FI80665B - Smaeltugn. - Google Patents

Description

1 80665

Smältugn Föreliggande uppfinning avser en ugn för smältning av rävaror för raineraluiistillverkning.

Vid raineraluiistillverkning användes mineraler av kisei- och metalloxider eller -karbonater och/eller siagg som rävara. Rävaran smäites i en ugn och smäitan tillföres en fibrerings-anordning som omvandlar mineralsmäitan till fiber. Vid fibre-ringen tillföres ett bindemedel som efter en värmebehandling fixerar fibrerna i varandra sä att en formstabil produkt er-hälles. För att erhalla en produkt av god kvalitet är det vik-tigt att smäitningen sker jämnt och att smältans viskositet och fiödet frän ugnen tili fibreringsanordningen är konstant.

Den ailmännast använda smältugnstypen är den vattenkylda kupolugnen, som chargeras med en biandning av mineralrävara och koksbränsle. I kupolugnen finns inlopp för förbrännings- luft, och förbränningsluften förvärmes vanligen tili ca o e 500 C. Stenramaterial av basalt- eller diabastyp smälter o vid en temperatur om ca 1200 C. I ugnen överhettas smäitan o sa att den strömmar ut ur ugnen vid ca 1450 C. Tili föijd av koksbränsiet som är inblandat i mineralrävaran sker smäitningen i kupolugnen i reducerande miijö. De avgäende rökga-serna innehäller härvid typiskt 8-10 S oförbränd kolmonoxid (CO) och litet svaveiväte (H S) samt även svaveldioxid 2 (SO ) .

2

En allvarlig nackdel med kupolugnarna är att de av miljö-skäi i de fiesta fall mäste utrustas med en gasreningsanlägg-ning som avskiljer stoftet och efterförbränner rökgaserna och som även inkiuderar förvärmning av förbränningsluften. En sadan gasrenings- och efterförbränningsanläggning är vanligen mera kömpiicerad och dyrare än själva kupolugnen för smäitningen. En ytterligare olägenhet som är förknippad med den 2 80665 reducerande miljön vid kokseldade kupolugnar är att den i rämaterialet ingaende järnoxiden reduceras till metalliskt järn, varvid ugnen maste förses med en anordning för järnav-tappning. Järnavtappningen, som vanligen sker var fjärde tim-me, ger även ett ca 15 min. längt produktionsavbrott.

Därtill har ur energikostnadssynpunkt gjorts kupolugnar med naturgas som tilläggsbränsle, varvid man kunnat ersätta maximalt 25-30 % av koksen med gas, men fortfarande aterstar prob-lemet med ofullständig förbränning som fordrar efterförbränn-ing, avgasrening och järnavtappning som innebär produktionsavbrott .

Andra typer av smältanordningar är elektriska ugnar av vanna-typ där smältenergin tillföres med tre grafitelektroder som matas med 150-200 V växelspänning och 10 000-20 000 A ström. Frän en elugn far man normalt sa sma avgasmängder att de inte behöver renas. Elugnen har förutom denna miljöfördel även fördelen att medge friare val av ramaterial (finfördelat) samt ger jämnare smältflöde och temperatur än kupolugnen. Elugnen har emellertid nackdelen att den är ca dubbelt dyrare i an-läggningskostnad än en kupolugn med gasrening, samt att den kräver en langt förädlad och dyr energiform.

Ytterligare användes gas- eller oljeeldade smältvannor av liknande typ som användes inom glasindustrin, eventuellt med 5-10 % elenergitillsats via molybdenelektroder. Gaseldade vannor är nagot dyrare i anläggningskostnad än elugnar av vannatyp, och har ca dubbelt större smältbadyta för samma ka-pacitet. Gas och olja har fördelen att de är lätt tillgängliga bränslen, men gas- eller oljeeldade vannor har nackdelen att infodringens livslängd är endast 3-4 är och ombyggnadskostna-den är ca 30-40 % av en nybyggd vanna.

Alla ovannämnda ungstyper har sinä fördelar och nackdelar som gör att ingen av dem är idealisk, men tendensen idag är att använda el- och gaseldade ugnar av miljöskäl (främst svavel).

3 80665

Dessa senastnämnda ugnar har säsom ovan nämnts nackdelen att vara betydligt dyrare än kupolugnar med rökgasrening samtidigt som de inte är lika flexibla för anpassning till avbruten drift over weekenden eller t.ex. 1- eller 2-skiftsdrift. Ku-polugnen har endast nägra hundra kg smälta i sin bottendel, medan vannaugnarna har en smältamängd om flera 10-tals ton. Därför kan kupolugnen köras ned och töramas pa smälta mycket snabbt utan att man avsevärt förlorar produktionstid. Likasa kan kupolugnen vid 1- eller 2-skiftsdrift igen köras upp pä en kort tid, vanligen ca 1 timme. Däremot tar vannaugnarnas upp-körning 1-3 dygn, vilket betyder att de inte kan göras flexibla med tanke pa avbruten drift.

I GB-patentskriften 1 326 884 beskrivs bl.a. en gaseldad järn-smältugn av kupolugnstyp där smältningen sker i ett schakt i vars nedre del finns en vattenkyld rost som bar upp järnrama-terialet som skall smältas och en bädd av keramiska grafitin-blandade fyllnadskroppar som längsamt smälter ned och blandas med den smälta slaggen samtidigt som en uppkolning av järn- smältan sker. Järnsmältan frän en sadan ugn har en temperatur : o om ca 1350 C och fordrar en höjning av temperaturen tili rätt gjuttemperatur vilket vanligen sker i en induktionsugn.

Ändamälet med föreliggande uppfinning är att astadkomma en ugn för smältning av rävaror för mineralullstillverkning med vilken de ovan beskrivna nackdelarna vid tidigare kända mine-ralsmältugnar eliminerats. Alltsä avser föreliggande uppfinning en smältugn som är miljövänlig, som ger ett jämnt smältflöde, vars temperatur motsvarar den slutliga arbetstem-peraturen, som i anläggningskostnad är relativt billig och som är flexibel med tanke pä avbruten drift.

Salunda avser föreliggande uppfinning en smältugn för smältning av rävara för mineralullstillverkning innefattande ett schakt för förvärmning och smältning av rävaran, som skall smältas; en i schaktets nedre del anordnad vätskekyld rost.

4 80665 som uppbär en bädd av keramiska fyllnadskroppar samt rävaran? en nedanom schaktet anordnad förbränningskammare, som har en bottendel för uppsamling av den frän schaktet neddroppande smältan och ett utlopp för avtappning av smältan, varvid förbränningskammaren har en bottenyta som är större än schak-tets tvärarea; och atminstone en i förbränningskammaren anordnad huvudbrännare, och denna smältugn kännetecknas av att den ytterligare innefattar hjälpbrännare anordnade ovanför rosten i den nedre delen av schaktet intill fyllnadskropparna för att hindra kanalbildning i den smältande ravaran.

Som bränsle för huvudbrännaren kan användas gasformigt bränsle, flytande bränsle eller kolpulver.

Smältugnen enligt uppfinningen innefattar säledes förutom huvudbrännare även hjälpbrännare anordnade i en ring ovanför den vätskekylda rosten. Som bränsle för dessa användes ett gasformigt bränsle, sasom naturgas eller flytgas och hjälpbrän-narna arbetar lämpligast med kali, eventuellt syreanrikad luft. Hjälpbrännarna har tili uppgift att säkerställa en jämn avsmältning, sa att inte kanalbildning uppstar i schaktet.

Hjälpbrännarna har även stor betydelse för att kunna tomköra schaktet pa stenmaterial vid avbrott i produktionen för vec-kostopp och liknande.

: Den energimängd som tillföres med hjälpbrännarna är företrä- desvis 15-30 % av det totala energibehovet. Antalet hjälpbrännare är företrädesvis 10-30 stycken.

II

5 80665

Eniigt uppfinningen är förbränningskammarens bottenyta, dvs.

smältbadets yta, större, företrädesvis 20-400 % större än schaktets tvärarea och detta för att strälningen fran bräns- o

leflamman skaii hö;ja smältans temperatur tili ca 1450 C

o förrän förbrannmgsgaserna vid ca 1600 C strömmar upp genom smäitschaktet. Detta gör att man vanligen fran ugnen far ut en smälta av önskad temperatur som direkt kan ledas tili fibre-ringsanordningen. En ytterligare fördel med den större botten-arean i förbränningskammaren är att den beta smäitan hindras fran att rinna ned längs förbränningskammarens väggar och för-orsaka erosion av väggmaterialet. Förbränningskammarens bot-ten kan tili formen t.ex. vara kvadratisk, hexagonal, oval eller rund, men även andra former är möjliga. Förbränningskammarens väggar kan vara lodräta eller snedställda.

De värmeöverförande keramiska fylinadskropparna, vilka biidar en porös bädd som kan genomträngas av de beta förbränningsga-serna fran den underliggande förbränningskammaren, har tili uppgift att bära upp rävaran som skall smäitas och att över-hetta den nedrinnande smäitan.

Fylinadskropparna utgöres av ett svärsmäitbart material som skall motstä mineralsmältans angrepp sä bra som möjligt. Lämpliga material är t.ex. kiselkarbid och olika kromoxid-bundna aluminiumoxidhaltiga material. Fylinadskropparna värmes upp av de beta förbränningsgaserna och kyls aterigen av smäitan som rinner ned över dem samtidigt som de upprätthäller porositeten i bädden. Fylinadskropparna är lämpligen kulor med en diameter av ca 100-200 mm.

Schaktet och förbränningskammaren är helt infodrade med lämpliga eldfasta infodringsmaterial.

Som ravara kan man använda olika stensorter, slagg eller glas eller blandningar av dessa. Därtill kan man ytterligare till-föra dolomit eller kalksten.

6 80665

En lämplig fraktion av rävaran är 40-80 mm och med denna fraktion verkar bädden av rävaran i schaktet som ett dammfil-ter, varför dammängden frän denna ugnstyp blir sä liten att man i de fiesta fall inte behöver nägot dammfilter.

„ o

Upphettningen av ramaterial tili smälttemperaturen ca 1200 C

sker genom konvektiv värmeöverföring frän den beta förbrän- ningsgasen tili det styckeformiga rämaterialet. Smältningen sker även i neutral eller svagt oxiderande miljö varför inga oförbrända gaser strömmar ut ur ugnen. Ingen reduktion av järnoxidandelen i rämaterialet förekommer, varför man inte behöver förse ugnen med en anordning för järnavtappning, vilket är fallet med kokseldade kupolugnar och elugnar med grafitelektroder.

Förbränningskammaren är försedd med en eller företrädesvis flera huvudbrännare av konventionell typ. Som bränsle användes företrädesvis ett gasformigt bränsle, sasom naturgas eller flytgas eller ett flytande bränsle, sasom oija, men även kol-pulver kan användas. För att uppnä högre förbränningstempera-tur kan förvärmd förbränningsluft användas. Även syrgas kan inblandas i förbränningsluften. Brännarna riktas heist mot smältbadets yta.

Smältugnen kan även förses med olika anordningar för över-hettning av smältan med elenergi via elektroder av känd typ, säsom t.ex. molybdenelektroder.

Överhettningen av smältan i ugnens nedre del kan även ske med plasmaenergi direkt i förbränningskammaren, varvid plasma-energin gär frän en vattenkyld elektrod i ugnsvalvet genom smältan tili en elektrod i ugnsbottnen.

Den elektriska tilläggsenergin som tillföres med elektrod-eller plasmateknik uppgär tili högst 20 % av det totala energibehovet.

7 80665 För att förbättra smältugnens energiutnyttjande kan kanalen o för avledning av de ca 700-800 C heta förbränningsgaserna förses med en värmeväxlare (rekuperator) för förvärmning av förbränningsiuften.

En markant fördel med ugnsutformningen enligt uppfinningen är även möjiigheten att kunna ätermata direkt tili smäitautrymmet den stelnade smälta, som vid fiberbildningsprocessen ej bildat fiber, och som säiunda avietts frän fiberfäitet. Detta fibre-ringsavfali är oftast ett högvärdigt material, viiket det är önskvärt att aterföra tili processen. Vid kupolugnar är detta ej möjligt utan brikettering. Ytterligare en fördel uppnäs däri, att denna ungsutformning medger inmatning av finfördelat tillsatsmaterial direkt pä smältbadets yta.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning tili bi-fogade ritning, pa vilken fig. 1 visar ett vertikalsnitt genom en föredragen utförings-form av smältugnen enligt föreliggande uppfinning, och fig. 2 visar ett horisontaisnitt längs linjen A-A i fig. 1 i förstorad skaia.

Den i fig. 1 och 2 visade ugnen innefattar ett vertikalt för-värmnings- och smäitschakt 2 för chargen dvs. stenmaterialet 6 som skall smäitas (lämplig fraktion 40-80 mm) och en nedanom schaktet 2 anordnad förbränningskammare 3. Stenmaterialet 6 beskickas i ett vid toppen av schaktet 2 anordnat vattenkylt inmatningsschakt 1. Schaktet 2 uppvisar i sin nedre del en vattenkyld rost 5 som bär upp en porös bädd av keramiska vär-meöverförande sfäriska fyllnadskroppar 4 med en diameter om ca 100-200 mm och stenmaterialet 6. Huvudbrännare 9 med gas, oija eller koipulver som bränsle är anordnade i en ring i för-bränningskammaren 3. Stenmaterialet 6 i schaktet 2 förvärmes och upphettas tili smälttemperatur genom konvektion frän de heta förbränningsgaserna frän huvudbrännarna 9. Den frän schaktet 2 neddroppande smältan 14 uppsamlas i förbrännings-kammarens bottendel 11 och överhettas tili arbetstemperatur 8 80665 medelst värmeavgivning frän förbränningsgaserna samt energi-tillförsel via molybdenelektroder 8 samt avtappas via ett ut-lopp 12 som är anordnat pa en viss höjd frän förbränningskam-marens 3 botten sä att det bildas ett smältbad 7 i nämnda bottendel 11. Den stora elektriska strömmen via molybden-elektroderna 8 genom smältan medför att smältan försätts i rö-relse och detta resulterar i en homogenisering av smältan.

Huvudbrännarna 9 är riktade mot smältbadets 7 yta, varvid konvektionen och strälningen frän bränsleflamman överför o energi tili smältan förrän förbränningsgaserna vid ca 1600 C strömmar upp i schaktet 2. De heta förbränningsgaserna avledes frän schaktet 2 genom kanalen 13. En värmeväxlare 15 för de heta rökgaserna kan anordnas i kanalen 13 för förvärmning av den i huvudbrännarna 9 använda förbränningsluften.

Hjälpbrännare 10 med gas som bränsle är anordnade i en ring ovanför den vattenkylda rosten 5. Hjälpbrännarna 10 bidrar tili upphettning av stenmaterialet 6 tili smälttemperaturen, men deras främsta uppgift är att förhindra kanalbildning i schaktet och att vid nedkörning rensmälta bädden av de kera-miska fyllnadskropparna 4.

Förbränningskammarens bottendel 11 är försedd med en keramisk infodring som är speciellt utsatt för den heta smältan, varvid infodringen tidvis mäste förnyas och av denna orsak kan delen 11 vara utformad sä att den är löstagbar för snabbt ut-byte med en nyinfodrad annan bottendel.

Smältugnen enligt uppfinningen kan även förses med en anrd-ning, exempelvis en matarskruv 16 för ätermatning av fibre-ringsavfall direkt tili förbränningskammaren.

2

En lämplig bottenyta för förbränningskammaren 3 är 4-10 m 2 och en lämplig tvärarea i schaktet 2 är ca 3 m för en ugn med ca 5 t/h smältkapacitet.

9 80665

Ovan har endast beskrivits nägra föredragna utföringsformer av uppfinningen och det är kiart att smäitugnen eniigt upp-finningen kan modifieras inom ramen för patentkravens skydds-omfäng.

Claims (10)

1. Sraältugn för smältning av ravara (6) för mineralulls-tillverkning innefattande ett schakt (2) för förvärmning och smältning av ravaran (6), som skall smältas; en i schaktets nedre del anordnad vätskekyld rost (5), som uppbär en bädd av keramiska fyllnadskroppar (4) samt rävaran (6); en nedanom schaktet (2) anordnad förbränningskammare (3), som har en bottendel (11) för uppsamling av den fran schaktet (2) ned-droppande smältan (14) och ett utlopp (12) för avtappning av smältan, varvid förbränningskammaren (3) har en bottenyta som är större än schaktets tvärarea; och atminstone en i förbränningskammaren (3) anordnad huvudbrännare (9), kännetecknad av att smältugnen ytterligare innefattar hjälpbrännare (10) anordnade ovanför rosten (5) i den nedre delen av schaktet (2) intill fyllnadskropparna (4) för att hindra kanalbildning i den smältande ravaran.

2. Smältugn enligt patentkravet 1, kännetecknad av att hjälpbrännarna (10) är helt eller delvis riktade mot bädden av keramiska fyllnadskroppar (4).

3. Smältugn enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad av att de keramiska fyllnadskroppar (4), vilka uppbärs av rosten (5), utgöres av kromoxidbunden aluminiumoxid och har en diameter av 100-200 mm.

4. Smältugn enligt nägot av de föregaende patentkraven, kännetecknad av att förbränningskammarens (3) bottenyta dvs. smältbadets (7) yta är 20-400 % större än schaktets (2) tvärarea .

5. Smältugn enligt nagot av de föregaende patentkraven, kännetecknad av att utloppet (12) för smältan är anordnat pä lämplig höjd f rein förbränningskammarens botten, sä att ett smältbad (7) bildas. 11 80665

6. Smältugn enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknad av att den innefattar anordningar (8) för tillförsel av elektrisk tilläggsenergi medelst elektrod- eller plasmateknik för överhettning tili arbetsteinperatur av smältan i förbränningskammaren (3).

7. Smältugn enligt patentkravet 6, kännetecknad av att den innefattar i förbränningskammarens bottendel (11) ho-risontellt och nedanom nivan för utloppet (12) anordnade elektroder (8).

8. Smältugn enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknad av att den innefattar en värmeväxlare (15) i kanalen (13) för de heta avgaserna för förvärmning av för-bränningsluften.

9. Smältugn enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknad av att förbränningskammarens bottendel (11) som är försedd med en keramisk infodring, är löstagbart utformad.

10. Smältugn enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknad av att den är försedd med en anordning (16) för ätermatning av fibreringsavfall direkt tili förbränningskammaren . i2 80665