PL167273B1 - Lanca i sposób odgórnego zanurzeniowego wtryskiwania plynu do cieklej kapieli pirometalurgicznej PL PL PL - Google Patents

Abstract

stwe zuzla na swojej powierzchni, która posiada elementy do manipulowania ma w czasie pracy i majaca wydluzony ksztalt z górnym wlotowym koncem i dolnym wylotowym koncem, który w czasie pracy zanurzony jest w cieklej kapieli pirometalurgicznej, znamienna tym, ze tworzy ja przynajmniej jedna pierwsza rura (28) stanowiaca kanal dla przeplywu plynu pomiedzy jej górnym koncem podlaczalnym do cisnieniowego zródla plynu i dolnym koncem wylotowym, przy czym pierwsza rura (28) otoczona jest rurowa oslona (30) majaca swobodny wylot w pewnym odstepie nad koncem wylo- towym pierwszej rury (28), a pierscieniowa przestrzen (40) pomiedzy pier- wsza rura (28) i rura oslonowa (30) tworzy kanal dla przeplywu, przy czym przy g ó r n y m koncu Jancy usytuowany jest zaczep do wspólpracy z mechani- zmem dzwigniowym (32) oraz wlot (36) rurowej oslony (30) podlaczony do cisnieniowego zródla gazu chlodzacego, znajdujacy sie w poblizu wlotu pierwszej rury (28) 10. Sposób odgórnego, zanurzeniowego wtryskiwania plynu do cieklej kapieli pirometalurgicznej zawierajacej zuzel lub warstwe zuzla na swojej powierzchni, przy uzyciu lancy i wytwarzaniu na niej powloki ochron- nej z rozbryzgiwanego zuzla, majacej pierwsza rure doprowadzajaca wtryski- wany plyn, otoczona rurowa oslona majaca wylot powyzej dolnego konca pierwszej r ury , która to lance zawiesza sie nad kapiela, przy czym do wlotu pierwszej rury dolacza sie zródlo cisnieniowe plynu, a do wlotu rury oslonej podlacza sie zródlo cisnieniowe chlodziwa gazowego plynacego w przestrzeni stanowiacej kanal pomiedzy obiema rurami, znamienny tym, ze lance (14) opuszcza sie do pierwszego polozenia, w którym jej dolny wylotowy koniec znajduje sie nieco powyzej powierzchni kapieli (18), przy czym reguluje sie przeplyw plynu oraz chlodziwa gazowego tak, aby zestalic rozbryzgiwany zuzel na wolnym koncu pierwszej rury (28) i dolnej czesci rury oslonowej (30), tworzac na nich powloke ochronna, po czym lance (14) obniza sie do drugiego polozenia, przy którym wylotowy koniec pierwszej rury (28) wpro- wadzony jest do kapieli (18), a wylot rury oslonowej (30) znajduje sie w pewnym odstepie od powierzchni zuzla znajdujacego sie na powierzchni kapieli, przy czym reguluje sie natezenie przeplywu chlodziwa gazowego obnizajac temperature wprowadzanego plynu i kapieli otaczajacej zanurzony odcinek lancy (14) PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy lancy do odgórnego, zanurzeniowego wtryskiwania płynu i sposobu odgórnego, zanurzeniowego wtryskiwania płynu, do ciekłej kąpieli pirometalurgicznej za pomocą lancy.

Znane jest wtryskiwanie gazu do kąpieli pirometalurgicznej, za pomocą lancy wprowadzanej od góry, przy czym gaz wtryskuje się poprzez lancę, która ma wewnętrzny kanał przepływu gazu i wylot dla gazu. Taki sposób podaje amerykański patent 4 251 171 wydany dnia 17 lutego 1981 r. Floydowi. Metoda Floyda obejmuje czynności wprowadzenia końca wylotowego lancy do ciekłej kąpieli żużla, tłoczenia gazu poprzez lancę, aby ochłodzić i nałożyć rozbryzgowo powłokę na koniec wylotowy lancy ze stopionego żużla oraz włożenia końca wylotowego z tak nałożoną powłoką do kąpieli pirometalurgicznej. Ponadto podaje się opis lancy, służącej do zanurzonego wtrysku gazu do ciekłej kąpieli metalurgicznej, mającej kanał przepływu gazu wzdłuż lancy, przy czym zewnętrzną ściankę kanału stanowi długa rura, tworząca zewnętrzną ścianę lancy, w której znajduje się zespół do zawirowywania przepływu gazu wewnątrz rury.

Lanca opisana w patencie amerykańskim nr 4 251 271 dalej zwana lancą typu Sirosmelt, umożliwiła rozwój wielu procesów metalurgicznych, wykorzystujących kąpiel żużlową, jako środek przesyłania masy i ciepła do spalania pod powierzchnią cieczy i reakcji w procesie metalurgicznym. Przykłady obejmują wtapianie, dymienie i procesy przeróbki żużla w celu odzysku cyny, ołowiu, cynku, niklu, miedzi, metali szlachetnych i innych metali cennych z rud, koncentratów, żużlów, dymów i materiałów odpadowych.

Lanca typu Sirosmelt ma wiele zalet w porównaniu do innych sposobów metalurgicznych, przy czym jest wydajna i ekonomiczna. Ma onajednak swoje ograniczenia, budzące zastrzeżenia u operatorów. Zakończenie lancy zużywa się, przy czym trzeba wyjąć lancę w celu wymiany tego zakończenia. Korzystne jest stosowanie gatunków stali wysokotemperaturowej lub innych specjalnych materiałów, do wykonywania zakończenia lancy w celu przedłużenia czasu jej eksploatacji. Podstawową przyczyną erozji końcówki jest fakt, że płynące poprzez lancę gazy stają się zbyt gorące, aby zapobiec reakcji między materiałem lancy i zawartością kąpieli lub wtryskiwanym gazem. W pewnych warunkach, zużycie końcówki jest tak znaczne, że trzeba stosować kilka kolejnych lanc podczas jednej zmiany roboczej.

Stwierdzono, że aby ograniczyć zużycie stalowych końcówek lancy, gazy muszą mieć temperaturę poniżej 400°C. Występują jednak okoliczności, gdy nie jest możliwe utrzymanie temperatury gazów niższej niż 400°C gdy ilość ciepła przenoszonego poprzez zewnętrzną ścianę lancy jest zbyt duża w stosunku do ilości gazu płynącego lancą. Ilość ciepła przepływającego poprzez ścianę lancyjest proporcjonalna do przenikania ciepła poprzez powłokę żużlową i ścianę lancy, a także proporcjonalna do powierzchni zewnętrznej lancy. Ilość gazu płynącego lancą określają wymagania technologiczne. Wobec tego, aby zapobiec niszczeniu końcówki lancy, budowa lancy dla konkretnego zastosowania jest ograniczona natężeniem przepływu gazu dla danego procesu roboczego i całkowitą powierzchnią zewnętrzną. Określone są warunki pracy lancy, działające szkodliwie na końcówkę lancy i powodujące jej zużywanie, np. w piecu, w którym jest potrzebna duża wysokość umieszczenia jej nad kąpielą i ograniczone natężenie przepływu gazu, jak w piecu zawiesinowym typu Outokumpu do usuwania narostów pieca. Użytkowe natężenie przepływu gazu jest tu ograniczone ilością rozbryzgu, jaka może być

167 273 tolerowana bez powodowania zbędnego zużycia materiału ogniotrwałego sklepienia, które nie jest przystosowane do rozbryzgowego zetknięcia z żużlem. Wobec tego jest za mała ilość gazu, który wtryskuje się do chłodzenia lancy, aby następowało krzepnięcie warstwy żużla, a temperatura gazu nie przekraczała 400°C przy zastosowaniu lancy do warunków pracy, jak wyżej, lecz przy bardzo wysokiej przestrzeni swobodnej pieca. Ostry problem wystąpi, gdy wydzielane gazy spala się w piecu, aby utleniać wydzielane metale przed ich wypływem ze spalinami. Stosuje się również lancę przy wysokich poziomach wzbogacania tlenowego i wykorzystywaniu rur natryskowych wewnętrznych do zasilania proszkami oraz substratów reakcji sprawiających, że zewnętrzna średnica lancy staje się większa i przekracza tę wartość, która może być tolerowana bez powodowania nadmiernej temperatury gazu.

Gdy użytkuje się lancę w długich okresach czasu nad kąpielą, bez żużlowej powłoki, zwłaszcza przy małych natężeniach przepływu gazu wtryskiwanego poprzez lancę, to natężenie wymiany ciepła poprzez nieosłoniętą zewnętrzną rurę stalową jest wtedy dużo większe, niż bez powłoki żużlowej, wobec czego ilość ciepła przeniesiona do gazu jest dużo większa, a końcówka lancy ma większe zużycie.

Gdy użytkuje się lancę w kąpieli żużlowej przy temperaturze znacznie przekraczającej temperaturę określoną przebiegiem krzywej wartości temperatury początku krystalizacji żużla, tj. likwidusem żużla, to na lancy jest tylko cienka warstwa żużla, a natężenie wymiany ciepła jest większe niż przy grubszej warstwie żużla, i zagrożenie dla końcówki lancy staje się problemem. Sytuacja ta jest szczególnie trudna, gdy temperatura pieca jest bardzo wysoka. Na przykład, żużle żeliwa krzemianowego mają temperaturę likwidusu zwykle w zakresie od 1150°C do 1250°C, a czynności w zakresie od 1300°C do 1400°C dają grubość żużla rzędu od 10 mm do 20 mm, co zapewnia odpowiednią ilość wymiany ciepła. Zwiększenie temperatury do 1500°C lub 1600°C może być potrzebne z powodów technologicznych, a działanie prostej lancy typu Sirosmelt jest wtedy zakłócone nadmiernym zużyciem końcówki, dokonującym się w krótkim czasie.

Lance mają ograniczony zakres przepływu wtryskiwanego, w którym mogą one działać. Górna granica zakresu jest ustalona jako wartość maksymalna, którą osiąga się przy danym ciśnieniu zasilania, zwykle wynoszącym od 300 kPa do 400 kPa, przy danej konfiguracji lancy i zawirowywacza. Dolna granica zakresu jest ustalana, jako minimalna do utrzymania powłoki warstwy żużlowej przy odpowiednim chłodzeniu. W niektórych wypadkach pożądane są natężenia przepływu poniżej tej wartości granicznej. Na przykład, lanca do maksymalnego przepływu około 3000 Nm³/h powietrza ma zwykle minimalne wymaganie przepływu około 1200 Nm³/h, zanim zużycie końcówki lancy staje się problemem. Niekiedy może być jednak potrzebne, aby natężenie przepływu wynosiło około 600 Nm3/h.

Celem wynalazku jest stworzenie lancy, która usuwa lub łagodzi opisane problemy, a także sposób wtrysku płynu do ciekłej kąpieli pirometalurgicznej, wykorzystujący lancę według wynalazku.

Zadanie to, według wynalazku zostało rozwiązane za pomocą lancy do odgórnego, zanurzeniowego wtrysku płynu do ciekłej kąpieli pirometalurgicznej zawierającej żużel albo posiadającej warstwę żużla na swojej powierzchni, która posiada elementy do manipulowania nią w czasie pracy i ma wydłużony kształt z górnym wlotowym końcem i dolnym wylotowym końcem, który w czasie pracy zanurzany jest w ciekłej kąpieli pirometalurgicznej, a która charakteryzuje się tym, że tworzy ją przynajmniej jedna pierwsza rura stanowiąca kanał dla przepływu płynu pomiędzy jej górnym końcem podłączalnym do ciśnieniowego źródła płynu i dolnym końcem wylotowym, przy czym pierwsza rura otoczona jest rurową osłoną mającą swobodny wylot w pewnym odstępie nad końcem wylotowym pierwszej rury, a pierścieniowa przestrzeń pomiędzy pierwszą rurą i rurą osłonową tworzy kanał dla przepływu, przy czym przy górnym końcu lancy usytuowany jest zaczep do współpracy z mechanizmem dźwigniowym oraz wlot rurowej osłony podłączony do ciśnieniowego źródła gazu chłodzącego, znajdujący się w pobliżu wlotu pierwszej rury.

Korzystnym jest, gdy pierwsza rura ma co najmniej 2 metry długości, a zakończenie osłony usytuowane jest co najmniej 300 mm powyżej dolnego końca pierwszej rury lub gdy pierwsza

167 273 rura ma co najmniej dwa metry długości, a dolny końcowy odcinek pierwszej rury poniżej dolnego końca osłony ma długość od 1/4 do 1/3 całkowitej długości lancy.

Korzystnym jest także, gdy pierwsza rura ma średnicę zewnętrzną od 25 mm do 400 mm, przy czym pierścieniowy kanał ma szerokość promieniową od 2,5 do co najmniej 20 mm, natomiast pierwsza rura i osłona mają grubość ściany od 2 mm do co najmniej 6 mm.

W innym rozwiązaniu według wynalazku lanca ma długość od około dwóch metrów do pięciu metrów, a pierwsza rura ma zewnętrzną średnicę od około 25 mm do 35 mm i kanał ma szerokość od około 2,5 mm do 5 mm lub też lanca ma długość od około czterech metrów do ośmiu metrów, a pierwsza rura ma zewnętrzną średnicę od 35 mm do 100 mm, kanał zaś ma szerokość od około 4 mm do 10 mm.

Korzystnym jest także, gdy lanca ma długość ponad ośmiu metrów, pierwsza rura zaś ma średnicę ponad 1 θ0 mm i kanał ma szerokość od 5 mm do co najmniej 20 mm.

W korzystnym rozwiązaniu w pierwszej rurze znajduje się pręt, wzdłuż którego rozmieszczone są elementy zawirowywacza śrubowego tworzące zespół zawirowywania płynu płynącego pierwszą rurą.

W innym korzystnym rozwiązaniu w pierwszej rurze usytuowana jest druga rura, a wokół niej znajdują się elementy zawirowywacza śrubowego, tworzące zespół zawirowywania płynu płynącego pierwszą rurą, w przestrzeni między pierwszą a drugą rurą.

W zakresie sposobu zadanie zostało rozwiązane według wynalazku przez sposób wtryskiwania płynu do ciekłej kąpieli pirometalurgicznej zawierającej żużel lub warstwę żużla na swojej powierzchni, przy użyciu lancy i wytwarzaniu na niej powłoki ochronnej z rozbryzgiwanego żużla, która to lanca ma pierwszą rurę doprowadzającą wtryskiwany płyn, otoczoną rurową osłoną mającą wylot powyżej dolnego końca pierwszej rury i którą to lancę zawiesza się nad kąpielą, przy czym do wlotu pierwszej rury dołącza się źródło ciśnieniowe płynu, a do wlotu rury osłonowej podłącza się źródło ciśnieniowe chłodziwa gazowego płynącego w przestrzeni stanowiącej kanał pomiędzy obiema rurami charakteryzujący się tym, że lancę opuszcza się do pierwszego położenia, w którym jej dolny wylotowy koniec znajduje się nieco powyżej powierzchni kąpieli, przy czym reguluje się przepływ płynu oraz chłodziwa gazowego tak, aby zestalić rozbryzgiwany żużel na wolnym końcu pierwszej rury i dolnej części rury osłonowej, tworząc na nich powłokę ochronną, po czym lancę obniża się do drugiego położenia, przy którym wylotowy koniec pierwszej rury wprowadzony jest do kąpieli, a wylot rury osłonowej znajduje się w pewnym odstępie od powierzchni żużla znajdującego się na powierzchni kąpieli, przy czym reguluje się natężenie przepływu chłodziwa gazowego obniżając temperaturę wprowadzanego płynu i kąpieli otaczającej zanurzony odcinek lancy. Dolny odcinek końcowy pierwszej rury, nad którym kończy się osłona, ma zwykle długość umożliwiającą włożenie do kąpieli do 1 metra pierwszej rury. Osłona kończy się zwykle co najmniej w odstępie 1500 mm od dolnego końca lancy. W wypadkach, gdy chłodziwo gazowe wypływające z osłony zawiera tlen i umożliwia spalanie gazów blisko powierzchni kąpieli w celu maksymalizowania ilości ciepła wprowadzanej do kąpieli, osłona może jednak kończyć się tylko w odstępie 300 mm do 1000 mm od dolnego końca pierwszej rury. Wtedy chłodziwo gazowe wypływa blisko powierzchni kąpieli.

Według podstawowego wymagania, osłona ma kończyć się wystarczająco wysoko nad dolnym odcinkiem pierwszej rury, aby umożliwić włożenie tego odcinka do kąpieli. Jak wyżej podano, osłona może kończyć się w niewielkim odstępie nad tym odcinkiem. Alternatywnie może jednak kończyć się w dużym odstępie od jej dolnego końca stanowiącym od \I4 do 1/3 długości lancy, zwłaszcza w dużych lancach. Uwzględniając to, wymaga się, aby osłona oddawała chłodziwo gazowe na takiej wysokości nad kąpielą aby było to zgodne z wymaganiami procesu wytopu, którym podlega kąpiel.

Przy użytkowaniu lancy według wynalazku, ogólnie nie wymaga się, aby chłodziwo gazowe było wtryskiwane pod dużym ciśnieniem, takim jak płyn wtryskiwany poprzez pierwszą rurę. Zwykle wystarcza tłoczenie gazu chłodzącego czyli chłodziwa gazowego pod działaniem wentylatora lub dmuchawy. Gdy nie wymaga się spalania wypływającego gazu, wystarcza dla chłodziwa gazowego, aby było tłoczone z prędkością około od 25 m/s do 75 m/s, tak aby osiągnąć objętość około 100 m7s do 1000 mVh. Jeśli kąpiel ma wysoką temperaturę przy małym ciśnieniu parcjalnym tlenu, w przestrzeni pieca nad kąpielą, zaleca się stosowanie azotu, jako chłodziwa

167 273 gazowego. Gdy jednak wymaga się spalania wypływającego gazu, to używa się gazu zawierającego tlen, zwykle zasadniczo przy większej objętości na godzinę, niż wyżej podano, lecz zależnie od wymaganego zakresu spalania.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiona jest lanca zanurzona w piecu.

Instalacja 10 mapiec 12 z wykładziną ogniotrwałą, w którym osadzona jest lanca 14.Piec 12 ma komorę 16, w której podczas operacji pirometalurgicznej tworzy się ciekła kąpiel 18, zawierająca żużel lub warstwę żużla na powierzchni. Gazy, powstające podczas operacji, płyną do przestrzeni gazowej komory 16 nad kąpielą 18 i wypływają wylotem 20 dla spalin. Piec 12 ma koryto zasilające 22, doprowadzające materiał lub substraty reakcji do kąpieli 18 z regulowanym zaworem zasilania 24 oraz ma spustowy otwór 26, za pomocą którego usuwa się obrabiany żużel i/lub metal.

Lanca 14 ma pierwszą rurę 28 i rurową osłonę 30, z której wystaje rura 28. Na rysunku pokazano lancę 14 w najniższym dolnym położeniu, dla operacji dokonywanej na kąpieli 18. Lanca 14 w tym położeniu zawieszona jest na mechanizmie dźwigniowym 32, za pomocą którego można lancę podnosić i opuszczać poprzez otwór 34 w dachu pieca 12.

Przy górnym końcu lancy 14, rura 28 łączy się ze źródłem sprężonego płynu, np. za pomocą elastycznego doprowadzenia. Ponadto, przy tym końcu osłona 30 zamknięta jest wokół rury 28, lecz ma boczne wyprowadzenie 36, za pomocą którego osłonę 30 łączy się ze źródłem sprężonego chłodziwa gazowego. Sprężony płyn może spływać w dół otworem 38 rury 28 i wypływać jej dolnym końcem. Także chłodziwo gazowe może płynąć w dół poprzez kanał 40 między rurą 28 i osłoną 30 i wypływać dolnym końcem osłony 30. Osłona 30 kończy się nad dolnym końcem rury 28. Odstęp nad dolnym końcem rury 28 może być różny, lecz układ taki, że gdy dolny koniec rury 28 jest wsadzony do wymaganej głębokości do kąpieli 18, to dolny koniec osłony 30 jest nad powierzchnią kąpieli 18. Zgodnie z tym, płyn wypływa z rury 28 i zostaje wprowadzony przez wtrysk do kąpieli 18, gdy lanca ma najniższe dolne położenie, natomiast chłodziwo gazowe wypływa kanałem 40 do przestrzeni powietrznej komory 16 nad kąpielą 18.

Lancę 14 przesuwa się do jej najniższego położenia poczynając od górnego położenia, w którym znajduje się nad kąpielą 18, przy czym dokonuje się tego za pomocą mechanizmu 32. Lancę 14 opuszcza się, wtedy gdy płyn przepływa rurą 28 i chłodziwo gazowe przepływa kanałem 40. Opuszczanie lancy 14 zatrzymuje się, gdy jest ona w pierwszym położeniu, w którym dolny wylotowy koniec rury 28 znajduje się tuż nad powierzchnią kąpieli 18. Ciecz wypływająca z rury 28 powoduje rozbryzgiwanie żużla z kąpieli 18, przy czym rozbryzgi żużlowe osadzają się na zewnętrznej powierzchni rury 28 poniżej osłony 30 i na osłonie 30. Przepływ gazu chłodzącego kanałem 40 ma takie natężenie, że razem z przepływem płynu poprzez rurę 28, powoduje utrzymywanie się temperatury lancy 14 o takiej wartości, iż rozbryzgi żużla zestalają się i tworzą ochronną powłokę 42 na osłonie 14. Następnie opuszcza się lancę 14 do drugiego położenia.

Gdy lanca 14 zajmuje drugie położenie, przepływ płynu rurą 28 nadal trwa i ciecz wprowadza się do kąpieli przez wtryskiwanie. Trwa także przepływ chłodziwa gazowego kanałem 40, lecz przy dolnym końcu osłony 30, gdy jest on nad kąpielą 18, gaz wypływa do przestrzeni powietrznej nad kąpielą 18. Natężenie przepływu chłodziwa gazowego utrzymuje się takie, że rura 28 chłodzi się, tak, że mimo ogrzewania rury 28 na skutek przewodzenia ciepła od kąpieli 18, ciecz wtryskiwana do kąpieli 18 ma stosunkowo niską temperaturę, np. niższą niż 400°C, zgodnie z wymaganiem minimalizowania zużycia końcówki rury 28.

Operacje kąpieli 18 są oczywiste i nie będą szczegółowo opisywane. Płyn wtryskiwany do kąpieli 18 rurą 28 jest gazem zawierającym tlen, takim jak np. powietrze. Płyn może zawierać paliwo ziarniste, takie jak węgiel lub paliwo ciekłe, takie jak olej i może być wprowadzany inną rurą w otworze 38. Na przykład, całość układu może być taka, że tworzy strefę spalania obok dolnego końca rury 28 ze strefą redukcji, dominującą co najmniej na powierzchni kąpieli 18. Podczas pracy, temperatura lancy 14 jest taka, że ochronna powłoka 42 utrzymuje się, a nawet może być zwiększona nad kąpielą 18, gdy wytwarza się dodatkowe rozbryzgi żużlowe 44.

W układzie lancy 14, jej rura 28 może być zgodna z lancą, jak na fig. 1 lub fig. 2 z patentu amerykańskiego nr 4 251 271. Rura może mieć wewnątrz umieszczony środkowy pręt z

167 273 elementami zawirowywacza spiralnie otaczającym ten pręt. Układ taki jest odpowiedni, gdy płynem przepływającym rurą 28 jest gaz lub gaz z materiałem o małych ziarnach, takim jak węgiel. Alternatywnie, rura 28 może mieć wewnątrz drugą rurę współosiową z nią, przy czym elementy zawirowywacza są wtedy rozmieszczone wokół tej drugiej rury. Według tej alternatywy, płyn przepływający rurą 28 może zawierać gaz lub gaz z materiałem o małych ziarnach, a druga rura może służyć do wtrysku oleju opałowego do kąpieli. Olej może poprostu płynąć wewnątrz rury wewnętrznej lub poprzez inną rurę w niej, przy czym ta wewnętrzna rura lub dodatkowa rura kończy się przy jej dolnym końcu dyszą rozpylającą.

Osłona 30, dodatkowo do chłodziwa gazowego, które zmniejsza lub usuwa zużycie końcówki, chroni rurę 28 nad kąpielą 18 przed bezpośrednim działaniem gorących gazów w piecu. Osłona 30 zapobiega nagrzaniu rury 28 do poziomu temperatury, przy którym może być ona uplastyczniona. W dotychczasowych układach stwierdzono uplastycznienie lancy w takim stopniu, że zgina się ona, co utrudnia potem jej podniesienie, a nawet grozi złamaniem.

Chłodziwo gazowe może zawierać gaz z zawartością tlenu. W tym wypadku, można je użyć w celu dostarczania tlenu dla spalania oparów z kąpieli 18. Układ taki ma przewagę nad alternatywą, w której wykonuje się otwory dla gazu wokół pieca 12, nad kąpielą 18, aby doprowadzać gaz z zawartością tlenu, bo takie otwory są podatne na blokowanie rozbryzgiwanym żużlem, a są trudne do odblokowania. Jeśli trzeba, chłodziwo gazowe może zawierać gaz obojętny, taki jak azot, gdy nie zachodzi potrzeba spalania oparów w piecu 12.

Lanca 14 może mieć różne ogólne wymiary, częściowo zależne od wielkości pieca 12 i rodzaju operacji, jakiej ma być poddawana kąpiel 18. Zwykle lanca 14 ma rurę 28 o długości od 2 do co najmniej 10 metrów z osłoną 30, która kończy się w odległości 300 mm do 1000 mm nad dolnym końcem rury 28. Oprócz dolnego odcinka rury 28, wystającej poniżej dolnego końca osłony 30, całość rury 28 w piecu 12 przy lancy 30 w swoim najniższym położeniu, znajduje się wewnątrz osłony 30. Korzystnym jest, jeśli rura 28 i osłona 30 razem wystają ponad wierzchołek pieca 12, gdy lanca znajduje się w tym najniższym położeniu. Na przykład, dolny koniec osłony 30 może znajdować się około 1/4 do M3 długości lancy 14 nad dolnym końcem rury 28.

Zwykle jest tak, że średnica rury 28 i promieniowy przebieg kanału 40 zmieniają się odpowiednio do ogólnej długości lancy 14. Zewnętrzna średnica rury 28 i promieniowa szerokość kanału 40 wynoszą 25 mm do 35 mm i 2,5 mm do 5 mm odpowiednio dla małej lancy o długości od 2 m do 5 metrów, przy czym rura 28 ma grubość ścianki około 2 mm. Zewnętrzna średnica rury 28 może mieć od około 35 mm do 100 mm dla średniej lancy o długości od około 4 m do 8 metrów, aż do ponad 100 mm, np. od 200 mm do 400 mm dla dużej lancy o długości ponad 8 metrów. Grubość ścianki rury 28 można odpowiednio zwiększyć od 4 mm do 6 mm lub więcej dla średnich i dużych lanc. Osłona 30 ma grubość ścian zasadniczo odpowiadającą grubości rury 28. Do zasilania płynu wprowadzanego do rury 28 używa się urządzeń konwencjonalnych, lecz na ogół mniejsze ciśnienie jest bardziej odpowiednie dla chłodziwa gazowego doprowadzanego kanałem 40. Zalecane jest stosowanie wentylatora lub dmuchawy, a do chłodziwa gazowego, można użyć także sprężarkę.

Poniżej opisano przykłady zastosowania wynalazku:

Przykład I. Stwierdzono trudności, występujące przy eksploatacji pieca zawiesinowego typu Outokumpu przy wypływie żużla z kąpieli pieca z powodu tworzenia się narostów w kąpieli. Lanca typu Sirosmelt według patentu amerykańskiego 4 251 271 była w tym systemie testowana, lecz z wynikiem negatywnym z powodu nadmiernego zużycia końcówki lancy podczas zapobiegania tworzeniu narostów i przy topieniu tych narostów, gdy już uformowały się. W tej sytuacji lanca typu Sirosmelt mogła być jedynie wykorzystywana w warunkach, w których zapewniono by wystarczającą wymianę ciepła w kąpieli, jeśli miano tolerować nadmierne zużycie końcówki. Układ lancy według wynalazku umożliwił eksploatację z taką wymianą ciepła i topienie narostów, jak również długotrwałą eksploatację bez ponownego tworzenia się narostów dzięki temu, że chłodzono lancę powietrzem chłodzącym wtryskiwanym kanałem między osłoną i pierwszą rurą oraz z wypływem nad kąpielą.

Przykład II. Produkcyjna instalacja doświadczalna, zasadniczo podobna do takiej, jak na rysunku, uruchomiona została w warunkach, w których cynk uchodził w dymie z żużla przy wartościach temperatury o dużym poziomie, przy czym zastosowano konwencjonalną lancę

167 273 typu Sirosmelt według patentu amerykańskiego 4 251 277. Stwierdzono, że końcówka lancy uległa szybkiemu zużyciu i eksploatacja nie mogła być kontynuowana. Lanca typu Sirosmelt została zastąpiona lancą według wynalazku, a eksploatację wznowiono przy zastosowaniu powietrza chłodzącego wtryskiwanego kanałem między osłoną i pierwszą rurą, aby wypływało do przestrzeni powietrznej nad żużlem. Stwierdzono, że zastępcza lanca nie tworzyła problemów zużywania się końcówki. Ponadto, 80% ciepła otrzymywanego ze spalania gazów powstających podczas dymienia odzyskiwano w kąpieli, przy czym sprawność energetyczna operacji dymienia całościowo wzrosła w istotny sposób.

Dodatkowo w sytuacjach, w których .lanca typu Sirosmelt jest mało lub zupełnie nieużyteczna, lanca według wynalazku może być dostosowana układem i funkcją do aktualnej potrzeby. Skład i natężenie przepływu chłodziwa gazowego można zmienić odpowiednio do potrzeby, np. przez zwiększenie lub zmniejszenie ilości tlenu doprowadzanego do przestrzeni gazowej nad wytopem. Średnica osłony może być odpowiednia do pieca, aby uzyskać potrzebną równowagę między natężeniem przepływu chłodziwa gazowego i objętością w jednostce czasu. Wysokość, na której kończy się osłona nad dolnym odcinkiem pierwszej rury może być dobierana tak, aby odpowiadało to wymaganiom eksploatacji pieca. Jeśli trzeba, można dodatkowo założyć pierścieniowy kołnierz lub deflektor do pierwszej rury poniżej dolnego końca osłony, aby chłodziwo gazowe było kierowane poprzecznie względem lancy w przestrzeni gazowej nad kąpielą i zapobiec bezpośredniemu działaniu chłodziwa gazowego nad powierzchnię kąpieli. Kołnierz taki może mieć postać deflektora umocowanego do zewnętrznej powierzchni pierwszej rury poniżej końca osłony. Alternatywnie, można częściowo uszczelniać osłonę za pomocą pierścieniowego krążka przyspawanego do jej dolnego końca z wykonaniem odpowiednich wylotowych kanałów chłodziwa gazowego w krążku pierścieniowym lub osłonie, aby sterować kierunkiem i poziomem wypływu chłodziwa gazowego.

Lanca według wynalazku usuwa niektóre ograniczenia lancy typu Sirosmelt. Chłodzenie lancy chłodziwem gazowym wypływającym między osłoną i pierwszą rurą umożliwia ograniczone natężenie przepływu gazu o wartości, jaka jest potrzebna do topienia narostów w piecu zawiesinowym typu Outokumpu. Lanca o cieple przenikającym dużą powierzchnię może być stosowana w szerszym zakresie, przy czym można tolerować bardziej ekstremalne wartości temperatury pieca. Powłokę żużlową łatwiej jest utrzymywać w szerszym zakresie temperatury roboczej i natężeń gazu wtryskiwanego, przy czym minimalizuje się zużycie końcówki lancy i czas przestoju z powodu wymiany końcówki. Lanca według wynalazku może działać przy natężeniu przepływu gazu wtryskiwanego o wartości zasadniczo niższej niż ta, która jest wymagana przy lancy typu Sirosmelt.

Różne zmiany modyfikacyjne i uzupełnienia znajdują się jednak zawsze w zakresie przedmiotowym wynalazku.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Lanca do odgórnego, zanurzeniowego wtryskiwania płynu do ciekłej kąpieli pirometalurgicznej zawierającej żużel albo posiadającej warstwę żużla na swojej powierzchni, która posiada elementy do manipulowania nią w czasie pracy i mająca wydłużony kształt z górnym wlotowym końcem i dolnym wylotowym końcem, który w czasie pracy zanurzony jest w ciekłej kąpieli pirometalurgicznej, znamienna tym, że tworzy ją przynajmniej jedna pierwsza rura (28) stanowiąca kanał dla przepływu płynu pomiędzy jej górnym końcem podłączalnym do ciśnieniowego źródła płynu i dolnym końcem wylotowym, przy czym pierwsza rura (28) otoczona jest rurową osłoną (30) mającą swobodny wylot w pewnym odstępie nad końcem wylotowym pierwszej rury (28), a pierścieniowa przestrzeń (40) pomiędzy pierwszą rurą (28) i rurą osłonową (30) tworzy kanał dla przepływu, przy czym przy górnym końcu lancy usytuowany jest zaczep do współpracy z mechanizmem dźwigniowym (32) oraz wlot (36) rurowej osłony (30) podłączony do ciśnieniowego źródła gazu chłodzącego, znajdujący się w pobliżu wlotu pierwszej rury (28).
2. 2. Lanca według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwsza rura (28) ma co najmniej 2 metry długości, a zakończenie osłony (30) usytuowane jest co najmniej 300 mm powyżej dolnego końca pierwszej rury (28).
3. 3. Lanca według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwsza rura (28) ma co najmniej dwa metry długości, a dolny końcowy odcinek pierwszej rury (28) poniżej dolnego końca osłony (30) ma długość od 1/4 do 1/3 całkowitej długości lancy (14).
4. 4. Lanca według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwsza rura (28) ma średnicę zewnętrzną od 25 mm do 400 mm, przy czym pierścieniowy kanał (40) ma szerokość promieniową od

   2,5 mm do co najmniej 20 mm, natomiast pierwsza rura (28) i osłona (30) mają grubość ściany od 2 mm do co najmniej 6 mm.
5. 5. Lanca według zastrz. 4, znamienna tym, że lanca (14) ma długość od około dwóch metrów do pięciu metrów, a pierwsza rura (28) ma zewnętrzną średnicę od około 25mm do 35 mm i kanał (40) ma szerokość od około 2,5 mm do 5 mm.
6. 6. Lanca według zastrz. 4, znamienna tym, że lanca (14) ma długość od około czterech metrów do ośmiu metrów, a pierwsza rura (28) ma zewnętrzną średnicę od 35 mm do 100 mm, kanał (40) zaś ma szerokość od około 4 mm do 10 mm.
7. 7. Lanca według zastrz. 4, znamienna tym, że lanca (14) ma długość ponad ośmiu metrów, pierwsza rura (28) zaś ma średnicę ponad 100 mm i kanał (40) ma szerokość od 5 mm do co najmniej 20 mm.
8. 8. Lanca według zastrz. 1 znamienna tym, że w pierwszej rurze (28) znajduje się pręt, wzdłuż którego rozmieszczone są elementy zawirowywacza śrubowego tworzące zespół zawirowywania płynu płynącego pierwszą rurą (28).
9. 9. Lanca według zastrz. 1 znamienna tym, że w pierwszej rurze (28) usytuowana jest druga rura, a wokół niej znajdują się elementy zawirowywacza śrubowego, tworzące zespół zawirowywania płynu płynącego pierwszą rurą (28), w przestrzeni między pierwszą a drugą rurą.
10. 10. Sposób odgórnego, zanurzeniowego wtryskiwania płynu do ciekłej kąpieli pirometalurgicznej zawierającej żużel lub warstwę żużla na swojej powierzchni, przy użyciu lancy i wytwarzaniu na niej powłoki ochronnej z rozbryzgiwanego żużla, mającej pierwszą rurę doprowadzającą wtryskiwany płyn, otoczoną rurową osłoną mającą wylot powyżej dolnego końca pierwszej rury, którą to lancę zawiesza się nad kąpielą, przy czym do wlotu pierwszej rury dołącza się źródło ciśnieniowe płynu, a do wlotu rury osłonej podłącza się źródło ciśnieniowe chłodziwa gazowego płynącego w przestrzeni stanowiącej kanał pomiędzy obiema rurami, znamienny tym, że lancę (14) opuszcza się do pierwszego położenia, w którym jej dolny

    167 273 wylotowy koniec znajduje się nieco powyżej powierzchni kąpieli (18), przy czym reguluje się przepływ płynu oraz chłodziwa gazowego tak, aby zestalić rozbryzgiwany żużel na wolnym końcu pierwszej rury (28) i dolnej części rury osłonowej (30), tworząc na nich powłokę ochronną, po czym lancę (14) obniża się do drugiego położenia, przy którym wylotowy koniec pierwszej rury (28) wprowadzony jest do kąpieli (18), a wylot rury osłonowej (30) znajduje się w pewnym odstępie od powierzchni żużla znajdującego się na powierzchni kąpieli, przy czym reguluje się natężenie przepływu chłodziwa gazowego obniżając temperaturę wprowadzanego płynu i kąpieli otaczającej zanurzony odcinek lancy (14).