RU2009424C1

RU2009424C1 - Furnace for processing sulfide starting materials

Info

Publication number: RU2009424C1
Authority: RU
Inventors: М.В. Князев; Н.Н. Елфимов; В.И. Михайлов; Ю.В. Сапегин
Original assignee: Норильский горно-металлургический комбинат им.А.П.Завенягина
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy. SUBSTANCE: furnace for processing of sulfide starting materials has bottom, rectangular shaft with caisson belt provided with lances to feed blast. Shaft has arch and uptake to discharge off-gases built from refractory materials. Relation of area of horizontal section of uptake at point of its connection to shaft to horizontal section of shaft is equal to 0.25-0.45. Relation of biggest distance from face wall of shaft to wall of uptake to length of uptake is equal to 2.0-2.7. Relation of height of uptake to biggest distance from face wall of shaft to wall of uptake is equal to 1.0-1.5. EFFECT: enhanced operational characteristics. 2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к агрегатам для плавки сульфидного сырья в жидкой ванне. The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to units for smelting sulphide raw materials in a liquid bath.

Известна печь для непрерывной плавки сульфидного сырья способом Ванюкова, включающего подину, шахту с кессонированным поясом, оснащенным фурмами для подачи дутья, свод и аптейк для отвода отходящих газов, выполненный из огнеупорных материалов. A known furnace for the continuous melting of sulfide raw materials by the Vanyukov method, including a hearth, a shaft with a coffered belt equipped with tuyeres for supplying blast, a vault and a pharmacy for venting exhaust gases made of refractory materials.

Общей конструктивной особенностью всех известных промышленных печей Ванюкова является малая ширина шахты, равная 2,4 - 2,5 м. При этом, поскольку производительность печи определяется количеством установленных фурм, расположенных в нижней части кессонированного пояса шахты, а оптимальное расстояние между фурмами по длине шахты равно 0,6 м, то промышленные печи Ванюкова имеют шахту, длина которой в 5-8 раз превышает ее ширину, что само по себе создает заметное аэродинамическое сопротивление при прохождении печного газа по длине шахты. A common design feature of all known Vanyukov industrial furnaces is the small shaft width of 2.4 - 2.5 m. Moreover, since the furnace capacity is determined by the number of installed tuyeres located in the lower part of the mine caisson belt, and the optimal distance between the tuyeres along the shaft length equal to 0.6 m, then Vanyukov’s industrial furnaces have a shaft 5–8 times longer than its width, which in itself creates a noticeable aerodynamic drag when the furnace gas passes along the shaft.

Особенностью же технологического процесса, протекающего в печах Ванюкова, является активное барботажное перемешивание расплава в печи, что создает чрезвычайно высокую турбулентность в газовом пространстве печей. Кроме того, температура газов, выходящих из барботируемого расплава, составляет около 1300^о С, плотность такого газа в 3,5-5 раз (в зависимости от состава) ниже плотности воздуха, что требует создания во всем газовом пространстве шахты высокого разрежения во избежание прорыва печного газа в атмосферу цеха, причем величина разрежения должна быть такой, чтобы компенсировать пульсации давления газа, создаваемые источниками турбулентности, и компенсировать величину геометрического напора, создаваемого газом, плотность которого существенно ниже плотности воздуха.A feature of the technological process that takes place in Vanyukov’s furnaces is the active bubbling of the melt in the furnace, which creates extremely high turbulence in the gas space of the furnaces. In addition, the temperature of the gases leaving the bubbling melt is about 1300 ^о С, the density of such gas is 3.5-5 times (depending on the composition) lower than the density of air, which requires the creation of a high-pressure mine in the whole gas space in order to avoid a breakthrough furnace gas into the atmosphere of the workshop, and the rarefaction should be such as to compensate for gas pressure pulsations created by turbulence sources and to compensate for the geometric pressure created by a gas whose density is significantly lower e air density.

С другой стороны, достоинством процесса Ванюкова является получение высококонцентрированных по диоксиду серы газов и их разбавление подсосами воздуха в печь и по газоотводящему тракту, которое наблюдается при создании требуемого разрежения, крайне нежелательны. On the other hand, the advantage of the Vanyukov process is the production of gases highly concentrated with respect to sulfur dioxide and their dilution by suction of air into the furnace and through the gas exhaust path, which is observed when creating the required vacuum, are highly undesirable.

Поддержание высокого разрежения на выходе из печи и соответственно в головных газоперерабатывающих устройствах приводит к полутора-двухкратного разбавлению газов подсасываемым воздухом, снижение извлечения серы из газов при их переработке. Maintaining a high vacuum at the outlet of the furnace and, accordingly, in the head gas processing devices leads to one and a half to two-fold dilution of gases with sucked-in air, and a decrease in the extraction of sulfur from gases during their processing.

Известна печь для плавки способом Ванюкова, включающая подину, прямоугольную шахту с кессонированным поясом, оснащенным фурмами для подачи дутья, свод и аптейк для отвода отходящих газов, выполненный из огнеупорных материалов. A known furnace for smelting by the Vanyukov method, including a hearth, a rectangular shaft with a coffered belt equipped with tuyeres for supplying blast, a vault and a pharmacy for venting exhaust gases made of refractory materials.

Печь имела следующие геометрические размеры и их соотношения: длина аптейка 3,2 м; ширина аптейка в месте сопряжения с шахтой 2,5 м; площадь горизонтального сечения аптейка в месте сопряжения с шахтой 8 м²; длина шахты печи 19,2 м; ширина шахты печи 2,5 м; площадь горизонтального сечения шахты печи 48 м²; отношение площади горизонтального сечения аптейка в месте сопряжения с шахтой к площади горизонтального сечения шахты равно 0,17; расстояние от передней торцовой стены шахты до передней торцовой стены аптейка 16 м; отношение длины шахты от ее передней торцовой стены до передней торцовой стены аптейка к длине аптейка равно 5; высота аптейка 8 м; отношение высоты аптейка к наибольшему расстоянию от торцовой стены шахты до ближайшей стены аптейка равно 0,5.The furnace had the following geometric dimensions and their ratios: pharmacy length 3.2 m; the width of the pharmacy at the interface with the mine 2.5 m; the horizontal cross-sectional area of the pharmacy at the interface with the mine is 8 m ² ; furnace shaft length 19.2 m; furnace shaft width 2.5 m; the horizontal sectional area of the furnace shaft is 48 m ² ; the ratio of the horizontal cross section of the pharmacy at the interface with the mine to the horizontal cross section of the mine is 0.17; the distance from the front end wall of the shaft to the front end wall of the pharmacy is 16 m; the ratio of the shaft length from its front end wall to the front end wall of the pharmacy to the length of the pharmacy is 5; pharmacy height 8 m; the ratio of the height of the pharmacy to the greatest distance from the end wall of the mine to the nearest wall of the pharmacy is 0.5.

При такой конструкции печи и соотношении размеров шахты и аптейка требовалось обеспечить высокое разрежение на выходе из аптейка - в 150 Па для предотвращения проникновения печных газов в атмосферу цеха. Разбавление газов подсосами воздуха в печь составляло при этом в среднем 78% , что снижало извлечение серы при их переработке и вызывало дополнительную нагрузку на газоперерабатывающее оборудование. Пылевынос из печи составлял 0,7-1,5% . Сложности, связанные с эвакуацией отходящих газов, ограничивали производительность агрегата по проплаву шихты величиной 2500 т/сут, при расчетной производительности 3000 т/cут (по числу установленных фурм). With this design of the furnace and the ratio of the dimensions of the mine and the pharmacy, it was necessary to ensure a high vacuum at the outlet of the pharmacy - 150 Pa to prevent the penetration of furnace gases into the atmosphere of the workshop. The dilution of gases by air suction into the furnace averaged 78%, which reduced the sulfur recovery during their processing and caused an additional load on the gas processing equipment. Dust removal from the furnace was 0.7-1.5%. The difficulties associated with the evacuation of exhaust gases, limited the capacity of the unit for the melt of the charge of 2500 tons / day, with an estimated capacity of 3000 tons / day (according to the number of tuyeres installed).

Цель изобретения - обеспечение надежной эвакуации технологических газов из печей без снижения их качества. The purpose of the invention is the provision of reliable evacuation of process gases from furnaces without reducing their quality.

Это достигается тем, что в печи для переработки сульфидного сырья способом Ванюкова, включающей подину, шахту с кессонированным поясом, оснащенным фурмами для подачи дутья, свод и аптейк для отвода отходящих газов, выполненный из огнеупорных материалов, аптейк печи выполнен с соотношением площади его горизонтального сечения в месте сопряжения с шахтой к площади горизонтального сечения шахты, равным 0,25-0,45, отношение наибольшего расстояния от торцовой стены шахты до стены аптейка к длине аптейка равно 2-2,7, а отношение высоты аптейка к наибольшему расстоянию от торцовой стены шахты до стены аптейка равно 1-1,5. This is achieved by the fact that in the furnace for the processing of sulfide raw materials by the Vanyukov method, including a hearth, a shaft with a coffered belt equipped with tuyeres for supplying blast, a vault and a pharmacy for venting exhaust gases made of refractory materials, the furnace pharmacy is made with a ratio of its horizontal sectional area at the interface with the mine to the horizontal sectional area of the mine equal to 0.25-0.45, the ratio of the greatest distance from the end wall of the mine to the pharmacy wall to the pharmacy length is 2-2.7, and the ratio of the pharmacy height to the naib lshemu distance from the end walls of the mine to the wall apteyka equal 1-1.5.

Это исключает необходимость создания высокого разрежения на выходе из печи за счет использования аптейка, высота которого обеспечивает геометрический напор между шахтой и выходом из печи (входом в головной газоперерабатывающий аппарат), причем величина создаваемого напора превышает величину аэродинамического сопротивления шахты, а расположение аптейка относительно торцовых стен шахты и величина площади его горизонтального сечения позволяют обеспечить надежное газоудаление из шахты в условиях интенсивной турбулентности газовых потоков в печном пространстве, характерном для печей Ванюкова. This eliminates the need to create a high vacuum at the outlet of the furnace through the use of a pharmacy, the height of which provides a geometric pressure between the shaft and the exit of the furnace (entrance to the head gas processing apparatus), and the magnitude of the generated pressure exceeds the aerodynamic resistance of the shaft, and the location of the pharmacy relative to the end walls mines and the size of its horizontal section allow for reliable gas removal from the mine in conditions of intense gas turbulence currents in the furnace space characteristic of Vanyukov furnaces.

При выполнении аптейка так, что величина площади его горизонтального сечения менее 0,25 площади горизонтального сечения шахты не используется в достаточной степени демпфирующая роль объема аптейка, гасящего колебания давления в печи, возникающие при ее работе. When executing a pharmacy so that the size of its horizontal section is less than 0.25 of the horizontal section of the mine, the damping role of the pharmacy volume, damping pressure fluctuations in the furnace that occur during its operation, is not used to a sufficient degree.

При величине соотношения площадей входного отверстия аптейка и площади горизонтального сечения шахты более 0,45 затрудняется работа самого аптейка из-за интенсивного настылеобразования на стенах, возрастают теплопотери через стены аптейка в связи с чрезмерным увеличением их поверхности. With a ratio of the pharmacy inlet opening area and the horizontal sectional area of the shaft exceeding 0.45, the pharmacy itself is more difficult to work due to intensive wall buildup, heat losses through the pharmacy walls increase due to an excessive increase in their surface.

При отношении наибольшего расстояния от торцовой стены шахты до ближайшей стены аптейка к длине аптейка в горизонтальном сечении более 2,7 затрудняется эвакуация газов из удаленных от входа в аптейк областей газового пространства шахты. При снижении величины указанного соотношения менее 2 затрудняется расположение необходимого количества загрузочных устройств на своде печи, в связи с чем снижается ее производительность по проплаву шахты. With the ratio of the greatest distance from the end wall of the mine to the nearest wall of the pharmacy to the length of the pharmacy in a horizontal section of more than 2.7, it is difficult to evacuate gases from areas of the mine’s gas space remote from the entrance to the pharmacy. By reducing the value of the specified ratio of less than 2, it is difficult to locate the required number of loading devices on the roof of the furnace, in connection with which its productivity in the smelting of the mine decreases.

При отношении высоты аптейка к наибольшему расстоянию от торцовой стены шахты до ближайшей стены аптейка менее 1 величина геометрического напора, создаваемая аптейком, становится ниже аэродинамического сопротивления указанного участка шахты печи, что приводит к необходимости создания разрежения на выходе из агрегата и соответственно к подсосам воздуха и снижению качества газов. При величине указанного соотношения более 1,5 геометрический напор, создаваемый аптейком печи, превышает величину аэродинамического сопротивления шахты, что приводит либо к чрезмерному разрежению в шахте, либо к созданию избыточного давления в головном газоперерабатывающем аппарате. When the ratio of the height of the pharmacy to the largest distance from the end wall of the mine to the nearest wall of the pharmacy is less than 1, the geometric pressure created by the pharmacy becomes lower than the aerodynamic resistance of the indicated section of the furnace shaft, which leads to the need to create a vacuum at the outlet of the unit and, accordingly, to air suction and decrease gas quality. When the ratio is greater than 1.5, the geometric pressure created by the furnace pharmacy exceeds the aerodynamic resistance of the mine, which leads either to excessive vacuum in the mine or to excessive pressure in the head gas processing apparatus.

Выполнение печи с приведением в соотношение соотношений ее размеров с заявляемым техническим решением позволит снизить величину необходимого разрежения на выходе из аптейка до 2-5 Па (изменение в 30-75 раз по сравнению с известной конструкцией). При этом в районе передней торцовой стены шахты величина разрежения составляет 2-5 Па. Разбавление газов подсосами воздуха в печь снижается до 15% . The implementation of the furnace with bringing into the ratio of the ratios of its sizes with the claimed technical solution will reduce the required vacuum at the outlet of the pharmacy to 2-5 Pa (a change of 30-75 times compared with the known design). Moreover, in the area of the front end wall of the mine, the rarefaction is 2-5 Pa. Dilution of gases by suction of air into the furnace is reduced to 15%.

На фиг. 1 изображена предлагаемая печь, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху. In FIG. 1 shows the proposed furnace, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same, top view.

Печь для переработки сульфидного сырья способом Ванюкова содержит подину 1, шахту 2 с кессонированным поясом, оснащенным фурмами 3 для подачи дутья. Свод 4 печи снабжен загрузочными течками 5. К шахте 2 печи примыкают шлаковый сифон 6 с окном 7 для выдачи шлака и штейновый сифон 8 с окном 9 для выпуска штейна. Для отвода отходящих газов к верхней части шахты 2 примыкает аптейк 10, выполненный из огнеупорных материалов. Аптейк 10 соединен с котлом-утилизатором 11. Соотношение площади горизонтального сечения аптейка 10 в месте его сопряжения с шахтой 2 к площади горизонтального сечения шахты равно 0,25-0,45. Отношение наибольшего расстояния Г от торцовой стенки шахты 2 до стены аптейка 10 к длине Б аптейка 10 равно 2-2,7. Отношение высоты Д аптейка 10 к наибольшему расстоянию Г от торцовой стенки шахты 2 до стены аптейка 10 равно 1-1,5. Длина шахты 2 обозначена буквой А, а ширина - В. The furnace for processing sulfide raw materials by the Vanyukov method contains a hearth 1, a shaft 2 with a coffered belt equipped with lances 3 for supplying blast. The furnace vault 4 is equipped with charging chutes 5. A slag siphon 6 with a window 7 for dispensing slag and a matte siphon 8 with a window 9 for releasing matte are adjacent to the shaft 2 of the furnace. For the removal of exhaust gases to the upper part of the shaft 2 adjoins a drugstore 10 made of refractory materials. The drugstore 10 is connected to the recovery boiler 11. The ratio of the horizontal sectional area of the drugstore 10 at its interface with the mine 2 to the horizontal sectional area of the mine is 0.25-0.45. The ratio of the largest distance Г from the end wall of the shaft 2 to the wall of the pharmacy 10 to the length B of the pharmacy 10 is 2-2.7. The ratio of the height D of the pharmacy 10 to the largest distance G from the end wall of the shaft 2 to the wall of the pharmacy 10 is 1-1.5. The length of the shaft 2 is indicated by the letter A, and the width by B.

Предлагаемая печь работает следующим образом. The proposed furnace operates as follows.

Шихта непрерывным потоком поступает в печь через загрузочные течки 5 в своде 4. Через фурмы 3 в печь подают дутье, обогащенное кислородом. Плавка сульфидного сырья в печи сопровождается барботажным перемешиванием расплава в печи. Плавка ведется с получением штейна, который выпускают через окно 9 штейнового сифона 8, и шлака, который выпускают через окно 7 шлакового сифона 6. Отходящие газы поступают через аптейк 10 в котел-утилизатор 11 и далее в газоходную систему. Соотношение площади горизонтального сечения аптейка 10 в месте его сопряжения с шахтой 2 (Б х В) к площади горизонтального сечения шахты 2 (А х В) таковы, что аптейк 10 выполняет роль демпфера, который гасит колебания давления в печи, возникающие из-за турбулентных потоков газа в печном газовом пространстве. Кроме того, соотношение размеров расположения аптейка 10 относительно шахты 2 и его высота позволяют не только беспрепятственно удалять газы из самых отдаленных от него участков шахты, но и создавать геометрический напор, который соответствует аэродинамическому сопротивлению газов в шахте 2. Это обеспечивает надежное газоудаление из шахты 2 в условиях турбулентности газовых потоков в печном пространстве. The mixture in a continuous stream enters the furnace through the charging chutes 5 in the vault 4. Through the tuyeres 3, oxygen enriched blast is supplied to the furnace. The sulphide raw material smelting in the furnace is accompanied by bubble mixing of the melt in the furnace. Melting is carried out with the production of matte, which is discharged through the window 9 of the matte siphon 8, and slag, which is discharged through the window 7 of the slag siphon 6. The exhaust gases pass through the pharmacy 10 into the waste heat boiler 11 and then into the flue system. The ratio of the horizontal cross-sectional area of pharmacy 10 at its interface with mine 2 (B x C) to the horizontal cross-sectional area of mine 2 (A x C) is such that pharmacy 10 acts as a damper that dampens pressure fluctuations in the furnace that arise due to turbulent gas flows in the furnace gas space. In addition, the ratio of the sizes of the location of the pharmacy 10 relative to the shaft 2 and its height allows not only to freely remove gases from the most distant sections of the shaft, but also to create a geometric pressure that corresponds to the aerodynamic resistance of gases in the shaft 2. This ensures reliable gas removal from the shaft 2 in the conditions of turbulence of gas flows in the furnace space.

Печь имеет следующие геометрические размеры: длина Б аптейка равна 4,2 м; ширина В аптейка в месте сопряжения с шахтой равна 2,5 м; площадь горизонтального сечения аптейка в месте сопряжения с шахтой увеличена таким образом до 10,5 м²; длина А шахты печи равна 15,6 м; ширина В шахты печи равна 2,5 м; площадь горизонтального сечения шахты печи уменьшена до 39 м²; отношение площади горизонтального сечения аптейка в месте сопряжения с шахтой к площади горизонтального сечения шахты увеличено таким образом до 0,26; расстояние Г от передней торцовой стены шахты до передней торцовой стены аптейка равно 11,4 м; отношение длины шахты от ее передней торцовой стены до передней торцовой стены аптейка к длине аптейка (Г: Б) равно 2,7; высота Д аптейка равна 13 м; отношение высоты аптейка к наибольшему расстоянию от торцовой стены шахты до ближайшей стены аптейка (Д : Г) равно 1,1.The furnace has the following geometric dimensions: length B pharmacy is 4.2 m; the width of the pharmacy at the interface with the mine is 2.5 m; the horizontal cross-sectional area of the pharmacy at the interface with the mine is thus increased to 10.5 m ² ; the length A of the furnace shaft is 15.6 m; the width In the shaft of the furnace is 2.5 m; the horizontal sectional area of the furnace shaft is reduced to 39 m ² ; the ratio of the horizontal sectional area of the pharmacy at the interface with the mine to the horizontal sectional area of the mine is thus increased to 0.26; the distance Г from the front end wall of the shaft to the front end wall of the pharmacy is 11.4 m; the ratio of the length of the shaft from its front end wall to the front end wall of the pharmacy to the length of the pharmacy (G: B) is 2.7; the height D of the pharmacy is 13 m; the ratio of the height of the pharmacy to the greatest distance from the end wall of the mine to the nearest wall of the pharmacy (D: G) is 1.1.

Выполнение печи с приведенными выше геометрическими параметрами и соотношениями позволят получить разрежение на выходе из аптейка 3,4 ПА. В районе передней торцовой стенки шахты разрежение составляет 3,8 ПА. Проникновения печных газов в атмосферу цеха не наблюдается. Разбавление газов подсосами воздуха составляет 15% . Производительность агрегата по проплаву шихты возрастает (несмотря на снижение площади пода) до 3700-3990 т/сут. Пылевынос сокращается до 0,25-0,54 от загрузки. За счет улучшения тепловой работы печи в связи с изменением ее конструкции снижается расход топлива. В пересчете на условное топливо расход его изменяется с 0,37 до 0,27 кг/т перерабатываемой шихты. Снижается также расход технологического кислорода в расчете на тонну шихты с 205 до 174 м³/т. (56) Технологическая конструкция. Плавка медного никельсодержащего сырья в печах Ванюкова NТИ 0401.14.55-27-89, МЦМ СССР, М. : 1989, с. 60-65.The implementation of the furnace with the above geometric parameters and ratios will allow to obtain a vacuum at the outlet of the pharmacy 3.4 PA. In the area of the front end wall of the shaft, the vacuum is 3.8 PA. Penetration of furnace gases into the atmosphere of the workshop is not observed. Dilution of gases by air leaks is 15%. The capacity of the batch melt increases (despite the reduction in the hearth area) to 3700-3990 t / day. Dust removal is reduced to 0.25-0.54 from the load. Due to the improvement of the thermal work of the furnace due to a change in its design, fuel consumption is reduced. In terms of equivalent fuel, its consumption varies from 0.37 to 0.27 kg / t of the processed charge. The consumption of process oxygen is also reduced per tonne of charge from 205 to 174 m ³ / t. (56) Technological design. Melting of copper nickel-containing raw materials in Vanyukov’s furnaces NTI 0401.14.55-27-89, MCM USSR, M.: 1989, p. 60-65.

Claims

FURNACE FOR PROCESSING SULPHIDE RAW MATERIAL BY VANIUKOV'S METHOD, containing a hearth, a shaft with a coffered belt equipped with tuyeres, a vault, a flue gas outlet made of refractory materials, characterized in that the furnace pharmacy is made with the ratio of its horizontal sectional area in the place to the horizontal sectional area of the mine 0.25 - 0.45, the ratio of the largest distance from the end wall of the mine to the wall of the pharmacy to the length of the pharmacy is 2 - 2.7, and the ratio of the height of the pharmacy to the largest distance from the end mine wall to wall apteyka is 1 - 1.5.