RU2663235C1 - Method of continuous melting in airlift layer of silicate materials for production of thermal insulating fiber and device for its implementation - Google Patents
Method of continuous melting in airlift layer of silicate materials for production of thermal insulating fiber and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663235C1 RU2663235C1 RU2017132503A RU2017132503A RU2663235C1 RU 2663235 C1 RU2663235 C1 RU 2663235C1 RU 2017132503 A RU2017132503 A RU 2017132503A RU 2017132503 A RU2017132503 A RU 2017132503A RU 2663235 C1 RU2663235 C1 RU 2663235C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- melt
- combustion products
- furnace
- nozzle
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
- Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Заявляемые способ и устройство для его осуществления относятся к способам и устройствам, предназначенным для плавки силикатных материалов в барботажном слое для производства теплоизоляционного волокна.The inventive method and device for its implementation relate to methods and devices for melting silicate materials in a bubble layer for the production of heat-insulating fiber.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время силикатные расплавы очень широко используются для производства строительных материалов, в том числе теплоизоляционных материалов. Силикатный расплав производят в России в основном в ванных печах, а за рубежом для этих целей используются вагранки. Особенностью работы ванных печей является крайне низкая удельная производительность. Наиболее распространенными являются пламенные ванные печи.Currently, silicate melts are very widely used for the production of building materials, including thermal insulation materials. Silicate melt is produced in Russia mainly in bath furnaces, and cupola furnaces are used for these purposes abroad. A feature of the operation of bath furnaces is an extremely low specific productivity. The most common are flaming bath stoves.
Известен способ ведения плавки в стеклоплавильной печи и печь для его осуществления (ЕА 20084 В1, С03В 5/04, приоритет от 25.03.2008, публикация 29.08.2014), содержащей каналообразный плавильный резервуар, в которой сырьевые материалы загружают в верхней по ходу потока концевой части, а расплавленное стекло извлекают в нижней по ходу потока концевой части, нагрев вышеупомянутой печи осуществляют при помощи горелок с условием, что, по меньшей мере, 65% энергии горения вырабатывается в результате кислородотопливного горения, горелки распределены на стенках по длине печи, при этом выпуск топочного газа преимущественно производят вблизи верхней по ходу потока концевой части около отверстий, предназначенных для загрузки сырьевых материалов, оставшийся топочный газ удаляют вблизи нижней по ходу потока концевой части таким образом, чтобы поддерживалась динамическая изоляция по отношению к окружающей атмосфере.A known method of conducting melting in a glass melting furnace and a furnace for its implementation (EA 20084 B1, C03B 5/04, priority dated 25.03.2008, publication 08/29/2014) containing a channel-shaped melting tank in which raw materials are loaded in the upstream end parts, and the molten glass is removed in the downstream end part, the heating of the aforementioned furnace is carried out using burners with the condition that at least 65% of the combustion energy is generated as a result of oxygen-fuel combustion, the burners are distributed on the walls along the length of the furnace, while the flue gas is predominantly produced near the upstream end portion near the openings intended for loading raw materials, the remaining flue gas is removed near the downstream end portion so that dynamic isolation is maintained with respect to the surrounding atmosphere .
Технологический процесс в пламенной ванной печи заключается в следующем: в объем печи загружается подготовленная шихта и в надслоевом пространстве распространяется факел высокотемпературных продуктов сгорания. Передача теплоты происходит за счет излучения. Это вызывает перегрев той части ванны расплава и шихты, которые непосредственно контактируют и получают тепло за счет лучистого теплообмена. Далее теплота распространяется теплопроводностью, либо конвекцией. В связи с тем, что ванна практически неподвижна, основная часть теплоты передается теплопроводностью. Это наиболее экстенсивный, наиболее медленный процесс передачи теплоты. Таким образом, поверхность ванны расплава воспринимает тепло за счет радиационного теплообмена, самого энергичного теплообмена, и перегревается. А затем теплота с поверхности во внутрь передается уже за счет самого медленного процесса передачи теплоты - за счет теплопроводности. Такая организация процесса плавки не позволяет получить расплав химически-однородного состава, в том числе и в случае использования пневматической продувки ванны расплава через фурмы, установленные в подине печи.The technological process in a flame bath furnace is as follows: a prepared charge is loaded into the furnace volume and a torch of high-temperature combustion products is distributed in the superlayer space. Heat transfer occurs due to radiation. This causes overheating of that part of the molten bath and the mixture, which are in direct contact and receive heat due to radiant heat transfer. Further, heat is distributed by thermal conductivity, or convection. Due to the fact that the bath is almost motionless, the bulk of the heat is transmitted by thermal conductivity. This is the most extensive, slowest heat transfer process. Thus, the surface of the molten bath perceives heat due to radiation heat transfer, the most vigorous heat transfer, and overheats. And then heat is transferred from the surface to the inside already due to the slowest process of heat transfer - due to thermal conductivity. Such an organization of the melting process does not allow to obtain a melt of a chemically uniform composition, including in the case of using pneumatic purging of the melt bath through tuyeres installed in the hearth of the furnace.
Кроме того, расплав по высоте неравномерно прогрет. Перепад температур между поверхностью и днищем ванны может составлять примерно 200°-250°С. При температурах, близких к 1300°C, в расплаве возникает процесс кристаллизации. Если этот процесс имеет место, то получаемый расплав не может использоваться ни для производства стекла, ни для производства теплоизоляционных материалов.In addition, the melt is heated unevenly in height. The temperature difference between the surface and the bottom of the bath can be approximately 200 ° -250 ° C. At temperatures close to 1300 ° C, a crystallization process occurs in the melt. If this process takes place, the resulting melt cannot be used either for glass production or for the production of heat-insulating materials.
Вагранки обладают некоторым преимуществом по сравнению с ванными печами, поскольку в них реализуется слоевой режим тепломассообмена. Загрузка шихты в вагранках осуществляется сверху, продувка газом - снизу. Газы соединяются в горне печи с коксом, который одновременно является источником теплоты и восстановителем, а также обеспечивает газопроницаемость шихты. Важной особенностью организации процесса в вагранке является то обстоятельство, что процесс плавления шихты осуществляется по всей высоте шахты.Cupolas have a certain advantage in comparison with bath furnaces, since they implement a layer mode of heat and mass transfer. The charge is loaded in cupola furnaces from above, gas purging from below. Gases are combined in the furnace hearth with coke, which is both a source of heat and a reducing agent, and also provides gas permeability of the charge. An important feature of the organization of the process in the cupola is the fact that the process of melting the charge is carried out along the entire height of the mine.
Самым серьезным недостатком вагранки является необходимость использования кокса, являющугося, во всяком случае, в России самым дорогим топливом.The most serious drawback of the cupola is the need to use coke, which is, in any case, the most expensive fuel in Russia.
В связи с этим технической проблемой, решаемой заявляемыми изобретениями, является создание такого способа и устройства для осуществления этого способа, которые позволили бы получить силикатный расплав однородного состава в печи, обладающей высокой удельной производительностью и работающей на природном газе вместо кокса.In this regard, the technical problem solved by the claimed inventions is the creation of such a method and device for implementing this method, which would allow to obtain a silicate melt of a homogeneous composition in a furnace having a high specific productivity and working on natural gas instead of coke.
Наиболее перспективными для достижения этих целей являются способы плавления силикатных материалов в печах с борботажным слоем.The most promising methods for achieving these goals are methods for melting silicate materials in bourbon layer furnaces.
Известны способ для плавки и осветления стекломассы и устройство для его осуществления (RU 2246454 С2, С03В 5/35, конвенционный приоритет 26.01.1998, публикация 20.02.2005), которое содержит, по меньшей мере, одну камеру для плавки, оборудованную горелками, запитываемыми природным газом и окислителем, например воздухом или кислородом, причем горелки располагаются так, чтобы направлять газы, образующиеся при сгорании, в объем стекломассы, ниже уровня расплава в камере для плавки. В устройстве обеспечивается поступление расплавленной стекломассы на осветление в виде "тонкого слоя". Отсек для осветления является статическим блоком и включает в себя канал для вытекания, состоящий из желоба и свода.A known method for melting and clarifying glass melt and a device for its implementation (RU 2246454 C2, C03B 5/35, Convention priority 26.01.1998, publication 02.20.2005), which contains at least one chamber for melting, equipped with burners fed natural gas and an oxidizing agent, such as air or oxygen, the burners being arranged so as to direct the gases generated by combustion into the volume of the molten glass, below the level of the melt in the melting chamber. The device provides the flow of molten glass to the clarification in the form of a "thin layer". The clarification compartment is a static unit and includes a leakage channel, consisting of a gutter and a vault.
К недостаткам этого изобретения относится установка горелок внутри или снаружи плавильной камеры, что не позволяет регулировать процесс сжигания топлива, а, следовательно, обеспечивать необходимую температуру продуктов сгорания и их химический состав.The disadvantages of this invention include the installation of burners inside or outside the melting chamber, which does not allow you to adjust the process of burning fuel, and, therefore, provide the necessary temperature of the combustion products and their chemical composition.
Наиболее близким аналогом к заявляемым изобретениям является печь для непрерывного получения расплавленных силикатных строительных материалов, содержащая плавильную камеру с дутьевыми устройствами, устройства для загрузки шихты и выпуска продуктов плавки (RU 2044697 С1, С03В 5/10, дата подачи 29.07.1992, публикация 27.09.1995). Дутьевые устройства в печи размещены на продольных стенах плавильной камеры на расстоянии между осями дутьевых устройств, равном 9-25 диаметрам выходного сечения дутьевого устройства, а расстояние от оси дутьевого устройства до подины камеры составляет не менее 2,5 диаметра выходного сечения дутьевого устройства. Нижняя кромка загрузочного устройства размещена на одной из стен камеры на расстоянии 12-16 диаметров выходного сечения дутьевого устройства от оси дутьевого устройства, а нижняя кромка сливного отверстия устройства для выпуска продуктов плавки размещена на глубине не менее 16,67 диаметра выходного сечения дутьевого устройства от его оси.The closest analogue to the claimed invention is a furnace for the continuous production of molten silicate building materials, containing a melting chamber with blasting devices, devices for loading the charge and release of melting products (RU 2044697 C1, C03B 5/10, filing date 07.29.1992, publication September 27, 1992. 1995). The blasting devices in the furnace are located on the longitudinal walls of the melting chamber at a distance between the axes of the blasting devices equal to 9-25 diameters of the outlet section of the blasting device, and the distance from the axis of the blasting device to the bottom of the chamber is at least 2.5 times the diameter of the outlet section of the blasting device. The lower edge of the loading device is placed on one of the chamber walls at a distance of 12-16 diameters of the outlet section of the blowing device from the axis of the blowing device, and the lower edge of the drain hole of the device for releasing melting products is placed at a depth of not less than 16.67 diameter of the outlet section of the blowing device axis.
Преимущества использования печей с барботажным слоем обусловлены тем, что в рабочем пространстве этой печи за счет вдуваемого в него газа формируется энергично перемешиваемый слой расплава. Этот слой расплава является аппаратом идеального смешения, т.е. таким реактором, в каждой точке которого температура, концентрация химических компонентов, интенсивность тепломассообменных процессов одинаковы, т.е. по всему рабочему объему этой ванны технологические процессы - расплавление компонентов шихты, образование химических соединений в результате взаимодействия расплавленных компонентов шихты и т.д. - протекают с одной и той же скоростью.The advantages of using bubble ovens are due to the fact that an energetically mixed melt layer is formed in the working space of this furnace due to the gas blown into it. This melt layer is an ideal mixing apparatus, i.e. such a reactor, at each point of which the temperature, concentration of chemical components, intensity of heat and mass transfer processes are the same, i.e. technological processes throughout the entire working volume of this bath - melting of charge components, formation of chemical compounds as a result of interaction of molten charge components, etc. - flow at the same speed.
Такая организация процесса позволяет значительно уменьшить объем рабочего слоя печи. В ее реакционной зоне химические реакции протекают интенсивно и в результате производительность печи, как правило, на порядки выше, чем в ванных печах или вагранках.This organization of the process can significantly reduce the volume of the working layer of the furnace. In its reaction zone, chemical reactions proceed intensively and as a result, the productivity of the furnace, as a rule, is orders of magnitude higher than in bathroom furnaces or cupolas.
Вместе с тем, все известные способы плавки силикатных материалов и устройства для их осуществления, в том числе, и наиболее близкий аналог, обладают существенными недостатками. В первую очередь к ним можно отнести недостаточную эффективность протекания процессов в ванне расплава, высокие финансовые затраты, а также ограничение производительности печи, обусловленное колебаниями корпуса печи и, как следствие, ограниченную длительность межремонтной кампании.However, all known methods of melting silicate materials and devices for their implementation, including the closest analogue, have significant disadvantages. First of all, they include the insufficient efficiency of the processes in the melt pool, high financial costs, as well as the limited productivity of the furnace due to fluctuations in the furnace body and, as a result, the limited duration of the overhaul campaign.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В связи с указанной технической проблемой, решаемой заявляемыми изобретениями, является создание такого способа и устройства для осуществления этого способа, которые позволили бы получить силикатный расплав однородного состава в печи, обладающей высокой удельной производительностью, за счет организации оптимальных режимов протекания процессов в барботируемой ванне расплава без использования дорогого кокса.In connection with the indicated technical problem solved by the claimed inventions, it is the creation of such a method and device for implementing this method, which would make it possible to obtain a silicate melt of a homogeneous composition in a furnace with high specific productivity, due to the organization of optimal process conditions in a bubbled melt bath without the use of expensive coke.
В заявленном изобретении поставленная задача в отличие от технического решения, известного по прототипу, решается путем организации оптимального режима протекания процесса непрерывного плавления силикатных материалов в печи с барботажным слоем с точки зрения увеличения удельной производительности печи и продолжительности межремонтной кампании. Такой режим при осуществлении заявляемых изобретений достигается за счет оптимизации гидродинамического режима процессов в ванне расплава и конструкции фурменного пояса, в частности, за счет обеспечения оптимальных параметров подаваемого в ванну расплава газового потока, выбора схемы расположения фурм в фурменном поясе и ширины печи в этой зоне.In the claimed invention, the task, in contrast to the technical solution known by the prototype, is solved by organizing the optimal process for the continuous melting of silicate materials in a bubble-bed furnace from the point of view of increasing the specific productivity of the furnace and the duration of the overhaul campaign. Such a regime during the implementation of the claimed inventions is achieved by optimizing the hydrodynamic regime of the processes in the melt bath and the design of the tuyere belt, in particular, by ensuring the optimal parameters of the gas flow supplied to the melt bath, choosing the location of the tuyeres in the tuyere belt and the width of the furnace in this zone.
В связи с тем, что продувка ванны расплава осуществляется мощными газовыми струями, распадающимися на газовые пузыри, которые всплывают под действием силы Архимеда, нет никакой необходимости использовать кокс. Причем, для эффективного сжигания газообразного топлива и получения высокотемпературных продуктов сгорания, которые вдуваются в рабочее пространство печи, предлагается использовать выносные камеры сгорания, в которых топливо будет сгорать с коэффициентом расхода воздуха близким к стехиометрическому, т.е. к единице. В этом случае температура продуктов сгорания, попадающих в ванну расплава, будет близка к 2000°C, что в свою очередь позволит обеспечить при небольшом объеме расплава в рабочем пространстве печи весьма высокую температуру и, следовательно, высокую производительность.Due to the fact that the melt bath is purged with powerful gas jets that decay into gas bubbles that float under the action of the Archimedes force, there is no need to use coke. Moreover, to efficiently burn gaseous fuel and obtain high-temperature combustion products that are blown into the working space of the furnace, it is proposed to use external combustion chambers in which the fuel will be burned with an air flow coefficient close to stoichiometric, i.e. to unit. In this case, the temperature of the combustion products entering the melt pool will be close to 2000 ° C, which, in turn, will ensure a very high temperature and, therefore, high productivity with a small volume of melt in the furnace working space.
Кроме температуры продуктов сгорания, подаваемых в расплав, важным параметром, оказывающим влияние на интенсивность протекания тепломассообменных процессов в ванне расплава, является скорость истечения продуктов сгорания из выходного отверстия фурмы. Увеличение скорости газового потока в выходном отверстии фурмы является наиболее эффективным средством повышения интенсивности перемешивания ванны расплава.In addition to the temperature of the combustion products supplied to the melt, an important parameter that affects the intensity of heat and mass transfer processes in the melt pool is the rate of flow of combustion products from the outlet of the lance. An increase in the gas flow rate in the lance outlet is the most effective means of increasing the intensity of mixing of the molten bath.
Кроме того, при таком режиме продувки облегчаются условия службы фурменной стены. По мере интенсификации продувки при работе в струйном режиме у фурменной стены формируется малоподвижный слой, который защищает ее от механических, тепловых и химических воздействий ванны. При этом область повышенных скоростей смещается вглубь ванны, удаляясь от фурменной стены. В этом случае весь объем ванны участвует в движении в вертикальной плоскости с умеренными скоростями (1-3 м/с), что обеспечит возрастание мощности перемешивания.In addition, with this purge mode, the service conditions of the tuyere wall are facilitated. As the purge is intensified during operation in the jet mode, an inactive layer forms near the tuyere wall, which protects it from the mechanical, thermal, and chemical effects of the bath. At the same time, the region of increased speeds shifts deep into the bath, moving away from the tuyere wall. In this case, the entire volume of the bath is involved in the movement in the vertical plane with moderate speeds (1-3 m / s), which will provide an increase in the mixing power.
Наибольшая межфазная поверхность и высокая эффективность перемешивания имеют место в том случае, когда зона продувки каждой фурмы может полностью развиться, не испытывая воздействия со стороны стен печи или зон продувки соседних фурм.The greatest interfacial surface and high mixing efficiency occur when the purge zone of each lance can fully develop without being affected by the walls of the furnace or the purge zones of adjacent lances.
Для обеспечения оптимального режима перемешивания ванны расплава скорость истечения продуктов сгорания из выходного сечения сопла выбирают, исходя из условия:To ensure the optimal mixing mode of the melt bath, the rate of flow of the products of combustion from the outlet section of the nozzle is selected based on the condition:
Wo=(0,8÷0,9) а,W o = (0.8 ÷ 0.9) a,
где а - скорость звука в продуктах сгорания на выходе из сопла камеры сгорания.where a is the speed of sound in the combustion products at the outlet of the nozzle of the combustion chamber.
Обеспечение скорости истечения продуктов сгорания в указанном диапазоне позволяет достичь оптимального режима перемешивания ванны расплава, что, в свою очередь, приводит к повышению производительности печи при условии получения расплава однородного состава.Ensuring the rate of expiration of the combustion products in the specified range allows you to achieve the optimal mode of mixing the bath of the melt, which, in turn, leads to an increase in the productivity of the furnace, provided that the melt is of a homogeneous composition.
Вместе с тем, проведенные нами исследования показали, что газожидкостный поток всплывает от заглубленной фурмы к поверхности ванны, раскачиваясь в поперечном направлении относительно оси фурмы. Под действием раскачивающегося потока на поверхности ванны образуется подвижный бурун жидкости, движущийся вслед за потоком и генерирующий на поверхности ванны колебания низких тонов. При этом ванна колеблется синхронно с газожидкостным потоком.At the same time, our studies showed that a gas-liquid flow emerges from a buried tuyere to the surface of the bath, swaying in the transverse direction relative to the tuyere axis. Under the action of a swaying flow, a mobile liquid breaker is formed on the surface of the bath, moving after the flow and generating low-level vibrations on the surface of the bath. In this case, the bath oscillates synchronously with the gas-liquid flow.
На возникновение колебаний определяющее влияние оказывают расход газа, диаметр фурмы и высота барботируемого слоя над осью выходного сечения фурмы, а также физические свойства жидкой фазы, прежде всего ее вязкость.The occurrence of oscillations is determined by the gas flow rate, the diameter of the tuyere and the height of the bubbling layer above the axis of the outlet section of the tuyere, as well as the physical properties of the liquid phase, primarily its viscosity.
Воздействие раскачивающейся ванны на стены печи аналогично воздействию приливных волн на береговые сооружения и приводит к сокращению межремонтной кампании.The impact of the swaying bath on the furnace walls is similar to the effect of tidal waves on coastal structures and leads to a reduction in the overhaul campaign.
Поэтому другим фактором, оказывающим влияние на длительность межремонтной кампании, являются конструктивные параметры фурменного пояса печи.Therefore, another factor influencing the duration of the overhaul campaign is the design parameters of the tuyere belt of the furnace.
Оптимальным будет такой поперечный размер рабочего пространства печи и такая схема расположения фурм, при которых при предельной газовой нагрузке в устойчивом барботажном слое образуется максимально возможная межфазная поверхность системы газ-жидкость, расплав в фурменной зоне перемешивается с высокой эффективностью, а динамические нагрузки на печь и связанные с ней конструкции - минимально возможные. Исходя из этого, в заявленных изобретениях исключение такого рода колебаний обеспечивается за счет того, что диаметр выходного отверстия сопел камер сгорания определяется по формуле:Such a transverse dimension of the furnace working space and a lance arrangement such that at maximum gas load in a stable bubbling layer forms the maximum possible interface between the gas-liquid system, the melt in the tuyere zone mixes with high efficiency, and the dynamic loads on the furnace and associated with it, the constructions are the minimum possible. Based on this, in the claimed invention, the exclusion of this kind of oscillations is provided due to the fact that the diameter of the outlet of the nozzles of the combustion chambers is determined by the formula:
do=(3,18÷3,36) (V/a)0,5,do = (3.18 ÷ 3.36) (V / a) 0.5 ,
где do - диаметр выходного отверстия сопла камеры сгорания, V - объем продуктов сгорания, подаваемых в расплав через одну камеру сгорания, определенный из материального баланса, а - скорость звука в продуктах сгорания на выходе из сопла камеры сгорания.where do is the diameter of the outlet of the nozzle of the combustion chamber, V is the volume of combustion products supplied to the melt through one combustion chamber determined from the material balance, and is the speed of sound in the combustion products at the outlet of the nozzle of the combustion chamber.
При этом камеры сгорания с соплами предлагается размещать на противоположных боковых стенах соосно, а поперечный размер печи должен быть не более величины, определяемой по формуле:In this case, the combustion chamber with nozzles is proposed to be placed coaxially on opposite side walls, and the transverse size of the furnace should be no more than the value determined by the formula:
где ρr - удельная плотность продуктов сгорания, ρж - удельная плотность силикатного расплава, Wo - скорость истечения продуктов из выходного сопла камеры сгорания.where ρ r is the specific gravity of the combustion products, ρ g is the specific gravity of the silicate melt, W o is the rate of flow of products from the outlet nozzle of the combustion chamber.
Соосное расположение фурм на противоположных продольных стенах печи в сочетании с выполнением печи с поперечным размером, определяемым по вышеприведенной формуле, позволит обеспечить однородность состава ванны за счет максимального вовлечения всего объема ванны в процесс интенсивного перемешивания.The coaxial arrangement of the tuyeres on opposite longitudinal walls of the furnace in combination with the design of the furnace with a transverse dimension determined by the above formula will ensure uniformity of the composition of the bath due to the maximum involvement of the entire volume of the bath in the intensive mixing process.
Расстояние между осями соседних фурм предлагается выбирать из условия:The distance between the axes of adjacent tuyeres is proposed to be selected from the condition:
lф/d0>9,l f / d 0 > 9,
где lф - расстояние между продольными осями соседних фурм.where l f - the distance between the longitudinal axes of adjacent tuyeres.
Выполнение этого условия обеспечивает независимое развитие соседних струй, а, следовательно, и оптимальные условия их работы. Увеличение межосевого расстояния больше 9 калибров возможно, исходя из требований других критериев оптимизации, например, эффективности перемешивания и др. Неоправданное увеличение межосевого расстояния приведет к снижению газовой нагрузки, возрастанию низкочастотных вибраций и другим нежелательным явлениям.The fulfillment of this condition ensures the independent development of neighboring jets, and, consequently, the optimal conditions for their operation. An increase in the interaxle distance of more than 9 calibres is possible based on the requirements of other optimization criteria, for example, mixing efficiency, etc. An unjustified increase in the interaxle distance will lead to a decrease in gas load, an increase in low-frequency vibrations, and other undesirable phenomena.
Еще одним фактором, лимитирующим удельную производительность печи для плавки силикатных материалов с целью получения минерального волокна, является размер подфурменной зоны.Another factor limiting the specific productivity of the furnace for melting silicate materials in order to obtain mineral fiber is the size of the sub-tuyere zone.
Если конкретный технологический процесс не требует полной дегазации расплава перед выпуском его из печи, то нет необходимости создавать подфурменную зону, которая в металлургических печах используется для разделения шлаковой и металлической фаз, а также для удаления из расплава газов. В частности, при производстве теплоизоляционных материалов это позволит исключить возможность недопустимого уровня охлаждения расплава, уходящего из реакционной зоны в подфурменную зону и возникновения кристаллизации расплава. Для того, чтобы исключить эти негативные явления, необходимо подфурменную зону печи сделать как можно меньших размеров, причем сделать это таким образом, чтобы в этой зоне осуществлялось перемешивание расплава, что в свою очередь обеспечивает его гомогенность и одинаковую температуру на выходе из ванны. Для того, чтобы обеспечить такие характеристики необходимо, чтобы глубина подфурменной зоны не превышала трех калибров отверстия фурмы по отношению к продольной оси этой фурмы, при этом выпускное отверстие из печи необходимо устанавливать на высоте от подины не менее чем 120-150 мм. Если речь идет о получении теплоизоляционных материалов, то для успешной работы центрифуги очень важно, чтобы расплав, попадающий на нее, не пульсировал. Для того, чтобы получить такой расплав перед выходным отверстием необходимо установить наружный горн, в котором расплав будет успокаиваться и выливаться на желоб, через который подается на центрифугу.If a specific technological process does not require complete degassing of the melt before it is released from the furnace, then there is no need to create a sub-tuyere zone, which is used in metallurgical furnaces to separate slag and metal phases, as well as to remove gases from the melt. In particular, in the production of heat-insulating materials, this will eliminate the possibility of an unacceptable level of cooling of the melt leaving the reaction zone into the tuyere zone and the occurrence of crystallization of the melt. In order to eliminate these negative phenomena, it is necessary to make the sub-tuyere zone of the furnace as small as possible, and to do so in such a way that melt is mixed in this zone, which in turn ensures its homogeneity and the same temperature at the outlet of the bath. In order to ensure such characteristics, it is necessary that the depth of the tuyere zone does not exceed three calibres of the tuyere hole with respect to the longitudinal axis of this tuyere, while the outlet from the furnace must be installed at a height from the bottom of at least 120-150 mm. If we are talking about obtaining heat-insulating materials, for the centrifuge to work successfully, it is very important that the melt falling on it does not pulsate. In order to obtain such a melt in front of the outlet, it is necessary to install an external hearth, in which the melt will calm down and pour into the chute, through which it is fed to a centrifuge.
Таким образом, кардинальное улучшение технико-экономических показателей печи для плавки силикатных материалов может быть обеспечено за счет технических решений, направленных на создание оптимальных параметров гидродинамических процессов, протекающих в ванне расплава, обеспечиваемых за счет соответствующих совокупностей существенных признаков, приведенных в независимых пунктах 1 и 3 заявленной формулы.Thus, a dramatic improvement in the technical and economic indicators of a furnace for smelting silicate materials can be achieved through technical solutions aimed at creating optimal parameters of the hydrodynamic processes occurring in the melt bath, which are ensured by the corresponding sets of essential features given in
Реализация заявленных изобретений позволит обеспечить повышение производительности печи для плавки силикатных материалов, а также увеличить длительность межремонтной кампании, что в конечном итоге улучшит общие технико-экономические показатели производства строительных теплоизоляционных материалов.The implementation of the claimed inventions will allow to increase the productivity of the furnace for melting silicate materials, as well as to increase the duration of the overhaul campaign, which ultimately will improve the overall technical and economic indicators of the production of building heat-insulating materials.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-2. Устройство состоит из рабочей камеры 1, в боковых продольных стенах которой размещены выносные топки 2 для сжигания природного газа, имеющие выходные сопла 3.The invention is illustrated in FIG. 1-2. The device consists of a working
Сопла размещены на противоположных стенах рабочей камеры соосно.Nozzles are placed on opposite walls of the working chamber coaxially.
Рабочая камера выполнена в виде кессонированной шахты.The working chamber is made in the form of a coffered shaft.
Подача шихты в печь осуществляется из расходных бункеров 4 с весовыми дозаторами. Дозированные компоненты шихты подаются на сборный конвейер и транспортируются к загрузочному отверстию.The supply of the mixture to the furnace is carried out from consumables 4 with weighing batchers. The metered components of the charge are fed to a collection conveyor and transported to the loading hole.
В рабочем режиме выносные топки и фурмы постоянно погружены в расплав. Для прекращения подачи дутья в расплав их сопловые отверстия перекрываются стальной пробкой - «притычкой».In the operating mode, the remote furnaces and lances are constantly immersed in the melt. To stop the supply of blast to the melt, their nozzle openings are blocked by a steel stopper - “abutment”.
Печь снабжена приспособлением для выпуска расплава 5, в котором выполнено сливное отверстие 6. Рабочая камера сообщается с устройством для выпуска расплава с помощью перетока 7. В камере предусмотрен газоход 8.The furnace is equipped with a device for releasing the
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Разработанный способ реализуется в печи заявленной конструкции.The developed method is implemented in a furnace of the claimed design.
Перед пуском агрегата осуществляется сушка и разогрев футеровки путем сжигания природного газа в выносных топках, и пусковых горелках.Before starting the unit, the lining is dried and heated by burning natural gas in remote furnaces and starting burners.
Печь работает следующим образом. В рабочую камеру через загрузочные отверстия загружают шихту, которая, попадая в расплав, начинает расплавляться. Через фурмы в плавильную камеру подают продукты сгорания, которые разогревают расплав.The furnace operates as follows. In the working chamber through the loading holes load the mixture, which, falling into the melt, begins to melt. Through the tuyeres, combustion products are fed into the melting chamber, which heat the melt.
Продукты сгорания интенсивно барботируют расплав. При этом образуется максимально возможная межфазная поверхность и обеспечивается температура расплава не ниже 1500°C. Эти условия интенсифицируют в расплаве протекание технологических процессов плавления, силикатообразования и гомогенизации.Combustion products intensively sparger the melt. In this case, the maximum possible interfacial surface is formed and the melt temperature is ensured not lower than 1500 ° C. These conditions intensify the flow of technological processes of melting, silicate formation and homogenization in the melt.
Затем образовавшийся в результате барботирования однородный по химическому составу и температуре расплав поступает в подфурменную зону, откуда перетекает в передний горн и по желобу поступает на центрифугу.Then, the melt, uniform in chemical composition and temperature, formed as a result of sparging, enters the sub-tuyere zone, from where it flows into the front furnace and enters the centrifuge through the gutter.
Пример осуществления способа непрерывного получения расплавленных силикатных строительных материаловAn example of the method of continuous production of molten silicate building materials
Предварительно подготовленную шихту, представляющую собой смесь следующего состава, мас. СаО 40-70; SiO2 20-34; MgO 0,3-5; Fe, Fe2O3 остальное, расплавляют и заливают в рабочую камеру до уровня над осью фурм, равного 0,6 м. Диаметр выходного сечения отверстия фурмы равен 0,05 м. Расплав продувают продуктами сгорания, которые подают в виде отдельных струй через фурмы, размещенные соосно на противоположных боковых сторонах рабочей камеры на расстоянии 0,15 м от подины. Скорость истечения продуктов сгорания из фурм поддерживают равной 750 м/с. В расплав загружают твердую шихту приведенного выше состава. Температура расплава в процессе продувки поддерживается на уровне не ниже 1350°C. Продукты сгорания подают отдельными струями. Межосевое расстояние струй составляет 22 диаметра выходного отверстия фурмы или 1,1 м. Количество фурм, размещенных по обеим продольным стенам плавильной камеры - 6. Нижняя кромка загрузочного отверстия размещена по вертикали от оси дутьевых устройств на расстоянии 0,75 м.Pre-prepared mixture, which is a mixture of the following composition, wt. CaO 40-70; SiO 2 20-34; MgO 0.3-5; Fe, Fe 2 O 3 the rest, is melted and poured into the working chamber to a level above the axis of the tuyeres equal to 0.6 m. The diameter of the outlet section of the tuyere hole is 0.05 m. The melt is blown through the combustion products, which are supplied as separate jets through the tuyeres placed coaxially on opposite sides of the working chamber at a distance of 0.15 m from the bottom. The velocity of the exhaust products from the tuyeres is maintained equal to 750 m / s. A solid charge of the above composition is loaded into the melt. The melt temperature during the purge process is maintained at a level not lower than 1350 ° C. Combustion products are fed in separate jets. The center distance of the jets is 22 lances of the outlet of the lance or 1.1 m. The number of lances located on both longitudinal walls of the melting chamber is 6. The lower edge of the loading opening is placed vertically from the axis of the blowing devices at a distance of 0.75 m.
Оборудованный у торцевой стены шахты печи передний горн соединен с рабочей камерой переточным каналом. Расплав непрерывно выпускается через щелевую летку сифона. Придонная часть стенок сифона оборудована системой шпуровых отверстий для частичного или полного выпуска расплава из печи.The front forge equipped at the end wall of the furnace shaft is connected to the working chamber by a transfer channel. The melt is continuously discharged through the slotted notch of the siphon. The bottom part of the walls of the siphon is equipped with a hole system for partial or full discharge of the melt from the furnace.
Подина и стены ванны до охлаждаемых элементов, а также подина и стены сифона выполнены из огнеупорных материалов.The hearth and the walls of the bath to the cooled elements, as well as the hearth and walls of the siphon are made of refractory materials.
Основные показатели работы печи, в которой реализованы технические решения в соответствии с заявленной формулой изобретения, определенные по результатам расчетов материальных и тепловых балансов, в сравнении с аналогичными показателями, рассчитанными для ванной стекловаренной печи, представлены в таблице 1.The main indicators of the furnace, in which technical solutions are implemented in accordance with the claimed claims, determined by the results of calculations of material and heat balances, in comparison with similar indicators calculated for a bathroom glass melting furnace, are presented in table 1.
Полученные результаты позволяют с уверенностью констатировать преимущества заявленных технических решений по сравнению с известными из уровня техники, выражающиеся, в частности, в повышении компактности печи и удельной производительности процесса не менее, чем в 5 раз, снижении удельного расхода топлива не менее, чем в 2 раза, а также повышению коэффициента полезного теплоиспользования примерно в 2,6 раза.The results obtained allow us to state with confidence the advantages of the claimed technical solutions in comparison with the known from the prior art, expressed, in particular, in increasing the compactness of the furnace and the specific productivity of the process by at least 5 times, reducing the specific fuel consumption by at least 2 times , as well as an increase in the coefficient of useful heat use by about 2.6 times.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132503A RU2663235C1 (en) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | Method of continuous melting in airlift layer of silicate materials for production of thermal insulating fiber and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132503A RU2663235C1 (en) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | Method of continuous melting in airlift layer of silicate materials for production of thermal insulating fiber and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2663235C1 true RU2663235C1 (en) | 2018-08-02 |
Family
ID=63142695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017132503A RU2663235C1 (en) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | Method of continuous melting in airlift layer of silicate materials for production of thermal insulating fiber and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2663235C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU791660A1 (en) * | 1978-10-31 | 1980-12-30 | Производственное Объединение "Салаватстекло" Министерства Промышленности Строительных Материалов Рсфср | Method and for combusting gas fuel in bath glass-smelting furnace |
| SU1121243A1 (en) * | 1983-06-30 | 1984-10-30 | Научно-Производственное Объединение "Техэнергохимпром" | Method for heating tank of glass melting furnce |
| SU1728135A1 (en) * | 1989-12-15 | 1992-04-23 | Ереванский государственный университет | Method of founding glass in induction furnace |
| RU2044697C1 (en) * | 1992-07-29 | 1995-09-27 | Николай Григорьевич Кисиленко | Method and apparatus of melted silicate construction materials continuous production |
| US20050039491A1 (en) * | 2001-11-27 | 2005-02-24 | Saint-Gobain Isover | Device and method for melting vitrifiable materials |
| RU2473474C1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Glass furnace with fluid glass bed bubbling |
-
2017
- 2017-09-18 RU RU2017132503A patent/RU2663235C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU791660A1 (en) * | 1978-10-31 | 1980-12-30 | Производственное Объединение "Салаватстекло" Министерства Промышленности Строительных Материалов Рсфср | Method and for combusting gas fuel in bath glass-smelting furnace |
| SU1121243A1 (en) * | 1983-06-30 | 1984-10-30 | Научно-Производственное Объединение "Техэнергохимпром" | Method for heating tank of glass melting furnce |
| SU1728135A1 (en) * | 1989-12-15 | 1992-04-23 | Ереванский государственный университет | Method of founding glass in induction furnace |
| RU2044697C1 (en) * | 1992-07-29 | 1995-09-27 | Николай Григорьевич Кисиленко | Method and apparatus of melted silicate construction materials continuous production |
| US20050039491A1 (en) * | 2001-11-27 | 2005-02-24 | Saint-Gobain Isover | Device and method for melting vitrifiable materials |
| RU2473474C1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Glass furnace with fluid glass bed bubbling |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102101804B1 (en) | Installation and method for melting glass | |
| RU2246454C2 (en) | Method and a device for melting and refining of glass mass | |
| US11680004B2 (en) | Submerged combustion melters and methods | |
| US10336640B2 (en) | Method and apparatus for melting solid raw batch material using submerged combustion burners | |
| RU2473474C1 (en) | Glass furnace with fluid glass bed bubbling | |
| US3427151A (en) | Process and apparatus for introducing a gaseous treating stream into a molten metal bath | |
| JP2008508174A (en) | Method and apparatus for treating recycled textile waste | |
| JP2003172584A (en) | Fine particle blowing device and refining method | |
| EP0784193B1 (en) | Metal fusion furnace and metal fusing method | |
| WO2015014919A1 (en) | Melter having a submerged combustion burner, method using the burner and use of the burner | |
| KR20170126454A (en) | Submerged combustion melter | |
| US20200079674A1 (en) | Manufacturing of continuous mineral fibers | |
| ES2820323T3 (en) | Submerged Combustion Melter Burner | |
| RU2663235C1 (en) | Method of continuous melting in airlift layer of silicate materials for production of thermal insulating fiber and device for its implementation | |
| WO2020230561A1 (en) | Method for modifying steelmaking slag, and lance | |
| RU2610943C1 (en) | Glass manufacturing furnace with barbotage of glass mass layer | |
| RU2788662C1 (en) | Method for production of mineral insulation | |
| RU2044697C1 (en) | Method and apparatus of melted silicate construction materials continuous production | |
| RU2742681C1 (en) | Furnace unit for the production of x-ray protective glass | |
| US3895906A (en) | Heating process and apparatus using oxygen | |
| CN105621859A (en) | Low-intensity mixed bubble submerged combustion method | |
| RU2340855C1 (en) | Method of hydrocarbon fuel burning in cupola furnace | |
| RU2293122C1 (en) | Steel melting process in hearth aggregate | |
| CN105819669A (en) | Novel method for melting glass liquid through immersion and combustion on glass liquid by jet pipe of combustor | |
| RU2299246C1 (en) | Open hearth furnace and method for steel melting in it |