Результат интеллектуальной деятельности: ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ВАГРАНКА (ГЭВ) ДЛЯ ПЛАВКИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к печам, предназначенным для получения неметаллических минеральных расплавов в производстве минеральной ваты, изделий из базальтового литья, шлакоситаллов, производстве стекла и изделий из него, других производств, использующих минеральные неметаллические расплавы.

Наиболее близким к заявленному устройству является коксогазовая вагранка по патенту РФ 2109236, относящаяся к конструкциям вагранок для плавки и перегрева расплава, в частности для получения расплава из минерального сырья, в производстве теплоизоляционных минераловатных изделий. Вагранка содержит шахту, летку для выпуска расплава и расположенные в чередующемся порядке воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями, отличающаяся тем, что воздушные фурмы и газовые горелки с горелочными туннелями установлены в шахте вагранки с противоположной стороны летки для выпуска расплава на участке 0,6-0,75 периметра шахты.

В данной конструкции вагранки не решен вопрос дегазации расплава, кроме того эти печи очень громоздкие, требуют высоких капитальных затрат и дорогостоящей очистки отходящих газов (обеспылевание и нейтрализация NO_x и SO₂) и утилизации коксовых остатков. В процессе их работы выделяются горючие газы (СО; H₂S), требующие создания системы дожигания с последующей утилизацией тепла.

В процессе плавки в вагранке образуется восстановительная атмосфера, способствующая восстановлению железа, содержащегося в сырье в виде окислов. Снижение содержания железа ухудшает свойства получаемого минерального волокна.

Задачей изобретения является создание высокопроизводительной печи:

- исключающей применение кокса и, следовательно, дорогостоящих систем очистки и дожигания отходящих газов, утилизации коксовых остатков;

- обеспечивающей в рабочем цикле окислительную атмосферу, исключающую восстановление железа из окислов, содержащихся в сырье;

- позволяющей производить переработку всех отходов главной технологической линии в товарную продукцию, обеспечивающую полную нейтрализацию токсичных органических веществ, содержащихся в этих отходах.

Поставленная задача решается тем, что печь для переработки шлакообразующих материалов содержит подину, загрузочную камеру, свод, фурмы в стенках загрузочной камеры, загрузочные устройства и газоход, причем печь представляет собой печь шахтного типа и содержит молибденовые электроды в водоохлаждаемых рубашках, установленные в нижней части печи, при этом фурмы предназначены для подачи природного газа и кислородно-воздушной смеси и установлены ниже уровня расплава так, что отношение между расстоянием от подины до осей фурм и расстоянием от подины до свода находится в диапазоне от 1:4 до 1:7, а указанные электроды установлены ниже осей фурм, причем расстояние от подины до осей электродов составляет 0,2÷0,35 расстояния от подины до осей фурм.

Конструкция газоэлектрической вагранки (ГЭВ), имеющая молибденовые электроды, установленные ниже осей фурм на расстоянии 0,2÷0,35 расстояния от подины до осей фурм, обеспечивает гомогенизацию и дегазацию расплава за счет стабилизации его температуры и активного перемешивания. За счет протекания электрического тока организуется так называемый «барботаж» жидкой фазы, что позволяет получить однородную дегазированную массу.

Электрический нагрев обладает значительно меньшей инерционностью в работе, а также способностью работать в режимах «дрейфа», с удержанием расплава в печи, при аварийной остановке линии получения и обработки волокна. В этих режимах расплав в зоне электродов гораздо проще контролируется, а учитывая физические особенности теплопередачи, электрический нагрев является более динамичным и точным в настройках режимов.

Применение электрического нагрева для возмещения части тепла, используемого для гомогенизации расплава (20÷30%), снижает выбросы дымовых газов и уменьшает теплопотери.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана печь в разрезе.

Предлагаемое устройство представляет собой печь шахтного типа. Печь состоит из подины 1; внутреннего горна 2; кессонированной шахты, состоящей из фурменных кессонов 3, прикладных 4 кессонов; кессонированного съемного водоохлаждаемого свода 5, к которому примыкают охлаждаемый газоход 6 и загрузочные устройства (течки) 7. В фурменных кессонах 3 расположены фурмы 9, разделяющие шахту печи на надфурменную и подфурменную зоны. В кладке печи установлены молибденовые электроды 8 в водоохлаждаемых рубашках.

Подина 1 и внутренний горн 2 печи могут быть набраны из огнеупорного кирпича или выполнены водоохлаждаемыми с огнеупорной футеровкой. Внутри шахты печи на самонесущем каркасе установлены водоохлаждаемые кессоны 3, 4, 5, жестко на нем закрепленные.

Способ плавки в печи ГЭВ позволяет перерабатывать влажный и сухой материал. Благодаря интенсивному перемешиванию расплава раскаленными газами происходит нагрев и плавление шихты, загружаемой на поверхность ванны через течки, расположенные в своде печи. Подачу кислородосодержащего дутья в смеси с природным газом в печь осуществляют в слой расплава, что позволяет использовать водоохлаждаемые элементы (кессоны) в зоне интенсивного его перемешивания.

Основной принцип новой технологии плавления сырья в ГЭВ заключается в том, что массообмен осуществляют в турбулентно перемешиваемой ванне расплава с его одновременным электроподогревом в подфурменной зоне в районе подины. Причем дутье поступает в расплав на уровне фурм со скоростью от 100 до 300 м/с, что значительно интенсифицирует теплопередачу от газового факела к расплаву (по сравнению с теплопередачей от горящего кокса в вагранках), а интенсивное перемешивание ускоряет процесс плавления шихты и гомогенизирует расплав. Подогрев электрическим током от молибденовых электродов, проходящим через расплав, осуществляемый без обогащения газовыми фракциями в зоне отбора (район подины печи) и вывода расплава на дальнейшую переработку, способствует дополнительному гравитационному перемешиванию расплава и обеспечивает необходимый уровень гомогенизации и дегазации.

ГЭВ по своим характеристикам близка к аппарату идеального смешения. Нагрев и плавление шихты осуществляется при лучистой и конвективной передаче тепла от газового факела и тепла, выделяемого при прохождении через расплав электрического тока от электродов, установленных в кладке печи к шихте. Скорость нагрева и плавление шихты лимитирует процесс теплопередачи от раскаленного газового факела и проходящего через расплав электрического тока, подаваемого молибденовыми электродами к шихте через расплав. Сырье загружают в печь в твердом виде, где под воздействием высоких температур происходит их нагрев, испарение влаги, диссоциация карбонатов и плавление смеси.

Плавка проводится в окислительной атмосфере благодаря избыточному количеству кислородно-воздушной смеси (ос«1,1), что обеспечивает неизменное содержание железа в расплаве. Состав и количество расплава в печи при установившемся режиме работы остаются практически неизменными.

Наличие окислительной атмосферы при высокой температуре дымовых газов обеспечивает полное сгорание природного газа без сверхнормативного образования СО. Значительное уменьшение количества воздуха в дутье (благодаря подаче кислорода) обеспечит многократное снижение содержания окислов азота в дымовых газах.

Исключение кокса из технологического цикла обеспечивает отсутствие SO₂ и в дымовых газах, что в свою очередь исключает необходимость строительства дорогостоящих систем очистки и дожигания отходящих газов, а также утилизации коксовых шлаков.