Pierwszenstwo: 15.111.1963 Wlochy Opublikowano: 25.IV.1968 55307 KI. 31 a1, 1/04 MKP F 27 b UKD il&i Wspóltwórcy wynalazku Dalrnine S.p.A., Milano (Wlochy), Adriano i Carli, Genova (Wlochy), Walter P. Kollakow- wlasciciele patentu ski, Bergamo (Wlochy) Piec szybowy do otrzymywania metali z rud oraz do przetapiania tych metali dla celów odlewniczych i dalszej ich obróbki Przedmiotem wynalazku jest piec szybowy slu¬ zacy do otrzymywania metali z rud metoda ognio¬ wa, przetapiania tych metali dla celów odlewni¬ czych oraz dalszej ich obróbki.Znane sa piece do topienia metali i zlomu me¬ talowego, jak równiez do prowadzenia redukcji tlenków metali, niezaleznie od tego czy tlenki te • powstaja w czasie topienia, czy tez zostaja wprowadzone wraz ze wsadem, w których to pie¬ cach nie stosuje sie koksu odlewniczego, uzywa¬ nego w innych znanych piecach metalurgicznych, jak na przyklad zeliwiakach, wielkich piecach lub elektrycznych piecach redukcyjnych. W tych pierwszych piecach stosuje sie inne rodzaje pali¬ wa, zamiast koksu, dajaca cieplo potrzebne w pro¬ cesach redukcji, jak równiez rózne substancje za¬ wierajace wegiel potrzebny w chemicznych proce¬ sach redukcji tlenków oraz w celu naweglenia cieklego metalu.Do takich pieców nalezy znany piec szybowy, do którego od góry doprowadza sie wsad majacy ulec przetopieniu lub redukcji podczas gdy pal¬ niki dostarczajace cieplo potrzebne do prowadzenia procesu metalurgicznego usytuowane sa w dolnej czesci szybu pieca, zas w najnizszej czesci pieca znajduje sie kotlina, w której gromadzi sie stopio¬ ny metal. Substancje zawierajace wegiel i sluza¬ ce do wywolania reakcji chemicznych w meta¬ lu, doprowadza sie w sposób wymuszony bezpo¬ srednio do cieklej kapieli metalowej znajdujacej 15 20 25 30 sie w kotlinie, za pomoca urzadzen podajacych, umieszczonych w scianach kotliny.W znanych piecach szybowych tego typu stoso¬ wano tylko jedna kotline znajdujaca sie pod szy¬ bem pieca.Wady tych pieców i niedogodnosci wynikajace z ich stosowania polegaly na tym, ze pojedyncza kotlina musiala miec znaczna glebokosc w celu uzyskania odpowiednio duzej przestrzeni dla gro¬ madzenia cieklego metalu, co z kolei powodowalo nieunikniona koniecznosc obnizenia dna kotliny w stosunku do palników grzewczych. W zwiazku z tym nastepowalo oddalanie sie dna kotliny od zródla ciepla i wynikajaca z tego mozliwosc obni¬ zenia temperatury metalu lub nawet jego za¬ krzepniecia w dolnej czesci kotliny.Ponadto w piecach z pojedyncza kotlina wyste¬ puja znaczne wahania poziomu cieklego metalu w kotlinie, spowodowane okresowym jego spusz¬ czaniem. Przyczynia sie to do nieregularnej pracy pieca stwarza mozliwosc odsloniecia wylotów urza¬ dzen doprowadzajacych substancje zawierajaca wegiel i, co za tym idzie, poddanie tej substancji utleniajacemu i rozpuszczajacemu dzialaniu pal¬ ników.Równiez sklad chemiczny metalu w poszcze¬ gólnych czesciach kotliny jest rózny, gdyz metal ten jest silniej naweglany w dolnej czesci kotliny niz w górnej, a podczas spustu w dolnej czesci kotliny moze nastepowac odtlenianie i redukcja co 5530755307 z kolei przyczynia sie do pogorszenia jakosci me¬ talu.Ograniczona pojemnosc kotliny pociaga za soba koniecznosc dokonywania czestych spustów, co w duzej mierze utrudnia obsluge pieca. Znaczny przyrost poziomu metalu w kotlinie, pomiedzy ko¬ lejnymi spustami, pociaga za soba równiez po¬ wazne niedogodnosci. Jesli poziom ten podniesie sie az do wysokosci palników, moze nastapic opóz¬ nienie spustu lub nagle i niespodziewane zwiek¬ szenie intensywnosci topienia.Ilosc metalu zgromadzonego w kotlinie i zlewa¬ nego przy kazdym spuscie jest nieznana i dlatego nie daje sie dowolnie ustalac.W zwiazku z istnieniem wymienionych wad i niedogodnosci, postawiono sobie za zadanie do- prow^disc ¦" do ich wyeliminowania lub przynaj¬ mniej czesciowego zlikwidowania.W tym celu skonstruowano piec szybowy wedlug wynalazku, odpowiadajacy postawionemu zadaniu.Piec szybowy wedlug wynalazku rózni sie od do¬ tychczas znanych pieców tego typu przede wszyst¬ kim tym, ze posiada podwójna kotline, podwójne urzadzenie doprowadzajace substancje zawierajaca wegiel oraz jest wyposazony w wysokowydajne palniki o duzej mocy cieplnej.Doswiadczenia uzyskane w wyniku licznych i dokladnych badan wykazaly, ze w piecach szy¬ bowych omawianego* typu, konieczne jest stosowa¬ nie podwójnej kotliny, to jest kotliny i zbiornika lub tez odpowiednio pierwszej i drugiej kotliny, podobnie, jak to ma miejsce w niektórych typach znanych zeliwiaków. Zastosowanie podwójnej ko¬ tliny stanowi jednak absolutna nowosc w dziedzi¬ nie pieców redukcyjnych. Zasadnicza róznica po¬ miedzy wspomnianymi zeliwiakami, a piecem szy¬ bowym wedlug wynalazku polega na tym, ze obie kotliny pieca wedlug wynalazku sa kotlinami czynnymi, to znaczy w obu tych kotlinach prze¬ biegaja procesy metalurgiczno-chemiczne oraz pro¬ cesy cieplne, dajace cieplo potrzebne dla proce¬ sów metalurgicznych oraz dla osiagniecia pozada¬ nej temperatury spustu i temperatury zalewania.W piecu wedlug wynalazku, majacym podwójna kotline, w przeciwienstwie do znanych pieców szy¬ bowych, poziom cieklego metalu pozostaje zawsze ten sam dzieki czemu praca pieca jest lepsza i bar¬ dziej regularna, a ponadto nie wystepuja niebez¬ pieczenstwa uszkodzenia palników i urzadzen do¬ prowadzajacych substancje redukujace. Sklad spuszczanego metalu jest bardziej jednorodny, latwiejsze jest regulowanie skladu chemicznego stopu i spust metalu moze sie odbywac przy wiek¬ szej swobodzie wyboru czasu spustu, jak i jego wielkosci.Urzadzenie doprowadzajace substancje reaguja¬ ce z kapiela metalowa jest umieszczone zarówno w pierwszej, jak i w drugiej kotlinie wzglednie w zbiorniku. Takie rozwiazanie umozliwia Jepsze kierowanie reakcjami metalurgicznymi i lepsza kon¬ trole stppnia naweglania, a poza tym zabezpiecza przed wprowadzeniem do pierwszej kotliny nad¬ miaru wegla. Przy ewentualnym niedoborze wegla, moze on byc uzupelniony dodaniem wegla do dru¬ giej kotliny. Ponadto mozliwe jest latwe i kon- 10 30 trolowane dodawanie do przetapianego metalu ostatecznego zmieniacza i srodków wiazacych.Oba urzadzenia, doprowadzajace substancje reakcyjne sa usytuowane ponizej poziomu kapieli metalowej, a najkorzystniej w dnie kazdej z kotlin tak, aby w kazdej chwili mozliwe bylo doprowa¬ dzenie tych substancji do cieklego metalu.Dzialanie pierwszego urzadzenia doprowadzaja¬ cego ma, w przewazajacej mierze, charakter che¬ miczny i umozliwia redukcje tlenków w momencie, gdy tylko znajda sie one w stanie cieklym, to zna¬ czy w strefie najwyzszych temperatur. Dzieki te¬ mu, nawet minimalna ilosc tlenków nie moze po¬ zostac w kotlinie i dlatego tez nie wystepuje do¬ brze znane i bardzo niebezpieczne zjawisko niszczacego dzialania tlenków na ogniotrwale wy¬ lozenie kotliny.Drugie urzadzenie doprowadzajace, umieszczone w sposób podobny, jak pierwsze w drugiej kotli¬ nie, spelnia zasadniczo funkcje naweglania kapieli metalowej i regulowania jej skladu chemicznego na drodze obróbki metalurgicznej.Kazde ze wspomnianych wyzej urzadzen dopro¬ wadzajacych moze byc zaprojektowane i wykona¬ ne nie tylko, jako pojedyncze urzadzenie ale rów¬ niez, gdy piec jest bardzo duzy, jako zespól takich urzadzen.Urzadzenie doprowadzajace, zastosowane w pie¬ cu wedlug wynalazku posiada dysze wytlaczajaca, której otwór znajduje sie ponizej lustra cieklego metalu oraz wyposazone jest w element tloczacy, na przyklad w postaci slimaka, zapewniajacy ciagle zasilanie.Badania przeprowadzone na szeregu doswiad- oc czalnych palników o róznej konstrukcji daly moz- 35 nosc stwierdzenia wyzszosci ukladu kilku palni¬ ków o duzej mocy cieplnej nad poprzednio stoso¬ wanym ukladem wielu mniejszych palników, umieszczonych na niewielkiej wypuklosci. 40 Zastosowany w piecu wedlug wynalazku uklad palników, przystosowany do kazdego z zadanych rodzajów paliwa, posiada taka sama ilosc komór spalania jak i palników, to znaczy na kazdy pal¬ nik przypada jedna komora spalania. Palniki sa 45 odpowiednio uksztaltowane dla uzyskania maksy¬ malnej wydajnosci cieplnej i umieszczone sa w zewnetrznej, metalowej obudowie pieca.Wspomniane komory spalania palników sa przy¬ stosowane do uzyskania wysokiej temperatury 50 i intensywnego spalania, co jest wymagane dla zapewnienia odpowiedniej ilosci ciepla dla pro¬ cesów metalurgicznych i zadanego wzrostu tem¬ peratury przy spuscie.Rozmieszczenie urzadzen doprowadzajacych sub- 55 stancje reakcyjne w obu kotlinach stwarza ko¬ niecznosc zastosowania odpowiednich palników do¬ datkowych. Palniki te, jeden lub wiecej w zalez¬ nosci od rozmiarów pieca zasadniczo stosowane w drugiej kotlinie, pozwalaja na utrzymanie w 60 niej stalej, najkorzystniejszej dla danego procesu temperatury oraz na jej regulacje. Umozliwiaja one równiez staly przeplyw metalu z pierwszej kotliny do drugiej.Dodatkowe ogrzewanie moze byc regulowane 65 niezaleznie od ogrzewania glównego, odpowiednio55307 6 do intensywnosci przebiegu procesu odtleniania i naweglania metalu w drugiej kotlinie, jak rów¬ niez odpowiednio do temperatury koncowej, przy której ma nastapic spust. Jest zrozumiale, ze tem¬ peratura ta bedzie zupelnie inna przy spuscie ze¬ liwa, zawierajacego duzo wegla, niz przy spuscie stopu o raczej niskiej zawartosci tego skladnika (okolo 1%).Wspomniana niezaleznosc regulacji intensyw¬ nosci przebiegu spalania jest niezbedna przy wy¬ twarzaniu w piecu stopów o róznej zawartosci we¬ gla, czemu, jak wiadomo, odpowiadaja rózne tem¬ peratury topnienia.Doswiadczenia prowadzone na skale pólprzemy- slowa umozliwily wybór i ustalenie najbardziej korzystnych wymiarów wzglednych poszczegól¬ nych czesci pieca wedlug wynalazku. Na podsta¬ wie tych doswiadczen stwierdzono, ze stosunek srednicy kotliny do wysokosci szybu pieca, mierzo¬ nej od plaszczyzny osadzenia palników do otworu wsadowego, powinien wynosic od 1:2 do 1:6. Poza tym srednica otworu wsadowego powinna sie wa¬ hac w granicach od 0,6 do 1 srednicy kotliny, a dolna czesc szybu, wylozona materialem ognio¬ trwalym, powinna miec wysokosc równa 1 do 1/3 srednicy szybu.Nad otworem wsadowym znajduje sie rozbiezna ku górze, lejkowata czesc wlotowa ulatwiajaca wprowadzenie wsadu do pieca. W celu ulatwienia opadania wsadu w dól, szyb pieca rozszerza sie ku dolowi. Czesc górna szybu moze byc wykonana z blachy, bez wykladziny ogniotrwalej, jednak z zastosowaniem chlodzenia za pomoca natrysku wodnego lub innego ukladu chlodzenia o zamknie¬ tym obiegu. Ponizej tej metalowej czesci szybu znajduje sie dalsza, cylindryczna lub stozkowa czesc wylozona materialem ogniotrwalym stano¬ wiaca dolne zakonczenie szybu i laczaca sie z ko¬ mora spalania palnika oraz polozona nizej kotli¬ na.Dla lepszego wyjasnienia istoty wynalazku, ty¬ tulem przykladu, przedstawiono na zalaczonym ry¬ sunku jedna z postaci wykonania pieca wedlug wynalazku. Na rysunku tym fig. 1 przedstawia piec wedlug wynalazku w przekroju pionowym; fig. 2 — ten sam piec w rzucie poziomym, bez uwidocznienia urzadzen pomocniczych i osprzetu takich, jak urzadzenia zaladowczego do wsadu, przenosnika podajacego substancje reakcyjne do urzadzenia doprowadzajacego, przedstawionego na rysunku jedynie schematycznie, palników, ukladu zasilania paliwem i innych zespolów, nie objetych niniejszym wynalazkiem, a fig. 3 i 4 — urzadzenie doprowadzajace substancje reakcyjne do pieca wedlug wynalazku, przedstawione w przekrojach pionowych.Ladowanie wsadu do pieca wedlug wynalazku, przedstawionego na fig. 1 i 2 jest dokonywane, za pomoca znanych urzadzen zaladowczych, poprzez lejkowate rozszerzenie 2 otworu wsadowego, ulat¬ wiajace zaladunek oznaczony symbolicznie strzal¬ ka A.Gazy odlotowe z pieca sa odprowadzane przez ten sam otwór wsadowy do atmosfery, a w celu ulatwienia odprowadzenia gazowych produktów spalania na zewnatrz, nad otworem wsadowym pieca moze byc umieszczony komin lub wyciag.Materialy wsadowe opadajac w kierunku kotli¬ ny pieca napotykaja na strumien goracych gazów 5 i przechodza, przy wciaz wzrastajacej tempera¬ turze, przez metalowa czesc 1 szybu do czesci 10, majacej wykladzine ogniotrwala 3, gdzie zostaja rozzarzone, a nastepnie stopione w kotlinie 4 dzie¬ ki dzialaniu palników 5. 10 W urzadzeniach B doprowadzajacych substancje reakcyjne do kotlin i majacych, korzystnie, postac przedstawiona na fig. 3 i 4, elementem tloczacym te substancje jest slimak 20 o osi pionowej, jak to pokazuje fig. 3 lub slimak 2Qa o osi poziomej lub 15 lekko nachylonej do poziomu, jak pokazano na fig. 4.W urzadzeniu, pokazanym na fig. 3, walek na¬ pedowy 10 jest napedzany, za posrednictwem prze¬ kladni redukcyjnej, przez silnik, a z drugiej stro- 20 ny jest polaczony poprzez zebate kolo stozkowe 12 z drugim stozkowym kolem zebatym 14, osa¬ dzonym na walku 16, ulozyskowanym w obudowie 18, w której równiez ulozyskowany jest walek 10.Walek 16 moze miec polozenie albo pionowe, albo 23 poziome albo tez moze byc nachylony pod katem i jest polaczony ze slimakiem 20 umieszczonym w tulei 22, na której dolnym koncu znajduje sie kolnierz 24 polaczony z obudowa 18. Tuleja 22 po¬ siada z jednej strony zwezajacy sie stozkowo ele- 3i ment 26 laczacy sie z jej wnetrzem.Przekrój poprzeczny elementu stozkowego 26 zwieksza sie w kierunku jego wylotu, to jest w kierunku tulei 22, a wlot tego elementu laczy sie z niepokazanym na rysunku lejem zasypowym 35 dla substancji reakcyjnych majacych postac roz¬ drobniona o wielkosci ziarna od 0 do 20 mm. Tu¬ leja 22 przeciwnym koncem laczy sie z druga tu¬ leja 28 zakonczona kolnierzem 30 polaczonym z kolei z obudowa K kotliny. 40 Kolnierz 30 przytrzymuje plytke 32 z otworem 34, wykonana z odpowiedniego materialu ognio¬ trwalego i stanowiaca dysze wytlaczajaca, przy czym wspomniany otwór 34 laczy sie z kotlina pieca, najkorzystniej w jej dnie. 45 Tuleje 22 i 28 sa polaczone ze soba, jak to po¬ kazano na fig. 3, za pomoca srub 36. Zewnetrzne rowki srubowe, wykonane na tulejach 22 i 28 wraz z przewodami 42 i 44, tworza uklad obiegu czyn¬ nika chlodzacego. 50 W przykladzie wykonania urzadzenia doprowa¬ dzajacego substancje reakcyjne, pokazanym na fig. 4, gdzie glówna os X-X urzadzenia jest pozio¬ ma lub lekko nachylona do poziomu, tuleja 28a polaczona jest z kolnierzem 30a za pomoca wygie- 55 tego przewodu 62.Przekrój poprzeczny przewodu 62, przez który przechodzi substancja reakcyjna w kierunku kotli¬ ny, rozszerza sie stopniowo ku otworowi wloto¬ wemu kotliny, przy czym rozbieznosc te ustala sie 60 doswiadczalnie i jest ona zalezna od promienia wygiecia przewodu, jego dlugosci i fizycznych wlasciwosti substancji przechodzacych przez ten przewód. Zbieznosc przewodu 62 powinna wyno¬ sic od 1 : 10 do 1 : 30. Zbieznosc taka zapewnia wlas- 65 ciwe warunki sprasowania i zageszczenia materialu55307 8 ziarnistego przechodzacego przez przewód 62, jak równiez zabezpiecza przed zatkaniem, zakleszcze¬ niem sie materialu i tym podobnymi zjawiskami.Prostota i praktycznosc ukladu regulujacego szybkosc podawania substancji reakcyjnych polega 5 na zastosowaniu odpowiedniego urzadzenia dozu¬ jacego 50, umozliwiajacego dowolne zmienianie ilosci substancji, wprowadzanej do urzadzenia wy¬ tlaczajacego.Rozdrobniona substancja reakcyjna doprowa- 10 dzana z leja zsypowego dostaje sie poprzez stoz¬ kowata rure 26* do komory, w której znajduje sie slimak 20*, gdzie ulega stopniowo zgnieceniu przyjmujac przy wylocie 34* postac sprasowanego bloku. Blok ten zostaje nastepnie wprowadzony 15 do cieklej kapieli metalowej.Opisane urzadzenie doprowadzajace do kotlin substancje reakcyjna umozliwia uzyskanie do¬ kladnego kontaktu tej substancji z cala masa cieklego metalu poddawanego obróbce, dzieki cze- 20 mu procesy metalurgiczne przebiegaja regularnie i równomiernie w calej kapieli metalowej.Urzadzenia doprowadzajace R, jak to schema¬ tycznie pokazano na fig. 1 i 2, sa zasilane z urza¬ dzen oznaczonych strzalka B i zapewniaja stala 25 obecnosc substancji reakcyjnej na dnie kotliny oraz, na skutek chemicznych reakcji tych sub¬ stancji z tlenkami i cieklym metalem, ulatwiaja calkowite stopienie metalu, odtlenienie i redukcje.Ciekly metal po stopieniu przeplywa z pierwszej 30 kotliny 4 do drugiej 11 gdzie jego temperatura dalej wzrasta, jesli to jest konieczne, i otrzymuje dalsze dawki wegla, podawanego przez polaczone z ta kotlina urzadzenie doprowadzajace. Nastepuje wtedy calkowite odtlenienie, jesli proces ten nie 35 zostal zakonczony w pierwszej kotlinie, co jedno¬ czesnie pozwala na regulowanie zawartosci wegla az do otrzymania zadanej zawartosci ostatecznej tego skladnika.Gdy w drugiej kotlinie nagromadzi sie wystar¬ czajaca ilosc metalu, nastepuje spust, prowadzony w znany sposób przez otwór spustowy 8, przy czym zuzel usuwany jest przez górny otwór 7.Caly piec wedlug wynalazku jest otoczony 45 plaszczem metalowym, chlodzonym na odcinkach wysokich temperatur woda sposobem powszechnie znanym.Gdy urzadzenia doprowadzajace substancje reak¬ cyjne maja postac taka, jak pokazano na fig. 3 5Q i 4, to tuleje 22 lub 22a moga byc wyposazone w jeden lub wiecej lejów zsypowych 26 lub 26a, sluzacych do jednoczesnego lub przemiennego za¬ silania slimaka 20 lub 20a, jedna substancja sproszkowana lub kilkoma róznymi rodzajami ta¬ kich substancji. Slimak 20 lub 20* moze równiez posiadac zmienny \skok i/lub zmienna glebokosc zwojów odpowiednio do warunków jego uzytko¬ wania i wlasciwosci stosowanego materialu sprosz¬ kowanego.Wracajac ponownie do fig. 4, nalezy jeszcze za¬ uwazyc, ze lej zsypowy 26* moze byc polaczony z rynna 50, wyposazona w wibrator P. W celu uniemozliwienia zatykania sie slimaka 20 lub 20* sprasowanym materialem, w zwojach slimaka wy- 65 40 konane sa otwory 56, przez które moga przecho¬ dzic prety 54 osadzone w tulejach 22a i 28a.Tuleja 28* posiada koncówke wylotowa 60 o otworze stozkowym, odpowiadajacym stozkowe¬ mu zakonczeniu 58 slimaka 20a. Tuleja 28a miesz¬ czaca slimak 20a jest polaczona przewodem 62 z dysza wytlaczajaca 64, otoczona komora chlo¬ dzaca 66 z przewodami 68 i 70.Silnik M napedzajacy slimak 20a jest wyposazo¬ ny w kola 55 toczace sie po szynach H. PL