NO853074L - Fremgangsmaate ved fremstilling av kalsiumkarbid, samt sjaktovn til gjennomfoering av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av kalsiumkarbid i en sjaktovn, hvorved det dannes en plasmabue (plasmafakkel) ved innføring av elektrisk energi ved en plasmabrenneranordning som går gjennom den øvre tildekning av ovnen, og en i bunnen av ovnen anordnet motelektrode,

om hvilken bue det konsentrisk innbringes en beskikning av kalsiumoksyd- og karbonholdige substanser, og det oppstår en beskyttelsesvoll av faste beskik-ningsbestanddeler på ovnens indre V3gg, samt en sjaktovn til gjennomføring av fremgangsmåten .

Den idag rådende høyteknologiske fremgangsmåte for fremstilling av kalsiumkarbid i en elektrisk sjaktovn fra brent kalk og karbonholdige forbindelser har bl.a. den ulempe at det må innsettes overveiende utgangsstoffer, som f.eks. dyre ty-per av stykkformig koks og/eller antrasitt, samt et over-skudd av kalk for å holde den elektriske motstand og gjen-nomgasningsforholdene til besjiktningen på et tilstrekkelig gunstig nivå og for å sikre en problemfri tapping av det flytende kalsiumkarbid. En annen ulempe ved denne kjente fremgangsmåte er at varmeutvekslingen mellom besjiktningen og ovnsgassene er dårlig på grunn av elektrodene som oveni-fra stikker ned i beskikningen og smelteovnen.

Det er derfor forsøkt å fremstille kalsiumkarbid eksempelvis i sjaktovner ved hjelp av plasmabrennere (CA 9_5; 213 763z, 1981).

En ulempe ved karbidfremstillingen ved hjelp av plasmabrennere er det forhold, at en stor del av kalsiummet fordamper ved de høy fremgangsmåtetemperaturene og strømmer ut med en varme prosessgass fra den varme plasmasone (sml. G.W. Healy, Proceeding of Electric Furnace Conference 1965, s.

63 - 67). Det er prinsipielt riktignok mulig å holde tapene lavere ved atman arbeider med en grovstykket beskikning og med relativt store mengder med plasmagass henholdsvis ved relativt lavere plasmatemperatur. Dog er det i dette tilfelle nødvendig å sirkulere og ved en tilsvarende forbe-handling å rense store gassmengder, hvorved fremgangsmåten blir uøkonomisk.

Generelt er det også kritisk å nytte gassvarmeinnholdet, f.eks. i et virvlesjikt med støvformige beskikningkomponen-ter i henhold til US-utl. 3.404.078, da det anrikes forstyr-rende mengder av f.eks. flytende komponenter som magnesium i form av oksyder.

I DD-utl. 149.853 er det beskrevet en fremgangsmåte ved hvilken det fremstilles kalsiumkarbid ved innblåsing av kalk- og koksstøv i en plasmastråle og deretter bråkjøling og adskil-lelse av det finkornete produkt. Denne fremgangsmåte er på grunn av det lave utbytte av kalsiumkarbid og det høye strøm-forbruk uøkonomisk på grunn av det høye varmetap. Dette er også tilfellet for fremgangsmåten i henhold til DD-utl. 149.854, hvorved flytende kalsiumkarbid fra vanlige elektriske sjaktovner konsentreres opp til over 80 % ved termisk etterbehandling ved hjelp av en plasmastråle, da hovedmeng-den av kalsiumkarbid i de elektriske sjaktovner må fremstilles med et høyt kalkoverskudd, og kun den uomsatte del av karbonet bringes til reaksjon ved en høy innsats av elek-troenergi.

Oppfinnelsen har til oppgave å overvinne de viste vanskelig-heter og utilstrekkeligheter ved kjente fremgangsmåter til fremstilling av kalsiumkarbid og å fremstille en arbeids-sikker fremmangsmåte under anvendelse av plasmabrennere, ved hvilken både stor- og finkornete beskikningbestanddeler kan anvendes og hvorved det erholdes kalsiumkarbid i høyere utbytter ved forbedret utnyttelse av den anvendte energi.

Denne oppgave løses ved en fremgangsmåte av den innlednings-vis definerte art ved at beskikningsblandingen innsettes adskilt som grovkornfraksjon og finkornfraksjon, hvorved den grovkornete fraksjon har en middels kornstørrelse på fra 1 - 150 mm, fortrinnsvis 3 til 100 mm, og finkornsfrak- sjonen en midlere kornstørrelse på fra 0,001 til 15 mm, fortrinnsvis 0,001 til 6 mm, med den forutsetning at grovkornfraksjonen innføres gjennom en ringspalt mellom ovnveggen og ovntildekningen, og danner en bevegelig beskyttelsesvoll langs ovnsveggen, og finkornfraksjonen bringes inn i rommet mellom plasmabuen og beskyttelsesvollen, hvorved den ved omsetningen dannete prosessgass går ut gjennom beskyttelsesvollen av grovkornfraksjonen og ringspalten.

På denne måte oppnås høye utbytter av kalsiumkarbid på tross av lavere varmetap, hvorved de vesentlige forutset-ninger for en økonomisk fremgangsmåte er gitt.

Det er fordelaktig å innføre 5 til 95 masse% av den for omsetningen nødvendige karbonmengde med grovkornfraksjonen. Som karbonholdige substanser egner seg først og fremst brun-kull og/eller steinkull og/eller antrasitt og/eller brunkull-koks og/eller steinkullkoks og/eller petrokoks. Under kal-siumoksydholdige substanser menes slike forbindelser som enten inneholder kalsiumoksyd - som brent kalk - eller som ved prosesstemperaturene reagerer til kalsiumoksyd, som kalsiumkarbonat eller kalsiumhydroksyd.

Beskyttelsesvollen som dannes av den grovkornete beskikning på innsiden av ovnen med form som en beskikningskegle har frem for alt den hensikt å tjene som avskjermning for ovnsveggene som er bekledd med ildfast materiale mot strå-lingen fra plasmabuen.

Den finkornete fraksjon tilføres ovnen uavhengig av mengde og sammensetning til den grovkornete fraksjon. Tilførslen kan skje gjennom en eller flere rør som går gjennom ovnens tildekning.

Det er hensiktsmessig å innføre den finkornete fraksjon ved flere rør som omgir plasmabrenneranordningen kransformig eller gjennom en ringspalt i ovnstildekningen. På denne måte oppnås en likemessig omhylling av plasmafaklen gjennom den finkornete fraksjon, slik at hovedandelen av strålings-varmen opptas av det slik dannete støvslør. Da det ikke må stilles spesielle krav til kvalitet for det finkornete materiale, og det eksempelvis også kan innsettes finkornet kalk som den f.eks. dannet ved transport av stykkformet kalk til sjaktovnen tilstreber man av økonomiske grunner å holde den finkornete andel så høy som mulig.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det på en fordelaktig måte mulig å innføre opp til 90 masse% av beskikningen som finkornfraksjon. For å muliggjøre en høy om-setning av finkornet materiale og for å unngå forstopninger blåses den finkornete fraksjon inn sammen med en inert gass, fortrinnsvis en prosessgass i henhold til en fordelaktig ut-førelsesform.

I henhold til en annen fordelaktig utførelsesform i henhold til oppfinnelsen trekkes kalsiumkarbid i flytende form kontinuerlig fra bunndelen av sjaktovnen.

Oppfinnelsen vedrører videre en sjaktovn med en ildfast bekledd ovnvegg og en øvre tildekning, gjennom hvilken en plasmabrenneranordning og en chargeranordning er ført,

og med en i bunndelene av ovnen anordnet motelektrode.

Plasmabrenneranordningen består for det meste av en eller flere, eksempelvis tre katoder som gjennom den likeledes med ildfast materiale bekledde øvre tildekning raker inn i ovnens indre rom. Hver katode kan på vanlig måte utsty-res med en tenneanordning og være bevegelig i vertikal retning, slik at den kan kjøles ut fra ovnens indre. Den praktisk talt alltid anodisk koblete motelektrode for den (de) såkalte overførte plasmabue(r) avkjøles ved hjelp av vann eller luft.

Sjaktovnen i henhold til oppfinnelsen til gjennomføring av fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det mellom ovnveggens øvre randområde og den øvre tildekning er anordnet en ringspalt som tildekkes av en ringformet ovnshette og at ovns veggen er utformet under, dannelse av et ovnskar med stum<p>kjegleform i bunnen.

Som en fordelaktig effekt av dette konvergerende utformete ovnskar er dannelsen av en meget kort tappekanal mulig,

som muliggjør en uproblematisk tømming av ovnen.

Det er hensiktsmessig at forholdet mellom diameteren til bunnen til diameteren til det øvre randområde til ovnsveggen er 1:2 til 10, fortrinnsvis 1:2 til 5, slik at det oppstår hellingsvinkler mellom ovnsveggen og ovnsbunnen på fra 100 til 150°, fortrinnsvis 120 til 130°.

Det er fordelaktig hvis den nedre kant av den øvre tildekning, som er rettet inn mot ovnens indre, er utstyrt med et beskyttelsesinnlegg av slitesterkt materiale, fortrinnsvis siliciumkarbid.

I henhold til en foretrukken utførelsesform er det gasstett anordnet tilførselsanordninger for.grovkornfraksjonen som går gjennom ovnshetten.

Det er videre hensiktsmessig at ovnshetten gjennomskytes av minst én avtrekningsledning for den CO-holdige prosessgass. Prosessgassen som oppstår ved fremstillingen av kalsiumkarbidet strømmer gjennom beskyttelsesvollen somdannes av den grovkornete fraksjon og gjennom ringspalten og blir derpå ført ut gjennom avtrekksledningen(e), og renset og opparbei-det der på vanlige måter. Ved denne prosessgassføring etter motstrømsprinsippet forhindres større. varme- og utbytte-tap ved kalsium som fordamper.

I henhold til en annen fordelaktig utførelsesform er ovnshetten festet til den øvre tildekning, er eventuelt utstyrt med en vannavkjølingsanordning og er tettet ved hjelp av en vannkopp på yttersiden av ovnsveggen mot ovnens indre, for ikke å forhindre ovnskarets bevegelse.

Fortrinnsvis er ovnens bunn murt ut med grafittrikt materiale og tjener som motelektrode henholdsvis anode. Den ildfaste utmuring av den hellende ovnsvegg består av flere lag, hvorved den metalliske ytre bedekkes isolerende av ildfaste steiner, og at det hen mot ovnens indre fortrinnsvis anvendes karbon- henholdsvis grafittrike materialer.

I henhold til en annen hensiktsmessig utførelsesform er ovnskaret lagret bevegelig både i aksial og radial og/eller horisontal retning ved hjelp av hydrulikkorganer. Ved bevegelser 1 én eller flere av disse retninger holdes den langs ovns-

- j

veggen staplete grovkornfraksjon i bevegelse, slik at det ikke kommer til skorpedannelse eller sammenbakning og der-med til forstyrrelser i driften av ovnen.

Fortrinnvis dannes plasmabrenneranordningen av en til tre plasmabrennere. Det er også mulig å føre eksempelvis tre brennere - fortrinnsvis i samme avstand fra ovnsaksen - gjennom den øvre tildekning i stedet for én eneste brenner som går gjennom den vertikale ovnsakse. Derved er det viktig at finkornfraksjonen bringes inn i rommet mellom plasmabuen(e) og beskyttelsesvollen.

Bl.a. av denne grunn er det spesielt fordelaktig når char-geranordningen for finkornfraksjonen som går gjennom den øvre tildekning er utformet som tre til seks rør som omgir en plasmabrenneranordning kransformig eller som en ringspalt.

Oppfinnelsen belyses nærmere i tegningen på grunnlag av

en utførelsesform av sjaktovnen i henhold til oppfinnelsen.

Den med 1 betegnete, ildfast bekledde ovnsvegg er dannet stumpkegleformet mot bunndelen 2 av sjaktovnen og har i sitt øvre randområde en diameter d^. Bunndelen 2 danner sammen med den hellende ovnsvegg 1 ovnskaret. I bunndelen 2 til sjaktovnen er det anordnet en vannavkjølt bunnelektr<p->

de henholdsvis anode 3 - f.eks. av kobber. Bunndelen 2,

hvis diameter er betegnet med d2/består i den fremstilte utførelsesform av grafittrik, elektrisk ledende materiale og tjener i seg selv om overflaterik elektrode. Bunnen 2 gjennomtrenges fra siden av en tappeåpning 4, som munner ut på utsiden av ovnsveggen 1 i tappetut 4<1>, som likeledes kan være dannet av kobber og kan være vannavkjølt. Gjennom sjakt-ovnens øvre tildekning 5, som er hengt opp på en ikke vist bærekonstruksjon, er ført en av en eneste, sentralt anordnet plasmabrenner 6 bestående plasmabrenneranordning.

Likeledes er det gjennom den øvre tildekning 5 ført seks chargerrør 7 for finkornfraksjonen 8 av beskikningen som omgir plasmabrenneren 6 kransformet. Plasmabrenneren 6 og rørene 7 kan være tettet mot ovnens indre gjennom sandlåser (Sand-tassen).

Diameteren på den øvre tildekning 5 er valgt slik at en ring-spalte 9 dåenes mellom denne og ovnens 1 øvre randområde,

som utviser diameteren d-^, gjennom hvilken ringspalt den grovkornete fraksjon 10 av beskikningen innføres under dannelse av en bevegelig beskyttelsesvogn 11 ved den indre vegg i sjaktovnen. Ringspalten 9 dekkes over av en ringformet ovnshette 12 som er festet til den øvre tildekning 5 og gjennom ovnshetten 12 føres gasstett tilførselsanordninger 13 for den grovkornete fraksjon 10, hvorved avtettingen skjer ved hjelp av sandlåser 14.

Den ytre omkrets av ovnshetten 12 griper inn i en vannlås (Wassertasse) 15, som er montert på utsiden av ovnsveggen 1, slik at ingen falskluftinngang til ovnens indre er mulig.

Den nedre kant til tildekningen 5 er utstyrt med et beskyttelsesinnlegg 16 av slitesterkt materiale, for å holde av-rivningen lav som oppstår ved forbistrømmende beskikning.

Ovnshetten 12 er videre gjennomtrengt av en avtrekksledning

17 for den karbonmonoksydholdige prosessgass. Ved hydrau likkorganene 18 kan ovnskaret beveges i aksial retning. I tillegg kan anordninger for en horisontal bevegelse av ovnskaret foreligge.

Diameteren d-^til det øvre randområde til ovnsveggen 1 kan f.eks. være ca. 3,60 m, den til tildekningen 5 ca. 2,40 m, slik at det oppstår en ringspaltbredde på ca. 0,60 m.

Hydraulikkorganene 18 utformes ved en sjaktovn med de forut oppførte dimensjoner slik at de muliggjør en løftehøyde for ovnskaret på ca. 0,5 m.

Tenningen av plasmabuen 19 skjer på vanlig måte, hvorved reakjsonsrommet og ovnens bunndel 2 forvarmes eksempelvis ved forbrenning av tilleggsvis innført karbon med oksygen, og deretter innstilles under strømtilførsel den ønskete effekt med den gjennom plasmabrenneren 6 tilførte plasmagass. Som plasmagass kan alle vanlige gasser for disse for-mål anvendes, som karbonmonoksyd eller hydrogen, fortrinnsvis dog en inertgass som argon.

Etter tenningen av plasmabrenneren og tilførsel av beskikningen som består av grovkornete og finkornete fraksjoner, finner omsetningen til kalsiumkarbid sted ved 2000 til 2500°C, hvorved det flytende kalsiumkarbid 20 samler seg i bunndelen 2 av ovnen. Tapping av det flytende kalsiumkarbid skjer i den nedre del av ovnen enten fortrinnsvis kontinuerlig eller også diskontinuerlig.

Den ved reaksjonen strømmende karbonmonoksydholdige prosessgass strømmer i retning av pilene 21 gjennom den bevegelige beskyttelsesvoll 11 og forlater sjaktovnen gjennom minst én avtrekksledning 17.

Hovedfordelene til oppfinnelsen må ses i ovnens høye drifts-sikkerhet, de lave varmetap og de meget høye utbytter ved høy gjenvinningsgrad, såsom den høye renhet (opp til 95%)

av det dannete kalsiumkarbid.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av kalsiumkarbid i en sjaktovn, hvorved det dannes en plasmabue (plasmafakkel) (19) ved innførsel av elektrisk energi ved hjelp av en plasmabrenneranordning (6), som går gjennom den øvre tildekning (5) av sjaktovnen, og en i bunndelen (2) til sjaktovnen anordnet motelektrode (3), om hvilken plasmabrenneranordning det konsentrisk innføres en beskikning av kalsiumoksyd- og karbonholdige substanser og det dannes en beskyttelsesvoll (11) av faste beskikningsbestanddeler ved den indre vegg til ovnen, karakterisert ved at beskikningsblandingen innføres adskilt som grov-kornet fraksjon (10)og finkornet fraksjon (8), hvorved den grovkornete fraksjon (10) utviser en midlere partikkelstør-relse på fra 1 til 150 mm, fortrinnsvis 3 til 100 mm, og den finkornete fraksjon en midlere partikkelstørrelse på fra 0,001 til 15 mm, fortrinnsvis 0,001 til 6 mm, med den be-stemmelse at den grovkornete fraksjon (10) innføres gjennom en ringspalt (9) mellom ovnsveggen (1) og ovenstildekningen (5) og danner en bevegelig beskyttelsesvoll (11) langs ovnsveggen (1), og den finkornete fraksjon (8) føres inn i rommet mellom plasmabuen (19) og beskyttelsesvollen (11), hvorved den ved omsetningen dannete prosessgass strømmer ut gjennom beskyttelsesvollen (11) av den grovkornete fraksjon (10) og ringspalten (9).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at den finkornete fraksjon (9) føres inn gjennom flere rør (7) som omgir plasmabrenneranordningen (6) kransformet eller gjennom en ringspalt i ovnstildekningen (5).

3. Fremgangsmåte i henhold til ett eller begge kravene 1 og 2, karakterisert ved at 5 til 95 masse% av karbonmengden som er nødvendig for omsetningen innføres med den grovkornete fraksjon (10).

4. Fremgangsmåte i henhold til ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at opp til 90 masse? av beskikningen innføres som finkornet fraksjon (8) .

5. Fremgangsmåte i henhold til ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at den finkornete fraksjon (8) blåses inn med en inertgass.

6. Fremgangsmåte i henhold til ett eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at kalsiumkarbidet tappes av i flytende form kontinuerlig fra bunndelen (2) til sjaktovnen.

7. Sjaktovn til gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til ett eller flere av kravene 1-6 med en ildfast bekledd ovnsvegg (1) og en øvre tildekning (5) gjennom hvilken en plasmabrenneranordning (6) og en chargeranordning (7) er ført, og med en i bunndelen (2) til ovnen anordnet motelektrode (3), karakterisert ved at det er anordnet en ringspalt (9) mellom det øvre randområde til ovnsveggen (1) og den øvre tildekning (5) som er tildekket av en ringformet ovnshette (12), og at ovnsveggen

(1) under utformning av et ovnskar er utformet stumpkjegle-formet mot bunndelen (2).

8. Sjaktovn i henhold til krav 7, karakterisert ved at forholdet til diameteren (d2 ) til bunndelen (2) til diameteren (d-^ ) til det øvre randområde til ovnsveggen (1) er 1:2 til 10, fortrinnsvis 1:2 til 5.

9. Sjaktovn i henhold til ett eller begge av kravene 7 og 8, karakterisert ved at den nedre kant som vender inn mot ovnens indre av den øvre tildekning (5) er utstyrt med et beskyttelsesinnlegg (16) av slitesterkt materiale - fortrinnsvis silisiumkarbid.

10. Sjaktovn i henhold til ett eller flere av kravene 7-9, karakteris" ert ved at det gasstett er ført tilførselsanordninger (13) for den grovkornete fraksjon (10) gjennom ovnshetten (12).

11. Sjaktovn i henhold til ett eller flere av kravene 7-10, karakterisert ved at ovnshetten (12) gjennomtrenges av minst en avtrekksledning (17) for den C0-holdige prosessgass.

12. Sjaktovn i henhold til ett eller flere av kravene 7-11, karakterisert ved at ovnshetten (12) er festet til den øvre tildekning (5), eventuelt har en vannavkjølingsanordning og er avtettet mot ovnens indre ved hjelp av en vannlås (15) på utsiden av ovnsveggen (1).

13. Sjaktovn i henhold til ett eller flere av kravene 7-12, karakterisert ved at bunndelen (2) til ovnen er utmurt med grafittrikt materiale og tjener som motelektrode.

14. Sjaktovn i henhold til ett eller flere av kravene 7-13, karakterisert ved at ovnskaret er lagret bevegbart både i aksial og i radial og/eller horisontal retning ved hjelp av hydraulikkorganer (18).

15. Sjaktovn i henhold til ett eller flere av kravene 7-14, karakterisert ved at plasmabrenneranordningen (6) dannes av en til tre plasmabrennere.

16. Sjaktovn i henhold til ett eller flere kravene 7 - 15, karakterisert ved at chargeranord-; ningen for den finkornete fraksjon (8) som er ført gjennom den øvre tildekning (5) er utformet som tre til seks rør (7) som omgir plasmabrenneranordningen (6) kransformig eller som en ringspalt.