SK9299A3 - Process and device for returning scrap into cupola furnace for preparing silicate melt for the production of rock wool - Google Patents

Description

Spôsob vracania výrobného odpadu do kupolovej pece na prípravu taveniny kremičitanov na výrobu horninovej vlny a zariadenie na uskutočňovanie tohto spôsobu

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu spätného zakladania (vracania) výrobného odpadu do kupolovej pece na prípravu kremičitanovej taveniny na výrobu horninových vlákien; ďalej sa týka zariadenia na spätné zakladanie výrobného odpadu do kupolovej pece na prípravu kremičitanovej taveniny na výrobu horninových vlákien.

Doterajší stav techniky

Vynález sa vzťahuje na vracanie odpadu, vznikajúceho v priebehu výroby horninových vlákien späť do výrobného procesu. Na výrobu horninových vlákien sa najčastejšie používa kremičitanová tavenina, ktorá sa vyrába v kupolových peciach z kusovitých surovín, zvyčajne o zrnitosti 30 až 200 mm. Po rozvláknení taveniny vzniká pri tejto výrobe odpad v množstve až 30 % hmotnosti pôvodného množstva taveniny a to v závislosti od zvlákňovacieho postupu. Odpad vzniká tiež v priebehu ďalšieho spracovania minerálnej horninovej vlny, to znamená v priebehu spracovania vlákien. Odpad má zvyčajne vláknitý alebo perličkovitý charakter a predstavuje ekologickú a ekonomickú záťaž.

Kremičitanová tavenina sa vyrába v kupolových peciach. Kupolová pec na výrobu kremičitanovej taveniny je osobitný druh šachtovej pece; pozostáva z priamej, zväčša s dvojitou stenou, vodou chladenej železnej rúry, ktorá je dole uzavretá odstrániteľným poklopom, vyložená žiaruvzdornou zmesou. Zakladanie surovinou a palivom, produkujúcim potrebné teplo sa vykonáva zhora pomocou dávkovacieho zariadenia. Bežne sa ako palivo používa koks, ktorý horením dodáva teplo, potrebné na tavenie. Potrebný kyslík alebo vzduch na horenie sa privádza v nižšej časti kuplovne radom rúr. Horením koksu sa v kuplovni uvoľňuje teplo a

-2dosahujú sa teploty vyše 1500 °C, čoho výsledkom je tavenie surovín. Tavenina sa v dôsledku svojej hmotnosti zhromažďuje v spodnej časti pece a vyteká von bočným otvorom do zvlákňovacieho stroja. Pri horení vznikajú spaliny, ktoré unikajú medzerami medzi kusmi koksu a surovín smerom do hornej časti pece, kde je umiestené odsávacie dymové potrubie na spaliny alebo komín. Pri tomto spôsobe spaliny predhrievajú kusovú vsádzku, ktorá sa nachádza nad taveninou. Ako surovina na výrobu kremičitanovej taveniny sa zvyčajne používa diabas, čadič, amfibolit a ďalšie bežné hlinito-kremičitanové vyvrelé horniny, alebo rôzne druhy metalurgických trosiek.

V danom odbore je doteraz známe, že na výrobu taveniny v kupolových peciach sa môže použiť surovina iba ako kusovitý materiál. Nepoužíval sa iný spôsob, pretože bolo doteraz pravidlom, že do kupolových pecí možno použiť iba kusovitý alebo zrnitý materiál s veľkosťou zŕn viac ako 30 mm, pretože to je jediná cesta, ako umožniť tok spalín, po nasypaní suroviny a paliva do pece, z miesta vzniku do výstupu z pece. Ťažkosť je však v tom, že výrobný odpad je v podstate vo vláknitej forme alebo vo forme perličiek, to znamená nie v kusovitej forme a preto by mohol narúšať tok spalín, ak by sa nekontrolovane pridával k surovinám a palivu.

Spôsob vracania (recyklácie) výrobného odpadu do pece bol už vyvinutý, najmä z ekologických a ekonomických dôvodov.

Najznámejší spôsob je spôsob s briketovaním odpadu, v ktorom sa odpad rozdrobuje na vyžadovanú zrnitosť a lisuje sa s prídavkom spojiva na brikety, ktoré po stuhnutí spojiva majú nevyhnutný kusovitý tvar, veľkosť a pevnosť.

Iný známy spôsob je fúkanie rozdrobeného odpadu do pece spolu so vzduchom, potrebným na horenie, rúrkami na spaľovací vzduch. V tomto prípade však treba výrobný odpad mlieť a celý spôsob je ekologicky otázny, pretože značné množstvo do pece vneseného mletého odpadu sa vo forme neroztaveného prášku nachádza v odchádzajúcich odpadových plynoch.

Známe riešenie je tiež zverejnené v EP 0 625 485, podľa ktorého sa mletý odpad plní do fliaš.

Podľa PCT WO 95/04 003 sa surovina a odpad spracúvajú oddelene a iba keď je odpad roztavený, potom sa spracujú spolu v osobitnom taviacom zariadení.

-3Vynález sa snaží nájsť riešenie problému ľahkého návratu výrobného odpadu do pece bez predbežného spracovania a bez narušovania toku spalín alebo bez toho, aby vznikali nežiadúce emisie do životného prostredia.

Podstata vynálezu

Predmetom vynálezu je spôsob vracania výrobného odpadu do kupolovej pece na prípravu taveniny kremičitanov na výrobu horninovej vlny, pričom sa odpad zakladá k vnútornému povrchu vnútornej steny spodnej časti pece vo vrstve s hrúbkou do 8 cm, výhodne do 25 cm.

V spôsobe podľa vynálezu sa pri zakladaní pece môže najprv zakladať odpad a potom surovina a palivo, alebo zmes suroviny a paliva.

V ďalšom uskutočnení spôsobu sa pri zakladaní pece môže najprv zakladať surovina a palivo, alebo zmes suroviny a paliva a potom s pridáva odpad.

Alebo v ďalšom spôsobe sa pec súčasne zakladá odpadom a surovinou a palivom, alebo zmesou suroviny a paliva.

Ďalším predmetom vynálezu je zariadenie na vracanie odpadu do kupolovej pece na prípravu kremičitanovej taveniny na výrobu horninovej vlny, v ktorom otáčavá časť je vedená medzi spodnou časťou a hornou časťou pece, pričom otáčavá časť je otáčavá okolo zvislej stredovej osi pece, podávač odpadu je upevnený v ľubovoľnej obvodovej polohe k vonkajšej časti otáčavej časti, pričom podávač odpadu v činnosti podáva odpad v smere k stredovej ose pece; a v ktorom vo vnútri pecného priestoru pri vnútornej stene je usmerňovacie zariadenie, ktoré usmerňuje odpad smerom dole a na vnútorný povrch vnútornej steny spodnej časti pece, pričom zariadenie je usporiadané tak, aby pri otáčaní otáčavej časti pece okolo vertikálnej osi pece bol podávač odpadu v činnosti.

Otáčavá časť môže byť vedená nosnými konštrukciami a najmenej jedným vodiacim prstencom.

Nosné konštrukcie môžu mať horizontálne kolieska a vertikálne kolieska, ktoré spolupracujú najmenej s jedným vodiacim prstencom.

-4Podávač pozostáva zo závitovkového dopravníka a zberného zásobníka, usmerňovacieho zariadenia a pohonov, pričom usmerňovacie zariadenie je vyhotovené ako prepážka, sklonená v ostrom uhle k stene otáčavej časti nad výstupom z uvedeného podávača.

Na základe myšlienky vynálezu a s podporou skúšok sa zistilo, že pridaním výrobného odpadu v neupravenej forme, to znamená v podstate vo forme vlákien, ale tiež vo forme perličiek alebo malých kúskov, blízko k vnútornej stene spodnej časti pece, vo vrstve s určenou hrúbkou, súčasne so závažkou suroviny a paliva do pece, nebráni odpad priechodu plynov, pretože sa odpad taví na využiteľnú taveninu. Vedľajší účinok odpadu na stenu vhodne dimenzovanej spodnej časti pece je v tom, že treba menšie chladenie (spravidla menej vody) steny pece, čo prináša významné úspory energie.

Týmto spôsobom zakladania pece a v dôsledku zníženia voľného prierezu vsádzky surovín s palivom sa množstvo spalín a nepriamo tiež vzduchu, potrebného na spaľovanie koksu zníži; nedostatok vzduchu sa však nahrádza kyslíkom tak, že sa dosahuje pôvodná výrobná kapacita pece. Zariadenie na pridávanie kyslíka patrí medzi bežné vybavenia pecí a pôvodne bolo určené na reguláciu teploty taveniny, zvyšovanie výrobnej kapacity kuplovne, pri nábehu pece a s podobnými zámermi. Zakladanie výrobného odpadu k vnútornej stene pece má za následok zníženie priameho styku paliva so stenou pece. Preto sa stena pece, zvyčajne chladená vodou, menej prehrieva. Zistilo sa, že nároky na chladenie sa znížili na polovinu a tak tepelná energia, ktorá by sa inak odvádzala chladením ostáva v peci a slúži na tavenie surovín. Pri tomto spôsobe zakladania výrobného odpadu do pece sa dosiahne čiastočná tepelná izolácia vnútornej steny chladenej kupolovej pece a tým úspora paliva a následne zníženie škodlivých emisií do životného prostredia. Vytvorením vrstvy odpadu na vnútornom obvode steny a tým, že odpadom neprenikajú plynné spaliny sa zabráni, aby bol odpad vynášaný spalinami z pece do okolia.

Zariadenie na vracanie odpadu späť do kupolovej pece podľa tohto vynálezu sa v ďalšom texte opisuje na príkladoch s odkazmi na pripojené nákresy.

-5Prehfad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 je schematický nárys, znázorňujúci kupolovú pec.

Obr. 2 je schematický rez, znázorňujúci závažku v peci.

Obr. 3 je detail rezu, znázorňujúceho kupolovú pec a podávač odpadu s pohonom.

Obr. 4 je detail časti z prvého obrázku, znázorňujúci ovládanie otáčavej časti pece.

Obr. 5 je detail z časti druhého uskutočnenia, znázorňujúci ovládanie otáčavej časti pece a

Obr. 6 je priečny rez/pôdorysný pohľad, znázorňujúci otáčavú časť s podávačom a ovládaním

Príklady uskutočnenia vynálezu

Kupolová pec má spodnú časť 1 s (zvyčajne) vodou chladenou stenou 8, s potrubím 6 na vháňanie vzduchu, pričom vzduch sa obohacuje kyslíkom, ak je to z hľadiska spaľovania paliva potrebné; palivom je zvyčajne koks. Spodná časť 1 má výpustný otvor 7 taveniny. V spodnej časti 1, v oblasti prívodného potrubia 6 vzduchu prebieha proces horenia a tavenie surovín, zatiaľ čo nad touto oblasťou sa uskutočňuje predhrievanie surovín spalinami. Hlavná časť podľa tohto vynálezu je umiestená medzi spodnú časť 1 a hornú časť 2 pece. Horná časť pece slúži na zakladanie pece surovinou a palivom pomocou dopravníka 5 a na odvádzanie dymových plynov komínom 3. Kupolová pec na tavenie kremičitanových hornín spravidla nestojí voľne, ale je upevnená na nosnej konštrukcii vo zvýšenej polohe nad dlažbou. Obr. 1 znázorňuje upevnenie spodnej časti 1 a hornej časti 2 nosnými rámami 22, ktoré sú pre lepšiu prehľadnosť nákresu na Obr. 1 znázornené iba schematicky.

Zariadenie podľa tohto vynálezu zahŕňa otáčavú časť 4 s podávačom 10 a nosnou konštrukciou 13, ďalej s vodiacim prstencom a pohonným prstencom na obvode horného okraja spodnej časti 1 pece. Usporiadanie nosných konštrukcií 13

-6po obvode otáčavej časti 4 je na Obr. 1 znázornené odlišne od usporiadania, ako je správne znázornené na Obr. 4, opäť z dôvodov lepšej prehľadnosti obrázkov.

Otáčavá časť 4 je medzi časťou 1 a časťou 2 riešená ako čo možno najviac plynotesná.

Podávač 10 odpadu 27 pozostáva zo závitovkového dopravníka s pohonom 17 a je upevnený k otáčavej časti 4. Horná časť podávača 10 je zberný zásobník odpadu 27. Na boku podávača 10 je pohon 14 s ozubeným kolom 21. Vo vnútri pece na otáčavej časti 4 nad podávačom 10 je umiestený usmerňovač odpadu 15, ktorý usmerňuje prísun odpadu 27 závitovkovým dopravníkom k vnútornej stene spodnej časti 1 pece. Usmerňovacie zariadenie 15 je vyhotovené v tvare prepážky, ktorá je sklonená v ostrom uhle k vnútornej stene otáčavej časti 4 nad výstupom z podávača 10.

Po obvode otáčavej časti 4 sú najmenej tri nosné konštrukcie 13, ktoré sú v zhode s uskutočnením, zobrazeným na Obr. 1 a 4 vybavené horizontálnymi kolieskami 19 a vertikálnymi kolieskami 20 a 24. Počet nosných konštrukcií 13 musí samozrejme spĺňať statické požiadavky a požiadavky na stabilitu a preto ich počet bude závislý od rozmerov celej konštrukcie. Nosné konštrukcie 13 umožňujú otáčanie otočnej časti 4 po vodiacom prstenci H, ktorý je uložený na hornom okraji spodnej časti 1 pece. Horizontálne kolieska 19 vedú otáčavú časť4vo vodorovnom smere, zatiaľ čo vertikálne kolieska 20 a 24 nesú otáčavú časť 4 a vedú ju v zvislom smere, menovite kolieska 19, 20 a 24 po vodiacom prstenci H. Prstenec 11 je nasadený na horný obvod spodnej časti 1 pece. Vodiaci prstenec 11 je konštrukčne spojený s pohonným prstencom 12, ktorý má po obvode ozubenie tak, aby zapadal do ozubenia kolesa 21 náhonu 14 na podávači 10.

Možné sú aj iné riešenia uloženia prstencov a nosných konštrukcií s kolieskami. V druhom uskutočnení tohto vynálezu, znázornenom na Obr. 5 je na spodnom okraji hornej časti 2 pece na vertikálne vedenie pridaný vodiaci prstenec 23 a nosná konštrukcia 13 je tvarovaná tak, aby umožňovala dosadnutie vertikálneho kolieska 25 na prstenec 23.

Možné sú aj iné usporiadania s nosnými konštrukciami, alebo ich časťami na spodnej časti 1 a/alebo hornej časti 2 pece a s jedným alebo viacerými vodiacimi

-7prstencami na otáčavej časti 4. Možné sú aj kombinácie, v ktorých časti nosných konštrukcií sú na spodnej časti 1 aj na hornej časti 2, ako aj na otáčavej časti 4 a s jedným alebo viacerými vodiacimi prstencami na spodnej časti 1 ako aj na hornej časti 2 a otáčavej časti 4.

Iné možné uskutočnenie má pohonné koleso na obvode otáčavej časti 4 a pohon 14 na spodnej časti 1, alebo na hornej časti 2.

Pri zakladaní do pece sa postupuje nasledovne: v pokojovom stave sa zásobník 18 podávača 10 naplní odpadom 27 zakladacou jednotkou 9. Zakladanie pece začína vtedy, keď snímač hladiny poukazuje na nutnosť nového založenia. Pohon 17 začína závitovkovým dopravníkom tlačiť odpad 27 do pece, pričom súčasne pohon 14 začína otáčať otáčavú časť_4 ozubeným kolesom 21 v zábere s pohonným prstencom 12. Usmerňovacia prepážka 15 usmerňuje odpad 27 k vnútornej stene 8 spodnej časti 1 pece. Skúsenosti ukazujú, že je najvhodnejšie, ak pre jednu dávku odpadu 27 podávač 10 obehne dvakrát. Podľa skúseností je tiež najvhodnejšie, ak zakladanie surovín a paliva, alebo zmesi 26 surovín a paliva začína vtedy, keď už bol odpad 27 založený do pece. Zakladanie pece surovinami a palivom, alebo zmesou 26 suroviny a paliva sa môže vykonávať známym spôsobom a tu podľa tohto vynálezu netreba nijaké úpravy pece. Vynález sa samozrejme neobmedzuje na uvedenú postupnosť zakladania pece a podľa tohto vynálezu možno použiť postupné alebo súčasné zakladanie pece odpadom 27 a zmesou 26, vždy ak sa odpad 27 zakladá k vnútornej časti steny 8 spodnej časti 1 pece.

Obr. 2 schematicky znázorňuje rez pece, postupne zakladanej odpadom 27, surovinou a palivom, alebo zmesou 26 suroviny a paliva. Pri zakladaní odpadu 27 je hrúbka vrstvy odpadu 27 pri stene 8 medzi 0 a 8 cm a približne 25 cm.

Claims (9)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob vracania výrobného odpadu (27) do kupolovej pece na prípravu taveniny kremičitanov na výrobu horninovej vlny, vyznačujúci sa tým, že sa odpad (27) zakladá k vnútornému povrchu vnútornej steny spodnej časti (1) pece vo vrstve s hrúbkou do 8 cm, výhodne do 25 cm.

2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že pri zakladaní pece sa najprv zakladá odpad (27) a potom surovina a palivo, alebo zmes (26) suroviny a paliva.

3. Spôsob podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i sa t ý m, že pri zakladaní pece sa najprv zakladá surovina a palivo, alebo zmes (26) suroviny a paliva a potom s pridáva odpad (27).

4. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že sa pec súčasne zakladá odpadom (27) a surovinou a palivom, alebo zmesou (26) suroviny a paliva.

5. Zariadenie na vracanie odpadu (27) do kupolovej pece na prípravu kremičitanovej taveniny na výrobu horninovej vlny, vyznačujúce sa tým, že otáčavá časť (4) je vedená medzi spodnou časťou (1) a hornou časťou (2) pece, pričom otáčavá časť (4) je otáčavá okolo zvislej stredovej osi pece, podávač (10) odpadu je upevnený v ľubovoľnej obvodovej polohe k vonkajšej časti otáčavej časti (4), pričom podávač (10) odpadu v činnosti podáva odpad (27) v smere k stredovej ose pece; a ďalej vo vnútri pecného priestoru pri vnútornej stene je usmerňovacie zariadenie (15), ktoré usmerňuje odpad (27) smerom dole a na vnútorný povrch vnútornej steny spodnej časti (1) pece, pričom zariadenie je usporiadané tak, aby pri otáčaní otáčavej časti (4) pece okolo uvedenej vertikálnej osi pece bol podávač (10) odpadu v činnosti.

6. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že otáčavá časť (4) je vedená nosnými konštrukciami (13) a najmenej jedným vodiacim prstencom (11, 23).

7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že nosné konštrukcie (13) majú horizontálne kolieska (19) a vertikálne kolieska (20, 24, 25), ktoré spolupracujú najmenej s jedným vodiacim prstencom (11, 23).

8. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že podávač (10) pozostáva zo závitovkového dopravníka a zberného zásobníka (18), usmerňovacieho zariadenia (15) a pohonov (17).

9. Zariadenie podľa nároku 8, vyznačujúce sa tým, že usmerňovacie zariadenie (15) je vyhotovené ako prepážka, sklonená v ostrom uhle k stene otáčavej časti (4) nad výstupom z podávača (10).