Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung von flüssigen Schmelzen.

Zur Herstellung von Metallschmelzen werden als Ausgangsmaterial beispielsweise Eisensand-, Laterit- oder Chromit-Erze oder Erz-Konzentrate mit diesen Bestandteilen verwendet. Aus der WO 01/46482 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Nickellegierung bekannt, bei dem das Erz nach einer Trocknung und Zerkleinerung zunächst in einem Wirbelschichtkalzinator auf

Temperaturen von 850 bis 900°C erhitzt und kalziniert wird, bevor das kalzinierte Material vorreduziert und schließlich in einem Gleichstrom-Lichtbogenofen aufgeschmolzen wird. In einem Gleichstrom-Elektrolichtbogen-Schmelzofen bildet sich ein Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Schmelzbad aus, das aus dem aufgeschmolzenen Einsatzgut gebildet wird. Der Lichtbogen zeichnet sich durch eine extrem hohe Temperatur von mehreren 1000°C aus. Die gesamte Energie, die für den Betrieb eines Gleichstrom-Elektrolichtbogenofens benötigt wird, wird über diesen Lichtbogen in den Ofen eingebracht. Der stabile Betrieb dieses Gleichstrom-

Lichtbogenofens hängt jedoch entscheidend davon ab, dass das aufzuschmelzende Material möglichst gleichmäßig und gleichförmig dem Schmelzofen zugeführt wird. Dies gestaltet sich jedoch bei einem feinkörnigen, heißen Schüttgut besonders schwierig, vor allem dann, wenn dieses Schüttgut zusätzlich noch abrasiv ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde das Verfahren und die Anlage zur Erzeugung von flüssigen Schmelzen bei Einsatz eines feinkörnigen, heißen Schüttgutes zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von flüssigen Schmelzen ist dadurch gekennzeichnet, dass

- ein Schüttgut mit einer Korngröße von kleiner 5 mm bereitgestellt wird,

- das Schüttgut einem Vorwärmer aufgegeben und auf eine Temperatur von wenigstens 500°C vorgewärmt wird,

- das auf wenigstens 500°C vorgewärmte Schüttgut wenigstens einem ersten Materialteiler aufgegeben und in einem am ersten Materialteiler einstellbaren Massenstrom- Verhältnis in wenigstens zwei bevorzugt wenigstens 4 Teil- Schüttgutströme aufgeteilt wird,

- die Größe der Massenströme der Teil-Schüttgutströme ermittelt und zur Nachregelung des am ersten Materialteiler eingestellten Massenstrom- Verhältnisses verwendet wird und

- die wenigstens zwei bevorzugt wenigstens 4 Teil-Schüttgutströme gleichzeitig und separat voneinander einem elektrisch beheizten Schmelzofen aufgeben werden.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Erzeugung von flüssigen Schmelzen besteht im Wesentlichen aus

- einem Vorwärmer zum Vorwärmen eines Schüttguts mit einer Korngröße von kleiner 5 mm auf eine Temperatur von wenigstens 500°C,

- wenigstens einem mit dem Vorwärmer in Verbindung stehender erster Materialteiler zur Aufteilung des vorgewärmten Schüttguts in einem am ersten Materialteiler einstellbaren Massenstrom- Verhältnis in wenigstens zwei bevorzugt wenigstens 4 Teil- Schüttgutströme, - wenigstens einer Messeinrichtung zur Ermittlung der Größe der Massenströme der Teil-Schüttgutströme,

- einer mit der wenigstens einen Messeinrichtung und dem wenigstens einen ersten Materialteiler in Verbindung stehenden Steuer- und Regelungseinrichtung zur Nachregelung des am ersten Materialteiler eingestellten Massenstrom- Verhältnisses in Abhängigkeit der Größe der Massenströme der Teil-Schüttgutströme und

- einem elektrisch beheizten Schmelzofen, der mit dem wenigstens ersten Materialteiler über jeweils eine für jeden Teil-Schüttgutstrom separat vorgesehene Verbindungsleitung zum gleichzeitigen Aufgeben der Teil-

Schüttgutströme verbunden ist.

Um eine möglichst gleichmäßige und kontinuierliche Aufgabe des heißen Schüttgutes an mehreren Aufgabepunkten auf den elektrisch beheizten Schmelzofen zu gewährleisten, ist eine Aufteilung des Schüttgutes in wenigstens zwei Teil-

Schüttgutströme vorgesehen, wobei das Massenstrom-Verhältnis der wenigstens zwei Teil-Schüttgutströme am ersten Materialteiler einstellbar ist. Wenngleich in den meisten Anwendungen eine Aufteilung in zwei oder mehrere gleich große Teil- Schüttgutströme gewünscht sein wird, kann im Bedarfsfall aber auch ein anderes Verhältnis vorgesehen werden. Entscheidend ist jedoch, dass die Größe der

Massenströme der aufgeteilten Teil-Schüttgutströme ermittelt und zur Nachregelung des am ersten Materialteiler eingestellten Massenstromverhältnisses verwendet wird. Auf diese Weise können mehrere Teil-Schüttgutströme in dem gewünschten Verhältnis zueinander erzeugt werden, die dann gleichzeitig, aber separat voneinander dem elektrisch beheizten Schmelzofen aufgeben werden, um dadurch einen möglichst stabilen Betrieb des Schmelzofens zu gewährleisten.

Die Aufteilung des auf wenigstens 500°C vorgewärmten Schüttguts und die Aufgabe auf den elektrisch beheizten Schmelzofen erfolgen zweckmäßiger Weise kontinuierlich, um einen gleichmäßigen und gleichförmigen Betrieb des kontinuierlich arbeitenden Gleichstrom-Lichtbogenofens zu ermöglichen und unnötige Wärmeverluste zu vermeiden. Als Vorwärmer kommen beispielsweise ein Flugstromvorwärmer oder ein Wirbelbett oder ein Drehrohrofen in Betracht. Des Weiteren kann das Schüttgut auch auf Temperaturen von wenigstens 700°, vorzugsweise wenigstens 800° und höchstvorzugsweise auf wenigstens 900°C vorgewärmt werden. Des Weiteren ist es denkbar, dass das Schüttgut mit einer Korngröße < 3 mm, insbesondere < 1 mm bereitgestellt wird. Je höher die Temperatur mit der das Schüttgut im Vorwärmer vorgewärmt wird, umso geringer ist die in Schmelzöfen spezifisch einzusetzende Energie, bzw. je größer ist die in einem vorhandenen Gleichstrom-Lichtbogenofen erzeugbare Menge an flüssiger Schmelze.

Neben der höheren Energie-Effizienz gewährleistet die Vorwärmung und Vorkalzinierung einen stabileren und homogeneren Betrieb des Schmelzofens.

Für die Ermittlung der Größe der Massenströme der Teil- Schüttgutströme sind unterschiedliche Messverfahren denkbar. So kann beispielsweise eine

Radarmessung, eine Mikrowellenmessung, eine akustische Messung oder ein Kontaktmessverfahren zur Anwendung kommen. Als besonders zuverlässiges Verfahren hat sich dabei eine radiometrische Messung herausgestellt, bei der die Teil- Schüttgutströme mit einer radioaktiven Strahlung beaufschlagt werden, die nachfolgend von einem Detektor gemessen wird. Die Strahlung wird durch das

Material teilweise absorbiert und führt zu einer Schwächung der Strahlung auf der Detektorseite. Diese Strahlungs-Differenz, die proportional zum Massenstrom ist, wird in einem Auswertegerät erfasst. Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, dass diese Messung berührungslos ist und gerade bei einem feinkörnigen und heißen Gut besonders zuverlässig ist. Auch bei schleißenden Gütern kann diese Messung zuverlässig eingesetzt werden.

Bei einem Kontaktmessverfahren kann beispielsweise eine Verwiegung (z.B. mit Kraftmessdosen) oder eine volumetrische Messung (z.B. über volumetrisch definierte Messkammern) erfolgen. Des Weiteren ist denkbar, dass der Teil- Schüttgutstrom auf eine Prallplatte gelenkt wird und die Größe des Massenstroms mit einer Kraftmessvorrichtung zur Erfassung der Aufprallkräfte ermittelt wird.

Bei Verwendung einer Radarmessung oder einer akustischen Messung wird die Messeinrichtung vorzugsweise in geneigten Schüttgutabführungen installiert.

Die Verwendung eines Flugstromvorwärmers zum Vorwärmen des Schüttgutes hat den Vorteil einer effizienten und schnellen Erwärmung des Schüttgutes. Dabei kommt es zu Verweilzeiten des Schüttguts im Flugstromvorwärmer von weniger als 120 Sek., vorzugsweise weniger als 30 Sek., insbesondere weniger als 10 Sek. Diese Art von Vorwärmer hat auch den weiteren Vorteil, dass das Schüttgut in einem kontinuierlichen Strom durch den Vorwärmer, über den ersten Materialteiler bis in den Schmelzofen geführt wird. Nachdem der Materialtransport vom Vorwärmer über den ersten Materialteiler zum Schmelzofen vorzugsweise mittels Schwerkraft erfolgt, findet der gesamte Prozess (Vorwärmen, Aufteilen und Aufgabe in den Schmelzofen) in entsprechender kurzer Zeit statt. Dadurch kann eine Veränderung der Aufgabemenge des Schüttgutes in den Schmelzofen sehr schnell durch eine Veränderung der Aufgabemenge des Schüttgutes in den Vorwärmer bewirkt werden. Die Masse der Teil-Schüttgutströme, welche dem Schmelzofen aufgegeben werden, lässt sich bei Verwendung eines Flugstromvorwärmers sehr exakt dadurch bestimmten, dass das noch kalte Schüttgut vor der Aufgabe in den Vorwärmer gewogen wird. Hierfür kann beispielsweise eine Dosierbandwaage zur Anwendung kommen. Auf diese Weise kann ein exakter Massenstrom in den Vorwärmer ermittelt werden, der bei einem Flugstromvorwärmer auch der Summe der Massen der Teil- Schüttgutströme pro Zeit entspricht.

Je nach Größe des Schmelzofens kann es vorteilhaft sein, wenn nicht nur zwei Teil- Schüttgutströme sondern drei, vier oder noch mehr Teil- Schüttgutströme erzeugt und an verschiedenen Stellen gleichzeitig dem Schmelzofen aufgegeben werden. Dabei besteht prinzipiell die Möglichkeit, dass der erste Materialteiler bereits mehr als zwei Teil- Schüttgutströme erzeugen kann. Eine andere Möglichkeit besteht aber auch darin, dass die vom ersten Materialteiler erzeugten Teil-Schüttgutströme nochmals jeweils weitere Materialteilern zugeführt werden, um so die Anzahl der Teil- Schüttgutströme entsprechend zu erhöhen. Kommen besonders abrasive Schüttgüter zur Anwendung, wie beispielsweise

Quarzsand, Korund, Schlackegranulat, Chromit, ist es zweckmäßig, die mit dem Schüttgut in Kontakt kommenden Oberflächen des wenigstens einen ersten Materialteilers oder der Verbindungsleitungen wenigstens teilweise mit einer Verschleißschutzschicht zu schützen. Hierfür kommen beispielsweise Werkstoffe mit den Hauptbestandteilen A1 ₂ 0 ₃ , SiC, Si N ₄ , Zr0 ₂ oder eine Mischung dieser

Bestandteile in Betracht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anlage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung im Bereich des ersten Materialteilers, Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung im Bereich der Messeinrichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ersten Materialteilers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren

Materialteilern.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Erzeugung von flüssigen Schmelzen sieht einen Vorwärmer 1 zum Vorwärmen eines Schüttguts 2 auf eine Temperatur von wenigstens 500°C vor. Der Vorwärmer 1 kann beispielsweise als

Flugstromvorwärmer, als Wirbelbett oder als Drehofen ausgebildet sein. Er kann außerdem Mittel 3 zur Brennstoffaufgabe und Mittel 4 zum Abführen eines Abgases umfassen.

Als Schüttgut 2 kommen beispielsweise Eisensand-, Laterit- oder, Chromit-Erze oder Erz -Konzentrate und Zink enthaltene Nebenprodukte oder Mischungen dieser Materialien in Betracht; Hilfsstoffe, die für den Betrieb des nachgeschalteten Gleichstrom-Elektrolichtbogenofens notwendig sind oder diesen vereinfachen, wie beispielsweise schlackebildende Zuschlagsstoffe wie z.B. Sand, Dolomit, Magnesit, Kalk oder Kalkstein können in unterschiedlichen Gehalten im Schüttgut 2 enthalten sein. Das Schüttgut 2 wird mit einer Korngröße < 5 mm vorzugsweise, < 1 mm bereitgestellt und dem Vorwärmer 1 aufgegeben. Im Vorwärmer wird das Schüttgut auf Temperaturen von wenigstens 500°C, vorzugsweise wenigstens 700°C, insbesondere mehr als 900°C vorgewärmt. Dabei kann es im Vorwärmer auch zu einer wenigstens teilweisen Kalzination des Schüttgutes kommen.

Das auf wenigstens 500° C vorgewärmte Schüttgut 2' wird über eine Verbindungsleitung 5 wenigstens einem ersten Materialteiler 6 aufgegeben, wo es in einem am ersten Materialteiler 6 einstellbaren Massenstrom-Verhältnis in wenigstens 2, hier in einer bevorzugten Ausführung in 4 Teil-Schüttgutströme 7 bis 10 aufgeteilt wird. Die Teil-Schüttgutströme werden dann separat voneinander über Verbindungsleitungen 11 bis 14 gleichzeitig einem elektrisch beheizten Schmelzofen 15 aufgegeben. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Gleichstrom- Lichtbogen-Elektroschmelzofen oder einen -Elektroreduktionsofen handeln. Die aufgegeben Teil-Schüttgutströme werden dort aufgeschmolzen, sodass sich eine Metallschmelze 16 und Schlacke 17 ergeben, die über geeignete Auslässe aus dem Schmelzofen 15 abgezogen werden können.

Fig. 2 zeigt eine detailliertere Darstellung der Anlage im Bereich des ersten Materialteilers 6, wobei der Einfachheit halber nur die Aufteilung in die zwei Teil- Schüttgutströme dargestellt ist. Der erste Materialteiler 6 weist eine Splittereinrichtung 18 auf, um das über die Zuführleitung 19 zugeführte, vorgewärmte Schüttgut 2' in einem einstellbaren Massenstrom- Verhältnis in die beiden Teil- Schüttgutströme 7, 8 aufzuteilen, die über die Verbindungsleitungen 11 , 12 abgeleitet werden. Die Splittereinrichtung kann beispielsweise wie folgt ausgebildet werden: Das Material wird vor der Teilung durch beispielsweise eine Doppelpendelklappe in der Verbindungsleitung 5 aufgestaut und anschließend stromabwärts mittels einer einstellbaren in der Verbindungsleitung zentral aufgehängten Teilvorrichtung (Splittereinrichtung 18) in zwei Teilmengen aufgeteilt. Anstelle der Doppelpendelklappe kann auch eine andere Vorrichtung zum Aufstauen es Materials verwendet werden, die das Material zentral stromabwärts wieder abgibt. Als Splittereinrichtung sind unterschiedliche Formen und Materialien möglich z.B. flach, keilförmig, halbrund, gewölbt in metallischer, keramischer oder beschichteter Ausführung.

Das Verhältnis der Aufteilung ist an der Splittereinrichtung 18 einstellbar und kann mittels einer Steuer- und Regelungseinrichtung 21 über eine Leitung 20 verstellt werden, um ein gewünschtes Massenstrom- Verhältnis einzustellen bzw. nachzuregeln. Im Bereich der beiden Verbindungsleitungen 11 und 12 ist jeweils eine Messeinrichtung 22 zur Ermittlung der Größe der Massenströme der Teil- Schüttgutströme 7, 8 vorgesehen (im dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur eine Messeinrichtung 22 dargestellt). In diesem Zusammenhang ist es aber auch denkbar, dass Teile der Messeinrichtung für beide Verbindungsleitungen genutzt werden.

Die Messeinrichtung 22 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine radiometrische Messeinrichtung gebildet, die eine radioaktive Strahlenquelle 220, einen Detektor 221 und ein Auswertegerät 222 umfasst. In Fig. 3 ist diese Messeinrichtung nochmals in der Draufsicht dargestellt. Die Strahlenquelle ist in einem Strahlenschutzbehälter 223 mit einer Austrittsöffnung 224 für die radioaktive Strahlung 225 untergebracht. Die Messeinrichtung 22 ist so dimensioniert, dass die radioaktiven Strahlung 225 die Verbindungsleitung 11 komplett durchstrahlt und anschließend vom Detektor 221 aufgenommen wird. Wird die Verbindungsleitung 11 von dem Teil-Schüttgutstrom 7 durchströmt, so wird die radioaktive Strahlung 225 gedämpft, was am Detektor 221 gemessen wird. Die Strahlungs-Differenz wird im Auswertegerät 222 ermittelt. Für die Berechnung des Massenstroms der Teil- Schüttgutströme werden im Wesentlichen die Strahlungsdämpfung und die Schüttgutgeschwindigkeit herangezogen. Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, sollte einerseits die Verweilzeit des Teil- Schüttgutstroms innerhalb der radioaktiven Strahlung 222 möglichst lang sein und andererseits darf der Teil- Schüttgutstrom nicht gestaut werden. Ein optimaler Kompromiss wird erreicht, indem die Messeinrichtung 22 in einer vertikal ausgerichteten Verbindungsleitung 11 möglichst nahe an der Splittereinrichtung 18 positioniert wird. Für die Massenstrommessung nach der Splittereinrichtung 18 ist die Fallhöhe h, also der Abstand der Messeinrichtung 22 zur Aufteilung (Abstand C- B) relevant. Dadurch dass die schräge Rohrleitung zur Verteilung nach der Splittereinrichtung 18 sehr kurz und gleichartig ausgeführt ist, kann der „Geschwindigkeits-Offset", gebildet durch den Abstand B-A, vernachlässigt oder ggf. durch eine Vergleichsmessung ermittelt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit zur Berechnung der Größe des Massenstroms ergibt sich über die Formel wobei g die Gravitationskonstante und h die freie Fallhöhe (Abstand C-B) sind. Neben der hier beschriebenen radiometrischen Messeinrichtung sind aber auch andere Messverfahren denkbar.

Im Auswertegerät 222 kann demnach die Größe der Massenströme für jeden Teil- Schüttgutstrom ermittelt werden. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob das im ersten Materialteiler 6 eingestellte Massenstrom- Verhältnis zutreffen ist oder nachgeregelt werden muss. Dies geschieht über die Steuer- und Regeleinrichtung 21, die einerseits mit der Messeinrichtung 22 und andererseits mit dem ersten Materialteiler 6 bzw. dessen Splittereinrichtung 18 in Verbindung steht.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen ersten Materialteiler Ml der einen Schüttgutstrom A in drei Teil-Schüttgutströme AI, A2 und A3 aufteilt, wobei die Größen der Massenströme über Messeinrichtungen Dl, D2, D3 ermittelt und zur Nachregelung des am ersten Materialteiler Ml eingestellten Massenstromverhältnisses verwendet werden.

Die Aufteilung des Schüttgutstromes A kann aber auch mehrstufig durch eine hintereinander geschaltete Anzahl von Materialteilern erfolgen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Dort werden die im ersten Materialteiler Ml erzeugten Teil- Schüttgutströme Al l, A12 und A13 jeweils einem weiteren Materialteiler M2, M3 bzw. M4 aufgegeben, um dadurch Teil-Schüttgutströme A21 bis A29 zu schaffen. Alle Teil-Schüttgutströme werden über zugeordnete Messeinrichtungen Di l bis D13 und D21 bis D29 hinsichtlich der Größe der Massenströme überprüft, um die Messwerte zur Nachregelung der zugehörigen Materialteiler zu verwenden. Natürlich ist es auch denkbar, dass jeder Materialteiler einen Eingangsstrom nur in zwei anstatt in drei Teil-Schüttgutströme aufteilt. In jedem Fall lässt sich durch die mehrstufige Anordnung eine große Anzahl von Teil- Schüttgutströmen erzeugen, sodass sich eine sehr gleichmäßig verteilte Aufgabe des Schüttgutes in den Schmelzofen 15 erreichen lässt.