Промышленные печи

Промышленные печи и трубы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Отражательные печи являются наиболее крупными плавильными агрегатами цветной металлургии и широко применяются при производстве меди, никеля и олова. В отражательных печах осуществляют плавление концентратов, в том числе обогащенных медных руд. Конечным продуктом плавки в этом случае является штейн с содержанием меди от 30 до 40% (в редких случаях до 80%), состоящий из сульфидов FeS и Cu2S (80— 90%) и шлаков, содержащих в основном окислы SiO>2; AI2O3 и СаО. Штейн, полученный при плавке концентратов, содержит меди 10—35% и является полупродуктом при производстве рафинированной и товарной меди с содержанием Си не менее 99%.

Практически в процессе переработки медных концентратов происходит разделение сульфидных составляющих (образующих штейн) от пустой породы (в виде окислов), переходящей в шлак. Содержание меди в штейне увеличивается в основном за счет перехода железа из штейна в шлак по реакции СиОг+ +FeS = Cu2S (вштейн)+РеО (в шлак).

Источниками тепла в отражательных печах являются каменноугольная пыль, природный газ или мазут, сжигаемые с помощью 4—6 горелок или форсунок, которые устанавливают в торцевой стене рабочего пространства печи. Продукты горения и газы, образующиеся в результате химических реакций в печи, поступают через отводящий боров в котел-утилизатор и далее в дымовую трубу.

Продукты горения в рабочем пространстве печи нагревают шихту, шлаки и огнеупорную кладку свода и стен печи. Шихта и шлаки в отражательных печах, как и в других плавильных ванных печах, в больших количествах получают тепло от нагретой огнеупорной кладки свода и верхней части стен.

Характерной особенностью отражательных печей является плавление шихты у боковых стен рабочего пространства. Загружаемая через отверстие в главном своде шихта располагается в виде плавающих в расплаве откосов, опирающихся с одной стороны на боковые стены рабочего пространства печи.

Верхние слои шихты под действием высоких температур отходящих газов нагреваются и в расплавленном состоянии по откосам стекают в ванну, при этом обнажаются следующие слои твердой шихты. Таким образом, процесс плавки в отражательных печах представляет собой непрерывное расплавление шихты и стекание ее по откосам в ванну.

Под или лещадь отражательной печи выкладывают по выровненному фундаменту из динасового кирпича. Боковые стены печи толщиной 2—2,5 кирпича кладут также из динаса. Для предохранения нижней части динасовых стен от разъедания штейном и шлаками их защищают слоем магнезитовой или хромомагнезитовой кладки толщиной в один кирпич на высоту несколько выше уровня шлака. Торцевая стена, в которой устанавливаются форсунки или горелки, кладется из шамота и магнезита или хромомагнезита. Свод печи арочного типа выполняют из динасового кирпича размером 380 или 500 мм. Подвесные своды делают из магнезитового или хромомагнезитового кирпича размером 350—400 мм. Так как подвесные своды более устойчивы и просты в эксплуатации, то все новые отражательные печи строятся только с подвесными сводами.

Загрузку в печь шихты производят через отверстия в главном своде, расположенные около пят по всей длине свода на расстоянии 1,2—1,5 м друг от друга. Продукты плавки —штейн и шлак — выпускают из печи по мере их накопления, причем штейн выпускают через две летки (шпуровочные окна), находящиеся на уровне пода в одной из боковых стен печи. В окна вставлены чугунные или  медные   охлаждаемые   водой   плиты с квадратными отверстиями, в которые устанавливают чугунные втулки (летки) с внутренним диаметром 45—50 мм. Шлак удаляют из печи через окно, расположенное в боковой стенке ванны ближе к ее хвостовой части на высоте 700—800 мм от уровня пода. Заливку жидких составляющих шихты (конверторных шлаков) в рабочее пространство печи производят через желоб, устанавливаемый в окне, расположенном в боковой стенке печи. Температура в печи на расстоянии 3,5 м от торцевой стенки, в которой расположены горелки или форсунки, достигает 1550— 1600° С, в середине печи 1300—1350° С и в хвостовой части печи у входа в боров не превышает 1200—1250° С.

Термический к. п. д. отражательных печей в связи с высокой температурой продуктов горения, поступающих в боров, составляет всего 20—30%. При наличии котлов-утилизаторов общий энергетический к. п. д. повышается до 55—65%.

Отражательные печи для огневого рафинирования меди, плавки оловянных концентратов и т.п. отличаются от описанной выше конструкции только размерами, некоторыми конструктивными особенностями огнеупорной кладки, загрузкой шихты и распределением ее в рабочем пространстве (не на откосы, а по всей площади ванны), но принципиальные схемы их работы аналогичны.

Шахтные печи наряду с отражательными печами нашли в цветной металлургии широкое применение для плавки руд меди, никеля и свинца. Печь представляет собой шахту, собранную из металлических водоохлаждаемых кессонов, вследствие чего эти печи часто называют ватержакетными, т. е. имеющими водяную рубашку.

В нижней части шахты в кессонах имеются отверстия (фурмы), через которые подается воздух, необходимый для горения топлива. Выпуск продуктов плавки производят через отверстия (летки), находящиеся на уровне низа (лещади) печи. Газообразные продукты через надколошниковую камеру (шатер) и газоходы отводятся в пылеуловители и далее в дымовую трубу.

Загрузку шихты, состоящей из руды, оборотов продуктов переработки цветных металлов, флюсов и кокса, производят в определенных количествах и в определенной последовательности—вначале кокс, а затем руда, флюсы и обороты.

Наиболее высокая температура печи наблюдается в фурменной зоне, где она достигает 1400—1600° С. Газы, нагретые в фурменной зоне до температуры 1350—1500° С, поднимаются вверх и нагревают опускающуюся сверху вниз шихту (загружаемые в печь сырые материалы). Температура газов на уровне колошника 350—550° С.

Конечным продуктом плавки в этих печах, как и в отражательных, являются: штейн, шлак и газы С02 и S02. Образующиеся сернистые газы являются ценным продуктом для получения серы.

Лещадь печи, лежащую на стальных или чугунных водоохлаждаемых плитах, футеруют магнезитовым или хромомагнезитовым кирпичом. Шахта состоит из прямоугольных кессонов и имеет в вертикальном сечении форму трапеции, обращенной меньшим основанием вниз. Торцевые кессоны, имеющие форму трапеции, устанавливают вертикально. Кессоны представляют собой полые емкости прямоугольной (для боковых стен) или трапецеидальной (для торцевых стен) формы из листового металла толщиной 10—20 мм (внутренняя стенка) и 6—10 мм (наружная стенка).

Внутри кессона имеются продольные ребра жесткости, а в нижней его части — люк для чистки кессона от накипи. В наружной стенке кессона расположены два отверстия для подвода (нижнее) и отвода (верхнее) воды. В кессонах, образующих боковые стенки шахты, запрессовывают по три стальные втулки диаметром 60—100 мм для установки в них фурм, соединенных с воздухопроводом, по которым подается дутье. Кессоны скрепляют между собой болтами, для чего к бортам их приваривают металлические пластины с отверстиями. Щели между кессонами заполняют асбестовым шнуром.

Печи загружают рудой, флюсом и коксом с колошниковой площадки, расположенной на уровне края кессонов вдоль боковых стен печи, через окна надколошникового устройства, закрываемые шарнирно-подвешенными дверцами.

Надколошниковое пространство состоит из металлического каркаса, опирающегося на самостоятельные колонны (не связанные с каркасом шахты), с футеровкой из шамотного кирпича. Своды надколошникового пространства арочного типа из шамотного кирпича имеют отверстия для газоходов, футерованных шамотным кирпичом, через которые газы из печи с мелкими частицами руды идут в осадительные камеры.

Расплавленные штейн и шлак скапливаются в нижней части шахты и вместе через окно-отверстие, расположенное в боковой стенке печи, поступают в желоб. В той части стенки, где расположен желоб, устанавливают кессон более короткий, чем остальные. В пространстве между коротким кессоном и лещадью выставляют так называемый «выпускной кессон», состоящий из медной плиты с залитым в нее плоским змеевиком из труб, по которым циркулирует вода. Отверстие в выпускном кессоне соединено с желобом, состоящим из водоохлаждаемых металлических плит, футерованных огнеупорным кирпичом. Из желоба шлак и штейн непрерывной струей через выполненный из огнеупорного кирпича сливной порог (в конце желоба) попадают в имеющий овальную форму отстойник, называемый передним горном, высотой 1,2—1,5 му шириной 3,5—5 м и длиной до 15 м. Дно и стены переднего горна футеруют шамотным или хромо-магнезитовым кирпичом. Свода горн не имеет. Штейн выпускают периодически, по мере его накопления через летки, расположенные в боковых стенах горна на уровне его пода. Шлаки выпускают через окно, расположенное в торцевой части горна.

Кроме шахтных печей для плавки медных руд в цветной металлургии распространены и другие шахтные печи для получения полупродуктов свинца, никеля и т. п. Они имеют свои конструктивные особенности, вызванные спецификой технологического процесса, но в принципе аналогичны описанной выше шахтной печи.

МАТЕРИАЛЫ ИЗ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИИ. Доменные шлаки. Металлургические ...