RU1836614C - Электротермическа ванна печь дл металлургической обработки цветных металлов - Google Patents

Description

Температуры процесса очень высокие, и они обычно определ ютс  необходимостью поддержани  шлака в расплавленном состо нии дл  достижени  благопри тного массопереноса между различными жидкими фазами, причем эти температуры могут достигать 1400-1500°С.

Поэтому очевидно, каким сильным механическим , химическим и термическим напр жением подвергаютс  эти печи. Жидкий шлак и газообразна  фаза  вл ютс  очень агрессивными средами дл  конструкционного материала при рабочей температуре и таким образом огнеупорные и металлические материалы, наход щиес  в контакте с такими средами в процессе, необходимо периодически ремонтировать или замен ть.

Поэтому необходимо конструировать все детали печи таким образом, чтобы их можно было замен ть без удалени  смежных деталей, либо поддерживать детали конструкции при температурах, которые значительно ниже рабочих температур, посредством охлаждени  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 напр жение на под с нагрузкой. эквивалентной 10-20 метрических тонн/кв.метр.

Высокие температуры создаютг серьез- ные проблемы расширени  и уплотнени , потому что жидка  фаза  вл етс  очень т гучей , и она способна1 просачиватьс  под элементы футеровки и благодар  ее высокой плотности поднимать их, поврежда  таким образом футеровку пода и стенок, котора  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 выход щего газа контролируетс  и направл етс  в установки дл  его обработки.

Из-за механических, химических и термических напр жений размеры и производительность печи дл  обработки цветных металлов значительно ограничены.

Результатом таких напр жений  вл етс  также низкий срок службы печи из-за необходимости проведени  частых оп.ера- ций по ремонту и обновлению печи, которые требуютс  дл  таких печей. Также операции требуют, чтобы работа установки прекращалась на значительное врем , потому что выключение и повторное включение печи до

достижени  полностью рабочих условий

должны осуществл тьс  очень постепенно.

На фиг. 1 представлен частичный вид в

разрезе боковой части печи; на фиг. 2 - увеличенный частичный вид сечени  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 примен емых дл  изготовлени  печи; цифры соответствуют тем,

5 которые примен ютс  в описании дл  указани  сравнительных материалов.

Печь, согласно изобретению, устран ет упом нутые недостатки и представл ет собой ванную печь, представл ющую собой

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

А - под; В - блоки п ит, расположенные по периметру; С - металлическа  лента дл 

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

Печь имеет пр моугольное 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. Опорна  конструкци  1 представл ет собой прочную решетчатую раму из горизонтальных и вертикальных

.5 стальных брусьев. А) Под.

Под печи состоит .из р да поперечно расположенных опор 2, на которых лежит металлическа  конструкци  3 в форме пере0 вернутой арки, снабженна  продольными трубопроводами 4, по которым подаетс  охлаждающа  среда дл  поддержани  конструкции пода при температуре, котора  ниже, температуры жидкого металла, лежащего

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

На металлической конструкции 3 расположены посто нный слой 5 из графитовых кирпичей и металлическа  уплотн юща 

0 плТтра 6, котора  действует как настил дл  верхнего изнашивающего сло  7 в форме перевернутой арки.

Слои 5 и 7 и плита 5 проход т в блоки плит, расположенные по периметру, кото5 рые будут описаны ниже. Изнашивающийс  слой 7 состоит из огнеупорных кирпичей хромомагнезитовоготипа, которые действуют как ключ свода. В предпочтительной конструкции огнеупорные кирпичи сло  7 выполнены с одним или несколькими боковыми стыками 8, которые вход т в одну или несколько св зывающих полостей на противоположной поверхности смежного кирпича . Любые зазоры между кирпичами сло  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 сечени  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 проход т продольные трубопроводы 10, по которым циркулирует вода под давлением дл  охлаждени  блока плиты.

, Блоки 9 плит соединены с основанием опорной конструкции 1 посредством множестве шарнирных опор 11, которые позвол ют .блокам плит перемещатьс  в горизонтальном направлении в плоскости фиг. 1 под действием расширени  пода и особенно изнашивающего сло  7.

Посто нный слой 5 из графитовых кирпичей проходит посредством элемента 12 до позиции, расположенной смежно с внутренней поверхностью блока плиты подобно металлической плите 5, котора  изгибаетс  вверх дл  сцеплени  с этой поверхностью.

Изнашивающийс  слой 7 оканчиваетс  элементами 13.14. на которых плита изгибаетс  вверх.- ;:

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

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

. .

Из-за температурных колебаний под расшир етс  и сужаетс , но эффект давлени  пружин 16 такой, что составные элементы сло  7 всегда удерживаютс  в сжатом виде и точно соедин ютс  вместе.

« Пружины 16 амортизируют тепловое расширение и сжатие пода без образовани  зазоров. Если, с другой стороны, необработанный элементарный металл в жидком состо нию будет проникать между порами сло  7, то в этом ему будут преп тствовать стыки 8, которые обеспечивают дополнительное уплотнение лабиринтного типа.

Если все же жидкий металл будет доходить до плиты 6, он не сможет подн ть кирпичи сло  7 из-за сопротивлени , создаваемого слоем конфигурацией в форме перевернутой , арки и стыками 8. Друга  гаранти  обеспечиваетс  тем фактом, что когда посто нный слой 5 состоит из графита , который  вл етс  хорошим проводником тепла и охлаждаетс  воздухоохлаждаемой стальной конструкцией, то плита 6 поддер- живаетс  при температуре, котора  ниже температуры затвердевани  металла, и поэтому она затвердевает и не создает дополнительное осевое усилие вверх на кирпичи сло  7. Любой металл, просачивающийс  по периферии элементов 13 и 14, будет затвердевать при контакте с плитой и блоками 9, которые охлаждаютс  водой, проход щей по трубопроводам 10. Как показано на фигурах , выпукла  часть пода с футеровкой из огнеупорных кирпичей не опираетс  на два блока 9 в позиции, расположенной пр моугольно к показанной на фиг. 1 и 2, которые образуют основание торцевых стенок печи. Выпукло-вогнута  часть, котора  не защищена между металлическим листом дл  жидкой фазы и подом, заполнена и защищена огнеупорными кирпичами, которые образуют вертикальную стенку, лежащую на поду.

.Така  конструкци  показана на фиг. 3 и 4 в позиции 50.

Уплотнени  по углам конструкции требуют отдельного упоминани .

Блоки 9 из металлических плит, расположенные на четырех сторонах периметра пода, могут смещатьс  наружу под действием теплового расширени . При их движении наружу будут образовыватьс  отверсти  Ъ четырех углах, в результате будут возникать зазоры, через которые может просачиватьс  жидкий металл. Как показано на фиг. 3, дл  предотвращени  просачивани  жидкого металла в четырех углах пода помещены четыре водоохлаждаемых стальных уголка 17, которые жестко прикреплены к опорной конструкции 1.

В последнем р ду огнеупорных кирпичей 13 и 14, образующих слой 7, и на неподвижных уголках оставл ют полости 18 на расширение дл  исключени  создани  осевого усили  на эти неподвижные элементы. В предпочтительной конструкции эти полоти заполнены прокладкой из минеральной ваты, котора  компенсирует расширение.

Металлический слой, расположенный над блоками 9, представл ет собой наибоее напр женную зону печи как а отношении химического воздействи , поскольку она находитс  в кднтакте с жидким шлаком, образующим очень агрессивную фазу, в котором протекают химические реакции восстановлени , ведущие к получению элементарного металла, так и в отношении конструкционного аспекта, поскольку из-за гидростатического напора в поперечном направлении и тепловых напр жений в этом жидком шлаке происходит интенсивна  теплопередача.

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

Фиг, 1 показывает один р д литых блоков 19, однако слой может состо ть из более , чем одного р да блоков, соединенных вертикально. Блоки 19 прочно соединены с расположенными между ними уплотн ющими прокладками посредством болтов и гаек 20, образу  прочный параллелограмм, который образует несущую конструкцию по периметру печи и противостоит гидростатическому напору.

Литые блоки 19 удерживаютс  йа месте посредством р да распорок 21, например в форме стальных швеллерных секций, прикрепленных к раме 1 дЛ удержани  сло  из блоков 19 в неподвижном положении в горизонтальной плоскости, но с определенной свободой скольжени  дл  следовани  движению блоков 9 в вертикальном положении .

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

В предпочтительной конструкции прокладка 22 изготовлена из графита с металлической сердцевиной, причем она помимо обеспечени  уплоднени  дл  ванны жидкого металла, допускает соответствующее относительное движение в горизонтальном направлении между металлическим слоем, который остаетс  неподвижным, и металлическими блоками плиты, которые перемещаютс  под действием теплового расширени  пода.

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

которые вход т огнеупорные плитки 24 с внутренним профилем, соответствующим пазам 23 дл  образовани  сло  25 с высокой стойкостью к химическому воздействию

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

Боковые стенки печи изготовлены из

0 хромомагнезитовых огнеупорных кирпичей над металлическим слоем. Така  кирпична  кладка удерживаетс  посредством р да горизонтальных элементов 26, которые проход т в горизонтальном направлении над всей

5 стенкой печи, но при этом не прижимают металлический слой. Эти элементы состо т из металлических швеллерных или уголковых секций, прикрепленных к опорной конструкций 1. Кирпична  кладка удерживаетс 

0 на месте при помощи крепежных элементов 27. Упом нутые элементы предпочтительно снабжены системой охлаждени , содержащей трубопроводы, аналогичные тем, которые проход т в блоках 19 и по которым

5 циркулирует вода под давлением дл  удалени  тепла, таким образом температура элементов поддерживаетс  -на заданных уровн х.

Кладка образована из кирпичей 28.

0 Пространство между металлическими элементами 26 уплотнено х ромомагнезито- выми кирпичами 29 после размещени  прокладки 30 между металлическим слоем и кирпичами 29 дл  обеспечени  уплотнени 

5 и относительного горизонтального скольжени  под действием теплового расширени . Р д кирпичей 29 можно легко удалить дл  образовани  рабочего пространства, необходимого дл  демонтажа и замены по0 врежденных элементов.

Поперечна  кладка над элементами 26, образующа  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 св зей дл  частичной компенсации расширени .

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

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

разделена на три зоны, сообщающиес  через две вертикальные перегородки 32 и 33, которые могут двигатьс  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 примен ют дл  откачки газа, образующегос  в результате обжига и восстановлени  минерала, причем выход газа регулируют по уровню вертикальной заслонки 32. Регулирование скорости реакционного газа позвол ет уменьшить содержание пыли и потери тепла.

Зону 37 примен ют дл  обжига и основного восстановлени  руды. Свинцовую руду , в основном галенит, углерод и кислород дл  поддержани  реакции и дл  подпитки шлаковых материалов подают через отверстие 38.

Зону 39 примен ют дл  завершени  реакций восстановлени , которые поддерживаютс  посредством приложени  тепла от электродов 40, питаемых электрическим током . ..,«.

Необработанный жидкий свинец удал ют посредством слива из сифона 41. Выпускные отверсти  42 используютс  дл  обычного выпуска жидкого шлака, а выпускные отверсти  43 используютс  дл  аварийного выпуска..

Согласно предпочтительному варианту воплощени  изобретени , кирпична  кладка в зонах вагранки над зонами 36 и 37 охлаждаетс  посредством ввода металлических элементов 44 предпочтительно медных , в которых проход т трубопроводы дл  циркул ции охлаждающей среды.

Типичными Материалами дл  конструкции печи  вл ютс :

45- хромомагнезит

46- огнеупорна  глина

47- панельный асбест

48- хромит-периклаз 49- графит.

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

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

Из основных преимуществ необходимо

упом нуть-следующее:

по существу отсутствуют ограничени  в отношении производительности печи.

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

Конструкци  дл  содержани  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 удал ютс  без нарушени  вер- хней кирличной кладки.

5 Кирпична  кладка, образующа  верхнюю часть печи, может расшир тьс  независимо от стальной опорной конструкции, котора  остаетс  неподвижной;

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

конструкци  пода  вл етс  компактной, хот  он свободно расшир етс  в продоль- 5 ном и поперечном направлени х во врем  пуска и работы печи, так как он поддерживаетс  в сжатом состо нии посредством компенсирующих пружин;

уплотнение дл  исключени  утечки жид- 0 кого металла, который в рабочих услови х имеет очень низкую в зкость, обеспечиваетс  формой пода, его сжатием и охлаждением посто нного сло  пода;трубопроводы дл  принудительного 5 воздушного охлаждени  пода и трубопроводы дл  подачи воды под давлением дл  охлаждени  металлических элементов конструкции печи обеспечивают регулирование температуры в каждой части печи; 0 под, блоки плит, лента и верхн   кирпична  кладка не соединены вместе и таким образом они могут расшир тьс  независимо , обеспечива  соответствующее уплотнение и продолжительный срок службы; 5 к кирпичной кладке имеетс  доступ сна ружи дл  проведени  небольших ремонтных работ без прерывани  работы печи.

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

Claims (1)

1. -Формула изобретени  Электротермическа  ванна  печь дл 

   5 металлургической обработки цветных металлов , преимущественно дл  получени  свинца, содержаща  подвижный регулируемый каркас печи, реакционную пр моугольную 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 дл  подачи охлаждающей среды, лежащих на опорной 2аме кессонированный шлаковый по с 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 по са и скреплена с каркасов, отличающа с 

   1836614

   12

   0

   тем что, с целью повышени  срока службы, слой подины, размещённый под слоем из хромомагнезитовых кирпичей, выполнен из металлического листа, последующий слои - из графитовых кирпичей, металлическа  конструкци  с каналами дл  хладагента, повтор ет форму подины и опираетс  на комплект опор, и по периметру печи установлены дополнительные кессонированные элементы, выполненные из литых стальных блоков, размещенных у основани  вертикальных боковых стенок под кессонами шлакового по са, 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