Электротермическая ванная печь для металлургической обработки цветных металлов Советский патент 1993 года по МПК F27B17/00 

Температуры процесса очень высокие, и они обычно определяются необходимостью поддержания шлака в расплавленном состоянии для достижения благоприятного массопереноса между различными жидкими фазами, причем эти температуры могут достигать 1400-1500°С.

Поэтому очевидно, каким сильным механическим, химическим и термическим напряжением подвергаются эти печи. Жидкий шлак и газообразная фаза являются очень агрессивными средами для конструкционного материала при рабочей температуре и таким образом огнеупорные и металлические материалы, находящиеся в контакте с такими средами в процессе, необходимо периодически ремонтировать или заменять.

Поэтому необходимо конструировать все детали печи таким образом, чтобы их можно было заменять без удаления смежных деталей, либо поддерживать детали конструкции при температурах, которые значительно ниже рабочих температур, посредством охлаждения охлаждающими средами.

Необработанный элементарный металл, так и жидкий шлак, имеют очень высокий удельный вес и поэтому напор жидкой фазы величиной только два метра может создавать напряжение на под с нагрузкой. эквивалентной 10-20 метрических тонн/кв.метр.

Высокие температуры создаютг серьез- ные проблемы расширения и уплотнения, потому что жидкая фаза является очень тягучей, и она способна1 просачиваться под элементы футеровки и благодаря ее высокой плотности поднимать их, повреждая таким образом футеровку пода и стенок, которая будет плавать на поверхности жидкой фазы. Поэтому важно, чтобы такие элементы конструкции были компактными и непроницаемыми.

Из-за токсичности и агрессивности газообразной фазы печь должна иметь исключительную .герметичность и работать под небольшим вакуумом, причем каждый поток выходящего газа контролируется и направляется в установки для его обработки.

Из-за механических, химических и термических напряжений размеры и производительность печи для обработки цветных металлов значительно ограничены.

Результатом таких напряжений является также низкий срок службы печи из-за необходимости проведения частых оп.ера- ций по ремонту и обновлению печи, которые требуются для таких печей. Также операции требуют, чтобы работа установки прекращалась на значительное время, потому что выключение и повторное включение печи до

достижения полностью рабочих условий

должны осуществляться очень постепенно.

На фиг. 1 представлен частичный вид в

разрезе боковой части печи; на фиг. 2 - увеличенный частичный вид сечения А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид, частично в разрезе частей угловой зоны печи; на фиг. 4 - общее расположение установки; на фиг. 4а - сече0 ние А-А на фиг, 4; на фиг. 4Ь - сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 4с - сечение С-С на фиг. 4; на фиг. 4d - показывает несколько материалов, обычно применяемых для изготовления печи; цифры соответствуют тем,

5 которые применяются в описании для указания сравнительных материалов.

Печь, согласно изобретению, устраняет упомянутые недостатки и представляет собой ванную печь, представляющую собой

0 прочную металлическую конструкцию, которая несет следующие элементы конструкции печи, которые будут описаны далее.

А - под; В - блоки пяит, расположенные по периметру; С - металлическая лента для

5 содержания жидкой фазы; D - вертикальные стенки и свод.

Печь имеет прямоугольное сечение, под вогнутый в форме перевернутой арки,

Фиг. 1 показывает разрез через ниж0 нюю боковую стенку печи, а фиг. 2 показывает вид в горизонтальной проекции а плоскости А-А. Опорная конструкция 1 представляет собой прочную решетчатую раму из горизонтальных и вертикальных

.5 стальных брусьев. А) Под.

Под печи состоит .из ряда поперечно расположенных опор 2, на которых лежит металлическая конструкция 3 в форме пере0 вернутой арки, снабженная продольными трубопроводами 4, по которым подается охлаждающая среда для поддержания конструкции пода при температуре, которая ниже, температуры жидкого металла, лежащего

5 сверху. Этой охлаждающей средой может быть воздух с принудительной подачей.

На металлической конструкции 3 расположены постоянный слой 5 из графитовых кирпичей и металлическая уплотняющая

0 плТтра 6, которая действует как настил для верхнего изнашивающего слоя 7 в форме перевернутой арки.

Слои 5 и 7 и плита 5 проходят в блоки плит, расположенные по периметру, кото5 рые будут описаны ниже. Изнашивающийся слой 7 состоит из огнеупорных кирпичей хромомагнезитовоготипа, которые действуют как ключ свода. В предпочтительной конструкции огнеупорные кирпичи слоя 7 выполнены с одним или несколькими боковыми стыками 8, которые входят в одну или несколько связывающих полостей на противоположной поверхности смежного кирпича. Любые зазоры между кирпичами слоя 7 могут быть заполнены огнеупорным раство- ром, причем это зависит от точности граней кирпичей.

В) Блоки плит, расположенные по периметру.

Четыре блока 9 плит в форме металли- ческого бруса большой толщины по существу С-образного сечения расположены на основании четырех вертикальных стенок печи,. ч

Каждый блок плиты Может быть выпол- нен как одно целое либо из множества последовательно расположенных отрезков.

Внутри ребра бруса проходят продольные трубопроводы 10, по которым циркулирует вода под давлением для охлаждения блока плиты.

, Блоки 9 плит соединены с основанием опорной конструкции 1 посредством множестве шарнирных опор 11, которые позволяют .блокам плит перемещаться в горизонтальном направлении в плоскости фиг. 1 под действием расширения пода и особенно изнашивающего слоя 7.

Постоянный слой 5 из графитовых кирпичей проходит посредством элемента 12 до позиции, расположенной смежно с внутренней поверхностью блока плиты подобно металлической плите 5, которая изгибается вверх для сцепления с этой поверхностью.

Изнашивающийся слой 7 оканчивается элементами 13.14. на которых плита изгибается вверх.- ;:

Если между кирпичами слоя 7 заливается жидкий цементный раствор, то этот рас- теор не должен находиться на элементе 13, чтобы возможно было скольжение между элементом 13 и последним элементом 15 слоя 7 в результате теплового расширения. Элемент 15 имеет верхнюю поверхность, которая слегка углублена, чтобы он. мог скользить под металлическим листом, как будет описано в следующем абзаце, под действием теплового расширения.

Блоки 9 плит сильно прижаты к поду посредством множества упругих элементов, например, пружин 16, которые упираются в продольные элементы опорной конструкции 1. Поведение пода в условиях процесса заслуживает некоторого рассмотрения.

. .

Из-за температурных колебаний под расширяется и сужается, но эффект давления пружин 16 такой, что составные элементы слоя 7 всегда удерживаются в сжатом виде и точно соединяются вместе.

« Пружины 16 амортизируют тепловое расширение и сжатие пода без образования зазоров. Если, с другой стороны, необработанный элементарный металл в жидком состоянию будет проникать между порами слоя 7, то в этом ему будут препятствовать стыки 8, которые обеспечивают дополнительное уплотнение лабиринтного типа.

Если все же жидкий металл будет доходить до плиты 6, он не сможет поднять кирпичи слоя 7 из-за сопротивления, создаваемого слоем конфигурацией в форме перевернутой, арки и стыками 8. Другая гарантия обеспечивается тем фактом, что когда постоянный слой 5 состоит из графита, который является хорошим проводником тепла и охлаждается воздухоохлаждаемой стальной конструкцией, то плита 6 поддер- живается при температуре, которая ниже температуры затвердевания металла, и поэтому она затвердевает и не создает дополнительное осевое усилие вверх на кирпичи слоя 7. Любой металл, просачивающийся по периферии элементов 13 и 14, будет затвердевать при контакте с плитой и блоками 9, которые охлаждаются водой, проходящей по трубопроводам 10. Как показано на фигурах, выпуклая часть пода с футеровкой из огнеупорных кирпичей не опирается на два блока 9 в позиции, расположенной прямоугольно к показанной на фиг. 1 и 2, которые образуют основание торцевых стенок печи. Выпукло-вогнутая часть, которая не защищена между металлическим листом для жидкой фазы и подом, заполнена и защищена огнеупорными кирпичами, которые образуют вертикальную стенку, лежащую на поду.

.Такая конструкция показана на фиг. 3 и 4 в позиции 50.

Уплотнения по углам конструкции требуют отдельного упоминания.

Блоки 9 из металлических плит, расположенные на четырех сторонах периметра пода, могут смещаться наружу под действием теплового расширения. При их движении наружу будут образовываться отверстия Ъ четырех углах, в результате будут возникать зазоры, через которые может просачиваться жидкий металл. Как показано на фиг. 3, для предотвращения просачивания жидкого металла в четырех углах пода помещены четыре водоохлаждаемых стальных уголка 17, которые жестко прикреплены к опорной конструкции 1.

В последнем ряду огнеупорных кирпичей 13 и 14, образующих слой 7, и на неподвижных уголках оставляют полости 18 на расширение для исключения создания осевого усилия на эти неподвижные элементы. В предпочтительной конструкции эти полоти заполнены прокладкой из минеральной ваты, которая компенсирует расширение.

Металлический слой, расположенный над блоками 9, представляет собой наибоее напряженную зону печи как а отношении химического воздействия, поскольку она находится в кднтакте с жидким шлаком, образующим очень агрессивную фазу, в котором протекают химические реакции восстановления, ведущие к получению элементарного металла, так и в отношении конструкционного аспекта, поскольку из-за гидростатического напора в поперечном направлении и тепловых напряжений в этом жидком шлаке происходит интенсивная теплопередача.

Металлический слой изготовлен из литых металлических блоков 19 в форме пустотелого параллелепипеда или короба и снабжена охлаждающими трубопроводами 10, через которые подается вода под давлением.

Фиг, 1 показывает один ряд литых блоков 19, однако слой может состоять из более, чем одного ряда блоков, соединенных вертикально. Блоки 19 прочно соединены с расположенными между ними уплотняющими прокладками посредством болтов и гаек 20, образуя прочный параллелограмм, который образует несущую конструкцию по периметру печи и противостоит гидростатическому напору.

Литые блоки 19 удерживаются йа месте посредством ряда распорок 21, например в форме стальных швеллерных секций, прикрепленных к раме 1 дЛ удержания слоя из блоков 19 в неподвижном положении в горизонтальной плоскости, но с определенной свободой скольжения для следования движению блоков 9 в вертикальном положении.

Литые блоки 19 удерживаются на блоках 9 при помощи прокладки 22,

В предпочтительной конструкции прокладка 22 изготовлена из графита с металлической сердцевиной, причем она помимо обеспечения уплоднения для ванны жидкого металла, допускает соответствующее относительное движение в горизонтальном направлении между металлическим слоем, который остается неподвижным, и металлическими блоками плиты, которые перемещаются под действием теплового расширения пода.

В предпочтительной конструкции блоки 19 изготовлены из меди или сплавов меди. На их наружной поверхности, которая обращена в сторону ванны жидкого металла, блоки 19 содержат ряд выступов и пазов 23. например, в форме ллглочкинэ хвоста, в

которые входят огнеупорные плитки 24 с внутренним профилем, соответствующим пазам 23 для образования слоя 25 с высокой стойкостью к химическому воздействию

жидкого шлака. Высота ленты, содержащей жидкую фазу, соответствует, по крайней мере, максимальному уровню, определенному для жидкой фазы.

Боковые стенки печи изготовлены из

0 хромомагнезитовых огнеупорных кирпичей над металлическим слоем. Такая кирпичная кладка удерживается посредством ряда горизонтальных элементов 26, которые проходят в горизонтальном направлении над всей

5 стенкой печи, но при этом не прижимают металлический слой. Эти элементы состоят из металлических швеллерных или уголковых секций, прикрепленных к опорной конструкций 1. Кирпичная кладка удерживается

0 на месте при помощи крепежных элементов 27. Упомянутые элементы предпочтительно снабжены системой охлаждения, содержащей трубопроводы, аналогичные тем, которые проходят в блоках 19 и по которым

5 циркулирует вода под давлением для удаления тепла, таким образом температура элементов поддерживается -на заданных уровнях.

Кладка образована из кирпичей 28.

0 Пространство между металлическими элементами 26 уплотнено х ромомагнезито- выми кирпичами 29 после размещения прокладки 30 между металлическим слоем и кирпичами 29 для обеспечения уплотнения

5 и относительного горизонтального скольжения под действием теплового расширения. Ряд кирпичей 29 можно легко удалить для образования рабочего пространства, необходимого для демонтажа и замены по0 врежденных элементов.

Поперечная кладка над элементами 26, образующая вертикальные стенки, облицована снаружи изолирующими кирпичами 31 и заделана внутри стальной армированной

5 плитой.

Свод изготовлен из хромомагнезитовых кирпичей, и он разделен на различные секции посредством поперечных связей для частичной компенсации расширения.

0 Да л&нейшее тепловое расширение свода компенсируется пружинами, расположенными по периметру.

Для лучшей иллюстрации отличительных признаков и преимуществ печи предло5 женной конструкции ее описание дано на примере одной конструкции, предназначенной для обработки свинцовых руд со ссылкой на фиг. 4, которая представляет продольный разрез и три вида в поперечном разрезе печи, согласно изобретению. Печь

разделена на три зоны, сообщающиеся через две вертикальные перегородки 32 и 33, которые могут двигаться в вертикальном направлении. Максимальный уровень жидкой фазы обозначен пунктирной линией 34, который при максимуме соответствует уровню металлического листа или плиты, а максимальный уровень жидкого свинца обозначен пунктирной линией 25, который соответствует уровню блоков 9.

Если смотреть слева направо в продольном разрезе, то можно у видеть, что три зоны печи расположены следующим образом.

Зону 36 применяют для откачки газа, образующегося в результате обжига и восстановления минерала, причем выход газа регулируют по уровню вертикальной заслонки 32. Регулирование скорости реакционного газа позволяет уменьшить содержание пыли и потери тепла.

Зону 37 применяют для обжига и основного восстановления руды. Свинцовую руду, в основном галенит, углерод и кислород для поддержания реакции и для подпитки шлаковых материалов подают через отверстие 38.

Зону 39 применяют для завершения реакций восстановления, которые поддерживаются посредством приложения тепла от электродов 40, питаемых электрическим током. ..,«.

Необработанный жидкий свинец удаляют посредством слива из сифона 41. Выпускные отверстия 42 используются для обычного выпуска жидкого шлака, а выпускные отверстия 43 используются для аварийного выпуска..

Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, кирпичная кладка в зонах вагранки над зонами 36 и 37 охлаждается посредством ввода металлических элементов 44 предпочтительно медных, в которых проходят трубопроводы для циркуляции охлаждающей среды.

Типичными Материалами для конструкции печи являются:

45- хромомагнезит

46- огнеупорная глина

47- панельный асбест

48- хромит-периклаз 49- графит.

Футеровка 50 определяет огнеупорную стенку, защищающую выпукло-вогнутую часть между лентой и огнеупорным подом.

Преимущества ванной печи предложен ,ной конструкции очевидны из следующего описания,

Из основных преимуществ необходимо

упомянуть-следующее:

по существу отсутствуют ограничения в отношении производительности печи.

Одна печь может обеспечить годовую производительность необработанного эле- 5 ментарного металла порядка 100000 метрических тонн.

Конструкция для содержания жидкой ванны обеспечивает прочность и уплотнение жидкой ванны и жидкого металла., когда 0 она закреплена на опорной конструкции печи, несущей нагрузку.

Литые медные блоки, которые образуют ленту, легко удаляются без нарушения вер- хней кирличной кладки.

5 Кирпичная кладка, образующая верхнюю часть печи, может расширяться независимо от стальной опорной конструкции, которая остается неподвижной;

огнеупорная футеровка медных блоков 0 на рабочей стороне обеспечивает защиту от химической атаки и значительно сокращает потерю тепла;

конструкция пода является компактной, хотя он свободно расширяется в продоль- 5 ном и поперечном направлениях во время пуска и работы печи, так как он поддерживается в сжатом состоянии посредством компенсирующих пружин;

уплотнение для исключения утечки жид- 0 кого металла, который в рабочих условиях имеет очень низкую вязкость, обеспечивается формой пода, его сжатием и охлаждением постоянного слоя пода;трубопроводы для принудительного 5 воздушного охлаждения пода и трубопроводы для подачи воды под давлением для охлаждения металлических элементов конструкции печи обеспечивают регулирование температуры в каждой части печи; 0 под, блоки плит, лента и верхняя кирпичная кладка не соединены вместе и таким образом они могут расширяться независимо, обеспечивая соответствующее уплотнение и продолжительный срок службы; 5 к кирпичной кладке имеется доступ сна ружи для проведения небольших ремонтных работ без прерывания работы печи.

Реакционная камера, т.е. зона 37, физически отделена от газоиспарительной каме- 0 ры, т.е. зоны 36, и она расширяется независимо.

-Формула изобретения Электротермическая ванная печь для

5 металлургической обработки цветных металлов, преимущественно для получения свинца, содержащая подвижный регулируемый каркас печи, реакционную прямоугольную камеру со стенами и сводом из огнеупорного кирпича с подом в виде пере11

верную арки, выполненным из нескольких See огнеупоров, в частности верхний слои из хромомаг езитовых кирпичей, ивтадли- ческЬй конструкции с каналами для подачи охлаждающей среды, лежащих на опорной 2аме кессонированный шлаковый пояс из Грокополочных литых жестко соединенных между собой и при крепленных к каркасу пружинными компен- сатооами, причем сочленение кессохов с Јкой подины выполнено с применением охлаждающих устройств, адка стен раз мещена на кессонах шлакового пояса и скреплена с каркасов, отличающаяся

1836614

12

0

тем что, с целью повышения срока службы, слой подины, размещённый под слоем из хромомагнезитовых кирпичей, выполнен из металлического листа, последующий слои - из графитовых кирпичей, металлическая конструкция с каналами для хладагента, повторяет форму подины и опирается на комплект опор, и по периметру печи установлены дополнительные кессонированные элементы, выполненные из литых стальных блоков, размещенных у основания вертикальных боковых стенок под кессонами шлакового пояса, соединенных с рамой с помощью шарнирных компенсаторов.

фиг. /

to

CD

П .

со

9 А-И

В-

фиг 4.

М

4 с

43 с-ДЧЗ

45 и 46 I 47

1149 фие. 4d