СПОСОБ НАПЛАВЛЕНИЯ ШЛАКОВОЙ ВАННЫ В ПЕЧИ Российский патент 2017 года по МПК C21B13/00 

Изобретение относится к металлургии и другим областям промышленности, в которых используются печи с жидкой шлаковой ванной. В частности изобретение относится к способу наплавления шлаковой ванны в печах для плавки Ванюкова, процесса Ромелт, процесса переработки отходов в шлаковом расплаве, газификации угля в барботируемом шлаковом расплаве.

Известен способ образования шлаковой ванны в печах, состоящий в заливке расплавленного в других печах жидкого шлака печь (Плавка в жидкой ванне. Ред. Ванюков А.И., М.: Металлургия, 1988 , стр. 102).

Этот способ позволяет быстро образовать шлаковую ванну. Однако для осуществления этого способа необходимо наличие других печей, в которых можно расплавить шлак. Если таких печей нет, образование шлаковой ванны этим способом невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ наплавления шлаковой ванны в печи с жидкой шлаковой ванной, включающий образование факела от сжигания топлива в рабочем пространстве печи между ограждающими конструкциями и подиной, подачу твердых шлакообразующих материалов, плавление шлакообразующих материалов (Процесс Ромелт. Ред. Роменец В.А., МИСИС, 2005, стр. 53-55).

Под ограждающими конструкциями понимают элементы печи, отделяющие ее внутреннюю часть от окружающей среды - стены и свод печи.

Этот способ позволяет наплавить шлаковую ванну в печи с жидкой шлаковой ванной в том случае, если нет других печей, в которых можно предварительно расплавить шлак и залить его в печь.

Однако этот способ требует значительного времени на запуск и связан со значительными затратами топлива. Значительное время и расход топлива, необходимое для запуска печи, объясняются тем, что плавление твердых шлакообразующих материалов осуществляется на достаточно небольшой поверхности подины печи, на которую осуществляется их загрузка.

Технической задачей изобретения является уменьшение времени запуска печи с жидкой шлаковой ванной и снижение расхода топлива, используемого при этом путем увеличения поверхности, на которой происходит плавление, за счет плавления части твердых шлакообразующих материалов на внутренней поверхности ограждающих конструкций печи.

Эта задача решается тем, что в известном способе наплавления шлаковой ванны в печи с жидкой шлаковой ванной, включающий образование факела от сжигания топлива в рабочем пространстве печи между ограждающими конструкциями и подиной, подачу твердых шлакообразующих материалов, плавление шлакообразующих материалов, согласно предлагаемому изобретению часть твердых шлакообразующих материалов подают и плавят на внутренней поверхности ограждающих конструкций печи выше уровня расплава в ванне, твердые шлакообразующие материалы содержат частицы размером менее 1 мм, а температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций превышает температуру размягчения шлакообразующих материалов на 20-100°С.

При подаче части твердых шлакообразующих материалов на поверхности ограждающих конструкций печи выше уровня расплава в ванне плавление твердых шлакообразующих материалов осуществляется не только на подине печи, но и на этих поверхностях.

При этом теплообмен между факелом от сжигания топлива в рабочем пространстве печи и плавящимися шлакообразующими материалами интенсифицируется, так как передача тепла от факела увеличивается при увеличении поверхности теплообмена, что обеспечивает увеличение скорости наплавления шлаковой ванны. Увеличивается КПД использования топлива, что обеспечивает снижение его расхода.

Подачу шлакообразующих материалов на внутреннюю поверхность ограждающих элементов печи выше уровня расплава осуществляют путем механического или пневматического воздействия на шлакообразующие материалы. Например, воздействием на шлакообразующие материалы струей сжатого воздуха или подачу их на устройство типа конуса.

Шлакообразующими материалами могут быть как минералы (известняк, кварц, базальт и т.д.) в требуемом соотношении, так и металлургические шлаки.

Установлено, что если твердые шлакообразующие материалы не содержат частиц размером менее 1 мм, то они скатываются на подину печи не успевая, даже частично, расплавиться на ограждающих поверхностях печи. При этом увеличения поверхности, на которой осуществляется плавление, не происходит. Частицы с размерами менее 1 мм успевают частично расплавиться и из них на поверхности ограждающих конструкций печи формируется полужидкий слой шлака, к которому присоединяются и более крупные частицы. Этот слой на ограждающих конструкциях течет по ним и является дополнительной, к подине печи, поверхностью, на которой происходит плавление шлакообразующих материалов.

Содержание в шлакообразующих материалах фракции минус 1 мм может быть любым. Даже очень небольшое их содержание обеспечивает реализацию механизма образования полужидкого слоя шлака на ограждающих поверхностях. Чем выше содержание частиц фракции минус 1 мм, тем этот процесс происходит быстрее.

Важно, чтобы температура на поверхности ограждающих конструкций печи была выше температуры размягчения шлакообразующих материалов не менее чем на 20°С. В противном случае даже частицы с размерами менее 1 мм не успеют частично расплавиться на поверхности ограждающих конструкций печи и поверхность, на которой осуществляется плавление, не увеличится.

Если температура на поверхности ограждающих конструкций печи будет выше температуры размягчения шлакообразующих материалов более чем на 100°С, то скорость стекания полужидкого слоя шлака по поверхностям ограждающих конструкций печи будет настолько высока, что попадающие в него частицы шлакообразующих материалов не успеют расплавиться и в твердом виде попадают в шлаковую ванну и уменьшения времени запуска печи и снижения расхода топлива не происходит.

Заданная температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций обеспечивается факелом от сжигания топлива в рабочем пространстве печи. Если температура ниже требуемой - факел делают более интенсивным и наоборот. Интенсивность факела регулируется путем расхода топлива и окислителя.

ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ

Осуществляется наплавление шлаковой ванны в печи с площадью пода 28 м².

Количество шлака для формирования необходимой для технологии шлаковой ванны - 120 тонн.

Температура размягчения шлакообразующих материалов - 1100°С.

Пример 1 (наиболее близкий способ)

Шлакообразующие материалы подаются на подину печи в количестве около 3 тонн в час.

Длительность формирования шлаковой ванны составляет 37 часов, общий расход топлива (природного газа) составляет 37 тыс.м³.

Пример 2

Шлакообразующие материалы подаются в печи в количестве около 3 тонн в час на подину и на внутреннюю поверхность ограждающих конструкций печи выше уровня расплава в ванне. В качестве шлакообразующих материалов используется гранулированный доменный шлак. Подача шлакообразующих материалов на стены печи осуществляется путем пневматического воздействия на них струями сжатого воздуха преимущественно в горизонтальном направлении. Расход сжатого воздуха для пневматического воздействия на шлакообразующие материалы составляет 500 м³/час.

Температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций составляет 1160°С, что обеспечивается факелом от сжигания 1000 м³ природного газа в час, расход окислителя (кислорода) 1900 м³ в час.

Шлакообразующие материалы не содержат частиц размером менее 1 мм.

Длительность формирования шлаковой ванны составляет 37 часов, общий расход природного газа составляет 37 тыс.м³.

Пример 3

То же, что и пример 2, но шлакообразующие материалы содержат частицы размером менее 1 мм в количестве 0,5% от подаваемых шлакообразующих материалов.

Длительность формирования шлаковой ванны составляет 32 часов, общий расход природного газа составляет 32 тыс.м³.

Пример 4

То же, что и пример 3, но температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций составляет 1110°С, что обеспечивается факелом от сжигания 1000 м³ природного газа в час, расход окислителя (кислорода) - 1800 м³ в час.

Длительность формирования шлаковой ванны составляет 37 часов, общий расход природного газа составляет 37 тыс.м³.

Пример 5

То же, что и пример 4, но шлакообразующие материалы содержат частицы размером менее 1 мм.

Длительность формирования шлаковой ванны составляет 37 часов, общий расход природного газа составляет 37 тыс.м³.

Пример 6

То же, что и пример 2, но температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций составляет 1320°С, что обеспечивается факелом от сжигания 1000 м³ природного газа в час, расход окислителя (кислорода) - 2050 м³ в час.

Длительность формирования шлаковой ванны составляет 37 часов, общий расход природного газа составляет 37 тыс.м³.

Таким образом, применение изобретения позволяет на 13,5% уменьшить время запуска печи и расход топлива.

Изобретение относится к металлургии и другим областям промышленности, в которых используются печи с жидкой шлаковой ванной. В частности, изобретение относится к способу наплавления шлаковой ванны в печах для плавки Ванюкова, процесса Ромелт, процесса переработки отходов в шлаковом расплаве, газификации угля в барботируемом шлаковом расплаве. При наплавлении шлаковой ванны в печи с помощью факела от сжигания топлива в рабочем пространстве печи между ограждающими конструкциями и подиной часть твердых шлакообразующих материалов подают и плавят на внутренней поверхности ограждающих конструкций печи выше уровня расплава в ванне. Температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций превышает температуру размягчения шлакообразующих материалов, которые содержат частицы размером менее 1 мм на 20-100°С. Изобретение обеспечивает уменьшение времени запуска печи и снижение расхода топлива. 6 пр.

Способ наплавления шлаковой ванны в печи с жидкой шлаковой ванной, включающий образование факела от сжигания топлива в рабочем пространстве печи между ограждающими конструкциями и подиной, подачу и плавление твердых шлакообразующих материалов, отличающийся тем, что используют твердые шлакообразующие материалы, содержащие частицы размером менее 1 мм, при этом часть подаваемых твердых шлакообразующих материалов плавят на внутренней поверхности ограждающих конструкций печи выше уровня расплава в ванне, а температуру на внутренней поверхности ограждающих конструкций устанавливают выше температуры размягчения шлакообразующих материалов на 20-100°С.