ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПЕРЕПЛАВКИ МЕТАЛЛА Российский патент 1995 года по МПК C22B7/00 F27B3/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к плавильным агрегатам для переплавки вторичного алюминия, и с наибольшим успехом может быть применено во вторичной цветной металлургии при создании отражательных печей для переплавки алюминия и его сплавов, работающих на дизельном или газовом топливе. Изобретение также может найти применение для переплавки стекла, медных, латунных и бронзовых отходов.

Типичным представителем печей для переплавки вторичного алюминия является установка для переработки скрапа, включающая плавильную печь с приямком и электромагнитный насос, подающий расплавленный металл на скрап, при этом над приямком установлены лотки, снабженные механизмом перемещения, обеспечивающим изменение расстояния между лотками и наклон лотков, насос расположен на одном из обводных металлопроводов, которыми снабжена плавильная печь, при этом металлопроводы соединяют боковые участки плавильной печи с приямком, а их концы со стороны приямка выполнены в виде диффузоров и направлены на лотки.

Недостатком установки является то, что загружаемый скрап должен быть просушен и прогрет, иначе возможен выброс жидкого металла и взрыв печи. Если в установку подавать неподготовленный скрап с посторонними включениями, то алюминий, как агрессивная среда, растворит их в себе, что загрязняет металл. Металл получается бессортным, т.е. скрап надо предварительно сортировать. Бессортный металл стоит дешевле, а предварительная сортировка и разделка скраба увеличивает трудозатраты, что в свою очередь увеличивает себестоимость металла.

Известна шахтная печь, содержащая стальной корпус, горелки, газоход, наклонную площадку, расположенную во внутренней полости печи под загрузочным отверстием. Стальной корпус имеет большую излучательную способность, что ведет к большим теплопотерям из печи. Сталь удорожает конструкцию печи. От нагрева стальной корпус имеет большие деформации из-за разности температуры нагрева в различных участках печи. Активная поверхность печи очень большая, она вся излучает тепло в цех. Все горячие газы идут вверх. Хотя скрап и обогревается отходящими газами, но их очень много и идет подсос в печь наружного холодного воздуха через все неплотности, чем нарушается тепловой баланс печи. КПД печи маленький и равен приблизительно 50%
Известна плавильно-раздаточная печь для алюминия и его сплавов, включающая футерованные плавильные камеры, расположенную между ними раздаточную ванну и механизм для наклона печи, при этом плавильные камеры установлены в отдельных каркасах с зазором относительно наклонной раздаточной камеры, причем поды плавильных камер выполнены с уклоном в сторону ванны и имеют сливные носки в ванне на высоте верхнего уровня металла, а плавильные камеры снабжены бункерами для шихты с устройствами для ее загрузки. Печь работает на электроэнергии. Кислород, находящийся в большом количестве в печи, активно окисляют жидкую фазу металла, так как процесса горения в печи нет и кислород не выгорает. Это ведет к безвозвратным потерям алюминия в результате его угара.

Наиболее близкой к предлагаемой (прототип) является отражательная печь для плавки лома и отходов цветных металлов, содержащая корпус с футеровкой из огнеупорного материала, плавильную камеру с горелками, металлосборник с горелкой, установленной в общей стене с загрузочными окнами, соединенный с плавильной камерой переточным каналом и переливным дымовым окном, расположенным в разделительной стенке между камерами и смещенными к стене, прилегающей переточному каналу, выпускную летку и дымоотвод. Ось симметрии системы горелок плавильной камеры смещена в горизонтальной плоскости к стене, прилегающей к переточному каналу и расположенной противоположно загрузочным окнам, и совмещена с вертикальной плоскостью, проходящей через центр тяжести трапеции, образованных при пересечении плавильной камеры с поперечными вертикальными сечениями.

Недостатками этой печи являются
дорогостоящая конструкция корпуса из-за большого количества огнеупорных материалов;
четыре загрузочных окна увеличивают теплопотери, снижая тепловое КПД печи;
радиус свода печи не рассчитан на преобразование световой энергии в тепловую, т.е. в схеме теплопередачи печи отсутствует излучение, которое передает до 97% тепла;
для размещения печи требуются большие производственные площади;
нужен предварительно прогретый и просушенный скрап;
невозможно произвести сепарацию металлических приделок (болты, гайки и т.п.) в печи и отделить их от основного металла до его попадания в накопительную ванну печи. Это загрязняет металл, он получается бессортным, т.е. необходима предварительная сортировка скрапа, что увеличивает трудозатраты и себестоимость металла.

Предлагаемая отражательная печь для переплавки металла содержит корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенами, ограниченную подом и стенами накопительную ванну, выполненную в передней торцевой стене корпуса форкамеру, свод, сливную летку, газоход и фурмы.

В отличие от прототипа печь снабжена размещенной на полу во внутреннем периметре стен корпуса аккумулирующей теплоподушкой, выполненной двухслойной, нижний слой которой, лежащей на полу, образован кладкой легковесного огнеупорного кирпича, а верхний слоем засыпки из огнеупорного материала и размещенными в нем металлическими элементами, накопительная ванна установлена во внутреннюю полость печи с зазором между ванной и корпусом на верхний слой подушки. Во внутренней полости печи между форкамерой и накопительнй ванной выполнена наклонная площадка, зазор между передней торцевой корпуса и накопительной ванной под наклонной площадкой заполнен монолитной теплоизоляционной прослойкой из плотного огнеупора с теплопроводностью не более 0,75 Вт/(м. К.), а остальной зазор между накопительной ванной и корпусом заполнен засыпкой из огнеупорного материала с теплопроводностью не более 0,4 Вт/(м.К. ). Соотношение теплопроводностей пода накопительной ванны и верхнего слоя подушки составляет (0,8-0,6):(0,6-0,4), а теплопроводность нижнего слоя подушки не более 0,4 Вт/(м.К.), при этом глубина накопительной ванны выбрана из условия:
500<h<800, где h глубина накопительной ванны, мм.

Газоход выполнен в задней торцевой стенке корпуса и оснащен регулирующей заслонкой.

Кроме того, корпус, монолитная прослойка и ванна выполнены из плотного шамотного кирпича, слой засыпки из крупнозернистой шамотной крошки, в нижний слой из диатомового кирпича.

Изобретение позволяет решить следующие задачи.

Конструкция печи позволяет использовать для переплавки непросушенные (влажные) отходы, неотсортированные от инородных предметов, т.е. без предварительной просушки и разделки. Это достигается тем, что плавление алюминия происходит на наклонной площадке. Все горючие компоненты выгорают, алюминий стекает в накопительную ванну, а на наклонной площадке остаются все неметаллические включения и включения, температура плавления которых выше, чем у алюминия. Эти отходы вычищаются из печи и не попадают в расплавленный металл.

В целях снижения теплопотерь в окружающую среду печь выполнена из специально подобранных огнеупорных материалов и снабжена аккумулирующей теплоподушкой специальной конструкции, что позволяет удерживать тепло в печи и поддерживать постоянную температуру пода и наклонной площадки.

Обеспечение полного сгорания топлива обескислороживает воздушное пространство печи, что позволяет снизить угары (безвозвратные потери) до минимума. Выполнение газохода в стенке корпуса и оснащение его регулировочной заслонкой позволяет регулировать выпуск продуктов сгорания из печи в зависимости от их накопления и подсоса в печь воздуха (регулируется кислородный баланс печи), т.е. кислорода в печи содержится ровно столько, сколько его необходимо для сжигания факела фурм.

Снижение теплопотерь в окружающую среду позволяет увеличить глубину накопительной ванны по сравнению с известными техническими решениями и, следовательно, увеличить производительность печи.

Переплав алюминия и его сплавов по предлагаемой технологии является экологически чистым, так как конструкция печи позволяет встраивать в нее устройства для очистки выбросов (газоход в задней торцевой стенке пропуска).

На фиг. 1 схематично изображена печь, разрез; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1 (свод снят).

Предлагаемая печь содержит корпус, образованный кирпичной кладкой огнеупорных наружных боковых 1, передней 2 и задней 3 торцевых стен, выполненных из плотного шамотного кирпича марки ШБ. Корпус смонтирован на полу 4. На корпус опирается арочный свод 5.

Во внутренней полости печи с зазором относительно корпуса установлена ограниченная стенками 6 и подом 7 накопительная ванна глубиной 600 мм и смонтирована наклонная площадка 8.

На полу 4 во внутреннем периметре стен корпуса установлена огнеупорная аккумулирующая тепло подушка, выполненная двухслойной. Ее нижний слой 9 выполнен кирпичной кладкой из диатомового кирпича с теплопроводностью, равной 0,4 Вт/(м.К.), ее верхний слой 10 засыпкой из мелкозернистой шамотной крошки с теплопроводностью, равной 0,6 Вт/(м.К.), с размещенными в ней стальными блюмсами 11.

Накопительная ванна установлена на верхний 10 слой подушки и выполнена из плотного шамотного кирпича марки ШБ с теплопроводностью 0,8 Вт/(м.К.). Соотношение теплопроводностей пода 7 ванны и верхнего 10 слоя подушки 0,8: 0,6.

Зазор между передней 2 торцевой стенкой корпуса и соответствующей стенкой 6 накопительной ванны под наклонной площадкой 8 заполнен монолитной теплоизоляционной прослойкой 12 из плотного шамотного кирпича марки ШЛБ с теплопроводностью 0,75 Вт/(м.К.). А остальной зазор 13 между накопительной ванной и корпусом заполнен засыпкой из шамотной крупнозернистой крошки с теплопроводностью 0,4 Вт/(м.К.).

В передней 2 торцевой стенке корпуса выполнена форкамера 14, в задней 3 торцевой стенке газоход 15, оснащенный регулирующей заслонкой 16, а в поде 7 накопительной ванны летка 17.

В боковых 1 стенках корпуса над наклонной площадкой 8 напротив друг друга выполнены каналы 18 и 19 для размещения в них фурм (не показаны).

Продольная ось канала 18 перпендикулярна вертикальной плоскости, проходящей через горизонтальную ось печи, а продольная ось канала 19 расположена под углом к указанной вертикальной плоскости.

Печь работает следующим образом.

В разогретую печь через форкамеру 14 на наклонную площадку 8 загружают алюминиевый скрап с температурой окружающей среды. При этом в объеме печи происходят горение топлива и нагрев скрапа. В месте удара горящей струи фурмы, устанавливаемой в канале 18 (не показано) в твердый скрап, происходит интенсивный нагрев скрапа до температуры плавления алюминия и его сплавов. После образования жидкой фазы металл стекает по наклонной площадке 8 в накопительную ванну.

Все горючие компоненты выгорают, влага испаряется, разлагаясь на кислород и водород, а на наклонной площадке 8 остаются все неметаллические включения и включения, температура плавления которых выше, чем алюминия. Эти отходы удаляются с наклонной площадки 8 и не попадают в расплавленный металл.

Фурмы, установленные в каналах 19 (не показаны), осуществляют подогрев металла в накопительной ванне и прогрев летки 17.

Образующиеся в результате горения топлива газы отводят через газоход 15, регулируя их отвод заслонкой 16 с целью поддержания теплового режима в печи и поддержания в ней оптимальной температуры на любом этапе плавки и разливки.

В процессе выплавки алюминия подушка аккумулирует тепло, передаваемое через под 7 ванны и наклонную площадку 8 вниз и препятствует его уходу в пол 4. Сущность процесса аккумулирования и постоянного поддерживания температуры пода 7 и наклонной площадки 8 печи заключается в следующем.

Нагретый выше температуры плавления алюминия (750-800^оС) под 7 ванны нагревают верхний слой 10 подушки и находящиеся в нем стальные блюмсы 11 до температуры плавления алюминия (658-660^оС). Блюмсы 11 долго сохраняют тепло, обладая большой теплоемкостью, а находясь в заполненном засыпкой 10 горячем пространстве, они как бы аккумулируют тепло.

Нижний слой 9 подушки обладает очень низкой теплопроводностью и служит теплоизолятором, препятствующим уходу тепла из печи в бетонный под 4 (верхний уровень слоя 9 имеет температуру 600^оС, в нижний 40^оС). Так как перепад температур между подом 7 ванны и слоем 10 подушки постоянно невелик (50-150^оС), то тепловой поток, направленный от пода 7 ванны к подушке, также невелик, т. е. потери тепла из печи в окружающую среду сведены к минимуму. Тепловое КПД печи выше 70% Кроме того, аккумулирующая тепло подушка постоянно нагрета до температуры плавления алюминия.

Функция монолитной прослойки 12 забрать тепло от внутреннего пространства печи и от подушки и направить его на поддержание стабильной температуры наклонной площадки 8. Одновременно монолитная прослойка 12 обеспечивает дополнительное тепловое сопротивление тепловому потоку, исходящему от наклонной площадки 8 вниз. Для этого ее теплопроводность меньше, чем теплопроводность наклонной площадки 8. Это нужно для того, чтобы уменьшить тепловой поток, направленный от наклонной площадки 8 к подушке и, следовательно, также свести к минимуму потери тепла в окружающую среду.

Соотношение теплопроводности пода 7 ванны и слоя 10 подушки, равное 0,8: 0,6, обеспечивает стабильность и оптимальность теплового режима печи.

Слой 13 засыпки обеспечивает оптимальную теплоизоляцию печи при выбранных материалах.

По мере накопления металла в ванне летку 17 открывают и металл из ванны поступает в соответствующую емкость (не показано).

После выпуска металла летку 17 заделывают и цикл повторяется.

Изобретение относится к цветной металлургии. Печь содержит смонтированный на полу корпус, образованный кладкой плотного огнеупорного кирпича. На корпус опирается арочный свод. Во внутренней полости печи на аккумулирующей тепло подушке из плотного огнеупорного кирпича выложена накопительная ванна. Подушка выполнена двухслойной: нижний слой выложен из легковесного огнеупорного кирпича, а верхний засыпкой из огнеупорного материала с размещенными в ней металлическими элементами. При этом теплопроводность нижнего слоя не более 0,4 Вт/м.К, а соотношение теплопроводностей пода накопительной ванны и верхнего слоя подушки выбрано из условия (0,8 0,6): (0,6 0,4). Зазор между накопительной ванной и корпусом под наклонной площадкой заполнен плотным огнеупором с теплопроводностью не более 0,75 Вт/м.К, а остальное зазор между накопительной ванной и корпусом огнеупорной засыпкой с теплопроводностью не более 0,4 Вт/м.К. В корпусе выполнены форкамера, газоход, оснащенный регулирующей заслонкой, а также каналы для размещения в них фурм. На поде ванны выполнена летка. Печь позволяет снизить теплопотери в окружающую среду и использовать для переплавки непросушенные и неотсортированные отходы. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПЕРЕПЛАВКИ МЕТАЛЛА, содержащая корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенами, ограниченную подом и стенками накопительную ванну, выполненную в передней торцевой стенке корпуса форкамеру, свод, сливную летку, газоход и фурмы, отличающаяся тем, что она снабжена размещенной на полу во внутреннем периметре стен корпуса аккумулирующей тепло подушкой, выполненной двуслойной, нижний ее слой, лежащий на полу, образован кладкой легковесного огнеупорного кирпича, а верхний слоем засыпки из огнеупорного материала с размещенными в нем металлическими элементами, накопительная камера установлена во внутреннюю полость печи с зазором между камерой и корпусом на верхний слой подушки, во внутренней полости печим между форкамерой и накопительной ванной выполнена наклонная площадка, зазор между передней торцевой стенкой корпуса и накопительной ванной под наклонной площадкой заполнен монолитной теплоизоляционной прослойкой из плотного огнеупора с теплопроводностью не более 0,75 Вт/(м · К), а остальной зазор между накопительной ванной и корпусом заполнен засыпкой из огнеупорного материала с теплопроводностью не более 0,4 Вт/(м · К), причем соотношение теплопроводностей пода накопительной ванны и верхнего слоя подушки составляет 0,8 0,6 0,6 0,4, а теплопроводность нижнего слоя подушки не более 0,4 Вт/(м · К), при этом глубина накопительной ванны составляет 500 800 мм. 2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что газоход выполнен в задней торцевой стенке корпуса и оснащен регулирующей заслонкой. 3. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что корпус, накопительная ванна и монолитная прослойка выполнены из плотного шамотного кирпича, слой засыпки - из крупнозернистой шамотной крошки, верхний слой подушки из мелкозернистый шамотной крошки, а нижний слой подушки из диатомового кирпича.