ГАЗЛИФТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции автономных или вспомогательных устройств газлифтного рафинирования расплавов.

Известно устройство для комплексной переработки расплавленных шлаков, включающее ванну для расплава, подвижный плавающий фильтр из углеродсодержащего материала (уголь, кокс), а также боковую фурму для ввода в расплав газа [1].

Недостатком этого устройства является то, что функциональные возможности его ограничены. В частности, оно не может быть использовано для целого ряда пирометаллургических процессов: например, десульфуризации металлов, дефосфоризации их и т.п.

Наиболее близким к заявляемому устройству по его технической сущности и достигаемому эффекту является газлифтное устройство, включающее подъемную колонну, погруженную в металл, газоотделительную камеру, выпускной канал и фурму для ввода транспортирующего газа [2]. Кроме того, через эту же фурму одновременно с газом вводят порошкообразный реагент - десульфуратор.

Указанное техническое решение неприменимо для глубокого обеднения металлургических шлаков ввиду того, что ввод порошкообразного реагента-восстановителя не обеспечивает степень обеднения шлака ниже 1% по содержанию металла. Следовательно, функциональные возможности данного устройства ограничены для широкого применения его при пирометаллургическом рафинировании расплавов.

Изобретение предусматривает расширение функциональных возможностей устройства за счет поэтапного рафинирования расплавов.

Указанное преимущество достигается тем, что в газлифтном устройстве, включающем подъемную колонну, снабженную фурмой для ввода транспортирующего газа, газоотделительную камеру и выпускной канал, в подъемной колонне над фурмой установлен фильтр с активированной набивкой, имеющей крупность (0,3-0,5)d, где d - внутренний диаметр подъемной колонны, причем активированная набивка выполнена из углеродсодержащего материала или гранулированного магния с известью, взятых в соотношении 1:4.

Размещение фильтра над фурмой для ввода транспортирующего газа позволяет осуществить принудительное прокачивание рафинируемого расплава через зону активированной набивки фильтра, что обеспечивает интенсивный контакт газожидкостного потока расплава с материалом набивки.

Активированная набивка фильтра является композиционным материалом, компоненты которого зависят от характера рафинирования, проводимого в газлифтном устройстве. Исходя из этого подбирают химический состав твердых реагентов, количество слоев в набивке и т.п.

Многофункциональность заявляемого устройства обусловлена тем, что в отличие от прототипа, где происходит сочетанное воздействие твердого реагента, температуры расплава и атмосферы, создаваемой продуктами горения фурмы, в заявляемом устройстве при его работе процесс рафинирования расплава осуществляют поэтапно. Например, при проведении пирометаллургического восстановления медно-цинковых шлаков, на первом этапе обеднения шлака до 3-7% по цинку поводят за счет восстановительной атмосферы, образованной продуктами сгорания фурмы, а на втором этапе - в зоне активированной набивки фильтра, где шлак обедняют уже до 0,2-0,3%. При обеднении шлака в устройстве-прототипе конкуренция этих двух восстановителей приводит к "недожогу" и, как следствие, к перерасходу обоих восстановителей. В подобных устройствах шлак можно обеднять лишь до 1% по цинку.

При проведении десульфуризации металлов (например, чугуна) материал активированной набивки брикетируется из смеси магния с известью в гранулы. В отличие от прототипа, где десульфуратор вдувается в расплав вместе с транспортирующим газом, газометаллический поток расплава омывает поверхность гранул, причем общий расход десульфуратора снижается.

Крупность материала активированной набивки меньшая, чем 0,3d, не позволяет создать самозапирающийся, неразрушаемый потоком расплава фильтр, не требующий каких-либо механических приспособлений для удерживания набивки. С другой стороны, крупность материала большая, чем 0,5d, уменьшает общую площадь контакта материала набивки с потоком расплава, что снижает эффективность рафинирования.

На основании проведенного анализа установлено, что изобретение не известно из достигнутого уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Известно устройство [1] для переработки расплавленных шлаков цветной металлургии, в котором над фурмой расположен подвижный плавающий фильтр из углеродсодержащего материала. Однако, в отличие от него фильтр заявляемого устройства неподвижен и в силу этого обладает другими свойствами при его работе, а именно, позволяет осуществлять глубокое рафинирование расплава. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение явным образом не следует из достигнутого уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена принципиальная схема заявляемого газлифтного устройства.

Футерованный корпус 1 газлифтной установки с фурмой 2 для ввода транспортирующего газа содержит подъемную колонну 3 с внутренним диаметром d. В верхней части подъемной колонны расположен фильтр 4. Газоотделительная камера 5 с трубопроводом 6 служит для удаления газов из рабочего объема установки. Патрубок 7 предназначен для загрузки в сливную колонну 8 твердого материала-реагента.

Устройство работает следующим образом. В расплав, подлежащий рафинированию, погружают колонны 3 и 7 газлифта. Через фурму 2 подают транспортирующий газ (например, природный газ, сжигаемый фурмой-горелкой). Газожидкостный поток расплава прокачивают через фильтр 4, где происходит восстановление металла (в случае проведения на установке восстановительного обеднения шлаков), либо десульфуризация металлов (при проведении на установке процесса десульфуризации). Расплав проходит через газоотделительную камеру 5 и через выпускной канал сливной колонны 8 сливается в ванну расплава. Через патрубок 7 по мере необходимости подают реагенты, необходимые для ведения процесса, а также гранулы активированной набивки, компенсируя ее естественную убыль. По истечении времени рафинирования устройство убирают и заполняют ванну новой порцией расплава.

Обобщенные результаты испытаний предложенного газлифтного устройства приведены в таблице.

Предлагаемое газлифтное устройство позволяет расширить функциональные возможности газлифтных устройств и получить экономический эффект при проведении восстановительного обеднения медно-цинковых шлаков до 0,8% по содержанию цинка.

Использование: металлургическая и химическая промышленность, в частности, конструкции автономных или вспомогательных устройств газлифтного рафинирования расплавов. Сущность: в подъемной колонне газлифтного устройства, снабженного фурмой для ввода транспортирующего газа, над фурмой установлен фильтр с активированной набивкой, имеющей крупность (0,3 - 0,5)d, где d - внутренний диаметр подъемной колонны. При проведении восстановительного обеднения шлаков активированная набивка выполнена из углеродсодержащего материала, при десульфуризации металлов активированная набивка выполнена из гранулированного магния с известью, взятых в соотношении 1 : 4. Устройство позволяет расширить функциональные возможности газлифтных устройств и дает возможность проводить на них все виды пирометаллургического рафинирования расплавов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. ГАЗЛИФТНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее подъемную колонну с фурмой для ввода транспортирующего газа, газоотделительную камеру и выпускной канал, отличающееся тем, что в подъемной колонне над фурмой установлен фильтр с активированной набивкой, имеющей крупность 0,3 - 0,5d, где d - внутренний диаметр подъемной колонны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активированная набивка выполнена из углеродсодержащего материала. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активированная набивка выполнена из гранулированного магния и извести, взятых в соотношении 1 : 4.