Способ плавки кускового материала в шахтной печи и газовая вагранка для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК F27B1/08 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при плавке силикатной шихты в газовой вагранке, а также при плавке кусковых материалов в шахтных печах в металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - снижение расхода топлива и материала огнеупорной насадки.

Способ плавки кускового материала в шахтной печи, преимущественно газовой вагранке, включает нагрев и расплавление шихты с использованием тепла продуктов сгорания природного газа путем дожигания в зоне плавления продуктов неполного сгорания природного газа воздухом, подаваемым из зоны подогрева материала из подрешеточ- ного пространства вагранки, при этом неполное сжигание природного газа в зоне перегрева, расплава осуществля- (от с коэффициентом расхода воздуха, равным 0,75-0,8, дожигание продуктов неполного сгорания в зоне плавления ведут нагретым воздухом с суммарным коэффициентом: расхода последнего, равным t,T-t,15.

Разделение процесса сжигания природного газа на две стадии с указанными коэффициентами расхода воздуха обусловлено рациональным способом плавления и позволяет снизить температуру теплоносителя в зоне перегрева расплава, колосниковой. решетки- и огнеупорной насадки, что благоприятно сказывается; на их стойкости и уменьшает потери тепла с охлаждающей решетку, водой;, кроме того, дожигание продуктов сгорания в зоне плавления шихты позволяет провести процесс плавления с высокой интенсивностью при минимальном расходе природного газа,

i

Кроме того, при дожигании продуктов неполного сгорания в слое материала создаются более благоприятные условия для смешения с воздухом по сравнению со смешением, при сжигании природного,газа в слое, так как расходы продуктов сгорания и вторичного воздуха в первом случае практически одинаковы. Уменьшение суммарного коэффициента расхода воздуха при дожигании меньше Т,Т приводит к возрастанию потерь с уходящими газами вследствие химического недожога, а его увеличение свыше t,15 нерационально из-за дополнительных потерь тепла с колошниковым газом, что веде как в том, так и в другом случае,к перерасходу природного гдза на процесс плавления. Кроме того, в обоих случаях снижается балансовая температура продуктов полного сгорания, что ведет к снижению производительности агрэгата.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Сжигание природного газа в подреше- точном пространстве с коэффициентом расхода воздуха менее 0,75 приводит к снижению температуры продуктов сгорания ниже 1350°С, в результате чего градиент температур между продуктами сгорания и сырьем на нижней границе зоны плавления уменьшается после передачи части тепла колосниковой решетке и огнеупорной насадке до 50°С, что приводит к уменьшению скорости плавления шихты, потере производительности агрегата, а для ряда шлаков домен-1 ного производства к замораживанию зоны плавления и прекращению процесса. Уве личение коэффициента расхода воздуха в подрешеточн ом пространстве свыше 0,8 приводит к превышению температуры продуктов сгорания более Т550°С, что влечет увеличение потерь тепла с охлаждающей колосниковую решетку водой, к ухудшению температурных условий работыпервых слоев огнеупорной насадки, к усилению химического взаимодействия между материалом огнеупорной насадки и расплавом-.

На чертеже представлена газовая вагранка, вертикальный разрез.

Газовая вагранка содержит цилиндрическую шахту 1, в верхней части соединенную с загрузочным бункером 2, и разделена по высоте на зоны подогрева 3 и плавления 4..

В зоне 3 подогрева коаксиально расположен полый цилиндр 5, разделяющий шахту 1 вагранки на внутреннюю 6 и внешнюю 7 вертикальные камеры, соединенные в верхней части с помощью загрузочных труб 8 и 9 с загрузочным бункером 2. Загрузочные трубы 8 и 9 оборудованы конусами tO, позволяющими изолировать шахту печи от подсосов атмосферного воздуха из бункера I.

Нижнее основание коаксиального - полого цилиндра 5 находится на верхней границе зоны 4 плавления, нижняя граница которой находится на уровне огнеупорной насадки ТТ, которая лежит на колосниковой решетке 12. Природный газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха0,75-0,8 с помощью горелок ТЗ в подрешеточном пространстве Т4. В нижней части вагранки расположен, сливной носок 15. В верхней части загрузочные трубы 8 и 9 (т.е. внутренняя 6 и внешняя 7 камеры) соединены с автономными

5

каналами 16 для прохода газов для попеременного ведения процесса подогрева воздуха, идущего на дожигание в режиме прямотока, что позволяет вести процесс с минимальным расходом природного газа и обеспечивает циклический режим работы внутренней и внешней вертикальных камер, в одной из которых осуществляется подогрев воздуха в режиме прямотока, а в другой нагрев материала в противотоке продуктами полного сгорания топ лива, при этом утилизируется физическое тепло материала в зоне подогрева и нагрева воздуха, поступающего в зону плавления, до высоких температур. Каналы 16 через дроссельные клапаны 17 и 18 соединены с тяго- дутьевыми средствами. С помощью дроссельных клапанов 19 и 20 каналы 16 соединены с атмосферой. Сечение полого цилиндра 5 составляет 0,4-0,5 сечения шахты 1 газовой вагранки.

Пределы изменения сечения коак- сиально расположенного полого цилиндра выбирают из условия равенства удельного расхода теплоносителя на тонну материала с учетом сегрегации последнего.. При сосредоточенной загрузке вагранки с помощью транспортера крупные куски шихты скатываются с гребня засыпи к стенкам печи, увеличивая порозность слоя в периферийных участках шахты, т.е. во внешней вертикальной камере. Мелкие куски остаются в центре печи, в связи с чем порозность слоя убывает, а масса столба шихты во внутренней вертикальной камере возрастает по сравнению с внешней камерой. При загрузке шихты порозность центральных частей слоя в шахте меньше приблизительно на .25-30% порозности слоя на периферии, а следовательно, и масса материала во внутренней вертикальной камере на больше массы материала на периферии.

Поскольку в зону плавления должно поступать постоянное количество воздуха с постоянной температурой, то площади внутренней и внешней вертикальных камер должны быть обратно пропорциональны массам материала в них, т.е. площадь внутренней верти- калькой камеры должна составлять 0,4 площади поперечного сечения шахты. Уменьшение сечения полого цилиндра менее 0,4 сечения шахты при74418. 6

водит к уменьшению массы материала во внутренней вертикальной камере и снижению температуры воздуха, пос- тупающего через слой материала этой камеры в зону плавления, по сравнению со случаем- работы внешней камеры, что ведет к нестабильности процесса, плавления.

10 При равномерной за,грузке материа- . ла по всему поперечному сечению площадь внутренней вертикальной камеры должна составлять 0,5 площади поперечного сечения шахты вагранки. Уве15 личение сечения полого цилиндра более 0,5 сечения шахты приводит к уменьшению массы материала во внешней камере и к снижению температуры воздуха, noctr тупающего в зону плавления, что вы2Q зывает нестабильность процесса и уменьшение производительности агрегата.

Способ плавления кускового материала в шахтной печи - газовой ваг25 ранке осуществляют следующим образом.

В газовую вагранку из бункера 2 с помощью загрузочных труб 8 и 9 загружают доменный шлак. После загрузки материала конусы ТО закрывазо ются и предотвращают подсос атмосферного воздуха из бункера 2. Шихта, температура плавления которой составляет 1250 С, поступает в зоны

5

подогрева и плавления вагранки, а затем, стекая через огнеупорную насадку 11 и колосниковую решетку 12 подвергается перегреву, в подрешеточ- ном пространстве 14 и удаляется из печи через сливной носок 15. 0 Природный газ и воздух подают в горелки 13. Коэффициент расхода воздуха поддерживается равным 0,78. При неполном сжигании природного газа с таким коэффициентом расхода воздуха в подрешеточном пространстве 14 развивается температура 1450°С. Продукты неполного сгорания отдают тепло расплаву, колосниковой решетке и огнеупорной насадке и с температурой 1350 С поступают в зону плавления материала.

В зону плавления материала через дроссельный клапан 20 иа атмосферы по каналу 16 и внутренней вертикальной камере 6 в прямотоке подается воздух в количестве, обеспечивающем дожигание продуктов сгорания с суммарным коэффициентом расхода воздуха, равным 1, 12. В этой зоне происходит

0

5

плавление материала путем дожигания продуктов сгорания воздухом, нагретым до 1000 С. При этом балансовая температура горения составляет 1450°С, так как одновременно с дожи- ганием продуктов сгорания тепло расходуется на процесс плавления материала. Продукты полного сгорания движутся в противотоке по внешней вертикальной камере 7, нагревают шихту и удаляются из вагранки через загрузочные трубы 9, каналы 16, .дроссельный клапан 17 и дымосос (не обозначен). Дроссельные клапаны 19 и 18 при этом полностью закрыты.

Одновременно с этим происходит загрузка очередной партии шихты в бункер 2.

Через 10-Т5 мин происходит загруз- ка очередной партии материала впечь. Для чего конусы 10 опускаются и материал по загрузочным трубам 8 и 9 поступает во внутреннюю 6 и внешнюю 7 вертикальные камеры. После опорожнения бункера 2 конусы 10 занимают верхнее положение и плотно закрывают загрузочные отверстия бункера 2. Клапаны 19 и 18 открываются, а клапаны 17 и 20 закрываются. Атмосферный воздух поступает через нагретый слой материала во внешней камере 7, в зону плавления, а продукты полного сгорания удаляются через внутреннюю вертикальную камеру 6, патрубок 9, дроссельный клапан 18 и дымосос из печи, нагревая материал во внутренней вертикальной камере. Одновременно с этим происходит загрузка очередной партии материала в бункер 2. Через 10-15 мин происходит загрузка материала в печь и переключение клапанов. Весь цикл работы повторяется заново.

Предлагаемый способ плавки кускового материала в шахтной печи и конструкция газовой вагранки позволяют

снизить температуру колосниковых газов, что приводит к экономии расхода природного газа, при этом увели- чивается срок службы огнеупорной

насадки, колосниковой решетки, а также производительность печи, уменьшаются потери тепла с охлаждающей колосниковую решетку водой.

10

Формула изобретения

1.- Способ плавки кускового материала в шахтной печи, преимуществен.-.

но газовой вагранке, путем нагрева шихты за счет тепла от сжигания; природного газа и последующего плавления за счет тепла от дожигания продуктов неполного сгорания природного

газа, отличающийся тем,, что, с целью снижения расхода топлива и материала, огнеуцорной насадки, сжигание природного газа в зоне перегрева расплава, осуществляют при

коэффициенте расхода воздуха 0,75- 0,8, а дожигание продуктов неполного сгорания в зоне плавления ведут нагретым воздухом при суммарном коэффициенте, расхода его ,t5,

а нагрев воздуха ведут в режиме пря мотока.. .

2. Газовая вагранка для плавки кускового материала в шахтной, печи, содержащая цилиндрическую, шахту,

колосниковую решетку,,горелки для сжигания природного г.аза, /о т л и - чающаяся тем, что, с целью снижения расхода топлива и материала огнеупорной насадки, она снабже

на коаксиально расположенным в зоне

подогрева полым цилиндром, разделяющим шахту на внутреннюю и внешнюю вертикальные камеры, соединенные в верхней части с автономными каналами для прохода газов, при этом сечение полого цилиндра составляет 0,4-0,5 сечения шахты.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а также к другим областям промышленности, где требуется нагрев и плавление кусковых материалов в шахтных печах, например в металлургической, химической и т.д. Цель изобретения - снижение расхода топлива и материала огнеупорной насадки. Для этого плавление шихты осуществляют путем дожигания продуктов неполного сгорания природного газа воздухом, подаваемым из зоны подогрева материала, с суммарным коэффициентом расхода воздуха, равным 1,1-1,15. Продукты неполного сгорания природного газа при этом получают путем его сжигания с коэффициентом расхода воздуха, равным 0,75-0,8, в подрешеточном пространстве вагранки. Подогрев воздуха, идущего на дожигание, ведут в режиме прямотока попеременно во внутренней и внешней вертикальных камерах 6,7, которые образованы коаксиально расположенным в зоне подогрева 3 материала полым цилиндром 5, сечение которого составляет 0,4-0,5 сечения шахты. Внутренняя и внешняя вертикальные камеры в верхней части соединены с автономными каналами для прохода газов для попеременного ведения процесса подогрева воздуха, идущего на дожигание, в режиме прямотока. 2 с.п.ф-лы. 1 ил.

w

г-1

V А

Y// //////////////////Y///////7/////77/////7

Лыновые

газы

Воздух