Печь для непрерывной плавки материалов в расплаве

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к газлифтной плавке сульфидных материалов в расплаве. Печь содержит плавильную камеру с подиной и сводом, разделенную двумя вертикальными перегородками на три зоны: барботажную с кессонированным поясом и фурмами, загрузочную и отстойную. Перегородки установлены с образованием окон между подиной и перегородками. Фурмы барботажной зоны установлены перпендикулярно перегородке, разделяющей барботажную зону от загрузочной. Устройство для ввода материалов установлено над загрузочной зоной, а приспособления для вывода жидких продуктов и газоотвод - в отстойной зоне. Печь снабжена футерованной сепарационной камерой, установленной над загрузочной и отстойной зонами перед газоотводом, причем объем сепарационной камеры составляет 0,2 - 0,6 объма плавильной камеры, а площадь ее горизонтального сечения свода в 2 - 5 раз больше площади горизонтального сечения барботажной зоны на уровне фурм, при этом перегородка, разделяющая загрузочную и отстойную зоны, входит в сепарационную камеру и делит ее горизонтальное сечение на уровне свода в отношении не менее 2:1. 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к плавке сульфидных материалов в расплаве.

Известная печь для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне [1] состоящая из прямоугольной шахты, кессонированного пояса с фурмами, подины, приспособления для выпуска жидких продуктов плавки, отличающаяся тем, что фурмы расположены на высоте, разделяющей кессонированный пояс на надфурменную и подфурменную зоны с соотношением их высот от 1,5:1 до 1:3, причем торцовые стенки кессонированного пояса выполнены не доходящими до подины, с соотношением высот от фурм до нижних кромок торцовых стенок от 0,3 до 0,9. Данная печь обеспечивает переработку увлажненного и кускового сырья с раздельным выпуском жидких продуктов плавки.

Недостатками конструкции этой печи являются низкая удельная производительность и соответственно ее значительные габаритные размеры, а также пылевынос из печи, достигающий 4,0% от ее производительности.

Известна печь для непрерывной плавки материалов в расплаве (прототип), содержащая плавильную камеру, кессонированный пояс с фурмами, подину, свод, шлаковый сифон со сливными порогами, загрузочное устройство и газоотводящий тракт, отличающаяся тем, что в плавильной камере печи перпендикулярно оси фурм установлена перегородка с окном в нижней части, разделяющая камеру на барботируемую зону с кессонированным поясом и фурмами, и загрузочную, причем расстояние между перегородкой и кессонированным поясом с фурмами составляет 7-30 калибров выходного отверстия фурмы, а соотношение площадей горизонтальных сечения на уровне фурм барботируемой и загрузочной зон не менее 0,2.

Отличительные особенности конструкции печи обеспечивают повышение скорости массообменных процессов при плавке за счет увеличения удельных дутьевых нагрузок, интенсивной газлифтной циркуляции шлакового расплава вокруг перегородки. Вовлечение загружаемого материала в циркулирующий поток расплава и подача сульфидов непосредственно на фурмы позволяет вести процесс с меньшим переокислением ванны.

Недостатком данной конструкции является значительный вынос из печи частиц загружаемого материала и капель шлака (т.е. пылевынос и брызгоунос) вследствие увеличения скорости отходящих из печи газов из-за высоких удельных дутьевых нагрузок.

Целью изобретения является усовершенствование конструкции печи, а именно конструкции ее свода, обеспечивающее снижение брызгоуноса и пылевыноса до минимальных величин.

Цель достигается тем, что свод печи дополнительно снабжен сепарационной камерой, установленной над загрузочной и отстойной зонами перед газоотводом, причем объем сепарационной камеры составляет 0,2-0,6 объема плавильной камеры, площадь ее горизонтального сечения на уровне свода в 2-5 раза больше площади горизонтального сечения барботажной зоны на уровне фурм, при этом вертикальная перегородка, разделяющая загрузочную и отстойную зоны плавильной камеры, входит в сепарационную камеру и делит ее горизонтальное сечение на уровне свода в отношении не менее 2:1.

Отличительными признаками заявляемой конструкции печи от прототипа являются: наличие дополнительной футерованной сепарационной камеры, установленной над загрузочной и отстойной зонами плавильной камеры; соотношение объемов сепарационной и плавильной камер; соотношение площадей горизонтальных сечений сепарационной камеры на уровне свода и барботажной зоны на уровне фурм; разделение горизонтального сечения сепарационной камеры на уровне свода перегородкой в заданном соотношении.

В предлагаемой конструкции печи снижение брызгоуноса и пылевыноса достигается за счет двукратного резкого изменения скорости и направления потока печных газов. Именно установка сепарационной камеры обеспечивает сначала резкое снижение скорости отходящих газов, изменение направления газового потока, а затем резкое увеличение скорости этого потока с последующим изменением направления его движения на 90^о.

На фиг.1 изображена предлагаемая печь; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Печь содержит плавильную камеру с подиной и сводом, которая разделена вертикальными перегородками, имеющими окна в нижней части, на три зоны: барботажную 1, загрузочную 2 и отстойную 3. Перегородка 4, разделяющая барботажную 1 и загрузочную 2 зоны, не доходит до свода печи и обеспечивает переток расплава при газлифтной циркуляции расплава в плавильной камере. В барботажной зоне 1 установлен кессонированый пояс с фурмами 8 для ввода окислительного газа. На своде печи в загрузочной зоне 2 установлено герметизированное устройство 6 для ввода материалов в расплав. Над загрузочной 2 и отстойной 3 зонами плавильной камеры свод печи поднят и образует сепарационную камеру 7. Вертикальная перегородка 5, разделяющая загрузочную 2 и отстойную 3 зоны, входит в сепарационную камеру и делит ее горизонтальное сечение на 2 части: сечение на входе в сепарационную камеру не менее чем в 2 раза превышает сечение на выходе из нее. Для выпуска продуктов плавки печь снабжена шлаковым сифоном 9, шпуровым отверстием 10 и газоотводящим патрубком 11, подключаемым к системе газоочистки и утилизации тепла отходящих газов. Если плавление материалов сопряжено с дефицитом тепла, то в барботажной зоне дополнительно устанавливаются топки 12.

Печь работает следующим образом.

После разогрева футеровки печи через шлаковый сифон 9 при работающих фурмах 8 производится заливка порции шлакового расплава затравки и включается загрузка материала. Объем затравки обеспечивает расчетную величину массовой скорости газлифтной циркуляции расплава шлака в барботажной и загрузочной зонах вокруг перегородки 4. Материал, подаваемый через загрузочное устройство 6 в нисходящий поток циркулирующего расплава шлака, увлекается в барботажную зону 1. По мере проплавления материала в циркулирующем потоке расплава образующийся шлак непрерывно выдается через шлаковый сифон 9, а штейновая фаза периодически выпускается через шпуровое отверстие 10 или посредством штейнового сифона. Отходящие из барботажной зоны 1 газы, проходя через сепарационную камеру 7 и отстойную зону 3, освобождаются как от крупных, так и мелкодисперсных частиц загружаемого материала и шлака, и направляются в газоотводящий патрубок 11. При необходимости дополнительного подогрева расплава в барботажной зоне 1 используют топки 12, установленные на боковых стенках барботажной зоны.

Сечение сепарационной камеры принято исходя из соотношения площадей горизонтальных сечений на уровне фурм барботажной и загрузочной зон (не менее 0,2), максимальной дутьевой нагрузке, достигаемой в газлифтных установках и соответствующей скорости газа в барботажной зоне (до 15 м/с), а также необходимого снижения этой скорости на входе в сепарационную камеру для осаждения частиц заданного размера.

Гидродинамические расчеты скорости витания частиц различной крупности, а также практика работы конвертеров показывает, что снижение скорости газа до 8-10 м/с обеспечивает существенное уменьшение брызгоуноса: частицы размером 1 мм и более осаждаются на ванну. Расширение газового потока на входе в сепарационную камеру в 3-5 раз позволяет исключить вынос более мелких частиц. Дальнейшее увеличение горизонтального сечения сепарационной камеры ограничено размерами загрузочной зоны, связано с увеличением тепловых потерь и капитальных затрат.

Таким образом заявляемые пределы отношения площадей горизонтального сечения сепарационной камеры на уровне свода и барботажной зоны плавильной камеры на уровне фурм 2-5 обеспечивают резкое снижение скорости отходящих газов на входе в сепарационную камеру и соответственно выпадение крупных капель шлака и частиц загружаемого материала на ванну загрузочной зоны плавильной камеры печи.

Заявляемое отношение (не менее 2:1) горизонтальных сечений на входе и выходе сепарационной камеры, образуемых вертикальной перегородкой, обеспечивает увеличение скорости нисходящего потока газов сепарационной камеры и разгон мелкодисперсных частиц материала и шлака на входе в отстойную зону. Последующее изменение направления движения отходящих газов в отстойной зоне способствует выпаданию частиц на ванну, и в газоотводящий тракт газы поступают с минимальным количеством пыли.

Замеры запыленности газов на одной из действующих газлифтных установках показали, что при скорости нисходящего потока в сепарационной камере 20 м/с, что соответствует соотношению сечений на входе и выходе сепарационной камеры 2: 1, пылевынос практически отсутствует. При снижении этого соотношения до 1,5:1 пылевынос становится заметным, что приводит к зарастанию газоотводящего тракта.

Соотношение объемов сепарационной и плавильной камер, равное 0,2-0,6, ограничивает высоту сепарационной камеры при заданном ее сечении и обеспечивает минимальную величину дополнительных потерь тепла через футеровку камеры, что не ухудшает тепловой режим работы печи.

Предлагаемая конструкция печи может быть использована не только для плавки сульфидных материалов, но и для обеднения шлака. При этом вместе с загружаемым материалом (шлаком) производится ввод твердого восстановителя, а через фурмы подается газообразный восстановитель.

Формула изобретения

ПЕЧЬ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПЛАВКИ МАТЕРИАЛОВ В РАСПЛАВЕ, содержащая свод, подину, плавильную камеру, разделенную перегородками с окнами в нижней части на барботажную зону с кессонированным поясом и фурмами, установленными перпендикулярно перегородке, загрузочную с устройством для ввода материалов и отстойную с газоотводом и приспособлениями для выпуска жидких продуктов плавки, отличающаяся тем, что печь дополнительно снабжена футерованной сепарационной камерой, установленной над загрузочной и отстойной зонами перед газоотводом, причем объем сепарационной камеры составляет 0,2 0,6 объема плавильной камеры, а площадь ее горизонтального сечения на уровне свода в 2 5 раз больше площади горизонтального сечения барботажной зоны на уроне фурм, при этом перегородка, разделяющая загрузочную и отстойную зоны, входит в сепарационную камеру и делит ее горизонтальное сечение на уровне свода в отношении не менее 2 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2