Silisiumindustrien i Norge er i gang med å redusere støvkonsentrasjonen i lufta rundt operatørene. Til fjerning av støv fra tappingen har Bernd Wittgens fra SINTEF (til venstre) og Halvard Tveit fra Elkem og NTNU vært med på å utvikle et nytt avsug som Elkems verk på Thamshavn var først ute med å ta i bruk. (Foto: SINTEF / Thor Nielsen)
Stanser støvstormen fra smelteovner
Et nytt avsug for støv har gjort innelufta 75 prosent reinere for de som jobber smelteverket på Thamshavn i Orkdal.
Ferrolegeringsindustrien består av smelteverk som henter mangan, krom eller silisium ut av knust stein.
Norge har 16 smelteovner som mates med silisiumholdig stein. I seks av disse ovnene blir råstoffet tilsatt jern. Ut kommer ferrosilisium, et produkt som ender opp i stållegeringer eller blir brukt som hjelpestoff ved framstilling av stål.
Ut av de øvrige ti ovnene kommer silisium. Dette brukes til å lage solceller, elektroniske kretser og silikon. I tillegg blir det brukt som legeringstilsats i aluminium.
Avsugssystemet som omtales i artikkelen er utviklet gjennom forskningsprogrammet FUME (Fugitive Emissions of Materials and Energy).
Programmet gjennomføres ved SINTEF og NTNU (2009–2015) for midler fra Ferrolegeringsindustriens Forskningsforening (FFF).
Støv fra smelting av silisium
Atomene i støv som oppstår ved tapping av silisium, danner ikke krystaller og er derfor snillere enn stoffene i mye annet industristøv.
Silisium er grunnstoffet jordskorpa har mest av. I naturen har stoffet giftet seg med oksygen. Ved 1500–2000 graders varme i smelteovner oppløses ekteskapet. Først da kan silisium bli til nyttige produkter.
Ovnen produserer smeltemasse pluss gassene SiO og CO. Gassene forbrennes når de møter oksygen. Et fint støv (silikastøv) oppstår ved forbrenningen.
Filterposer samler opp støvet fra ovnen, pluss det som suges ut av innemiljøet. Støvet brukes blant annet som bindemiddel i betong, og i ildfaste materialer.
Støvet består av nesten helt runde partikler som er 100 ganger mindre enn sementkorn. Støvpartiklene fyller tomrommene i vanlige sementblandinger. Dette gir betongen blant annet lengre levetid og økt styrke.
Fra svære ovner ved Thamshavn og andre smelteverk, tappes silisium som skal brukes til å lage alt fra solceller til fugemasse.
Ut gjennom tappeåpningen har det hvitglødende materialet følge av en gråhvit støvsky, som til nå har veltet inn i smelteverket. Dette støvet er det verken sunt eller behagelig å få i luftveiene.
– Støvet fra tappingen har ingen umiddelbar helseeffekt, men kan ha en langsiktig skadelig virkning ifølge medisinere. Derfor jakter vi på løsninger som kan minske støvmengden rundt operatørene, sier Halvard Tveit, konsernspesialist i Elkem og NTNU-professor i bistilling.
Et forskningsprogram som ledes fra Sintef, har gitt nettopp en slik løsning: et nytt avsug som fanger mer støv på tappestedet enn de gamle avsugene klarte. Elkems verk på Thamshavn i Sør-Trøndelag var først ute med å ta løsningen i bruk.
Der har det nye avsuget redusert støvkonsentrasjonen i lufta med 75 prosent i arbeidssoner nær ovnen, viser målinger.
Mer effektiv hette
Bildet til venstre: Slik har det tradisjonelt sett ut i smelteverkshaller når silisium tappes fra ovnen. Støv som det verken er sunt eller behagelig å puste inn, har veltet ut av tappeåpningen.
Bildet til høyre: Med det nye avsuget på plass, ser det slik ut når silisium tappes ved Elkem Thamshavn. Det nye avsuget fjerner 75 prosent av støvet i arbeidssoner nær ovnen.
(Foto: SINTEF)
Nyvinningen består i at hetta for oppsamling av støv både har fått ny utforming og ny plassering.
Det nyutviklede systemet er tatt i bruk også i Wackers smelteverk på Holla i Sør-Trøndelag. Snart vil det i tillegg bli installert ved Elkems verk i Salten og Bremanger. Selve prinsippet er utviklet og testet, men fortsatt pågår noe utviklingsarbeid for å forbedre løsningen.
Filtermasker var første steg
Det kortsiktige støvtiltaket i ferrolegeringsindustrien har vært et påbud om filtermaske for alle som ferdes i området rundt tappestedene.
– I tillegg gjør vi forsøk på å automatisere tappingen. Dette i håp om at vi i framtida kan flytte operatørene bort fra området når metall tappes. Men uansett vil det alltid være viktig å ha effektive støvfjerningsanlegg, påpeker Halvard Tveit.
Støvstorm
Støvet som oppstår ved tappingen, stammer fra gass som dannes i smelteovnen. I tillegg til å produsere smeltemasse, omdanner ovnen hver liter råstoff til fire tusen liter silisiumholdig gass. Hvis gassen kommer seg ut gjennom tappeåpningen, forbrennes den omgående i møtet med oksygen fra smelteverkshallen. Støvpartiklene er et resultat av denne forbrenningen.
Jo mindre gass som kommer ut av ovnen, jo mindre støv blir det. Ifølge Tveit, har norske forskningsresultater allerede gjort det mulig å begrense gassutslippet, og dermed også støvutslippet, fra tappeåpningen. Gass som likevel slipper ut, kan ha en fart helt opp i storms styrke, ifølge Sintefs beregninger.
Dette har vært en av utfordringene i arbeidet med avsuget.
Målinger og simuleringer ligger bak
Ideen til det nye avsuget kom fra Elkem. Det påfølgende forskningsprogrammet fulgte opp dette i flere trinn – først gjennom utvikling av metoder for gjøre nødvendige målinger på tappestedet. I sin tur ble måleresultatene brukt i datamaskin-simuleringer, som i neste omgang ble underlag for en avsug-prototyp.
Denne ble deretter testet ved Elkems verk i Salten og Thamshavn.
– Skulle vi ha prøvd og feilet oss fram, kunne dette blitt verdens dyreste avsug. I stedet kom vi i mål innenfor akseptable tids- og kostnadsrammer, sier Halvard Tveit.
