte ledninger 26 som kommer fra krakkingskamre 27. Kamrene 27 drives skiftevis for oppvarmning og krakking ved hjelp av omkoblingsventiler 28 som skiftevis tilfører det ene og det annet kammer opphet- easily understood when considering fig. 4. In this figure, insulated lines 26 can be seen coming from cracking chambers 27. The chambers 27 are operated alternately for heating and cracking by means of switching valves 28 which alternately supply heating to one and the other chamber.

ningsgass fra innløp 29 og hydrokarboner fra innløp 30. Ledningen 26 omgir elektro-ovnens herd 13. Den kommuniserer med tre utløps- combustion gas from inlet 29 and hydrocarbons from inlet 30. The line 26 surrounds the hearth 13 of the electric furnace. It communicates with three outlet

rør 31 som kjøles med en kappe 32 for kjøle- tube 31 which is cooled with a jacket 32 for cooling

vann og fører inn til spissen av elektrodene 13. De krakkede gasser blir således tilført på water and leads into the tip of the electrodes 13. The cracked gases are thus fed on

det sted hvor elektrodene får sin høyeste tem- the place where the electrodes reach their highest temperature

peratur, noe som bevirker en betydelig av- perature, which causes a significant de-

kjøling av disse. På den annen side er elek- cooling them. On the other hand, elec-

trodene hule og tjener til innblåsing av kald, the trodes are hollow and serve to blow in cold,

ikke krakket gass, som tilføres i strømmer med varierende styrke og tjener til å utligne temperaturvariasjonene i krakkingsgassene fra kamrene 27, slik at der til enhver tid ved- non-cracked gas, which is supplied in streams of varying strength and serves to equalize the temperature variations in the cracking gases from the chambers 27, so that at all times

likeholdes termisk likevekt i ovnen. thermal equilibrium is maintained in the furnace.

Anordningen på fig. 5 kan benyttes til The device in fig. 5 can be used for

å holde nivået av flytende metall i elektro- to maintain the level of liquid metal in electro-

ovnens herd 13 konstant. På figuren ses et forkammer 33 som ved en væskepassasje 34 the oven hardens 13 constantly. In the figure, an antechamber 33 is seen as in a liquid passage 34

i høyde med bunnen er forbundet med herden 13. Det er hensiktsmessig å holde nivået N at the height of the bottom is connected to the hearth 13. It is appropriate to keep the level N

i herden konstant til tross for den stadige tilstrømning av redusert metall. For å oppnå in the hearth constantly despite the steady influx of reduced metal. To achieve

dette resultat gjør man forkammeret 33 tett, this result makes the antechamber 33 tight,

dog med mulighet for å tømme det gjennom en eller flere utløpsåpninger 35, som normalt er hermetisk lukket. Det vesentlige ved den however, with the possibility of emptying it through one or more outlet openings 35, which are normally hermetically sealed. The essential thing about it

benyttede metode til å holde nivået N kon- method used to keep the level of N con-

stant i herden består i å påvirke nivået N i forkammeret ved at der gjennom en åpning 36 for dette utøves et tilsvarende over- eller stant in the hearth consists of influencing the level N in the antechamber by means of an opening 36 for this exerting a corresponding upper or

undertrykk ved hjelp av en over- eller under- negative pressure using an over- or under-

trykkskilde 27 som virker direkte på atmo- pressure source 27 which acts directly on the atmosphere

sfæren i forkammeret via en ventil 38. the sphere in the antechamber via a valve 38.

På denne måte blir det tilstrekkelig, når' In this way it will be sufficient, when'

metallet har samlet seg i forkammeret, å åpne for ett av hullene 35 for å slippe ut en gitt mengde flytende metall og derved påny gi forkammeret en kapasitet som tillater det å the metal has accumulated in the antechamber, to open one of the holes 35 to let out a given amount of liquid metal and thereby again give the antechamber a capacity that allows it to

oppta en ny mengde smelte. absorb a new amount of melt.

Claims

1. Process for the production of iron

metal in an electric arc furnace where reducing agents in the form of hydrocarbons are used to effect reduction and carburization of the metal, characterized by a combination of the following features: that in a known manner outside the furnace an agglomeration is effected in an oxidizing atmosphere to produce a charge where the iron is oxidized essentially to FesOi, that this charge is applied directly without significant cooling and at a temperature of over 825° C, that the electric furnace which is known per se has a conical shaft where the charge is partially reduced by means of hot gases from the hearth, and that the reducing agents are introduced into the hearth through the furnace's electrodes.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the hydrocarbons used as reducing agent are cracked outside the electric furnace before they are introduced into the hearth.

3. Method as stated in claim 2, characterized in that the cracking of the hydrocarbons is carried out in at least two chambers which are operated alternately for cracking and heating, and that the variations in the temperature of the cracking products introduced into the furnace are compensated for by blowing in cold gaseous hydrocarbon at the electrode tips in varying flows in order to maintain the thermal equilibrium in the furnace at all times.

4. Method as stated in one of the preceding claims, characterized in that a practically constant level of liquid metal is maintained in the hearth.

5. Method as stated in one of the preceding claims, for the treatment of poorly reducible charges of a type such as those used in the production of ferroalloys, characterized in that the reducing agents introduced into the electric furnace, all in all, exhibit a weight ratio of hydrogen to carbon of no more than 0.20.

6. Method as stated in one of the claims 1-4, for the treatment of easily reducible charges intended for the production of steel, characterized in that the reducing agents introduced in the electric furnace all in all have a weight ratio of hydrogen to carbon of at least 0, 60.

7. Method as stated in one of the claims 1-4, for the treatment of easily reducible charges intended for the production of cast iron, characterized in that the reducing agents introduced in the electric furnace all in all exhibit a weight ratio of hydrogen to carbon between 0.15-0.40.

8. Method as stated in one of claims 1-4 or 7, characterized in that the quantity of the supplied hydrocarbons is regulated according to the electrical power consumption so that a cold operation of the furnace and an iron melt containing less than 0.4% is obtained silicon, and by simultaneously maintaining a content of manganese oxide MnO in the agglomerate of at least 1.5%, to avoid dangerous temperature variations and make cold operation stable.