DE1583469C

DE1583469C - Method of operating electrothermal reduction furnace

Info

Publication number: DE1583469C
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Chem Dr Herget Georg Dipl Ing Strauss Georg Dipl Chem Dr 5033 Knapsack Schorning Dieter Dipl Chem Dr Niermann Hermann Dipl Chem Dr 5040 Bruhl Klee
Original assignee: Knapsack Ag, 5033 Knapsack
Publication date: 1971-01-07

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum' Betrieb von elektrothermischen Reduktionsöfen. Darunter sind im vorliegenden Zusammenhang insbesondere symmetrische Drehstromöfen zu verstehen, wie sie z. B. zur elektrothermischen Erzeugung von Phosphor, Calciumcarbid und Ferrosilicium verwendet werden.The present invention relates to a method for operating electrothermal reduction furnaces. In the present context, this includes, in particular, symmetrical three-phase furnaces, how they z. B. used for the electrothermal production of phosphorus, calcium carbide and ferrosilicon will.

Beim Betrieb von Elektroofen sind häufig Reparaturen erforderlich, die zu einer Stillegung der öfen über einen längeren Zeitraum führen. Sie werden hervorgerufen durch Beschädigungen der Innenauskleidung der öfen, Elektrodenbrüche u.dgl.Repairs are often required when operating an electric furnace necessary, which lead to the stoves being shut down for a longer period of time. you will be caused by damage to the inner lining of the furnace, broken electrodes and the like.

In dem Bestreben, die Schäden an den Innenwandungen möglichst klein zu halten, bedient man sich im allgemeinen der Faustregel, daß die elektrische Leistungsaufnahme eines Drehstromofens in Pferdestärken gleich sein soll dem Flächeninhalt des um die Elektroden zu legenden Rechtecks in Quadratzoll. Auch hat man versucht, ein optimales Verhältnis zwischen Durchmesser des Elektrodenteilkreises und dem der Innenwandung zu definieren oder, z. B. für Phosphoröfen, den notwendigen Halbmesser eines Ofens nach der empirischen Formel r = 0,05 · N + 2[m] zu errechnen. Darin ist r der Abstand vom Ofenmittelpunkt bis zu den angerundeten Ofenecken, gemessen in Metern, und N die Leistung in MW (s. Wotschke, »Grundlagen des elektrischen Schmelzofens«, Halle 1933; Curtis, »Journal of Electrochemical Society« 100, 81C [1953], und S c h m ä d t, »Chemische Technik«, 17. Jahrgang, Ϊ57 [1965]).In an effort to keep the damage to the inner walls as small as possible, one generally uses the rule of thumb that the electrical power consumption of a three-phase furnace in horsepower should be equal to the area of the square in square inches to be placed around the electrodes. Attempts have also been made to define an optimal ratio between the diameter of the electrode pitch circle and that of the inner wall or, e.g. B. for phosphor furnaces to calculate the necessary radius of a furnace according to the empirical formula r = 0.05 · N + 2 [m]. Here r is the distance from the furnace center to the rounded furnace corners, measured in meters, and N is the power in MW (see Wotschke, "Basics of the electric melting furnace", Halle 1933; Curtis, "Journal of Electrochemical Society" 100, 81C [ 1953], and S chm ä dt, »Chemische Technik«, 17th year, Ϊ57 [1965]).

Besonders bei Leistungserhöhungen treten dife obengenannten Schäden häufig ein, da durch die bekannten Maßnahmen bislang nicht mit Sicherheit verhindert werden konnte, daß der Durchmesser des Reaktionskreises um die Elektroden, des sogenannten Schmelzkessels, so groß wurde, daß es zu Beschädigungen der Auskleidung der öfen kam.The above-mentioned differences occur especially with performance increases Damage often occurs because the known measures have not yet prevented them with certainty could be that the diameter of the reaction circle around the electrodes, the so-called melting pot, became so large that the furnace lining was damaged.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die genannten Schäden vermieden werden können, wenn beim Betrieb eines Elektroofens eine bestimmte, den Ofendimensionen entsprechende Stromstärke nicht überschritten wird. Wie gefunden wurde, hängt der Durchmesser des Schmelzkessels, d. h. des flüssigen Reaktionsraumes unter den Elektroden, bei sonst gleichen Verhältnissen von der Stromstärke und nicht der Leistung ab (vgl. Tabelle 1).It has surprisingly been found that the damage mentioned can be avoided, if, when operating an electric furnace, a certain amperage corresponding to the dimensions of the furnace is not exceeded. It has been found that the diameter of the crucible, i.e. H. of the liquid Reaction space under the electrodes, with otherwise the same ratios of the current strength and not the performance (see Table 1).

StromstärkeAmperage Belastungload Durchmesser desDiameter of the Amp.Amp. MWMW Schmelzkessels (m)Melting kettle (noun) 40 00040,000 2020th 3,63.6 43 00043,000 2727 3,93.9 43 00043,000 3030th 3,93.9 48 00048,000 2525th 4,04.0 54 00054,000 3030th 4,44.4

In Anwendung dieser Tatsache läßt sich die Leistung eines Elektroofens durch folgende Maßnahmen auf ein Maximum einstellen:Applying this fact, the performance of an electric furnace can be reduced by the following measures Set maximum:

1. Einstellen der Stromstärke auf einen solchen Wert, daß die Reaktionskreise der Elektroden die Innenauskleidung des Ofens nur noch tangieren.1. Adjusting the current intensity to such a value that the reaction circuits of the electrodes Only touch the inner lining of the furnace.

2. Einstellen der Spannung auf einen Maximalwert,, der durch die vertretbaren Ofengas- bzw. Ofendeckeltemperaturen gegeben ist.2. Setting the voltage to a maximum value, which is given by the acceptable furnace gas or furnace lid temperatures.

Bei dieser Betriebsweise haben sich weitere, teils überraschende Effekte ergeben. Der Verbrauch an grüner Elektrodenmasse, der, wenn er größer ist als die Brenngeschwindigkeit der Elektroden im Ofen, eine Ursache von Elektrodenbrüchen ist, geht bei einer Rücknahme der Stromstärke ebenfalls zurück (vgl. Tabelle 2).In this mode of operation, further, sometimes surprising effects have resulted. Consumption at green electrode mass, which, if it is greater than the burning speed of the electrodes in the furnace, is one of the causes of broken electrodes, it also decreases when the current intensity is reduced (cf. Table 2).

Stromstärke
Amp.Amperage
Amp. Tabelle 2Table 2 Verbrauchte
Elektrodenmasse
(kg/100 kg P) ·Consumed
Electrode ground
(kg / 100 kg P) IOIO 56 00056,000 Belastung
MWload
MW 8,128.12 54 00054,000 3030th 7,747.74 1515th 52 00052,000 3030th 7,247.24 48 00048,000 2525th 7,007.00 45 00045,000 2525th 6,406.40 43 00043,000 2525th 6,106.10 2020th 3030th

Ferner werden bei einer Erhöhung der Spannung die Elektroden weniger tief in den Ofen eingefahren, was zu einer geringeren thermischen Belastung des Ofenbodens und einer größeren Stabilität der Elektroden gegen mechanische Verbiegungen führt.Furthermore, when the voltage increases, the electrodes are moved less deeply into the furnace, resulting in a lower thermal load on the furnace floor and greater stability of the electrodes against mechanical bending leads.

Im einzelnen besteht die vorliegende Erfindung darin, daß ein Elektrodenstrom solcher Größe eingehalten wird, daß er die mathematische GleichungMore specifically, the present invention consists in maintaining an electrode current of such magnitude will that he be the math equation

erfüllt, wobei / die durch die Elektroden fließende elektrische Stromstärke mit der Dimension A, K den einer Elektrode zugeordneten maximal zulässigen Schmelzkesseldurchmesser mit der Dimension cm, ρ den spezifischen Ohmschen Widerstand mit der Dimension Ω · cm des flüssigen Möllers undmet, where / the electrical current intensity flowing through the electrodes with the dimension A, K the maximum permissible melting pot diameter assigned to an electrode with the dimension cm, ρ the specific ohmic resistance with the dimension Ω · cm of the liquid Möllers and

ri ri

eine wählbare Konstante einer Größe zwischen 4 und 5V"¹ bedeuten. Der Quotienta selectable constant of a size between 4 and 5V " ¹ mean. The quotient

I-Q ' IQ '

der gleichbedeutend mit der wählbaren Konstante C ist, wird als »reduzierter Schmelzkessel« bezeichnet. Vorteilhafterweise wählt man die Größe der Konstante C zwischen 4,2 und 4,6 V"¹.which is synonymous with the selectable constant C, is referred to as a »reduced melting pot«. The size of the constant C is advantageously chosen between 4.2 and 4.6 V " ¹ .

Man kann bekanntlich zur Verringerung des spezifischen Widerstandes ρ die Menge- der leitfähigen Reaktionskomponente erhöhen, was einer relativen Verringerung des Anteiles an nicht- oder schlechtleitenden Komponenten gleichkommt, oder die leitfähige Komponente des Reaktionsgutes mit einem größeren Korndurchmesser einsetzen.As is well known, to reduce the specific resistance ρ the amount of the conductive Increase the reaction component, which equates to a relative reduction in the proportion of non-conductive or poorly conductive components, or the conductive one Use components of the reaction material with a larger grain diameter.

Hält man bereits eine Stromstärke ein, die sich aus der GleichungIf one already maintains a current strength that results from the equation

I =I =

ergibt, so hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn man zur weiteren Steigerung der Ofenleistung nur die an den Ofen angelegte Spannung erhöht.results, it has proven to be very advantageous if only the voltage applied to the furnace increased.

1 6Ö3 469 3 41 6Ö3 469 3 4

Daß sich das Verfahren auch für andere als Phorphoröfen eignet, zeigt die nachstehende Tabelle 3.Table 3 below shows that the process is also suitable for other than phosphor furnaces.

table

Phosphort)fenPhosphorus) fen CalciumcarbidofenCalcium carbide furnace FeSi-OfenFeSi furnace Stromstärke = /Current = / 60 000 A60,000 A 145 000 A145,000 A 30000A30000A Spezifischer Mischungswider
stand = ρSpecific mixing resistance
stand = ρ 1,8 bis 2,2· ΙΟ"³ [Ω cm]1.8 to 2.2 · ΙΟ " ³ [Ω cm] 0,52 bis 0,55 · 10~³ [Ω cm]0.52 to 0.55 · 10 ~ ³ [Ω cm] ~ MO"³ [ßcm]~ MO " ³ [ßcm] Durchmesser des Schmelz
kessels = K Diameter of the enamel
boiler = K ~ 500 cm~ 500 cm ~ 320 cm~ 320 cm ~140 cm~ 140 cm »Reduzierter Schmelzkessel«
r ^K
I-Q "Reduced melting pot"
r ^K
IQ 4,0 bis 4,6 [V-¹]4.0 to 4.6 [V- ¹ ] 4,0 bis 4,2 [V-¹]4.0 to 4.2 [V- ¹ ] 4,5 [V-¹]4.5 [V- ¹ ]

Auch für die Calciumcarbid- und FeSi-öfen ist nicht mit nennenswerten Beschädigungen der Ofenauskleidung zu rechnen, wenn man sich an die obengenannte GleichungAlso for the calcium carbide and FeSi furnaces is not to be expected with significant damage to the furnace lining, if one looks at the above equation

hält und bei Leistungserhöhungen nur die Spannung erhöht, wenn ein Minimalwert vonholds and when the power is increased, the voltage only increases if a minimum value of

C =C =

= 4V" = 4V "

erreicht ist.is reached.

example 1

In einem symmetrischen 3-Phasen-Drehstromofen zur Erzeugung von Phosphor und einem Wandabstand der Elektrodenmittelpunkte von etwa 200 cm, der vorher bei einer Belastung von 25 MW mit einer Stromstärke von 52 000 A betrieben wurde, entsprechend einem Verhältnis vonIn a symmetrical 3-phase three-phase furnace for the production of phosphorus and a wall clearance the electrode center of about 200 cm, which was previously with a load of 25 MW with a Amperage of 52,000 A was operated, corresponding to a ratio of

C =C =

= 3,85 V = 3.85V

und dessen Auskleidung mehrfach repariert werden mußte, wurde die Leistung auf 32 MW erhöht durch Spannungserhöhung auf 420 Volt unter Rücknahme der Stromstärke auf 43 000 A entsprechend einem Verhältnis vonand the lining had to be repaired several times, the output was increased to 32 MW by Voltage increase to 420 volts while reducing the current to 43,000 A corresponding to one ratio of

C =C =

= 4,6 V-¹.= 4.6 V- ¹ .

Leistung von 51 MW mit einer Stromstärke von 000 A betrieben wurde, ist die Leistung auf 60 MW erhöht und die Stromstärke auf 60 000 A erniedrigt worden. Trotz der größeren Leistung von 60 MW hat sich infolge der geringeren Stromstärke der produktspezifische Elektrodenverbrauch, gemessen in Kilogramm Elektrodenmasse pro 100 kg erzeugtem Phosphor, um über 20% verringert. Die Länge der in den Ofen eintauchenden Elektrode ist von etwa 2,8 m auf 2,4 bis 2,5 m heruntergegangen. Elektrodenbrüche sind danach nicht mehr aufgetreten.An output of 51 MW was operated with an amperage of 000 A, the output is 60 MW has been increased and the amperage has been reduced to 60,000 A. Despite the greater output of 60 MW the product-specific electrode consumption, measured in Kilograms of electrode mass per 100 kg of phosphorus produced, reduced by over 20%. The length of the The electrode immersed in the furnace has gone down from about 2.8 m to 2.4 to 2.5 m. Broken electrodes did not occur again afterwards.

Claims

Patent claims:

1. A method for operating an electrothermal reduction furnace, characterized in that that an electrode current of such magnitude is maintained that it is the mathematical equation

₇_ ₇ _

C-QC-Q

met, where / the electrical current strength flowing through the electrodes with the dimension A, K the maximum permissible melting kettle diameter assigned to an electrode with the dimension cm, ρ the specific ohmic resistance with the dimension Ω · cm of the liquid Möllers and

The lining then no longer showed any washouts.

Example 2 In a symmetrical 3-phase three-phase furnace, a selectable constant of a value between 4 and 5 V " ^{1 means} . V

2. The method according to claim !, characterized in that the size of the constant

C =C =

I-QI-Q

for the production of phosphorus, which can be selected beforehand with a 60 between 4.2 and 4.6 V ¹ .