RU2293935C2

RU2293935C2 - Pyro-metallurgical aggregate

Info

Publication number: RU2293935C2
Application number: RU2005105014/02A
Authority: RU
Inventors: Зуфар Гарифуллинович Салихов (RU); Зуфар Гарифуллинович САЛИХОВ; Анатолий Петрович Щетинин (RU); Анатолий Петрович ЩЕТИНИН
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие "ЭКОСИ"
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2007-02-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: pyro-metallurgical aggregate such as furnace includes one or several reaction chambers, opening or several openings in furnace roof for removing furnace gases and uptake or uptakes mounted coaxially along vertical line with said opening or openings for after-burning combustible matters in removed furnace gases. Fire resistant petals are suspended to lower edge of uptake or uptakes along the whole periphery with possibility of alternating free deflection from vertical line by angle no more than 90°.

EFFECT: enhanced operational reliability, increased useful life period of furnace, improved controllability of furnace hydrodynamics, simplified process of combustible matter after-burning in gas removal path.

6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургическому оборудованию, в частности к металлургическим агрегатам цветной и черной металлургии и химической промышленности, как, например, печь Ванюкова.The invention relates to metallurgical equipment, in particular to metallurgical units of non-ferrous and ferrous metallurgy and the chemical industry, such as, for example, Vanyukov’s furnace.

Известен пирометаллургический агрегат - печь кипящего слоя, содержащая реакционную камеру со сводовым проемом (отверстием) для отвода высокотемпературных пылесодержащих газов в охлаждаемый стояк газоотводящего тракта, примыкающего непосредственно к указанному проему (а.с. 3396700/22, бюл. №25 от 07.07.83 г., МПК: F 27 В 15/00).A known pyrometallurgical unit is a fluidized bed furnace containing a reaction chamber with a vault opening (hole) for diverting high-temperature dust-containing gases into a cooled riser duct, adjacent directly to the specified opening (A.S. 3396700/22, bull. No. 25 from 07.07.83 g., IPC: F 27 B 15/00).

Недостатком агрегата по а.с.3396700 является то, что в нем невозможно или сложно задавать желаемое значение распределения газов по своду агрегата, а также осуществить регулируемый отвод тепла со свода печи или регулировать количество теплоотводящих газов при переменных значениях производительности агрегата, т.е. переменных значениях образующегося тепла в реакционной камере. В нем невозможно также производить регулируемое по длине газоотводящего тракта дожигание горючих веществ, органических или углесодержащих газов и т.д., выносимых через проемы в стояк или аптейк.The disadvantage of the unit according to AS 33396700 is that it is impossible or difficult to set the desired gas distribution value over the unit’s roof, as well as to carry out controlled heat removal from the furnace roof or to regulate the amount of heat-removing gases with variable values of the unit’s productivity, i.e. variable values of heat generated in the reaction chamber. It is also impossible to produce afterburning of combustible substances, organic or carbon-containing gases, etc., carried out through openings into a riser or pharmacy, which is adjustable along the length of the exhaust pipe.

Известен также другой пирометаллургический агрегат - печь Ванюкова, содержащая один или несколько реакционных камер, отверстие или несколько отверстий на своде печи для отвода печных газов соосно по вертикали с упомянутым отверстием или отверстиями установленный аптейк или аптейки для дожигания горючих веществ в отводимых печных газах, примыкающие к упомянутым сводовым отверстиям или отверстию на своде печи (журнал «Цветные металлы», М., №11, 2003, с.28-30). Недостатком пирометаллургического агрегата - печи Ванюкова является то, что в нем невозможно осуществить управляемый отвод тепла с отходящими газами через отверстия на своде каждой зоны печи. Это можно сделать грубо, путем изменения разряжения в газоходном тракте. Но в этом случае необходимо иметь достаточно большой запас диапазона регулирования скорости и мощности электродвигателя вентилятора газоотводящего тракта. Однако и в этом случае осуществляется только неравномерный отвод тепла, т.е. из сводовых отверстий, близлежащих к зонам печи отводится большое количество тепла, а с удаленных от отверстия на своде зон отводится малое количество тепла. Поэтому, равномерный нагрев всей поверхности свода остается проблемной технической задачей. При необходимости дожигания органических соединений и мелких фракций угля, выносимых с печными газами, невозможно управлять также температурой и местонахождением горения названных горючих веществ как в аптейке или в аптейках, так и в газоходном тракте. Кроме того, динамические удары от так называемого «вспенивания» расплава в реакционной зоне печи Ванюкова или мелких взрывов в зонах попадания воды из охлаждающих кессонов в горячий расплав или конденсата или кусков льда с рудой в расплав, обычно гасятся за счет несущих элементов конструкции печи или аптейков, что снижает долговечность работы элементов агрегата. При общем коллекторе для всех аптейков, трудно обеспечивается поддержание необходимой тяги в каждом отдельно взятом аптейке, что затрудняет поддержание теплосъема отдельно через каждый аптейк.Another pyrometallurgical unit is also known - the Vanyukov’s furnace, containing one or more reaction chambers, an opening or several openings on the arch of the furnace for removal of furnace gases, a pharmacy or pharmacies installed for the afterburning of combustible substances in the exhaust furnace gases adjacent to mentioned arched openings or a hole in the arch of the furnace (journal "Non-ferrous metals", M., No. 11, 2003, S. 28-30). The disadvantage of the pyrometallurgical unit, the Vanyukov furnace, is that it is not possible to carry out controlled heat removal with exhaust gases through openings in the arch of each zone of the furnace. This can be done roughly by changing the discharge in the gas duct. But in this case, it is necessary to have a sufficiently large margin of the range for controlling the speed and power of the exhaust gas fan motor. However, in this case as well, only non-uniform heat removal is carried out, i.e. a large amount of heat is removed from the vault openings adjacent to the furnace zones, and a small amount of heat is removed from the areas remote from the opening in the vault of the zones. Therefore, uniform heating of the entire surface of the arch remains a problematic technical task. If it is necessary to re-burn organic compounds and small fractions of coal carried out with furnace gases, it is also impossible to control the temperature and location of the combustion of these combustible substances in a pharmacy or in pharmacies, as well as in a gas duct. In addition, dynamic shocks from the so-called “foaming” of the melt in the reaction zone of the Vanyukov furnace or small explosions in the zones where water from the cooling caissons enters the hot melt or condensate or pieces of ice with ore into the melt are usually suppressed by the supporting structural elements of the furnace or drugstores , which reduces the durability of the elements of the unit. With a common collector for all pharmacies, it is difficult to maintain the necessary traction in each pharmacy, which makes it difficult to maintain heat removal separately through each pharmacy.

Задачи, решаемые предлагаемым изобретением, - повышение управляемости гидродинамикой пирометаллургического агрегата; повышение долговечности или сроков службы его конструктивных элементов и упрощение управляемости процессами дожигания горючих веществ в газоотводящем тракте пирометаллургического агрегата, а также обеспечение безопасности эксплуатации агрегата при возникновении динамических (взрывов) явлений внутрипечном пространстве.The tasks to be solved by the invention are: increasing the controllability of the hydrodynamics of the pyrometallurgical unit; increasing the durability or service life of its structural elements and simplifying the controllability of the processes of afterburning of combustible substances in the gas outlet of the pyrometallurgical unit, as well as ensuring the safe operation of the unit in the event of dynamic (explosions) phenomena in the furnace space.

Наиболее близким прототипом заявляемого пирометаллургического агрегата является устройство - печь Ванюкова (описанное в журнале «Цветные металлы», М., №11, 2003, с.28-30).The closest prototype of the inventive pyrometallurgical unit is a device - Vanyukov’s furnace (described in the journal “Non-ferrous metals”, M., No. 11, 2003, p. 28-30).

Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструктивных элементов пирометаллургического агрегата - печи Ванюкова, повышение управляемости ее гидродинамикой и упрощение и расширение управляемости процессами дожигания горючих веществ в газоотводящем тракте предлагаемого агрегата, а также повышение сроков службы элементов и безопасности эксплуатации агрегата.The technical result of the invention is to increase the reliability of the structural elements of the pyrometallurgical unit - the Vanyukov furnace, increase its controllability by its hydrodynamics and simplify and expand the controllability of the processes of afterburning of combustible substances in the gas outlet of the proposed unit, as well as increase the service life of the elements and the safety of operation of the unit.

Это достигается тем, что печь Ванюкова, содержащая одну или несколько реакционных камер, отверстие или несколько отверстий на своде печи для отвода печных газов и соосно по вертикали с упомянутым отверстием или отверстиями установленный аптейк или аптейки для дожигания горючих веществ в отводимых печных газах, в ней к нижней кромке аптейка или аптейков по всей периферии подвешены жаропрочные лепестки, с возможностью свободного отклонения от вертикали на угол не более 90°This is achieved by the fact that the Vanyukov’s furnace containing one or more reaction chambers, an opening or several openings on the arch of the furnace for removal of furnace gases and a pharmacy or pharmacies coaxial with the aforementioned hole or openings for afterburning combustible substances in the exhaust furnace gases in it heat resistant petals are suspended to the lower edge of the pharmacy or pharmacies around the entire periphery, with the possibility of free deviation from the vertical by an angle of no more than 90 °

Кроме того, дальнейшее повышение управляемости гидродинамикой тепловых потоков в печи обеспечивается тем, что между нижними концами жаропрочных лепестков и верхней поверхностью отверстия или отверстий на своде печи для отвода печных газов введены раздвижные перегородки, при этом между верхней плоскостью перегородок и концами лепестков имеется зазор не менее толщины перегородок.In addition, a further increase in the control of the hydrodynamics of heat fluxes in the furnace is ensured by the fact that sliding partitions are introduced between the lower ends of the heat-resistant lobes and the upper surface of the hole or holes on the furnace roof for removal of furnace gases, while there is at least a gap between the upper plane of the partitions and the ends of the lobes thickness of the partitions.

Дальнейшее повышение надежности конструктивных элементов обеспечивается тем, что раздвижные перегородки выполнены охлаждаемыми или термостойкими, а при использовании печи Ванюкова для высокотемпературных процессов (выше 1000°С) этот же технический эффект достигается тем, что аптейк или аптейки выполнены охлаждаемыми и при более низких температурах тем, что аптейк или аптейки выполнены неохлаждаемыми.A further increase in the reliability of structural elements is ensured by the fact that the sliding partitions are made cooled or heat-resistant, and when using the Vanyukov furnace for high-temperature processes (above 1000 ° C), the same technical effect is achieved by the fact that the drugstore or drugstores are made cooled and at lower temperatures, that the pharmacy or pharmacies are made uncooled.

Предлагаемый пирометаллургический агрегат - печь Ванюкова (чертеж), принятая в качестве примера для иллюстрации, состоит из:The proposed pyrometallurgical unit - Vanyukov furnace (drawing), taken as an example for illustration, consists of:

1 - реакционной камеры с расплавом; 2 - отверстия на своде печи для отвода печных газов; 3 - направляющих стенок отверстия 2; 4 - раздвижной перегородки из 2-х охлаждаемых или неохлаждаемых половинок (см. сечение А-А на Фиг.1); 5 - жаропрочных лепестков, подвешенных по периферии нижних кромок аптейка, с возможностью свободного отклонения от вертикали на угол не более 90°; 6 - охлаждаемого или неохлаждаемого аптейка для дожигания и отвода печных газов. Весьма желательно, чтобы стенки аптейка 6 и направляющие его стенки 3 были выполнены с отрицательным уклоном в сторону реакционной зоны 1. На чертеже показана только одна зона и реакционная камера. Для других камер изобретение выполняется аналогично описанному. Для наглядности рядом на чертеже показана печь Ванюкова с 2-мя зонами.1 - a reaction chamber with a melt; 2 - openings on the roof of the furnace for removal of furnace gases; 3 - guide walls of the hole 2; 4 - a sliding partition of 2 cooled or uncooled halves (see section AA in Figure 1); 5 - heat resistant petals suspended around the periphery of the lower edges of the pharmacy, with the possibility of free deviation from the vertical by an angle of not more than 90 °; 6 - a cooled or uncooled pharmacy for afterburning and removal of furnace gases. It is highly desirable that the walls of the pharmacy 6 and its walls 3 be made with a negative slope towards the reaction zone 1. The drawing shows only one zone and the reaction chamber. For other cameras, the invention is carried out similarly to that described. For clarity, the Vanyukov furnace with 2 zones is shown next to the drawing.

Жаропрочные жесткие лепестки 5 свободно подвешены (на крючки, не показанные на чертеже) по всей периферии к нижней кромке стояка 6 и под воздействием незначительной силы могут отклоняться каждый по отдельности от вертикали до 90°, а по исчезновении указанной силы, например взрывной волны, - свободно или самостоятельно возвращаться к исходной вертикальной позиции. Раздвижные перегородки 4 по мере необходимости могут быть управляемо перемещены в горизонтальной плоскости кромок отверстия 2, изменяя при этом его проходное сечение для прохода печных газов. Перегородки 4 могут быть кессонированы для их охлаждения при высоких температурах или выполнены некессонированными (неохлаждаемыми) при низких температурах расплава.Heat-resistant rigid petals 5 are freely suspended (on hooks not shown in the drawing) around the entire periphery to the lower edge of the riser 6 and, under the influence of a slight force, can each deviate individually from the vertical to 90 °, and upon the disappearance of this force, for example, an explosive wave, - freely or independently return to the original vertical position. Sliding partitions 4, as necessary, can be controlled to be moved in the horizontal plane of the edges of the hole 2, while changing its bore for the passage of furnace gases. The baffles 4 can be coffered for cooling at high temperatures or may be made coffered (uncooled) at low melt temperatures.

Пирометаллургический агрегат - печь Ванюкова работает следующим образом. Для расплавления перерабатываемой руды последнюю загружают в плавильную камеру или зону печи. Но начинают загрузку руды только тогда, когда стенки камеры печи нагреты выше температуры плавления руды за счет подачи в печь кислородно-воздушной смеси или другого вида топлива. Поскольку возникающий при этом тепловой поток вместе с печными газами направляется в ближайшее отверстие на своде, то равномерный нагрев всех стенок происходит только тогда, когда теплосъем со всех поверхностей стенки осуществляется равномерно. Это в предлагаемом агрегате - печи Ванюкова осуществляется за счет регулирования площади сечения каждого отверстия на своде печи путем открытия или перемещения половинок перегородки 4. Например, в начальной стадии разогрева печи равномерный прогрев всех поверхностей реакционных камер обеспечивается наилучшим образом тогда, когда сводовые отверстия для отвода печных газов полностью закрыты перегородками 4 и только частично открыто отверстие 2 в камере или зоне восстановления печи. В этом случае, горячие печные газы, заполняя все пространство плавильной камеры, направляются в камеру восстановления и только после этого попадают в аптейк. Очевидно также, что в этом случае места, где нет фурм и горелок, т.е. нет факела, все равно все элементы будут нагреты равномерно по всему объему пространства печи, что обеспечит равномерный нагрев футеровки печи, обеспечивая равномерную тепловую нагрузку всех элементов печи. Степень открытия должна быть такова, чтобы печные газы достаточно надежно отводились через установленную для этого режима степень открытия рассматриваемого отверстия на своде печи.Pyrometallurgical unit - Vanyukov’s furnace works as follows. To melt the processed ore, the latter is loaded into the melting chamber or zone of the furnace. But they start loading ore only when the walls of the furnace chamber are heated above the melting temperature of the ore due to the supply of an oxygen-air mixture or other type of fuel to the furnace. Since the resulting heat flux along with the furnace gases is directed to the nearest hole in the arch, uniform heating of all walls occurs only when heat is removed from all wall surfaces uniformly. This in the proposed unit - Vanyukov’s furnace is carried out by regulating the cross-sectional area of each hole on the furnace arch by opening or moving the halves of the partition 4. For example, in the initial stage of heating the furnace, uniform heating of all surfaces of the reaction chambers is ensured in the best way when arch openings for the removal of furnace gases completely closed by partitions 4 and only partially open the hole 2 in the chamber or recovery zone of the furnace. In this case, hot furnace gases, filling the entire space of the melting chamber, are sent to the recovery chamber and only after that they get to the pharmacy. It is also obvious that in this case there are places where there are no tuyeres and burners, i.e. there is no torch, all the same, all the elements will be heated uniformly throughout the entire volume of the furnace space, which will ensure uniform heating of the furnace lining, ensuring a uniform heat load of all furnace elements. The degree of opening should be such that the furnace gases are sufficiently reliably discharged through the degree of opening of the opening in question on the roof of the furnace set for this mode.

Поскольку равномерный режим разогрева контролируется пирометрами, термопарами и охлаждающими кессонами (они на чертеже не показаны), то перемещая соответствующие перегородки 4 достигают требуемую равномерность нагрева, что в свою очередь сохраняет футеровку обогреваемых элементов печи (т.к. они получают одинаковую тепловую нагрузку). Это обеспечивает также минимум энергетических затрат для разогрева печи. Одновременно с началом загрузки перерабатываемых материалов в печь, начинают открывать отверстие 2 и прибавлять топливо в печь. При этом более высокое начальное разряжение создают в системе газового тракта печных газов (не показан). По мере накопления в камерах печи расплава, например шлака и штейна, составляющая радиационной теплоотдачи в аптейках возрастает, причем одновременно в печных газах возрастает количество горючих веществ (мелкофракционный уголь, СО и т.д.).Since the uniform mode of heating is controlled by pyrometers, thermocouples and cooling caissons (they are not shown in the drawing), moving the corresponding partitions 4 achieve the required uniformity of heating, which in turn preserves the lining of the heated elements of the furnace (since they receive the same heat load). It also provides a minimum of energy costs for heating the furnace. Simultaneously with the beginning of loading the processed materials into the furnace, they begin to open hole 2 and add fuel to the furnace. Moreover, a higher initial vacuum is created in the gas path system of the furnace gases (not shown). As the melt, for example, slag and matte accumulates in the chambers of the furnace, the component of radiation heat transfer in pharmacies increases, and at the same time the amount of combustible substances increases in the furnace gases (fine-grained coal, CO, etc.).

Для обеспечения управляемого горения этих веществ, открывают (отклоняют от вертикали) поочередно лепестки 5 на угол не более 90°. Более чем на 90° лепестки 5 нежелательно открывать, т.к. возможны неуправляемые единичные выбросы горячих частиц на неконтролируемые расстояния, что опасно для обслуживающего персонала. Через открытые лепестки 5 в аптейк 6 засасывается свежий воздух, способствуя дожиганию горючих веществ и снижению температуры в аптейке 6 до допустимой температуры. Зона горения может быть смещена по высоте аптейка или газохода как за счет количества открытых лепестков, так и за счет задания общего разряжения в тракте отвода печных газов из печи. Поскольку стенки аптейка 6 и направляющие стенки 3 отверстия имеют отрицательный наклон в сторону камеры 1, то выбрасываемые из камеры 1 капли расплава обратно возвращаются в печь под силой их тяжести. Особо следует отметить, что выбранные положения лепестков 5 зафиксируются тогда, когда установлена нормальная работа печи или регламентированный режим ее работы, т.е. тогда, когда горение органических веществ в отходящих или печных газах происходит в вертикальной зоне аптейка(ов), температура отходящих газов при этом не превышает 1000°С и под сводом печи устанавливается разряжение в пределах ±10 мм вод.ст. (диапазон для поддержания расхода теплоносителей на уровне стехиометрического теплового баланса процессов в печи).To ensure controlled combustion of these substances, they open (deviate from the vertical) alternately the petals 5 at an angle of not more than 90 °. More than 90 °, the petals 5 are undesirable to open, because uncontrolled single emissions of hot particles at uncontrolled distances are possible, which is dangerous for maintenance personnel. Through open petals 5, fresh air is sucked into pharmacy 6, helping to burn combustible substances and lower the temperature in pharmacy 6 to an acceptable temperature. The combustion zone can be shifted along the height of the pharmacy or gas duct both due to the number of open petals, and due to the task of the total discharge in the path of removal of furnace gases from the furnace. Since the walls of the pharmacy 6 and the guide walls 3 of the holes have a negative inclination towards the chamber 1, the drops of melt ejected from the chamber 1 are returned to the furnace under the force of their gravity. It should be especially noted that the selected positions of the petals 5 are fixed when the normal operation of the furnace or the regulated mode of its operation is established, i.e. then, when the combustion of organic substances in the exhaust or furnace gases occurs in the vertical zone of the pharmacy (s), the temperature of the exhaust gases does not exceed 1000 ° C and a vacuum within ± 10 mm of water column is established under the furnace roof. (the range for maintaining the flow of coolants at the level of stoichiometric heat balance of processes in the furnace).

Как известно металлургам, в предлагаемых типах печей бывают случайные всплески давления в печи под влиянием попадания влажной руды в расплав, прорыва кессонов и т.д. В этом случае свободно подвешенные лепестки (они не могут перемещаться во внутреннюю сторону аптейка) расходятся или раскрываются под воздействием указанного всплеска силы давления и тем самым избыток давления сбрасывается в атмосферу через приоткрывшиеся при этом жаропрочные лепестки и зазор между нижними концами лепестков, а часть засасывается в аптейк вместо свежего воздуха. Безусловно, это снижает влияние динамических усилий на конструктивные элементы печи Ванюкова, т.е. увеличивает срок службы элементов и обеспечивает безопасность эксплуатации.It is known to metallurgists that in the proposed types of furnaces there are occasional bursts of pressure in the furnace under the influence of wet ore entering the melt, breakthrough caissons, etc. In this case, the freely suspended petals (they cannot move to the inside of the pharmacy) diverge or open under the influence of the indicated burst of pressure and thereby the excess pressure is discharged into the atmosphere through the heat-resistant petals that are opened at the same time and the gap between the lower ends of the petals, and some are sucked into Pharmacy instead of fresh air. Of course, this reduces the influence of dynamic forces on the structural elements of the Vanyukov furnace, i.e. increases the service life of elements and ensures safe operation.

Таким образом, наличие новых конструктивных, а вернее регулирующих элементов, и использование их совокупности повышает управляемость гидродинамикой печи, повышает надежность и сроки службы элементов печи, упрощает и расширяет управляемость процессами дожигания горючих веществ в газоходном тракте предлагаемого пирометаллургического агрегата - печи Ванюкова, а также повышает безопасность эксплуатации металлургического агрегата.Thus, the presence of new constructive, or rather regulating elements, and the use of their combination increases the control of the hydrodynamics of the furnace, increases the reliability and service life of the furnace elements, simplifies and extends the control of the processes of afterburning of combustible substances in the gas duct of the proposed pyrometallurgical unit - the Vanyukov furnace, and also increases safety operation of the metallurgical unit.

Claims

1. Vanyukov’s furnace, containing one or more reaction chambers with an opening or several openings on the arch for removal of furnace gases and a pharmacy or pharmacies coaxial with the said opening or openings for burning the combustible substances in the exhaust gas gases, characterized in that to the bottom Heat-resistant petals are hung on the edge of the pharmacy or pharmacies along the entire periphery with the possibility of free deviation from the vertical by an angle of no more than 90 °.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that it is equipped with sliding partitions located between the lower ends of the heat-resistant petals and a hole or holes on the arch of the furnace for removal of furnace gases with the formation of at least the thickness of the partitions between the upper plane of the partitions and the ends of the petals of the gap.

3. The furnace according to claim 2, characterized in that the sliding partitions are made cooled.

4. The furnace according to claim 2, characterized in that the sliding partitions are heat-resistant.

5. The furnace according to claim 1, characterized in that the pharmacy or pharmacies are made cooled.

6. The oven according to claim 1, characterized in that the pharmacy or pharmacies are made uncooled.