PL79743B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Metallurgical Processes Limited and I.S.C. Smel- ting Limited dzialajacy pod nazwa — Metallur¬ gical Deyelopment Company Nassau (Bahama) Sposób chlodzenia, kondensacji i oczyszczania par i gazów oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób kondensacji, chlodzenia i oczyszczania par i gazów, zwlaszcza par metali o stosunkowo niskiej temperaturze wrzenia, jak cynk lub kadm, oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu.Znany jest sposób chlodzenia i kondensacji par metali polegajacy na tym, ze stosuje sie stopiony metal jako srodek kondensujacy. Na przyklad pary cynku odprowadzane z gardzieli wielkiego pieca do wytopu cynku kondensowane sa przy wykorzy¬ staniu stopionego olowiu jako srodka kondensuja- cego. W znanych rozwiazaniach kondensacja osia¬ gana jest dzieki przepuszczaniu pary przez komore kondensacyjna, w której natrysk stopionego metalu jest wytwarzany za pomoca szeregu wirników lub mieszadel zanurzonych i obracanych w basenie ze stopionym metalem.Typowe kondensatory, w których natrysk reali¬ zowany jest za pomoca obracajacego sie kola lo¬ patkowego zanurzonego w basenie ze stopionym metalem sa opisane w brytyjskich opisach patento¬ wych nr nr 572 961 i 611929. Ulepszony konden¬ sator, w którym do rozpylenia stopionego metalu zastosowano szereg wirników o róznych dlugos¬ ciach ramion, jest opisany w brytyjskim opisie pa¬ tentowym nr 1 263 165.Urzadzenia te posiadaja jednak szereg wad. Wir¬ niki ulegaja stosunkowo szybkiemu zuzyciu a to w wyniku erozji i korozji na skutek dzialania sto¬ pionego metalu o wysokiej temperaturze. Ponadto 10 15 30 trudno jest zadowalajaco skonstruowac wirnik, wytwarzajacy równomierna i gesta kurtyne kropel natrysku wewnatrz komory kondensacyjnej, i po¬ wodujacy skuteczne chlodzenie i kondensacje pary metalu, oraz skuteczne zraszanie przestrzeni w ko¬ morze kondensacyjnej. Dalsza wada znanych urza¬ dzen jest to, ze krople stopionego metalu konden¬ sacyjnego sa unoszone z komory kondensacyjnej przez strumien gazu opuszczajacego kondensator.Powazna wada wynikajaca z zastosowania wirni¬ ków jest to, ze krople metalu ukladaja sie w po¬ staci wglebionego stozka natrysku, wyrzucanego w góre i na zewnatrz wirnika. Powoduje to, ze wzgledne polozenia przewodu odprowadzajacego pieca i wlotu kondensatora lacznie z kanalem przejsciowym musza byc tak dobrane, aby uniknac dostania sie natrysku olowiowego do wnetrza pieca.Celem wynalazku jest unikniecie tych niedogod¬ nosci.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu chlodzenia, kondensacji i oczyszczania par i gazów oraz urzadzenia do stosowania tego sposobu, poz¬ walajacego uniknac stosowania wirników do roz¬ pylania stopionego metalu.Zadanie to osiagniete zostalo wedlug wynalazku w ten sposób, ze wytwarza sie co najmniej dwie ciagle strugi stopionego metalu i doprowadza do ich wzajemnego zderzenia, w celu wytworzenia strumienia rozpylonych czastek. 79 74379 743 3 Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wy¬ nalazku, zawiera komore obróbki w której stropie znajduje sie szereg par zbieznych dysz w celu uzys¬ kania co najmniej dwu zderzajacych sie ciaglych strug stopionego metalu i wytworzenia strumienia 5 rozpylonych czastek, oraz ma druga komore zawie¬ rajaca stopiony metal, umieszczona nad komora obróbki, przy czym druga komora polaczona jest z komora obróbki za pomoca otworów stanowia¬ cych dysze, usytuowanych w stropie komory obrób- 10 ki stanowiacym podloge drugiej komory.Korzystnie urzadzenie umieszczone jest w ka¬ nale, przejsciowym laczacym gardziel wielkiego pieca ,do wytopu metalu z natryskowym kondensa¬ torem typu wirnikowego i stanowi dodatkowy kon- 15 ójensator bedacy czescia instalacji wielkiego pieca.WMytri "przypadku skondensowana para zawiera i4C*pare cynku pochodzaca z pieca do topienia cynku i zazwyczaj zmieszana jest z tlenkami we¬ gla i azotem skondensowanym w stopionym olo- 2Q wiu.Natrysk stopionego metalu zazwyczaj jest wy¬ twarzany w postaci jednej lub wiecej kurtyn na¬ tryskowych, których ksztalt i natezenie zaleza od wielu czynników wsród których najwieksze zna¬ czenie ma predkosc wyplywu i kat zbieznosci wza¬ jemnie zderzajacych sie strug. Poza tym, jakakol¬ wiek przeszkoda w poblizu lub w przestrzeni zde¬ rzenia moze zmieniac charakter natryskowej kur¬ tyny. Wymiary i proporcje wytwarzanych kropli natrysku zaleza od wlasnosci fizycznych zderzaja¬ cych sie strug, na przyklad od napiecia powierz¬ chniowego cieczy.Podkresla sie, ze kompletna jednostka konden¬ satorowa zawiera znaczna liczbe takich jednostko¬ wych natrysków, na przyklad 100 lub wiecej par wzajemnie zderzajacych sie strug stopionego me¬ talu.Zazwyczaj para lub gaz podlegajace obróbce za¬ wieraja pare metalu o stosunkowo niskiej tempe¬ ro raturze wrzenia, na przyklad cynk lub kadm.Stopiony metal z którego wytwarzany jest stru¬ mien rozpylonych czastek, korzystnie stanowi sto¬ piony olów lub stop olowiowy, o temperaturze od 430° do 650°C. Przy zastosowaniu wielu jednostek natryskowych, skladajacych sie z wielu wzajemnie 45 zderzajacych sie strug, stopiony metal z którego wytwarzane sa strumienie rozpylonych czastek, zazwyczaj stopiony olów, posiada korzystnie rózna temperature, w granicach 430° do 650°C dla kazde¬ go strumienia. 50 Obrabiana para lub gaz moga byc, zaleznie od sytuacji, przepuszczane przez konwencjonalny kon¬ densator typu wirnikowego, posiadajacy do 4 wir¬ ników, po lub przed przepuszczeniem przez stru¬ mien rozpylonych czastek. 55 Dla strug stopionego metalu, które sie wzajem¬ nie zderzaja korzystne nachylenie dysz wynosi 30° (+10) wzgledem poziomu.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 60 przedstawia urzadzenie wedlug wynalazku w wi¬ doku, w rzucie poziomym, fig. 2 — urzadzenie w przekroju, w rzucie bocznym, a fig. 3 — sche¬ mat instalacji wielkiego pieca do topienia cynku zawierajacej konwencjonalny kondensator olowio- 65 -rozpryskowy oraz kondensator przedstawiony na fig. 1 i 2 umieszczony w kanale laczacym.Urzadzenie pokazane na fig. fig. 1 i 2 zawiera zbiornik 1 podzielony na górna komore la i dolna komore obróbki Ib; komora la jest podzielona na trzy sekcje za pomoca pionowych scianek dzialo¬ wych 2 i 3. Trzy sekcje skladajace sie na górna komore zawieraja stopiony olów o temperaturach, które wynosza: w sekcji I — 560°C, w sekcji II — 510°C, a w sekcji III — 450°C.Podstawa kazdej sekcji zawiera kondensator pa¬ ry cynku w postaci prostokatnej komory o wymia¬ rach w przyblizeniu równych: ok. 2,7 m X 2,4 m X X 2,4 m, zaopatrzony w laczna liczbe 88 jednostek natryskowych. Kazda jednostka natryskowa sklada sie z pary wzajemnie nachylonych otworów o sred¬ nicy 25 mm, stanowiacych dysze, znajdujacych sie w stropie komory Ib, przy czym pary tych dysz sa rozmieszczone w odleglosciach 450 mm od siebie w szeregach odleglych od siebie o 150 mm. Sto¬ piony olów przechodzi przez dysze 4 z górnej ko¬ mory la do dolnej komory Ib zbiornika 1.Dolna komora Ib jest podzielona pionowymi de- flektorami 5 i 6 na sekcje odpowiednio umieszczo¬ ne pod sekcjami I, II i III, tworzacymi komore górna. Dolna komora Ib posiada nachylona podloge 7 dla stworzenia nachylonego w dól wlotu dla ga¬ zów wzdluz dlugosci komory, umieszczonego do¬ godnie w kierunku prostopadlym do plaszczyzn, w których znajduja sie strumienie rozpylonych czastek wytwarzane przez jednostki natryskowe.Dysze 4 sa zasilane stopionym metalem z komo¬ ry la, która zawiera metal do wysokosci co naj¬ mniej 60 cm, korzystnie okolo 90 cm, ponad dysza¬ mi. Dysze 4 moga byc uksztaltowane jako otwory nachylone pod katem 30° do poziomu i wywierco¬ ne w plycie o grubosci co najmniej 50 mm. Srodki dysz 4 kazdej pary, korzystnie odlegle sa od siebie o 75 mm po stronie wyjscia na plycie. W innym rozwiazaniu, wyjscia dysz moga zachodzic jedno na drugie tak, ze zderzenie zachodzi czesciowo wewnatrz stropu komory Ib.Stopiony olów, zawierajacy skondensowany cynk, który zbiera sie na podlodze komory Ib jest prze¬ puszczany do konwencjonalnej rynny spustowej lub kanalu, w którym olów jest chlodzony w kon¬ takcie z chlodzonymi woda panelami lub plytami, umieszczonymi zarówno w scianach jak i w srod¬ ku rynny. Wskutek chlodzenia stopionego olowiu nastepuje oddzielenie warstwy cynku na powierz¬ chni stopionego olowiu. Jest ona spuszczana w ce¬ lu odlewania zas ochlodzony olów moze byc z po¬ wrotem przepompowany do sekcji I, II lub III ko¬ mory la kondensatora. Chlodzace rynny spustowe sa na przyklad opisane w brytyjskim opisie paten¬ towym nr 735 043 i 981 546.W ten sposób moze byc osiagniety cykliczny transport olowiu pomiedzy kondensatorem i rynna chlodzaca i z powrotem do kondensatora. Jesli konieczne jest aby olów plynacy do sekcji I, II i III posiadal rózne temperatury, mozna to osiagnac albo za pomoca grzejników umieszczonych wew¬ natrz tych sekcji albo tez przez recyrkulacje czesci goracego olowiu z dna kondensatora Ib z powrotem do sekcji I, II lub III.Na fig. 3 pokazana jest instalacja wielkiego pie-79 7 5 ca, w której kanal przejsciowy 10 laczy górna czesc szybu 11 wielkiego pieca do topienia cynku z kon¬ wencjonalnym kondensatorem 12 typu wirnikowe¬ go. W stropie kanalu przejsciowego 10 znajduje sie kondensator natryskowy ^J3 opisany powyzej. Kon- 5 densator natryskowy 13 wstawiany i wyjmowany jest z kanalu przejsciowego przez otwór 14. Kon¬ densator natryskowy, jesli jest to wymagane, moze byc zupelnie usuniety z kanalu przejsciowego, za pomoca podnosnika. 10 Para cynku pochodzaca z gardzieli szybu 11 wielkiego pieca zazwyczaj jest mieszana z tlenka¬ mi wegla i azotem skondensowanym w stopionym olowiu. Para przechodzaca przez kanal przejscio¬ wy 10 jest czesciowo kondensowana przez natrysk stopionym olowiem wytworzonym przez kondensa¬ tor 13 zas para nieskondensowana przechodzi do konwencjonalnego kondensatora wirnikowego 12, gdzie wytwarza sie nastepny natrysk stopionym olowiem za pomoca szeregu wirników 15, obraca¬ jacych sie w basenie ze stopionym olowiem 16.Odprowadzenie z kondensatora jest zaznaczone od¬ nosnikiem 17.Fig. 3 pokazuje schematycznie równiez aparat ladujacy 18 wielkiego pieca oraz dysze powietrzne pieca 19. Olów zbiera sie na dnie szybu wielkiego 25 pieca jak pokazuje odnosnik 20 zas warstwa szlaki zbiera sie nad olowiem. Odnosnik 22 wskazuje la¬ dunek pieca.Badania wykazaly, ze w urzadzeniu wedlug wy¬ nalazku rozklad wymiarów kropel jest porówny- 30 walny do rozkladu wymiarów kropel wytwarza¬ nych za pomoca wirnika, lecz poniewaz natrysk zderzeniowy jest raczej skierowany ku dolowi niz ku górze i na zewnatrz, to mozliwe jest zainsta¬ lowanie pewnej liczby natrysków w stropie kanalu 35 przejsciowego pomiedzy piecem i kondensatorem natryskowym typu wirnikowego bez zaistnienia wrzucania olowiu do szybu. Przynosi to korzysc polegajaca na polepszeniu wydajnosci kondensato¬ ra o okolo 1,5% i ograniczenie wzrostu narostu 40 w kanale przejsciowym i we wlocie kondensatora dzieki zraszaniu scian stopionym olowiem w obsza¬ rach, które sa niedostepne dla natrysku wytwarza¬ nego wirnikiem. Poniewaz przy zastosowaniu sys¬ temu zderzeniowego natrysk moze byc wytwarza- 45 ny blizej odprowadzenia pieca, to odleglosc prze¬ byta przez gaz przed zetknieciem sie z natryskiem olowiowym jest znacznie mniejsza i poniewaz na¬ trysk zderzeniowy jest bardziej zwarty niz natrysk wytwarzany wirnikiem to gaz chlodzony jest 50 szybciej niz tradycyjnie. Odleglosc przebywana przez gaz piecowy przed spotkaniem natrysku olo¬ wiowego ulega zmniejszeniu, co z kolei powoduje zmniejszenie wielkosci wtórnego utleniania w ka¬ nale przejsciowym. Przy obecnie stosowanym sys- 55 ternie natrysku typu wirnikowego az do okolo 5% pary cynku w piecu powtórnie zamienia sie w tle¬ nek cynku, glównie w kanale przejsciowym oraz w pierwszej czesci kondensatora.Alternatywnie, kondensator typu zderzeniowego 60 moze byc umieszczony za wirnikowym kondensa¬ torem natryskowym lub tez moze byc zastosowany w miejsce tego ostatniego.Obliczono, ze jeden konwencjonalny wirnik jest równowazny 18 (+3) parom jednostek natrysko- 65 6 wyeh skladajacych sie z pary dysz o srednicy 25 mm.Opisane powyzej urzadzenie posiada te zalete, ze nie zawiera ruchomych czesci, które moga ko¬ rodowac lub zuzywac sie oraz, ze natezenie i roz¬ miar strumienia stopionego metalu moga byc zmie¬ niane przez nastawienie predkosci wyplywu sto¬ pionego metalu i/lub wymiarów dysz, przez które strugi metalu wydostaja sie do obszaru zderzenia.Jakakolwiek tendencja do blokowania dysz przez narosty lub zanieczyszczenia moze byc zmniejszona albo przez powiekszenie wymiarów dysz albo pred¬ kosci wyplywu strug stopionego metalu lub tez przez okresowe przepychanie otworów odpowied¬ nio umieszczonymi pretami.Strumien rozpylonych czastek utworzony przez pare dysz o srednicy 25 mm, przy wysokosci spie¬ trzenia metalu równej 90 cm daje ponad podwójne pole powierzchni natrysku na jednostke objetosci stopionego metalu w porównaniu z równowaznym strumieniem wytworzonym za pomoca wirnika.A oto dalsze zalety powyzej opisanego urzadze¬ nia: Dysze natryskowe sa zbudowane z prostych, nieskomplikowanych rur o stosunkowo duzym otworze, co zmniejsza tendencje do tworzenia sie kozucha zuzlowego. Zewnetrzne powierzchnie dysz wykazuja tendencje do samoczynnego oczyszczania sie dzieki pewnej ilosci olowiu bryzganego wstecz.W trakcie badan stwierdzono, ze natezenie prze¬ plywu olowiu przez pare dysz o srednicy 19 mm wynosila 64 ton/h przy spietrzeniu olowiu równym 840 mm. Latwo obliczyc, ze predkosc olowiu opusz¬ czajacego dysze wynosila 2,8 m/sek. Przy nachyle¬ niu dysz pod katem 30° do poziomu daje to pred¬ kosc poczatkowa w plaszczyznie pionowej równa 1,4 m/sek. Czasy przebiegu strumienia przez rózne odleglosci mozna obliczyc stosujac wzór: s = ut + 1/2 -. at2 gdzie: s = odleglosc przebyta przez strumien, m; u = poczatkowa predkosc strumienia, m/sek; a = = przyspieszenie ziemskie = 9,81 m/sek2; t = czas przebywania.Pozwala to na obliczenie minimalnych czasów przebywania strumienia w komorze natryskowej, w kanale przejsciowym pieca i w róznych rejo¬ nach tych przestrzeni. Wyniki tych obliczen przed¬ stawione sa w nastepujacej tabeli: Rejon Komora natrysku — pelna wysokosc Komora natrysku — rejon przed strumie¬ niem Komora natrysku — rejon za utworzo¬ nym strumieniem Kanal przejsciowy pieca — pelna wy¬ sokosc Kanal przejsciowy pieca — rejon przed strumieniem Kanal przejsciowy pieca — rejon za utworzonym stru¬ mieniem Odleglosc (m) 1,8 0,3 1,5 2,5 0,3 2,2 Czas przebywania (sek) 0,48 0,14 0,34 0,59 0,-14 0,457 PL PL

Claims (15)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób kondensacji, chlodzenia i oczyszczania pary lub gazu, zwlaszcza pary cynku lub pary kadmu, polegajacy na przepuszczaniu pary lub ga¬ zu przez strumien rozpylonych czastek stopionego metalu, znamienny tym, ze wytwarza sie co naj¬ mniej dwie ciagle strugi stopionego metalu i do¬ prowadza do ich wzajemnego zderzenia, w celu wytworzenia strumienia rozpylonych czastek.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze metalem z którego tworzony jest strumien rozpy¬ lonych czastek jest stopiony olów o temperaturze od 430° do 650°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze zderzajace sie strumienie stopionego metalu wytwarza sie za pomoca zbieznych dysz umiesz¬ czonych w stropie komory, przy czym przez komo¬ re przepuszcza sie obrabiana pare lub gaz.

4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze obrabiana pare lub gaz przepuszcza sie przez ko¬ more pod katem zasadniczo prostym do plaszczyz¬ ny w której wytwarza sie strumien rozpylonych czastek stopionego metalu.

5. Sposób wedlug zastrz. 1 do 4, znamienny tym, ze strumien rozpylonych czastek stopionego metalu wytwarza sie w kilku oddalonych od siebie plasz¬ czyznach, przy czym strumien w kazdej z plasz¬ czyzn wytwarza sie za pomoca co najmniej jednej jednostki natryskowej skladajacej sie z co naj¬ mniej dwóch wzajemnie zderzajacych sie strug stopionego metalu.

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze zmienia sie kierunek przeplywu pary lub gazu po¬ miedzy kolejnymi plaszczyznami natrysku, za po¬ moca deflektorów.

7. Urzadzenie,. do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1 do 6, znamienne tym, ze zawiera komore obróbki (Ib) w której stropie znajduje sie szereg par zbieznych dysz (4) w celu uzyskania co naj¬ mniej dwu zderzajacych sie ciaglych strug stopio¬ nego metalu i wytworzenia strumienia rozpylonych czastek, oraz ma druga komore (la) zawierajaca 743 8 stopiony metal, umieszczona nad komora obróbki (Ib), przy czym druga komora (la) polaczona jest z komora obróbki (Ib) za pomoca otworów stano¬ wiacych dysze (4), usytuowanych w stropie komory 5 obróbki (Ib), stanowiacym podloge drugiej komo¬ ry (la).

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 7, znamienne tym, ze pary dysz (4) sa umieszczone w co najmniej 10 jednym rzedzie, w celu wytworzenia strumienia rozpylonych czastek stopionego metalu w co naj¬ mniej jednej pionowej plaszczyznie.

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 8, znamienne tym, 15 ze ma szereg pionowych deflektorów (5, 6) umiesz¬ czonych pomiedzy kolejnymi plaszczyznami natrys¬ ku w celu zmiany kierunku pary lub gazu prze¬ puszczanego wzdluz komory obróbki (Ib) konden¬ satora. 20

10. Urzadzenie wedlug zastrz. 7 do 9, znamienne tym, ze ma szereg pionowych scianek dzialowych (2, 3) umieszczonych w drugiej komorze (la), dzie¬ lacych te komore na sekcje zawierajace stopiony 25 metal o róznych temperaturach.

11. Urzadzenie wedlug zastrz. 7 do 10, znamien¬ ne tym, ze podloga (7) komory obróbki (Ib) jest od strony wlotu komory nachylona ku dolowi. 30

12. Urzadzenie wedlug zastrz. 7 do 11, znamienne tym, ze dysze (4) maja srednice wylotowa wyno¬ szaca okolo 25 mm. 35

13. Urzadzenie wedlug zastrz. 7 do 12, znamienne tym, ze dysze (4) sa nachylone pod katem okolo 30°, wzgledem poziomu.

14. Urzadzenie wedlug zastrz. 7 do 13, znamienne 40 tym, ze dysze (4) umieszczone sa parami, przy czym srodki wylotów dysz kazdej pary sa odlegle od siebie o co najmniej 75 mm.

15. Urzadzenie wedlug zastrz. 7 do 14, znamienne tym, ze umieszczone jest w kanale przejsciowym 45 (10) laczacym gardziel (11) wielkiego pieca do wy¬ topu metalu z natryskowym kondensatorem (12) typu wirnikowego i stanowi dodatkowy kondensa¬ tor (13), bedacy czescia instalacji wielkiego pieca. KI. 40a, 19'18 79 743 MKP C22b A ^i Jl OO OO O O OO OO O O OO OO O O OO oo o o FIC! la- ib-t v- II V- M- 5^ 6/1 -Ib FIC. 3 PL PL