Патент на изобретение №2293935

(54) ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ – ПЕЧЬ ВАНЮКОВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии. Печь Ванюкова содержит одну или несколько реакционных камер, отверстие или несколько отверстий на своде печи для отвода печных газов и соосно по вертикали с упомянутым отверстием или отверстиями установленный аптейк или аптейки для дожигания горючих веществ в отводимых печных газах. К нижней кромке аптейка или аптейков по всей периферии подвешены жаропрочные лепестки, с возможностью свободного поочередного отклонения от вертикали на угол не более 90°. При использовании изобретения обеспечивается повышение надежности и долговечности печи, повышение управляемости гидродинамикой печи и упрощение процесса дожигания горючих веществ в газоотводящем тракте. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургическому оборудованию, в частности к металлургическим агрегатам цветной и черной металлургии и химической промышленности, как, например, печь Ванюкова.

Известен пирометаллургический агрегат – печь кипящего слоя, содержащая реакционную камеру со сводовым проемом (отверстием) для отвода высокотемпературных пылесодержащих газов в охлаждаемый стояк газоотводящего тракта, примыкающего непосредственно к указанному проему (а.с. 3396700/22, бюл. №25 от 07.07.83 г., МПК: F 27 В 15/00).

Недостатком агрегата по а.с.3396700 является то, что в нем невозможно или сложно задавать желаемое значение распределения газов по своду агрегата, а также осуществить регулируемый отвод тепла со свода печи или регулировать количество теплоотводящих газов при переменных значениях производительности агрегата, т.е. переменных значениях образующегося тепла в реакционной камере. В нем невозможно также производить регулируемое по длине газоотводящего тракта дожигание горючих веществ, органических или углесодержащих газов и т.д., выносимых через проемы в стояк или аптейк.

Известен также другой пирометаллургический агрегат – печь Ванюкова, содержащая один или несколько реакционных камер, отверстие или несколько отверстий на своде печи для отвода печных газов соосно по вертикали с упомянутым отверстием или отверстиями установленный аптейк или аптейки для дожигания горючих веществ в отводимых печных газах, примыкающие к упомянутым сводовым отверстиям или отверстию на своде печи (журнал «Цветные металлы», М., №11, 2003, с.28-30). Недостатком пирометаллургического агрегата – печи Ванюкова является то, что в нем невозможно осуществить управляемый отвод тепла с отходящими газами через отверстия на своде каждой зоны печи. Это можно сделать грубо, путем изменения разряжения в газоходном тракте. Но в этом случае необходимо иметь достаточно большой запас диапазона регулирования скорости и мощности электродвигателя вентилятора газоотводящего тракта. Однако и в этом случае осуществляется только неравномерный отвод тепла, т.е. из сводовых отверстий, близлежащих к зонам печи отводится большое количество тепла, а с удаленных от отверстия на своде зон отводится малое количество тепла. Поэтому, равномерный нагрев всей поверхности свода остается проблемной технической задачей. При необходимости дожигания органических соединений и мелких фракций угля, выносимых с печными газами, невозможно управлять также температурой и местонахождением горения названных горючих веществ как в аптейке или в аптейках, так и в газоходном тракте. Кроме того, динамические удары от так называемого «вспенивания» расплава в реакционной зоне печи Ванюкова или мелких взрывов в зонах попадания воды из охлаждающих кессонов в горячий расплав или конденсата или кусков льда с рудой в расплав, обычно гасятся за счет несущих элементов конструкции печи или аптейков, что снижает долговечность работы элементов агрегата. При общем коллекторе для всех аптейков, трудно обеспечивается поддержание необходимой тяги в каждом отдельно взятом аптейке, что затрудняет поддержание теплосъема отдельно через каждый аптейк.

Задачи, решаемые предлагаемым изобретением, – повышение управляемости гидродинамикой пирометаллургического агрегата; повышение долговечности или сроков службы его конструктивных элементов и упрощение управляемости процессами дожигания горючих веществ в газоотводящем тракте пирометаллургического агрегата, а также обеспечение безопасности эксплуатации агрегата при возникновении динамических (взрывов) явлений внутрипечном пространстве.

Наиболее близким прототипом заявляемого пирометаллургического агрегата является устройство – печь Ванюкова (описанное в журнале «Цветные металлы», М., №11, 2003, с.28-30).

Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструктивных элементов пирометаллургического агрегата – печи Ванюкова, повышение управляемости ее гидродинамикой и упрощение и расширение управляемости процессами дожигания горючих веществ в газоотводящем тракте предлагаемого агрегата, а также повышение сроков службы элементов и безопасности эксплуатации агрегата.

Это достигается тем, что печь Ванюкова, содержащая одну или несколько реакционных камер, отверстие или несколько отверстий на своде печи для отвода печных газов и соосно по вертикали с упомянутым отверстием или отверстиями установленный аптейк или аптейки для дожигания горючих веществ в отводимых печных газах, в ней к нижней кромке аптейка или аптейков по всей периферии подвешены жаропрочные лепестки, с возможностью свободного отклонения от вертикали на угол не более 90°

Кроме того, дальнейшее повышение управляемости гидродинамикой тепловых потоков в печи обеспечивается тем, что между нижними концами жаропрочных лепестков и верхней поверхностью отверстия или отверстий на своде печи для отвода печных газов введены раздвижные перегородки, при этом между верхней плоскостью перегородок и концами лепестков имеется зазор не менее толщины перегородок.

Дальнейшее повышение надежности конструктивных элементов обеспечивается тем, что раздвижные перегородки выполнены охлаждаемыми или термостойкими, а при использовании печи Ванюкова для высокотемпературных процессов (выше 1000°С) этот же технический эффект достигается тем, что аптейк или аптейки выполнены охлаждаемыми и при более низких температурах тем, что аптейк или аптейки выполнены неохлаждаемыми.

Предлагаемый пирометаллургический агрегат – печь Ванюкова (чертеж), принятая в качестве примера для иллюстрации, состоит из:

1 – реакционной камеры с расплавом; 2 – отверстия на своде печи для отвода печных газов; 3 – направляющих стенок отверстия 2; 4 – раздвижной перегородки из 2-х охлаждаемых или неохлаждаемых половинок (см. сечение А-А на Фиг.1); 5 – жаропрочных лепестков, подвешенных по периферии нижних кромок аптейка, с возможностью свободного отклонения от вертикали на угол не более 90°; 6 – охлаждаемого или неохлаждаемого аптейка для дожигания и отвода печных газов. Весьма желательно, чтобы стенки аптейка 6 и направляющие его стенки 3 были выполнены с отрицательным уклоном в сторону реакционной зоны 1. На чертеже показана только одна зона и реакционная камера. Для других камер изобретение выполняется аналогично описанному. Для наглядности рядом на чертеже показана печь Ванюкова с 2-мя зонами.

Жаропрочные жесткие лепестки 5 свободно подвешены (на крючки, не показанные на чертеже) по всей периферии к нижней кромке стояка 6 и под воздействием незначительной силы могут отклоняться каждый по отдельности от вертикали до 90°, а по исчезновении указанной силы, например взрывной волны, – свободно или самостоятельно возвращаться к исходной вертикальной позиции. Раздвижные перегородки 4 по мере необходимости могут быть управляемо перемещены в горизонтальной плоскости кромок отверстия 2, изменяя при этом его проходное сечение для прохода печных газов. Перегородки 4 могут быть кессонированы для их охлаждения при высоких температурах или выполнены некессонированными (неохлаждаемыми) при низких температурах расплава.

Пирометаллургический агрегат – печь Ванюкова работает следующим образом. Для расплавления перерабатываемой руды последнюю загружают в плавильную камеру или зону печи. Но начинают загрузку руды только тогда, когда стенки камеры печи нагреты выше температуры плавления руды за счет подачи в печь кислородно-воздушной смеси или другого вида топлива. Поскольку возникающий при этом тепловой поток вместе с печными газами направляется в ближайшее отверстие на своде, то равномерный нагрев всех стенок происходит только тогда, когда теплосъем со всех поверхностей стенки осуществляется равномерно. Это в предлагаемом агрегате – печи Ванюкова осуществляется за счет регулирования площади сечения каждого отверстия на своде печи путем открытия или перемещения половинок перегородки 4. Например, в начальной стадии разогрева печи равномерный прогрев всех поверхностей реакционных камер обеспечивается наилучшим образом тогда, когда сводовые отверстия для отвода печных газов полностью закрыты перегородками 4 и только частично открыто отверстие 2 в камере или зоне восстановления печи. В этом случае, горячие печные газы, заполняя все пространство плавильной камеры, направляются в камеру восстановления и только после этого попадают в аптейк. Очевидно также, что в этом случае места, где нет фурм и горелок, т.е. нет факела, все равно все элементы будут нагреты равномерно по всему объему пространства печи, что обеспечит равномерный нагрев футеровки печи, обеспечивая равномерную тепловую нагрузку всех элементов печи. Степень открытия должна быть такова, чтобы печные газы достаточно надежно отводились через установленную для этого режима степень открытия рассматриваемого отверстия на своде печи.

Поскольку равномерный режим разогрева контролируется пирометрами, термопарами и охлаждающими кессонами (они на чертеже не показаны), то перемещая соответствующие перегородки 4 достигают требуемую равномерность нагрева, что в свою очередь сохраняет футеровку обогреваемых элементов печи (т.к. они получают одинаковую тепловую нагрузку). Это обеспечивает также минимум энергетических затрат для разогрева печи. Одновременно с началом загрузки перерабатываемых материалов в печь, начинают открывать отверстие 2 и прибавлять топливо в печь. При этом более высокое начальное разряжение создают в системе газового тракта печных газов (не показан). По мере накопления в камерах печи расплава, например шлака и штейна, составляющая радиационной теплоотдачи в аптейках возрастает, причем одновременно в печных газах возрастает количество горючих веществ (мелкофракционный уголь, СО и т.д.).

Для обеспечения управляемого горения этих веществ, открывают (отклоняют от вертикали) поочередно лепестки 5 на угол не более 90°. Более чем на 90° лепестки 5 нежелательно открывать, т.к. возможны неуправляемые единичные выбросы горячих частиц на неконтролируемые расстояния, что опасно для обслуживающего персонала. Через открытые лепестки 5 в аптейк 6 засасывается свежий воздух, способствуя дожиганию горючих веществ и снижению температуры в аптейке 6 до допустимой температуры. Зона горения может быть смещена по высоте аптейка или газохода как за счет количества открытых лепестков, так и за счет задания общего разряжения в тракте отвода печных газов из печи. Поскольку стенки аптейка 6 и направляющие стенки 3 отверстия имеют отрицательный наклон в сторону камеры 1, то выбрасываемые из камеры 1 капли расплава обратно возвращаются в печь под силой их тяжести. Особо следует отметить, что выбранные положения лепестков 5 зафиксируются тогда, когда установлена нормальная работа печи или регламентированный режим ее работы, т.е. тогда, когда горение органических веществ в отходящих или печных газах происходит в вертикальной зоне аптейка(ов), температура отходящих газов при этом не превышает 1000°С и под сводом печи устанавливается разряжение в пределах ±10 мм вод.ст. (диапазон для поддержания расхода теплоносителей на уровне стехиометрического теплового баланса процессов в печи).

Как известно металлургам, в предлагаемых типах печей бывают случайные всплески давления в печи под влиянием попадания влажной руды в расплав, прорыва кессонов и т.д. В этом случае свободно подвешенные лепестки (они не могут перемещаться во внутреннюю сторону аптейка) расходятся или раскрываются под воздействием указанного всплеска силы давления и тем самым избыток давления сбрасывается в атмосферу через приоткрывшиеся при этом жаропрочные лепестки и зазор между нижними концами лепестков, а часть засасывается в аптейк вместо свежего воздуха. Безусловно, это снижает влияние динамических усилий на конструктивные элементы печи Ванюкова, т.е. увеличивает срок службы элементов и обеспечивает безопасность эксплуатации.

Таким образом, наличие новых конструктивных, а вернее регулирующих элементов, и использование их совокупности повышает управляемость гидродинамикой печи, повышает надежность и сроки службы элементов печи, упрощает и расширяет управляемость процессами дожигания горючих веществ в газоходном тракте предлагаемого пирометаллургического агрегата – печи Ванюкова, а также повышает безопасность эксплуатации металлургического агрегата.

Формула изобретения

1. Печь Ванюкова, содержащая одну или несколько реакционных камер с отверстием или несколькими отверстиями на своде для отвода печных газов и соосно по вертикали с упомянутым отверстием или отверстиями установленный аптейк или аптейки для дожигания горючих веществ в отводимых печных газах, отличающаяся тем, что к нижней кромке аптейка или аптейков по всей периферии подвешены жаропрочные лепестки с возможностью свободного отклонения от вертикали на угол не более 90°.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена раздвижными перегородками, расположенными между нижними концами жаропрочных лепестков и отверстием или отверстиями на своде печи для отвода печных газов с образованием между верхней плоскостью перегородок и концами лепестков зазора не менее толщины перегородок.

3. Печь по п.2, отличающаяся тем, что раздвижные перегородки выполнены охлаждаемыми.

4. Печь по п.2, отличающаяся тем, что раздвижные перегородки выполнены термостойкими.

5. Печь по п.1, отличающаяся тем, что аптейк или аптейки выполнены охлаждаемыми.

6. Печь по п.1, отличающаяся тем, что аптейк или аптейки выполнены неохлаждаемыми.

РИСУНКИ