RU2230709C2 - Method and apparatus for pool-free melting of rock - Google Patents
Method and apparatus for pool-free melting of rock Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230709C2 RU2230709C2 RU2002109399/03A RU2002109399A RU2230709C2 RU 2230709 C2 RU2230709 C2 RU 2230709C2 RU 2002109399/03 A RU2002109399/03 A RU 2002109399/03A RU 2002109399 A RU2002109399 A RU 2002109399A RU 2230709 C2 RU2230709 C2 RU 2230709C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hearth
- furnace
- melt
- melting
- charge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/04—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in tank furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/005—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture of glass-forming waste materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к получению расплава из вулканических преимущественно содержащих тугоплавкие примеси стекол - горных пород, а также из бытовых и промышленных стеклоотходов, в частности к интенсификации процесса плавления, и может найти применение в технологиях изготовления негорючих волокнистых утеплителей для различных областей промышленного и гражданского строительства.The invention relates to the production of a melt from volcanic predominantly refractory impurity glasses-rocks, as well as from household and industrial waste glass, in particular to the intensification of the melting process, and can find application in technologies for the production of non-combustible fibrous insulation for various fields of industrial and civil engineering.
Известен способ интенсивной варки стекла в ванных печах, отапливаемых газом, путем тонкослойной загрузки шихты на перегретое зеркало ванны, позволяющий существенно сократить время получения готовой стекломассы и увеличить съем расплава с квадратного метра зеркала /1/.There is a method of intensive glass melting in gas-fired bath furnaces by thin-layer loading of the charge onto an overheated bath mirror, which can significantly reduce the time to obtain finished glass melt and increase melt removal from a square meter of the mirror / 1 /.
Недостатком этого технического решения является сложность процесса шихтоподготовки и загрузки шихты в печь, а также значительные потери шихты от уноса мелких фракций с зеркала ванны в регенеративные нагревательные колодцы.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the process of charge preparation and loading of the charge into the furnace, as well as significant loss of the charge from the entrainment of fine fractions from the bath mirror into regenerative heating wells.
Известен другой способ и устройство для интенсивного плавления минеральной шихты в ванных печах плавление в шихтовых кучах с помощью направленного высокотемпературного факела разовых горелок. При этом для интенсификации тепломассообмена осуществляют постоянный набрызг перегретого расплава на шихтовые кучи. Расплав, стекая по уклону тонкой пленкой, стаскивает за собой на зеркало частички шихты, обеспечивая быстрый их проплав /2/.There is another method and device for intensive melting of a mineral charge in bath furnaces, melting in charge heaps using a directional high-temperature torch of single burners. At the same time, to intensify heat and mass transfer, a constant spray of superheated melt is carried out on charge heaps. The melt, flowing down the slope with a thin film, pulls particles of the charge behind it onto the mirror, ensuring their fast melt / 2 /.
Недостатком известного изобретения является большая энергозатратность на поддержание значительного рециркуляционного объема перегретого расплава для обеспечения процесса набрызгал, а также сопутствующий этому способу большой капельный унос расплава в дымоотводящий тракт.A disadvantage of the known invention is the high energy consumption for maintaining a significant recirculation volume of the superheated melt to ensure the sprayed process, as well as the concomitant large droplet entrainment of the melt into the flue duct.
Из /3/ известен еще один способ интенсификации процесса плавления мелкодисперсной минеральной шихты на наклонных поверхностях - полках с газопламенным или косвенным электродуговым обогревом. По мере того, как расплав стекает с обогреваемых склонов, убыль проплавляемого слоя поддерживается свежими порциями загрузки. Получаемый первичный расплав поступает на провар и гомогенизацию в накопительный, отапливаемый газом бассейн. Углы наклона плавильных откосов выбирают с учетом дисперсности шихты, степени сыпучести, а также жидкотекучести расплава.From / 3 /, another method is known for intensifying the process of melting a finely dispersed mineral mixture on inclined surfaces — shelves with gas-flame or indirect electric-arc heating. As the melt flows down from the heated slopes, the decrease in the melted layer is supported by fresh portions of the load. The resulting primary melt enters the fume and homogenization in a storage, gas-heated pool. The inclination angles of the melting slopes are selected taking into account the dispersion of the charge, the degree of flowability, as well as the fluidity of the melt.
К недостатку способа следует отнести его непригодность для плавления горных пород, поскольку данным способом можно плавить только легко фриттуемые щелочные шихты, способные зависать и плавиться при нагреве на крутых откосах.The disadvantage of this method is its unsuitability for melting rocks, since this method can only be melted easily frit alkaline mixture, capable of hanging and melting when heated on steep slopes.
Необходимо отметить, что получение расплава из силикатных шихт осуществляют главным образом с использованием печей с жидкой накопительно-расходной ванной, за счет контакта частичек загружаемой шихты с перегретым расплавом. При этом расплав и ванна, в свою очередь, нагреваются радиационным теплом, которое излучают свод и стены печи. Однако предельная эксплуатационная температура свода и стен ограничена жаростойкостью огнеупоров 1600°С. Для того, чтобы нагреть ванну до температуры, равной температуре свода, печь должна длительно работать в холостом режиме без выдачи расплава, так как загрузка холодной шихты резко снизит температуру ванны. Все это делает плавку силикатов в жидкой ванне при непрерывной выдаче расплава - малопроизводительной и неэкономичной. В то же время совершенно очевидно, что увеличить производительность плавильных печей невозможно без освоения температур нагрева 1700...2000°С, т.е. выхода за пределы жаростойкости выпускаемых промышленностью огнеупоров. В газовых печах с радиационным нагревом эту проблему решить невозможно. Тем не менее проблема может быть решена, если использовать конвективный ударно-струйный нагрев шихты высокотемпературными газами.It should be noted that the production of the melt from silicate blends is carried out mainly using furnaces with a liquid storage-expendable bath, due to the contact of the particles of the loaded charge with the overheated melt. In this case, the melt and the bath, in turn, are heated by radiation heat, which radiate the arch and walls of the furnace. However, the maximum operating temperature of the arch and walls is limited by the heat resistance of refractories 1600 ° C. In order to heat the bath to a temperature equal to the temperature of the arch, the furnace must be idle for a long time without issuing a melt, since loading a cold charge will sharply reduce the temperature of the bath. All this makes the melting of silicates in a liquid bath with continuous melt delivery - inefficient and uneconomical. At the same time, it is quite obvious that it is impossible to increase the productivity of melting furnaces without mastering the heating temperatures of 1700 ... 2000 ° С, i.e. going beyond the heat resistance of industrial refractories. In gas furnaces with radiation heating, this problem cannot be solved. Nevertheless, the problem can be solved by using convective shock-jet heating of the mixture with high-temperature gases.
Известна проходная газовая печь со сводовым отоплением для скоростного ударно-струйного нагрева металлических заготовок под ковку, закалку и т.п. целей до температуры 1200...1300°С /4/. Нагреваемый металл находится на карборундовой подвижной подине, которая опирается на роликовую платформу с кривошипным возвратно-поступательным приводом. Для подачи высокотемпературных газов в своде печи установлены четыре скоростные газовые горелки типа ГВ, разработанные институтом ВНИИпромгаз /5/. Горелка ГВ включает воздухоохлаждаемую камеру горения, изготовленную из жаропрочной стали Х23Н18 и кожух из стали Х18Н10Т. Остальные узлы и детали изготовлены из Ст.3. Скорость истечения продуктов сгорания топлива 100...200 м/с. Расход газа 1,75...14,0 нм3/ч. Горелка снабжена электроискровым запальным устройством. При подогреве воздуха на горение температура факела может достигать 1900°С. Скорость нагрева при ударно-струйном способе в 6-10 раз выше, чем при обычном настильно-факельном. Печи с ударно-струйным нагревом по интенсивности нагрева близки к индукционным электрическим печам, применяемым для нагрева металла.Known continuous gas furnace with vault heating for high-speed shock-jet heating of metal blanks for forging, hardening, etc. targets to a temperature of 1200 ... 1300 ° C / 4 /. The heated metal is located on a carborundum movable hearth, which rests on a roller platform with a crank reciprocating drive. To supply high-temperature gases, four high-speed gas burners of the GV type, developed by the Institute of VNIIpromgaz / 5 /, are installed in the roof of the furnace. The GV torch includes an air-cooled combustion chamber made of heat-resistant steel X23H18 and a casing of steel X18H10T. The remaining components and parts are made of Art. 3. The flow rate of the products of fuel combustion is 100 ... 200 m / s. Gas consumption 1.75 ... 14.0 nm 3 / h. The burner is equipped with an electric spark ignition device. When heating combustion air, the flame temperature can reach 1900 ° С. The speed of heating with the shock-jet method is 6-10 times higher than with the usual lay torch. Impact-jet furnaces are close in intensity to the induction electric furnaces used to heat the metal in terms of heating intensity.
Исследования показали /5/, что в печах с ударно-струйным скоростным нагревом наибольшая теплоотдача от струи приходится на подину и прилегающее к ней основание боковой стенки, причем количество тепла, передаваемое на свод и прилегающую к своду части стены, в 4-5 раз меньше, чем на подину.Studies have shown / 5 / that in furnaces with shock-jet high-speed heating, the greatest heat transfer from the jet falls on the bottom and the adjacent base of the side wall, and the amount of heat transferred to the arch and part of the wall adjacent to the arch is 4-5 times less than on the bottom.
Недостатком известного технического решения является непригодность подовой части печи для получения расплава из силикатной шихты, а также ограниченные технологические и конструктивные возможности керамического свода для многорядного размещения горелок и загрузочных устройств подачи шихты.A disadvantage of the known technical solution is the unsuitability of the hearth of the furnace to obtain a melt from a silicate charge, as well as the limited technological and design capabilities of the ceramic arch for multi-row placement of burners and charge charge feeding devices.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ получения расплава на скатной подине без накопительной ванны, реализованный в изобретении /6/ для получения стекла из отходов производства стеклопластиков. Печь содержит бассейн с керамическим наклонным под углом 3-5° односкатным подом. В бассейне выложен проток, нижний подовый брус которого в торце имеет вертикальную канавку для образования струи стекла. На расстоянии 150-200 мм от нижней кромки бруса в поду выполнено конусообразное отверстие, через которое свободно падает струя стекломассы. Для загрузки отходов в печь служит боковой карман. Печь обогревается двумя газовыми горелками среднего давления, которые установлены с торговой стороны бассейна. Печь работает следующим образом. Зажигают горелки отопления и при достижении в печи температуры 1380-1400°С через боковой карман на подину загружают первую порцию отходов стеклопластиков. Затем включают вентилятор подачи горячего воздуха, который усиливает выгорание органических компонентов связующего, после чего прокаленное стекло плавится и по наклонной подине течет к выработочному протоку - лотку, пройдя который по вертикальной канавке тонкой струей, свободно падает по центру подового отверстия.The closest in its technical essence and the achieved effect to the present invention is a method for producing a melt on a pitched hearth without an accumulative bath, implemented in the invention / 6 / for producing glass from fiberglass production wastes. The furnace contains a pool with a ceramic sloping hearth inclined at an angle of 3-5 °. A duct is laid out in the pool, the bottom hearth of which at the end has a vertical groove for the formation of a glass jet. At a distance of 150-200 mm from the bottom edge of the beam, a cone-shaped hole is made in the hearth, through which the glass melt stream freely falls. A side pocket is used to load waste into the oven. The furnace is heated by two medium-pressure gas burners, which are installed on the trading side of the pool. The furnace operates as follows. They light the heating burners and when the temperature in the furnace reaches 1380-1400 ° C through the side pocket, the first portion of fiberglass waste is loaded onto the bottom. Then, a hot air supply fan is turned on, which enhances the burnout of the organic components of the binder, after which the annealed glass melts and flows along the inclined bottom to the working duct - the tray, which, passing through the vertical groove with a thin stream, freely falls in the center of the hearth hole.
Недостатком выбранного прототипа является невозможность получения расплава из более тугоплавких, чем стекло материалов, например горных пород.The disadvantage of the selected prototype is the inability to obtain a melt from more refractory than glass materials, such as rocks.
Целью настоящего изобретения является интенсификация процесса получения расплава из вулканических стекол - горных пород, а также бытовых и промышленных стеклоотходов.The aim of the present invention is to intensify the process of obtaining melt from volcanic glass - rocks, as well as domestic and industrial waste glass.
Поставленная цель достигнута тем, что в способе плавления вулканических горных пород, содержавших тугоплавкие примеси - кварциты и др., включающий загрузку и плавление шихты на твердом основании при непрерывном гравитационном отборе расплава на выдачу, шихту плавят на перегретых локальных участках твердого основания - жаровых пятнах, которые формируют с помощью направленного ударно-струйного нагрева при температуре 1700±250°C, причем шихту на жаровне пятна дозируют тонким слоем и/или в виде кусковой россыпи, а получаемый расплав в процессе отбора непрерывно сепарируют от непроплава на твердое основание с периодическим удалением из печи с помощью скребка. Согласно изобретению одно жаровое пятно формируют по крайней мере двумя ударно-струйными потоками; на твердом основании, локально или по всей площади плавильной зоны, с целью защиты пода от размывания скоростным факелом, оставляют постоянный слой восстановленного металла.This goal is achieved by the fact that in the method of melting volcanic rocks containing refractory impurities - quartzite and others, including loading and melting the charge on a solid base with continuous gravitational selection of the melt for delivery, the charge is melted on overheated local areas of the solid base - fire spots, which are formed using directional shock-jet heating at a temperature of 1700 ± 250 ° C, moreover, the charge on the frypot is dosed with a thin layer and / or in the form of lumpy bulk, and the resulting melt in the process the selection is continuously separated from the non-melt onto a solid base with periodic removal from the furnace using a scraper. According to the invention, one heat spot is formed by at least two shock-jet streams; on a solid base, locally or over the entire area of the melting zone, in order to protect the hearth from being washed away by a high-speed torch, a constant layer of reduced metal is left.
В устройстве для осуществления предлагаемого способа, включающем плавильную с керамическим сводом и наклонным односкатным подом печь, загрузчик шихты, горелки для сжигания углеводородного топлива с системой дымоотвода, выработочный смонтированный внутри печи лоток с вертикальным на торце каналом, под который в подине образовано конусообразное отверстие для слива расплава, - подина или ее часть выложены горизонтально, а свод печи выполнен водоохлаждаемым в виде по крайней мере одной горелочной панели, сваренной из листовой стали, с цилиндрическими монтажными фирмам, технологическими отверстиями для загрузки шихты, замера температур, отбора газовых и шлаковых проб и др., панель с огневой стороны футерована легковесным теплоизоляционный огнеупором, на внешней стороне панели выполнены монтажные захваты и ребра продольно-поперечной жесткости, причем в фурмах установлены горелки для сжигания газа и/или жидкого топлива, факел которых взаимодействует с подом печи при скорости соударения 30...250 м/с и соотношениях высоты свода "Н" к среднему диаметру жарового пятна "Д" в пределах, Н/Д: 0,5...4,0. В качестве варианта исполнения - свод или часть свода выполнены с наклоном в соответствии с профилем пода. В фурмах свода установлены газовые горелки ударно-струйного нагрева с номинальной /7/ тепловой мощностью 100...1200 кВт при скорости истечения продуктов сгорания топлива на срезе сопла 160 м/с. В соответствии с изобретением внутри печи параллельна основным стенкам установлена по крайней мере одна массивная отражательная фальшстена из высокоогнеупорного материала, причем зазор между стенками составляет 0,1...2,5 от величины среднего диаметра жарового пятна. Подина печи в зоне плавления шихты перегорожена шлаковым затвором с частичным заглублением в жидкий металл и снабжена леткой для слива прибыли металла. Кроме того, подина выполнена с уклоном на два ската, причем конек скатов общий и расположен в поперечном и/или продольном сечениях подины. Уклоны скатов подины ориентированы оппозитно друг другу, а их нижние торцы примыкают к общему выработочному лотку. Как вариант исполнения - уклоны двухскатной подины ориентированы в противоположные стороны к индивидуальным выработочным лоткам. Согласно заявленного устройства подина или ее отдельные участки снабжены колосниковыми выступами и/или перегородками в виде усеченных пирамид, конусов, полусфер, решеток или иной феометрической формы, выполненными сварнолитыми из железохромистого сплава с содержанием хрома 35...75%.In the device for implementing the proposed method, comprising a furnace with a ceramic arch and an inclined single-hearth furnace, a batch feeder, burners for burning hydrocarbon fuel with a chimney system, a production tray mounted inside the furnace, a channel with a vertical channel at the end, under which a cone-shaped drain hole is formed in the bottom melt, - the hearth or part of it is laid horizontally, and the furnace arch is water-cooled in the form of at least one burner panel welded from sheet steel, with a cylinder assembly companies, technological holes for loading the charge, measuring temperatures, taking gas and slag samples, etc., the panel is lined on the fire side with a lightweight heat-insulating refractory, mounting grips and ribs are made on the outside of the panel, and burners are installed in the lances for burning gas and / or liquid fuel, the torch of which interacts with the hearth of the furnace at a collision speed of 30 ... 250 m / s and the ratio of the height of the arch "N" to the average diameter of the heat spot "D" in the limit x, N / A: 0.5 ... 4.0. As an embodiment, the arch or part of the arch is made with an inclination in accordance with the profile of the hearth. In the tuyeres of the arch gas shock-burner gas burners with a nominal / 7 / thermal power of 100 ... 1200 kW are installed at a flow rate of the products of fuel combustion at the nozzle exit 160 m / s. In accordance with the invention, at least one massive reflective false wall made of highly refractory material is installed inside the furnace parallel to the main walls, the gap between the walls being 0.1 ... 2.5 of the average diameter of the heat stain. The hearth of the furnace in the charge melting zone is blocked by a slag shutter with a partial deepening into liquid metal and equipped with a tap hole for draining metal profit. In addition, the hearth is made with a slope of two slopes, and the skate ridge is common and located in the transverse and / or longitudinal sections of the hearth. The slopes of the ramps of the bottom are oriented opposite each other, and their lower ends are adjacent to the common working tray. As an embodiment, the slopes of the gable bottom are oriented in opposite directions to the individual working trays. According to the claimed device, the hearth or its individual sections are equipped with grate ledges and / or partitions in the form of truncated pyramids, cones, hemispheres, gratings or other pheometric shapes made of welded cast iron-chromium alloy with a chromium content of 35 ... 75%.
Выработочный лоток изготовлен сварнолитым методом из железохромистого сплава с содержанием хрома 35...75%. Как еще один вариант исполнения - подина печи выложена из хромоксидных керамических огнеупоров с содержанием оксида хрома 92,5...96,0%.The working tray is made by a weld-cast method of iron-chromium alloy with a chromium content of 35 ... 75%. As another embodiment, the hearth of the furnace is lined with ceramic oxide refractories with a chromium oxide content of 92.5 ... 96.0%.
На фиг.1 изображены общий вид предлагаемого устройства, боковой разрез и принципиальная схема безваннового способа плавления горных пород, содержащих тугоплавкие примеси с сепарацией и удалением непроплава из печи; на фиг.2 представлен боковой разрез печи с частично наклонной подиной и горизонтальным выроботочным участком; на фиг.3 - вариант плавления шихты на горизонтальной подине, защищенной слоем жидкого чугуна; на фиг.4 - узел отстоя и непрерывного слива прибыли восстановленного металла; на фиг.5-6 схематически изображена плавильная печь с двухскатной подиной с уклоном каждого ската к общему выработочному лотку; на фиг.7-8 показана печь с двухскатной подиной, уклоны которой ориентированы в противоположные стороны, к индивидуальным выработочным лоткам; на фиг.9 - схема взаимодействия конвективных ударно-струйных потоков горелок с шихтой /а/ и с подиной /б/; на фиг.10 показаны различные варианты размещения в печном пространстве фальшстенок и жаровых пятен на подине, а также фрагмент схемы дымоотвода.Figure 1 shows a General view of the proposed device, a side section and a schematic diagram of a vannless method for melting rocks containing refractory impurities with separation and removal of non-melt from the furnace; figure 2 presents a side section of a furnace with a partially inclined hearth and a horizontal working section; figure 3 is a variant of the melting of the charge on a horizontal hearth, protected by a layer of molten iron; figure 4 - node sludge and continuous discharge of profit of the recovered metal; 5-6 schematically depict a melting furnace with a gable hearth with a slope of each slope to a common production tray; 7-8 show a furnace with a gable hearth, the slopes of which are oriented in opposite directions, to individual production trays; figure 9 is a diagram of the interaction of convective shock-jet flows of the burners with the charge / a / and the bottom / b /; figure 10 shows various options for the placement in the furnace space of false walls and heat spots on the hearth, as well as a fragment of the smoke exhaust circuit.
Устройство для безваннового плавления горных пород по предлагаемому способу представляет собой плавильную 1 печь, которая включает керамический выложенный из огнеупорных брусьев 2 под, выработочный 3 лоток с вертикальным 4 каналом, полый водоохлаждаемый 5 свод, выполненный в виде горелочной панели, сваренной из листовой стали с цилиндрическими 6 фурмами и технологическими 7 отверстиями для загрузки шихты, отбора шлака и газовых проб, замера температур и т.п. Свод с огневой стороны футерован огнеупорным 8 легковесом, на внешней стороне свода 5 выполнены монтажные проушины и силовые элементы продольно-поперечной жесткости /не показано/. Силовой каркас и другие элементы жесткости конструкции могут располагаться внутри полости сводовой панели, причем свод 5 может состоять из нескольких самостоятельных водоохлаждаемых горелочных панелей с различным количеством фурм и технологических отверстий. В фурмах 6 свода 5 установлены топливосжигающие устройства - газовые горелки или форсунки 9, факелы которых жестко взаимодействуют с твердым подом 2, информируя на нем жаровые пятна 10. При использовании тугоплавкой или крупнокусковой шихты целесообразно применять высоконапорный нагрев, со коростью струйного потока выше 100 м/с, при этом во избежании размыва подины, на последней формируют защитный слой из жидкого чугуна, загружаемого в печь в виде металлического лома, либо путем восстановления из шихты силикатов железа. Для поддержания соответствующего уровня жидкого металла на плавильном участке подины, прибыль жидкого чугуна непрерывно сливают через боковую или торцевую стенки печи с помощью специальной летки 11 и кармана-отстойника 12, который сообщается через донный перетек 13 с плавильным участком 14 подины 2. С целью повышения эффективности нагрева в плавильной зоне печь содержит фальшстены 15, которые выгораживают локальные объемы печного пространства, в фальшстенках могут быть предусмотрены дымовые каналы для отвода продуктов сгорания топлива в общий дымовой тракт 16.The device for the wireless melting of rocks according to the proposed method is a
Процесс безваннового плавления шихты может быть пояснен на следующем примере. Для получения расплава используются природные стекла - вулканические горные породы, недонасыщенные двуокисью кремния /от 52 до 40%/ базальты, диабазы, габбро, порфириты, имеющие, например, следующий базовый химический состав, %: SiO2 – 48-51; Al2O3 – 10-13; Fe2O3 – 13-17; CaO – 10-14; МgО – 2-5. Фракционный состав шихты задается в пределах 10...50 мм. Крупнокусковая шихта требуй более жесткого ударно-струйного нагрева при скорости факела на срезе сопла горелки 100...250 м/с. Шихта загружается в печь либо периодически дозированными по весу порциями, либо непрерывно, например вибро-ручьевой подачей, через сводовое отверстие. При этом общим принципом загрузки является подача шихты на жаровые пятна, в эпицентр нагрева. Только при таком условии загрузки достигается наибольший эффект конвективной теплопередачи от факела к шихте. Жаровые пятна не является условным понятием предлагаемого способа, они отчетливо обозначены на общем высокотемпературном поле плавильной зоны пода. Варьируя условиями сжигания топлива /подогрев воздуха, газа, обогащение газовоздушной смеси кислородом и т.п./ можно вести плавку в широком диапазоне нагрева - 1700±250°C. При этом необходимо вести постоянный контроль за сплошностью покрытия шихтой жаровых пятен, снижать тепловую в мощность горелок при сбоях в работе загрузчика или вынужденных простоях печи. Колебания тепловых напряжений печного пространства не влекут за собой необходимость в затягивании или роспуске сводового прекрытия.The process of melting chargeless melting can be illustrated by the following example. To obtain the melt, natural glasses are used - volcanic rocks, unsaturated with silicon dioxide / from 52 to 40% / basalts, diabases, gabbro, porphyrites having, for example, the following basic chemical composition,%: SiO 2 - 48-51; Al 2 O 3 - 10-13; Fe 2 O 3 - 13-17; CaO - 10-14; MgO - 2-5. The fractional composition of the charge is set within 10 ... 50 mm. Lump mixture require more stringent shock-jet heating at a torch speed at the burner nozzle exit of 100 ... 250 m / s. The mixture is loaded into the furnace either periodically dosed by weight in portions, or continuously, for example by vibro-brook feed, through the arch hole. In this case, the general principle of loading is the supply of the mixture to the heat spots, in the epicenter of heating. Only under this loading condition is the greatest effect of convective heat transfer from the torch to the charge achieved. Heat spots are not a conditional concept of the proposed method, they are clearly indicated on the general high-temperature field of the hearth melting zone. Varying the conditions of fuel combustion / heating of air, gas, enrichment of a gas-air mixture with oxygen, etc. / it is possible to conduct melting in a wide heating range - 1700 ± 250 ° C. In this case, it is necessary to constantly monitor the continuity of the coating with the mixture of heat spots, to reduce the thermal power of the burners in case of failures in the bootloader or forced downtime of the furnace. Fluctuations in the thermal stresses of the furnace space do not entail the need to tighten or dissolve the vaulted ceiling.
Особенностью плавления методом ударно-струйного нагрева является требование к ограничению, локализации печного пространства путем выгородок из фальшстен, выполняющих роль лучевых высокотемпературных экранов, т.е. секционирование на плавильные зоны. Правильно организованный нагрев скоростными горелками позволяет регулировать окислительно-восстановительную среду в каждой из секций плавильной зоны пода, что весьма важно для расплавов из железосодержащих горных пород. Секционный принцип построения плавильной печи позволяет достигать в зоне плавления высоких теплонапряжений и получить температуру нагрева, намного превышающую температуру жаростойкости стен и свода, не подвергая их при этом опасности разрушения, поскольку при нагреве подины остронаправленным факелом коэффициент передачи тепла к шихте конвекцией больше, чем к кладке. Конвективная составляющая теплообмена в этом случае может достигать 80% /5/. Фальшстены внутри печи выкладывают из огнеупоров повышенной жаропрочности, например из хромоксидных, температура применения которых при длительном нагреве может достигать 1800°С. Зазор между фальшстенами и стенками печи составляет 0,1...2,5 от величины среднего диаметра жаровых пятен, причем нижние значения предела соответствуют термическому расширению кладки стен, а верхние значения предела относятся к зазорам между стенками, локализующими плавильную зону, за границей которой коэффициент конвективного нагрева резко снижается. Шихта плавится на горизонтальной или скатной с угловым наклоном подине. Назначение скатов и величина угла их наклона связаны с интенсивностью отвода расплава в рабочий проток, а также обусловлено конкретными технологическими задачами: работа печи на одну или две производственные линии, увеличение или уменьшение времени термической или химической гомогенизации расплава, чистота сепарирования расплава от тугоплавких примесей и т.п.A feature of melting by the method of shock-jet heating is the requirement to limit and localize the furnace space by means of fences made of false walls, which act as high-temperature beam screens, i.e. sectioning into melting zones. Properly organized heating by high-speed burners makes it possible to regulate the redox environment in each section of the hearth smelting zone, which is very important for melts from iron-containing rocks. The sectional principle of building a melting furnace allows one to achieve high heat stresses in the melting zone and to obtain a heating temperature that is much higher than the heat resistance of the walls and arch, without jeopardizing them, since when the hearth is heated by a torch with a directional torch, the coefficient of heat transfer to the charge by convection is greater than to masonry . The convective component of heat transfer in this case can reach 80% / 5 /. The false walls inside the furnace are laid out from refractory materials of increased heat resistance, for example, from chromium oxide, the temperature of use of which with prolonged heating can reach 1800 ° C. The gap between the false walls and the walls of the furnace is 0.1 ... 2.5 of the average diameter of the heat spots, the lower limit values correspond to the thermal expansion of the wall masonry, and the upper limit values relate to the gaps between the walls localizing the melting zone, beyond which the convective heating coefficient decreases sharply. The mixture melts on a horizontal or pitched bottom with an angled slope. The purpose of the slopes and the angle of their inclination are related to the intensity of the melt discharge into the working duct, and is also due to specific technological tasks: operation of the furnace on one or two production lines, increase or decrease the time of thermal or chemical homogenization of the melt, the purity of separation of the melt from refractory impurities, and t .P.
Срок службы пода в зоне плавления может быть существенно повышен, если загрузку шихты вести на колосники - выступы различной геометрической формы в виде отдельных легкозаменяемых элементов, отлитых из высокохромистых сплавов. При этом к выбору состава сплава необходимо подходить с учетом температуры эксплуатации, механической нагрузки и других условий, в частности газовой среды факела. Исследования /8/ показали, что по жаростойкости железохромистый сплав с содержанием хрома 35% превосходит сплавы с более высоким содержанием хрома, вплоть до 75%, но по прочностным характеристикам высокохромистые сплавы имеют значительные преимущества над низкохромистыми. Кроме того, сплавы с содержанием хрома 35% обладают максимальной жидкостекучестью, - все это также необходимо учитывать при проектировании сварнолитых или цельнолитых конструкций. В нашем примере наиболее нагруженными элементами являются колосниковые выступы, и вертикальный канал на торце выработочного лотка, эти элементы желательно отливать их высокохромистого состава, а подину и лоток - из сплава с более низким содержанием хрома.The life of the hearth in the melting zone can be significantly increased if the charge is loaded onto the grate - ledges of various geometric shapes in the form of separate easily replaceable elements cast from high-chromium alloys. In this case, the choice of alloy composition must be approached taking into account the operating temperature, mechanical load, and other conditions, in particular, the gas medium of the torch. Studies / 8 / showed that in terms of heat resistance, an iron-chromium alloy with a chromium content of 35% surpasses alloys with a higher chromium content, up to 75%, but in terms of strength characteristics, high-chromium alloys have significant advantages over low-chromium alloys. In addition, alloys with a chromium content of 35% have maximum fluidity - all this also needs to be taken into account when designing welded-cast or solid-cast structures. In our example, the most loaded elements are the grates, and the vertical channel at the end of the working tray, it is desirable to cast these elements with their high-chromium composition, and the bottom and the tray - from an alloy with a lower chromium content.
Для безваннового способа плавления помимо локализации зоны плавления, большое значение имеет расстояние от свода /влета факела горелки/ до подины, т.е. зоны формирования, жарового пятна. В предложенном техническом решении параметр высоты свода "Н" связан с диаметром формируемого жарового пятна "Д" соотношениями в пределах интервала 0,5...4,0. Нижний предел расчитан на грелки с коротким или плоским факелом, а верхний - ориентирован на длиннофакельные и скоростные горелки.In addition to the localization of the melting zone, the distance from the arch / entry of the torch torch / to the hearth is of great importance for a vannless melting method, i.e. zone of formation, hot spots. In the proposed technical solution, the vault height parameter "H" is associated with the diameter of the formed heat spot "D" by ratios within the interval 0.5 ... 4.0. The lower limit is designed for heaters with a short or flat torch, and the upper one is focused on long-torch and high-speed burners.
Печь безваннового плавления горных пород по предлагаемому способу построена на ОАО "Судогодское стекловолокно", г. Судогда, Владимирской обл. и находится в настоящее время в опытно-промышленной эксплуатации производства тонкого и супертонкого волокна по бесфильерной технологии, производительностью 100...200 кг/ч.The furnace free melting rock of the rocks according to the proposed method was built at JSC "Sudogodsky fiberglass", the city of Sudogda, Vladimir region. and is currently in pilot commercial operation for the production of thin and superthin fiber according to the filterless technology, with a productivity of 100 ... 200 kg / h.
Безванновый способ плавления горных пород делает возможным начать использование неисчерпаемых запасов российского базальтового сырья, потенциально пригодного для получения уникальных по своим физико-химическим свойствам волокон, однако практически невостребованного до сего времени из-за высокого содержания тугоплавких примесей - /12...15%/ - кварцитов, плагиоклаза и др. минералов, температура плавления которых на 400...500°С выше температуры жидкотекучего состояния базового расплава. Все это является основной причиной того, что на российском рынке при производстве тонких и супертонких волокон преобладают сравнительно чистые от посторонних примесей, но дорогие из-за таможенных и транспортных наценок базальты Украины, а закварцованные российские - используются преимущественно в качестве строительного щебня и на подсыпку дорог. С внедрением безваннового способа получения расплава из горных пород, российский базальт - как местное дешевое сырье, найдет применение в технологиях производства экологически чистого и долговечного утеплителя для гражданского и промышленного строительства и непрерывных нитей для композиционных материалов.The trenchless method of rock melting makes it possible to start using the inexhaustible reserves of Russian basalt raw materials, potentially suitable for obtaining fibers that are unique in their physicochemical properties, but have been practically unclaimed until now because of the high content of refractory impurities - /12...15%/ - quartzites, plagioclase and other minerals, the melting temperature of which is 400 ... 500 ° C higher than the temperature of the liquid-flowing state of the base melt. All this is the main reason that the Russian market for the production of thin and superthin fibers is dominated by relatively clean from impurities, but expensive because of the customs and transport margins of the Ukrainian basalts, and quartz Russian ones are used mainly as crushed stone and for adding roads . With the introduction of the girderless method of producing melt from rocks, Russian basalt, as a local cheap raw material, will find application in technologies for the production of environmentally friendly and durable insulation for civil and industrial construction and continuous threads for composite materials.
В качестве еще одного примера использования предлагаемого способа можно привести реальный процесс получения расплава из диабазовых порфиритов Буготакского месторождения "Каменный карьер", пос. Горный, Новосибирская обл. /9/ на ОАО "Судогодское стекловолокно" в производстве тонких и супертонких волокон.As another example of the use of the proposed method, the real process of obtaining the melt from the diabase porphyrites of the Bugotak deposit "Stone quarry", pos. Gorny, Novosibirsk region / 9 / at JSC "Sudogodskoe fiberglass" in the production of thin and superthin fibers.
Химический состав, %:Chemical composition, %:
SiO2 - 43,57-47,7; Al2O3 - 11,5-16,3; Fe2O3 - 11,69-15,2; CaO - 9,26-12,0; MgO - 6,4-13,8.SiO 2 43.57-47.7; Al 2 O 3 - 11.5-16.3; Fe 2 O 3 - 11.69-15.2; CaO 9.26-12.0; MgO - 6.4-13.8.
Минералогический состав, %:Mineralogical composition,%:
Плагиоклаз альбитизированный – 57-68Albitized plagioclase - 57-68
Авгит – 20-25Augit - 20-25
Актинолит – 4-14Actinolite - 4-14
Хлорит – 6-8Chlorite - 6-8
Эпидот – 5-6Epidote - 5-6
Серицит – 1-4Sericite - 1-4
Mагнетит - 1Magnetite - 1
Из приведенного перечня минералов к тугоплавким с различной степенью жаростойкости практически относится вся группа. Однако высокое содержание в шихте стеклообразующих оксидов кремния, кальция и сильных плавней-разжижителей /силикатов железа, магния/ делает расплав из диабазовых порфиритов достаточно жидкотекучим и технологичным в переработке в волокно. Благодаря тому, что подина в печи выполнена с наклоном в сторону выработки, обеспечивается быстрый гравитационный непрерывный уход образующегося базового расплава, и жаростойкие минералы, в большинстве своем не успевая эвтектически раствориться, отсаживаются /остаются/ на твердой подине, с которой по мере накопления легко удаляются через технологические окна с помощью стальных скребков.From the above list of minerals, the whole group is practically refractory with varying degrees of heat resistance. However, the high content in the charge of glass-forming oxides of silicon, calcium and strong flux-thinning agents / iron silicates, magnesium / makes the melt of diabase porphyrites quite fluid and technologically advanced in fiber processing. Due to the fact that the hearth in the furnace is tilted towards the mine, fast gravitational continuous leaving of the formed base melt is ensured, and heat-resistant minerals, mostly not having time to eutectically dissolve, are deposited / remain / on a solid hearth, with which they are easily removed as they accumulate through technological windows using steel scrapers.
Источники патентно-технической информацииSources of Patent Technical Information
1. Тонкослойная варка стекла. В кн. Технология стекла. Общ. ред. И.И.Китайгородского. М. Изд-во Литература по строительству. 1967 г., с. 105-108.1. Thin-layer glass melting. In the book. Glass technology. Total ed. I.I.Kitaygorodsky. M. Publishing House Building Literature. 1967, p. 105-108.
2. Способ варки минерального сырья. Авт. свид. СССР №1208023.2. The method of cooking mineral raw materials. Auth. testimonial. USSR No. 1208023.
3. Патент №4564379, США, 1986 г.3. Patent No. 4564379, USA, 1986
4. Барк С.Е. и др. Скоростной газовый нагрев цилиндрических заготовок из алюминиевых сплавов. Ж-л "Технология легких сплавов. №1, 1976 г., с. 72-78.4. Bark S.E. and others. High-speed gas heating of cylindrical billets of aluminum alloys. Zhl "Technology of light alloys. No. 1, 1976, S. 72-78.
5. Асцатуров и др. Кн. Скоростной струйный нагрев металла. Изд-во "Техника", Киев, 1984 г., с. 77-97.5. Asstaturov et al. High-speed jet heating of metal. Publishing house "Technique", Kiev, 1984, p. 77-97.
6. Плавильная печь. Авт. свид. СССР №284255, 1968 г. /прототип/.6. Melting furnace. Auth. testimonial. USSR No. 284255, 1968 / prototype /.
7. 3аявка №200113064 на патент РФ от 10.12.2001 г.7. 3 application No. 200113064 for a patent of the Russian Federation dated 10.12.2001
8. "Разработка жаростойкого сплава, конструкций и технологии изготовления элементов узла выдачи и раздува минерального расплава в супертонкое волокно". Заключительный отчет по х/д №1830 от 02.12.1985 г. ИПЛ АН УССР.8. "Development of a heat-resistant alloy, structures and manufacturing technology for elements of the unit for issuing and blowing the mineral melt into a superthin fiber." The final report on x / d No. 1830 dated 02.12.1985, IPL AS USSR.
9. Справка минералогического и химического состава диабазов и диабазовых порфиритов. АООТ "Каменный карьер", 633411, Новосибирская обл. пос. Горный.9. Information on the mineralogical and chemical composition of diabases and diabase porphyrites. AOOT "Stone quarry", 633411, Novosibirsk region pos. Mountain.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002109399/03A RU2230709C2 (en) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Method and apparatus for pool-free melting of rock |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002109399/03A RU2230709C2 (en) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Method and apparatus for pool-free melting of rock |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002109399A RU2002109399A (en) | 2003-11-20 |
RU2230709C2 true RU2230709C2 (en) | 2004-06-20 |
Family
ID=32845575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002109399/03A RU2230709C2 (en) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Method and apparatus for pool-free melting of rock |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2230709C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2545846C1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СМП - Механика" | Gas-electric furnace for production of fibre from rocks, mainly basalt rocks |
-
2002
- 2002-04-11 RU RU2002109399/03A patent/RU2230709C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2545846C1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СМП - Механика" | Gas-electric furnace for production of fibre from rocks, mainly basalt rocks |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11680004B2 (en) | Submerged combustion melters and methods | |
EP2102118B1 (en) | Process and apparatus for making mineral fibres | |
KR102214644B1 (en) | Method and apparatus for melting solid raw batch material using submerged combustion burners | |
Pioro et al. | Reprocessing of metallurgical slag into materials for the building industry | |
JPH07501309A (en) | Oxygen/fuel combustion in furnaces with high volume, low velocity, turbulent flames | |
RU2361162C2 (en) | Reverberatory furnace for metal remelting | |
LU93213B1 (en) | Submerged combustion furnace | |
JP2009270815A (en) | Device and method for manufacturing siliceous molten material | |
EP3250521A1 (en) | Burner for submerged combustion melter | |
RU2230709C2 (en) | Method and apparatus for pool-free melting of rock | |
CN107231800A (en) | The burner that is inclined upwardly in glass-melting furnace | |
SU850618A1 (en) | Glass smelting furnace | |
Pioro et al. | Advanced melting technologies with submerged combustion | |
RU2743546C1 (en) | Mineral fiber plant | |
RU2276112C2 (en) | Method of melting of rocks and the device for its realization | |
RU2017054C1 (en) | Gas cupola for producing mineral wool | |
RU2114185C1 (en) | Reheating walking-beam furnace for heating of long metal articles | |
RU2076290C1 (en) | Gas cupola furnace | |
RU2281448C1 (en) | Gas cupola with refractory nozzle | |
SU941823A1 (en) | Blast cupola | |
SU842059A1 (en) | Bath furnace for smelting lump silicate raw material | |
SU1544719A1 (en) | Feeder of melting furnace for producing silicate melt | |
RU2002109399A (en) | Rampless melting of rocks according to the method of R. D. Tikhonov and a device for its implementation | |
RU2020393C1 (en) | Gas cupola for production of mineral wool | |
RU2652044C1 (en) | Gas and electric cupola furnace (gecf) for the nonmetallic materials melting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20070213 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080412 |