СПОСОБ ВАРКИ ШИХТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C03B5/12 

Способ варки шихты и устройство для его осуществления относятся к шахтным печам и печам с шахтной предкамерой, в частности к способам и устройствам варки в шахтных печах и печах с шахтной предкамерой с перфорированным слоем шихтового материала.

Известно устройство шахтной печи, описанное в А.С. СССР №1047847, МКИ С03В 3/00, опубл. 04.03.1982. В устройстве предусмотрена загрузка элементов шахты в виде перфорированных брикетов с образованием по высоте шахты сквозных каналов и несущей оболочки перфорированного слоя.

Недостаток устройства - загрузка брикетов с оболочкой, не обеспечивающей ее равномерный прогрев по всему сечению, в частности по углам перфорированного брикета.

Известна плавильная печь с шахтной предкамерой (Россия пат. №22722794, 03.06.2004, МКИ С03В 3/00). Шахтную предкамеру печи заполняют брикетами со щелевыми каналами и скругленными углами оболочки.

Недостаток плавильной печи с шахтной предкамерой - неравномерный прогрев оболочки из-за неравномерного распределения продуктов горения по параллельно включенным каналам, а также неравномерный прогрев оболочки в местах контакта с перегородками.

Наиболее близким техническим решением является плавильная печь с шахтной предкамерой с перфорированным слоем шихтового материала (Россия пат.№2240987, 13.05.2003, МКИ С03В 3/00). Шахтная предкамера заполнена цилиндрическими брикетами со щелевыми каналами, ориентированными по радиусу поперечного сечения перфорированного слоя.

Распределение продуктов горения более равномерное по сечению перфорированного слоя, но прогрев оболочки в поперечном сечении остается неравномерным в местах соединения оболочки с перегородками.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении равномерного прогрева и плавления оболочки перфорированного слоя и соответственно его движения в шахтной печи, предотвращении прогара отдельных участков несущей оболочки перфорированного слоя и снижении потери теплоты с наружной поверхности ограждения рабочей камеры и с уходящими газами.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе варки шихты в плавильных печах с перфорированным слоем шихтового материала, включающем подачу шихты, плавление, согласно изобретению перфорированную оболочку в опорной зоне обогревают с внешней стороны отдельными участками, расположенными по периметру, при этом нагрев каждого участка независим от режима остальных и обеспечивает среднюю заданную температуру шихты по внешнему периметру сечения перфорированного слоя шихтового материала.

По второму варианту в известном способе варки шихты в плавильных печах с перфорированным слоем шихтового материала, включающем подачу шихты, плавление, согласно изобретению перфорированную оболочку в опорной зоне с внешней стороны по отдельным участкам, расположенным по периметру, охлаждают, при этом охлаждение каждого участка организовано независимо от температурных режимов соседних участков и обеспечивает среднюю заданную температуру шихты по внешнему периметру сечения перфорированного слоя шихтового материала.

Кроме того, в способе варки шихты в плавильных печах с перфорированным слоем шихтового материала могут быть дополнительно предусмотрены участки теплового воздействия, расположенные по периметру параллельными рядами по высоте опорной зоны оболочки перфорированного слоя.

При этом в известном устройстве варки шихты в плавильной печи с перфорированным слоем шихтового материала, включающем загрузочно-формующее устройство, направляющую стенку шахты и опорную зону-под с леткой, согласно изобретению направляющая стенка шахты на внутренней поверхности в опорной зоне пода снабжена элементами нагрева участков оболочки перфорированного слоя, расположенными по периметру направляющей стенки шахты, а элементы нагрева выполнены с гладкой скользящей поверхностью в направлении движения шихтового материала.

Кроме того, устройство варки шихты может иметь дополнительно элементы нагрева участков оболочки перфорированного слоя в опорной зоне, расположенные по периметру направляющей стенки шахты параллельными рядами по высоте шахты, в том числе со смещением стыка элементов относительно параллельно расположенных рядов.

Устройство нагрева и охлаждения участков опорной зоны оболочки шихтового материала в плавильной печи с перфорированным слоем схематически изображено на фиг.1. На фиг.2 изображено устройство нагрева оболочки в опорной зоне перфорированного слоя с раздельными по сечению шахты и ее высоте участками нагрева и охлаждения шихты.

Предлагаемый способ варки шихты в плавильной печи с перфорированным слоем шихтового материала и устройство для его осуществления призваны обеспечить равномерное плавление шихтового материала, предотвращение прогара отдельных участков оболочки перфорированного слоя. Это приведет к равномерному стабильному движению перфорированного слоя шихтового материала по высоте шахты и снижению потерь тепла как через стенки шахты, так и с уходящими газами.

Плавильная печь с перфорированным слоем шихтового материала фиг.1 представляет собой шахту 1, заполняемую шихтовым материалом 2. Шихтовый материал непрерывно подают в шахту плавильной печи с перфорированным слоем шихтового материала через загрузочно-формующее устройство 3, которое создает оболочку перфорированного слоя 4 и перегородки 5, образующие каналы 6 для выхода продуктов горения. Перфорированный слой шихтового материала несущей оболочкой опирается на под 14 шахты. Горелка 15 расположена в шахтной печи в центральном канале перфорированного слоя шихтового материала. Продукты горения из рабочей камеры плавильной зоны поступают в каналы перфорированного слоя шихтового материала.

Уходящие газы по каналам 6 перфорированного слоя и направляющим 9 загрузочно-формующего элемента 3 поступают в газовый коллектор 10, а затем в дымовую трубу 11. В нижней части шахты в опорной зоне А установлены элементы нагрева 12 участков оболочки перфорированного слоя. Элементы нагрева 12 участков оболочки перфорированного слоя в опорной зоне шахты снабжены датчиками температуры 13. Датчики температуры 13 расположены на внутренней поверхности элементов нагрева 12 и контактируют с внешней поверхностью оболочки 4 перфорированного слоя шихтового материала.

Перегородки 5 в пределах плавильной зоны Б сохраняют свою геометрию, подвергаясь нагреву и плавлению. На выходе из плавильной зоны Б перегородки полностью расплавляются, формируя арку 7 плавильной зоны Б и стекая по периферийной оболочке перфорированного слоя. Из плавильной зоны Б расплав через летку 8 поступает в зону выработки.

Элементы нагрева 12 участков опорной зоны А в печи с перфорированным слоем шихтового материала фиг.1 представляют собой внутреннюю часть направляющей стенки рабочей камеры. Участки нагрева выполнены в виде прямоугольных элементов 12, жестко связанных друг с другом. Элементы нагрева 12 участков опорной зоны А шихтового материала могут располагаться один над другим по высоте плавильной зоны Б шахтной печи с перфорированным слоем.

В нижней опорной зоне А рабочей камеры перфорированного слоя происходит плавление и деформация его периферийной несущей оболочки 4 перфорированного слоя. Неравномерность плавления несущей оболочки 4 перфорированного слоя шихтового материала обусловлена как неравномерным распределением потока продуктов горения, так и неравномерным стоком расплава шихтового материала с вышерасположенных участков перфорированного слоя. Кроме того, неравномерность распределения потока расплава обусловлена повышенным объемом шихтового материала на участках стыка перегородок 5 перфорированного слоя и его несущей оболочки 4.

Неравномерное распределение потока продуктов горения в каналах 6 перфорированного слоя шихтового материала приводит к неравномерному прогреву и плавлению как перегородок 5, так и несущей оболочки 4 перфорированного слоя шихтового материала. При неравномерном прогреве несущей оболочки 4 происходит прогар и разрушение ее. Прогар и разрушение несущей оболочки 4 ведет к изменению нагрузки в опорной зоне А и перекосу перфорированного слоя шихтового материала относительно оси шахты и соответственно к прекращению движения его, к зависанию или разрушению несущей оболочки 4 перфорированного слоя шихтового материала. Это приводит к нарушению технологического процесса загрузки, плавления и варки шихтового материала.

Для защиты от нарушения технологического процесса в плавильной камере печи в зоне опоры перфорированного слоя на под шахты печи А участки 12 оболочки перфорированного слоя шихтового материала 4 дополнительно обогревают и (или) охлаждают, при отклонении от заданного температурного режима прогрева, для обеспечения равномерного ее плавления. Нагрев и охлаждение производят только в случае отклонения от заданного температурного режима участка несущей оболочки 4 перфорированного слоя шихтового материала в зоне опоры на под 14 шахты.

В зоне опоры оболочки перфорированного слоя на под 14 шахты плавильной печи отклонение в сторону завышения температурного режима участка оболочки 4 перфорированного слоя служит сигналом включения устройств нагрева 12 остальных участков оболочки опорной зоны перфорированного слоя. При этом участок с завышенной температурой служит сигнальной точкой для управления нагревателями остальных участков перфорированного слоя этой полосы. Нагреватель сигнального участка остается невключенным, а его датчик температуры служит датчиком для управления режимом нагрева и снижения температуры до достижения рабочего температурного уровня. По достижении рабочего температурного уровня нагреватели 12 отключаются, а все датчики температуры 13 переходят в режим контроля температурного уровня. Нагреватели 12 участков оболочки перфорированного слоя производят нагрев только в случае аварийного отклонения температурного режима каких-либо контрольных участков с завышением температурного режима по сравнению с рабочим.

В случае если режим прогрева выходит за пределы технически допустимого, высокотемпературные участки охлаждают. Режим охлаждения ведут в пределах рабочего температурного режима данного участка 12 оболочки 4 перфорированного слоя 2. Рабочий температурный режим охлаждения данного участка оболочки 4 перфорированного слоя определяется технологическими режимами обработки шихтового материала и проектными техническими требованиями к оборудованию. Режим охлаждения данного участка оболочки, как и режим нагрева, завершается по достижении заданных рабочих температурных параметров по всему периметру перфорированного слоя шихтового материала. При этом отслеживается равномерное движение перфорированного слоя шихтового материала по сечению шахты.

Для выдержки рабочей скорости движения перфорированного слоя шихтового материала режим охлаждения определенного участка с завышенной температурой сопровождается нагревом остальных участков с температурой, заниженной или близкой к нижнему пределу температуры рабочего диапазона. При этом выдерживается рабочий температурный режим по всему периметру перфорированного слоя шихтового материала с обеспечением скорости движения перфорированного слоя в соответствии с технологическим режимом загрузки и формования перфорированного слоя.

Способ варки шихты включает процесс подачи шихтового материала, его распределение по сечению шахты 1, формование непосредственно в загрузочно-формующем элементе 3 непрерывно сменяемых несущей оболочки 4 и перегородок 5 перфорированного слоя. При этом толщина оболочки слоя может быть переменной по периметру для обеспечения ее равномерного плавления. Загрузочно-формующий элемент 3 может быть не жестко связан с направляющей стенкой 1 шахты для снижения нагрузок на ней. Направляющая стенка 1 шахты в районе пода снабжена элементами 12 нагрева участков оболочки перфорированного слоя, при этом каждый нагревательный элемент 12 снабжен своим устройством контроля температуры 13. Датчик устройства контроля температуры подведен к наружной поверхности оболочки перфорированного слоя 4. Нагревательный элемент 12 также может быть расположен с внутренней стороны направляющей стенки шахты в непосредственном контакте с оболочкой 4 перфорированного слоя.

Нагревательные элементы 12 жестко связаны между собой и с направляющей стенкой 1 шахты. При этом их размеры определяются как поперечными размерами шахты и высотой рабочей камеры перфорированного слоя, так и расположением перегородок собственно перфорированного слоя. По высоте плавильной камеры перфорированного слоя нагревательные элементы могут располагаться параллельно друг другу в несколько рядов. При этом вертикальные оси нагревательных элементов могут быть смещены относительно друг друга. Все нагревательные элементы снабжены датчиками температуры, связанными с блоком управления питанием нагревателей.

При отклонении от заданного температурного режима прогрева оболочки перфорированного слоя шихтового материала, с превышением температуры оболочки на отдельном аварийном участке в опорной зоне перфорированного слоя, наружную поверхность оболочки остальных участков перфорированного слоя дополнительно прогревают. Дополнительный прогрев повышает среднюю температуру по сечению в опорной зоне перфорированного слоя, что приводит к ускорению его плавки. Это вызывает рост скорости движения всего перфорированного слоя по шахте. При этом аварийный участок не обогревается. При снижении температуры на аварийном участке до заданного уровня управляющая система по сигналу датчика температуры на аварийном участке снижает мощность либо отключает нагревательные элементы. Управляющая система может получать аварийный сигнал с нескольких датчиков температуры, при этом управляющим выбирается сигнал от датчика с максимальной температурой. При достижении заданной рабочей температуры нагреватели отключаются, а датчики температуры контролируют температуру оболочки перфорированного слоя шихтового материала по всему периметру шахты и передают информацию в управляющую систему.

Если температура во всех участках опорной зоны ниже заданного рабочего диапазона, то от датчиков температурного режима опорной зоны оболочки перфорированного слоя поступает сигнал интенсификации режима работы горелочного устройства и дополнительно включаются все нагревательные элементы. При этом нагревательные элементы выдерживают режим равномерного прогрева оболочки по сечению шахты в пределах заданного рабочего температурного режима.

Также дополнительно датчики скорости движения перфорированного слоя подают корректирующий сигнал как для системы управления нагревательными элементами, так и управления режимом работы горелочного устройства. Это обеспечивает выдержку рабочей скорости движения перфорированного слоя по высоте шахты.

Предлагаемые способ и устройство предотвращают остановку либо изменение скорости движения перфорированного слоя в шахте печи и снижают потери теплоты в окружающую среду.

Равномерность плавления обеспечивается повышением равномерности прогрева и плавления оболочки и соответственно движения перфорированного слоя в шахтной печи. Тем самым обеспечивается стабильность показателей работы камеры (производительность, температура расплава на выходе, однородность фазового состава расплавленной массы), расширяются возможности управления этими показателями, что способствует повышению качества конечного технологического продукта и повышает надежность и непрерывность работы устройства с перфорированным слоем шихтового материала.

Способ варки шихты и устройство для его осуществления относится к шахтным печам и печам с шахтной предкамерой. Технический результат изобретения - обеспечение равномерного прогрева и плавления оболочки перфорированного слоя, предотвращение прогара отдельных участков несущей оболочки. Оболочку перфорированного слоя в его основании (в опорной зоне) дополнительно обогревают с внешней стороны отдельными участками, расположенными по периметру слоя. Нагрев каждого участка независим. Температура по внешнему периметру выдерживается в заданном температурном диапазоне. Нагреватели располагаются как на одном уровне по периметру, так и параллельными участками по высоте шахты. Для управления нагревом все участки нагрева снабжены датчиками температуры. Элементы нагрева участков оболочки в опорной зоне конструктивно совмещены с элементами охлаждения и подвергаются охлаждению. При этом рядом расположенные участки с температурным уровнем ниже заданного рабочего одновременно подвергаются нагреву. Нагрев и охлаждение обеспечивают рабочую температуру участка и равномерное движение перфорированного слоя шихтового материала. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ варки шихты в плавильных печах с перфорированным слоем шихтового материала, включающий подачу шихты, плавление, отличающийся тем, что оболочку перфорированного слоя в опорной зоне обогревают с внешней стороны отдельными участками, расположенными по периметру, при этом нагрев каждого участка независим от режима остальных и обеспечивает среднюю заданную температуру шихты по внешнему периметру сечения перфорированного слоя шихтового материала.

2. Способ варки шихты в плавильных печах с перфорированным слоем шихтового материала, включающий подачу шихты, плавление, отличающийся тем, что оболочку перфорированного слоя в опорной зоне с внешней стороны по отдельным участкам, расположенным по периметру, охлаждают, при этом охлаждение каждого участка организовано независимо от температурных режимов соседних участков и обеспечивает среднюю заданную температуру шихты по внешнему периметру сечения перфорированного слоя шихтового материала.

3. Способ варки шихты в плавильных печах с перфорированным слоем шихтового материала по п.1, отличающийся тем, что дополнительно участки теплового воздействия, расположенные по периметру, располагают параллельными рядами по высоте опорной зоны оболочки перфорированного слоя.

4. Устройство варки шихты в плавильной печи с перфорированным слоем шихтового материала, включающее загрузочно-формующее устройство, направляющую стенку шахты и опорную зону - под с леткой, отличающееся тем, что направляющая стенка шахты на внутренней поверхности в опорной зоне пода снабжена элементами нагрева участков оболочки перфорированного слоя, расположенными по периметру направляющей стенки шахты, при этом элементы нагрева выполнены с гладкой скользящей поверхностью в направлении движения шихтового материала.

5. Устройство варки шихты по п.4, отличающееся тем, что дополнительно элементы нагрева участков оболочки перфорированного слоя в опорной зоне расположены по периметру направляющей стенки шахты параллельными рядами по высоте шахты, в том числе со смещением стыка элементов относительно параллельно расположенных рядов.