PL211424B1 - Piec szybowy do wytapiania żeliwa oraz zastosowanie materiału nawęglającego w takim piecu szybowym - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211424 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 383119 ^{(51) Int.Cl.}

F27B 1/16 (2006.01) C21C 1/08 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 13.08.2007

Piec szybowy do wytapiania żeliwa oraz zastosowanie materiału nawęglającego w takim piecu szybowym

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.02.2009 BUP 04/09	(73) Uprawniony z patentu: PRZEDSIĘBIORSTWO BADAWCZOPRODUKCYJNE CARBON SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚ CIĄ , Katowice, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.05.2012 WUP 05/12	(72) Twórca(y) wynalazku: JAN DZIEŻA, Bytom, PL MAREK DZIEŻA, Bytom, PL ANDRZEJ TOMCZYŃSKI, Blachownia, PL
	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Szymon Łukaszyk

PL 211 424 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest piec szybowy do wytapiania żeliwa, mający szyb w postaci pionowego kanału, w którego górnej części znajduje się okno wsadowe a w dolnej części znajdują się okna spustowe dla żużla oraz żeliwa, zaś w ścianie pieca osadzona jest co najmniej jedna dysza doprowadzająca mieszaninę powietrza i materiału nawęglającego. Przedmiotem wynalazku jest także zastosowanie materiału nawęglającego w takim piecu szybowym.

Powszechnie znane jest wprowadzanie różnego rodzaju dodatków do pieców szybowych w strumieniu powietrza do spalania, wtł aczanego poprzez dysze zainstalowane w ś cianie szybu pieca, na przykład w celu zwiększenia efektywności energetycznej pieca czy polepszenia parametrów wytapianego stopu. Aby taki proces wprowadzania dodatkowych materiałów mógł być prowadzony w sposób niezawodny, niezbędne jest dostarczenie dyszy o odpowiedniej konstrukcji, w szczególności dostosowanej do fizyko-chemicznych właściwości dodawanych materiałów.

Ze stanu techniki znanych jest wiele różnego rodzaju konstrukcji takich dysz, których przykłady ujawniono na przykład w zgłoszeniach EP 1020696, EP 0618419, PL 157931 czy JP 2298717.

Chociaż powyższe rozwiązania spełniają swoje zadanie, to ciągle istnieje potrzeba dostarczania nowych rozwiązań pieców i dysz, które w szczególności pozwolą na wprowadzanie do pieców, zwłaszcza do pieców żeliwiakowych, dodatków umożliwiających między innymi kontrolowanie procesu nawęglania otrzymywanych wytopów.

Dlatego celem wynalazku jest dostarczenie pieca szybowego zawierającego dysze umożliwiające dostarczanie do niego strumienia powietrza do spalania wraz z drobnoziarnistym materiałem dodatkowym. W szczególności, celem wynalazku jest dostarczenie dyszy przystosowanej do zasilania pieca żeliwiakowego w powietrze do spalania przenoszące drobnoziarnisty materiał nawęglający, a także sam materiał nawęglający, którego parametry fizykochemiczne są dopasowane do konstrukcji takiej dyszy.

Istotą wynalazku jest piec szybowy, w którego ścianie osadzona jest co najmniej jedna dysza doprowadzająca mieszaninę powietrza i materiału nawęglającego, który według wynalazku charakteryzuje się tym, że dysza zawiera korpus składający się z komory mieszania oraz końcówki wylotowej, przy czym wewnątrz korpusu znajduje się dysza wewnętrzna, której wylot uchodzi bezpośrednio do komory mieszania, oraz przewód doprowadzający materiał nawęglający połączony z rzeczoną komorą mieszania pod kątem względem osi wzdłużnej komory mieszania.

Korzystne jest, aby kąt nachylenia przewodu doprowadzającego materiał nawęglający względem osi wzdłużnej komory mieszania zawierał się w przedziale od 20 do 50°.

Nachylenie przewodu doprowadzającego materiał nawęglający pod takim kątem gwarantuje zarówno uniknięcie ewentualnego zatkania dyszy cząsteczkami materiału nawęglającego, jak i wydmuchowi powietrza z wylotu dyszy wewnętrznej do przewodu doprowadzającego materiał nawęglający.

Korzystne jest także, aby korpus miał przekrój cylindryczny a dysza wewnętrzna była względem niego umieszczona współosiowo.

Korzystne jest również, aby stosunek średnicy wewnętrznej przewodu doprowadzającego materiał nawęglający do maksymalnej średnicy ziarna materiału nawęglającego wynosił od 10 do 20.

Termin „maksymalna średnica ziarna materiału nawęglającego należy według wynalazku rozumieć jako średnicę oczka sita przesiewowego, służącego do uzyskania materiału nawęglającego cechującego się odpowiednią drobnoziarnistością. Dlatego też w praktyce możliwe jest występowanie w materiale nawęglającym ziaren o średnicy przekraczającej tak zdefiniowaną maksymalną średnicę ziarna.

W takim przypadku korzystne jest, aby ś rednica wewnę trzna przewodu doprowadzaj ą cego materiał nawęglający była mniejsza lub równa 60 mm.

Średnica wewnętrzna przewodu doprowadzającego materiał nawęglający jest korzystnie zasadniczo równa średnicy wewnętrznej końcówki wylotowej.

Korzystne jest ponadto, aby stosunek średnicy wewnętrznej komory mieszania do maksymalnej średnicy ziarna materiału nawęglającego wynosił od 35 do 50, zaś stosunek długości komory mieszania do jej średnicy zawierał się w przedziale od 1,5 do 2.

W takim przypadku korzystne jest, aby ś rednica wewnę trzna komory mieszania był a mniejsza lub równa 150 mm, zaś długość komory mieszania była mniejsza lub równa 300 mm.

PL 211 424 B1

Wynalazcy nieoczekiwanie odkryli, iż dzięki takiemu doborowi wymiarów komory mieszania następuje bardzo dobre rozproszenie ziaren materiału nawęglającego w strumieniu powietrza do spalania, dopływającego dyszą wewnętrzną.

Istotą wynalazku jest także zastosowanie materiału nawęglającego zawierającego węgiel w ilości od 85 do 99% wagowych, o maksymalnej średnicy ziarna do 3 mm i wilgotności do 3%, do wytapiania żeliwa w takim piecu szybowym.

Przy takiej ziarnistości i wilgotności materiału nawęglającego nie zachodzi zjawisko osadzania się jego drobin w dyszy, a zwłaszcza w komorze mieszania.

W takim zastosowaniu szczególnie korzystne jest, aby maksymalna średnica ziarna materiał u nawęglającego wynosiła do 1,5 mm, a wilgotność materiału nawęglającego wynosiła do 1,5%.

Materiał nawęglający w zastosowaniu według wynalazku ma korzystnie postać koksiku, antracytu, grafitu lub ich mieszaniny.

Wynalazek zaprezentowano w korzystnych przykładach wykonania na rysunku, na którym odpowiednie figury przedstawiają:

fig. 1 ogólny schemat przykładowego pieca szybowego, według wynalazku, w przekroju wzdłużnym, a fig. 2 - przekrój wzdłużny przykładowej dyszy pieca szybowego według wynalazku.

Na rysunku fig. 1 przedstawiono widok pieca szybowego 1, który w tym przykładzie wykonania jest piecem przeznaczonym do wytopu żeliwa (tzw. żeliwiakiem). Komora spalania 2 tego pieca ma kształt rozszerzającego się ku dołowi pionowego walca, którego ścianki wykonane są na przykład z blachy stalowej pokrytej od wewną trz materiał em ogniotrwał ym. W górnej części szybu komory spalania 2 znajduje się okno wsadowe 3, poprzez które, korzystnie w postaci naboi, dostarczane są metale przeznaczone do topienia na przemian z koksem i topnikiem.

W dolnej części komory 2 znajduje się zestaw sześ ciu dysz 4 zainstalowanych! w ś cianach pieca 1, doprowadzających do jego wnętrza dmuch w postaci mieszaniny powietrza do spalania oraz materiału nawęglającego (nawęglacza). Natomiast w dennej części komory 2 znajduje się kanał spustowy 5 dla gromadzącego się na trzonie pieca żeliwa oraz żużla. Wewnętrzna średnica D komory spalania przedstawionego żeliwiaka na wysokości dysz wynosi 700 mm. Należy przy tym wspomnieć, że wynalazek dotyczy pieców o dowolnej wielkości, a w szczególności innych pieców o typowych średnicach wynoszących na przykład 900 bądź 1200 mm.

Dysze 4 posiadają dwa wloty, przy czym do jednego z nich dołączona jest instalacja doprowadzająca poprzez przewód 6 powietrze do spalania pod ciśnieniem, zaś do drugiego dołączona jest instalacja doprowadzająca poprzez przewód 7 nawęglacz z zasobnika 72. Na obu przewodach doprowadzających 6 i 7 zainstalowane są odcinające zawory kulowe 61 i 71.

Na rysunku fig. 2 przestawiono szczegóły budowy dyszy 4 według wynalazku, dla pieca o konstrukcji przedstawionej na rysunku fig. 1. Dysza ta składa się z korpusu 41, dyszy wewnętrznej 42 oraz przewodu 43 doprowadzającego nawęglacz. Korpus 41 zawiera ustawione względem siebie współosiowo walcowatą komorę mieszania 411 oraz walcowatą końcówkę wylotową 412, wyprowadzającą mieszaninę powietrza i nawęglacza do wnętrza komory spalania 2 pieca 1. Wewnątrz korpusu 41, współliniowo do jego osi wzdłużnej, znajduje się okrągła dysza wewnętrzna 42, posiadająca zwężający się stożkowo wylot 421 uchodzący do komory mieszania 411. Do bocznej powierzchni komory mieszania 411 dołączony jest od góry okrągły przewód 43, przez który dostarczany jest nawęglacz.

Przewód ten jest podłączony pod kątem 0 (wynoszącym w tym przykładzie wykonania dyszy 35°) względem osi wzdłużnej komory mieszania 411.

W przedstawionym przykładzie wykonania średnica wewnętrzna D3 dyszy wewnętrznej 42, średnica wewnętrzna D4 przewodu 43 oraz średnica wewnętrzna D2 końcówki wylotowej 412 są takie same i wynoszą po 16 mm. Długość komory mieszania L1 wynosi 97 mm a jej średnica D1 wynosi 57 mm. Średnica d3 wylotu dyszy 421 wewnętrznej 42 wynosi w tym przypadku 12 mm.

Wynalazek nie jest oczywiście ograniczony do podanych w przykładzie wymiarów. W zależności od warunków zainstalowania dysz (wielkości pieca, wymaganej skuteczności nawęglania, itp.) poszczególne wymiary mogą się znacznie różnić, przy czym w każdym przypadku ich wartości będą oczywiście zależały od maksymalnej średnicy ziarna nawęglacza podawanego przewodem 43.

Dysza według przedstawionego przykładu wykonania jest szczególnie odpowiednia do dostarczania nawęglacza o maksymalnej średnicy ziarna wynoszącej około 1,5 mm. Ponadto, w przedstawionym przykładzie wykonania średnica D1 komory mieszania jest około 38 razy większa od maksymalnej średnicy ziarna nawęglacza, a stosunek długości komory mieszania L1 do jej średnicy wewnętrznej D1 wynosi około 1,7.

PL 211 424 B1

W przypadku wykorzystywania nawęglacza o innej maksymalnej średnicy ziarna, w szczególności o większej średnicy, dysza według wynalazku musi zostać przeprojektowana z uwzględnieniem warunku, aby średnice wewnętrzne D2 oraz D4 były zasadniczo jednakowe i wynosiły od 10 do 20 krotności maksymalnej średnicy ziarna nawęglacza. Ponadto, w zależności od wielkości ziaren nawęglacza należy odpowiednio dobrać wymiary komory mieszania, korzystnie tak, aby jej średnica D1 była od 35 do 50 razy większa od maksymalnej średnicy ziarna nawęglacza, a jednocześnie aby stosunek długości komory mieszania L1 do jej średnicy wewnętrznej D1 zawierał się w przedziale od 1,5 do 2.

Aby nie następowało zablokowanie dyszy według wynalazku, niezbędne jest wykorzystanie nawęglacza o odpowiednich parametrach fizykochemicznych, w szczególności o odpowiednim uziarnieniu i wilgotności. Tylko zapewnienie odpowiedniej maksymalnej średnicy ziarna nawęglacza oraz odpowiednio niskiej jego wilgotności sprawi, że nie dojdzie do zaczopowania dyszy, zaś odpowiednio wysoki poziom węgla uczyni proces nawęglania efektywnym. Według wynalazku nawęglacz może mieć korzystnie postać koksiku, antracytu lub grafitu o maksymalnej średnicy ziarna do 3 mm i odpowiednio niskiej zawartości części lotnych, korzystnie nie przekraczającej 3%.

Przykładowe korzystne postacie nawęglacza według wynalazku są następujące:

Materiał nawęglający nr 1

Koksik o zawartości węgla wynoszącej 88% wagowych, maksymalnej średnicy ziarna wynoszącej 1,5 mm, wilgotności wynoszącej 1,0% i zawartości części lotnych wynoszącej 1,0% wagowych.

Materiał nawęglający nr 2

Antracyt o zawartości węgla wynoszącej 90% wagowych, maksymalnej średnicy ziarna wynoszącej 1,0 mm, wilgotności wynoszącej 1,5% i zawartości części lotnych wynoszącej 3,0% wagowych.

Należy przy tym zauważyć, że przedstawione przykłady nie ograniczają zakresu wynalazku odnośnie składu mieszaniny określonego w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Piec szybowy do wytapiania żeliwa, mający szyb w postaci pionowego kanału, w którego górnej części znajduje się okno wsadowe a w dolnej części znajdują się okna spustowe dla żużla oraz żeliwa, zaś w ścianie pieca osadzona jest co najmniej jedna dysza doprowadzająca mieszaninę powietrza i materiału nawęglającego, znamienny tym, że dysza (4) zawiera korpus (41) składający się z komory mieszania (411) oraz końcówki wylotowej (412), przy czym wewnątrz korpusu (41) znajduje się dysza wewnętrzna (42), której wylot (421) uchodzi bezpośrednio do komory mieszania (411), oraz przewód (43) doprowadzający materiał nawęglający połączony z rzeczoną komorą mieszania (411) pod kątem (0) względem osi wzdłużnej komory mieszania (411).
2. 2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt (0) nachylenia przewodu (43) doprowadzającego materiał nawęglający względem osi wzdłużnej komory mieszania (411) zawiera się w przedziale od 20 do 50°.
3. 3. Piec według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że korpus (41) ma przekrój cylindryczny a dysza wewnętrzna (42) jest względem niego umieszczona współosiowo.
4. 4. Piec według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że stosunek średnicy wewnętrznej (D4) przewodu (43) doprowadzającego materiał nawęglający do maksymalnej średnicy ziarna materiału nawęglającego wynosi od 10 do 20.
5. 5. Piec według zastrz. 4, znamienny tym, że średnica wewnętrzna (D4) przewodu (43) doprowadzającego materiał nawęglający jest mniejsza lub równa 60 mm.
6. 6. Piec według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że średnica wewnętrzna (D4) przewodu (43) doprowadzającego materiał nawęglający jest zasadniczo równa średnicy wewnętrznej (D2) końcówki wylotowej (412).
7. 7. Piec według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, znamienny tym, że stosunek średnicy wewnętrznej (D1) komory mieszania (411) do maksymalnej średnicy ziarna materiału nawęglającego wynosi od 35 do 50, zaś stosunek długości (L1) komory mieszania (411) do jej średnicy (D1) zawiera się w przedziale od 1,5 do 2.
8. 8. Piec według zastrz. 7, znamienny tym, że średnica wewnętrzna (D1) komory mieszania (411) jest mniejsza lub równa 150 mm, zaś długość (L1) komory mieszania (411) jest mniejsza lub równa 300 mm.

   PL 211 424 B1
9. 9. Zastosowanie materiał u nawę glającego zawierają cego wę giel w iloś ci od 85 do 99% wagowych, o maksymalnej średnicy ziarna do 3 mm i wilgotności do 3%, do wytapiania żeliwa w piecu szybowym zdefiniowanym w dowolnym zastrz. od 1 do 8.
10. 10. Zastosowanie według zastrz. 9, znamienne tym, że maksymalna średnica ziarna materiału nawęglającego wynosi do 1,5 mm, a jego wilgotność wynosi do 1,5%.
11. 11. Zastosowanie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że materiał nawęglający ma postać koksiku, antracytu, grafitu lub ich mieszaniny.