WO2014129921A1 - Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат - Google Patents

Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат Download PDF

Info

Publication number
WO2014129921A1
WO2014129921A1 PCT/RU2013/000138 RU2013000138W WO2014129921A1 WO 2014129921 A1 WO2014129921 A1 WO 2014129921A1 RU 2013000138 W RU2013000138 W RU 2013000138W WO 2014129921 A1 WO2014129921 A1 WO 2014129921A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coolant
melting chamber
liquid metal
melting
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2013/000138
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Анатолий Анатольевич ГОЛУБЕВ
Юрий Александрович ГУДИМ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OBCHESTVO S OGRANICHENNOJ OTVETSTVENNOSTJU PROMYSHLENNAJA KOMPANJA "TEHNOLOGIJA METALLOV"
Original Assignee
OBCHESTVO S OGRANICHENNOJ OTVETSTVENNOSTJU PROMYSHLENNAJA KOMPANJA "TEHNOLOGIJA METALLOV"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OBCHESTVO S OGRANICHENNOJ OTVETSTVENNOSTJU PROMYSHLENNAJA KOMPANJA "TEHNOLOGIJA METALLOV" filed Critical OBCHESTVO S OGRANICHENNOJ OTVETSTVENNOSTJU PROMYSHLENNAJA KOMPANJA "TEHNOLOGIJA METALLOV"
Priority to PCT/RU2013/000138 priority Critical patent/WO2014129921A1/ru
Priority to RU2014129686A priority patent/RU2617071C2/ru
Priority to EP13876077.2A priority patent/EP2960608A4/en
Publication of WO2014129921A1 publication Critical patent/WO2014129921A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0005—Cooling of furnaces the cooling medium being a gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein

Definitions

  • the invention relates to metallurgy and to the field of processing of solid industrial and household waste. They can also be used in the energy sector for burning or gasifying coal with a high ash content on a layer of molten slag.
  • the high temperature in the working space of the melting chambers makes it necessary to protect the walls of their metal casing with refractory lining.
  • the refractory lining is gradually destroyed (worn out) as a result of exposure to high temperature, chemical corrosion and mechanical erosion of the refractory material. Therefore, the melting chamber cannot operate continuously, and is periodically stopped for cold repair of the lining. This reduces productivity and affects the technical and economic performance of the melting chamber.
  • the period of continuous operation of the melting chamber can be significantly increased by providing the conditions for the formation of a skull (refractory conglomerate consisting of sintered charge materials, refractory lining, slag, dust, etc.) on the inner surface of the walls of the metal body of the melting chamber
  • steam "plugs" may be formed that impair the cooling of the casing and lead to the destruction of the casing wall;
  • a known method of cooling the case of the melting unit includes the supply of liquid metal coolant - sodium to the body of the melting chamber, made in the form of a double-walled metal shell with a sealed cavity, cooling the liquid metal coolant with a cold gaseous coolant passing through a heat exchanger.
  • Cold gaseous coolant is fed into the cavity formed by the outer wall of the casing of the melting chamber, and the outer shell of the heat exchanger, located directly on the casing of the melting chamber, and containing at the ends of the pipe for supplying cold and selection of the heated gaseous coolant.
  • the cold gaseous heat carrier is swirled in the cavity of the heat exchanger and is fed first to the parts of the heat exchanger adjacent to the sections of the casing of the melting chamber with the highest thermal loads, and then to the parts of the heat exchanger adjacent to the sections of the casing of the melting chamber with lower thermal loads.
  • the known melting unit comprises a melting chamber with a metal body made in the form of a double-walled metal shell with an airtight cavity filled with a liquid metal coolant - sodium, a heat exchanger for cooling the liquid metal coolant with a gaseous coolant, a refractory lining of the molten metal bath, a loading device, a heating device, and melting charge for metal and slag, removal and purification of furnace gases and utilization of their heat.
  • a heat exchanger for cooling the liquid metal coolant with a gaseous coolant is located directly on the body of the melting chamber, its outer shell is located at a distance of 50-300 mm in diameter from the outer wall of the melting chamber and is made in the form of a sealed metal cylinder or part thereof with pipes for supplying cold and selection of heated gaseous coolant covering the melting chamber.
  • the outer wall of the chamber serves as the inner shell of the heat exchanger, while curved copper strips are fixed at a distance of 3-300 mm from each other in the cavity between the outer wall of the melting chamber and the outer shell of the heat exchanger on the outer wall of the melting chamber.
  • the known method of cooling the casing of the melting unit and the unit for its implementation “have the following disadvantages: - there is a supercooling of the lower part of the bath of the metal melt, the formation of a layer of solidified metal on the refractory lining of the metal bath, a decrease in the volume of the metal bath, difficulties in opening the metal gap when the metal is drained from the melting chamber due to intensive cooling of the entire inner wall of the body of the melting chamber with a liquid metal coolant;
  • the task of the invention is to increase the efficiency of the method and the melting unit for its implementation.
  • the technical result of the method of cooling the casing of the melting unit and the melting unit for its implementation is to increase productivity and efficiency due to:
  • the liquid metal coolant is cooled the upper part of the sealed cavity formed by a double-walled metal shell the melting chamber, by feeding a liquid metal coolant into a cavity covering the free space, the slag bath and the upper part of the lined metal bath, and the lower part of the sealed cavity formed by the double-walled metal shell of the body, separated from the upper part and covering the lower part of the lined metal bath, is cooled only gaseous coolant supplied through nozzles placed on the side surface of the outer wall of the heat exchanger, heated gaseous the heat carrier is taken from the heat exchanger through nozzles located on the side surface of the outer wall of the heat exchanger, the temperature of the liquid metal coolant is
  • the gaseous coolant is fed into the cavity formed by the outer wall of the housing of the melting chamber and the outer wall of the heat exchanger.
  • the temperature of the liquid metal coolant is maintained within 450-500 ° C.
  • Sodium can be used as a liquid metal coolant.
  • Lead may be used as the liquid metal coolant.
  • a liquid metal coolant a lead-bismuth alloy can be used.
  • Air can be used as the gaseous heat carrier.
  • Nitrogen can be used as the gaseous heat carrier.
  • the gaseous heat carrier heated in the heat exchanger is used for injecting injectors into the melt located in the melting chamber of finely divided charge materials and dust trapped by gas cleaning.
  • the gaseous coolant heated in the heat exchanger is mixed with the gases having a temperature of 1600-1800 ° C leaving the melting chamber or charge heater.
  • the air heated in the heat exchanger is used for afterburning CO and H 2 present in the composition of the gas mixture leaving the melting chamber or heater.
  • a melting unit containing a melting chamber with a metal casing in the form of a double-walled metal shell with a sealed cavity filled with a liquid metal coolant, a heat exchanger for cooling the liquid metal coolant with a gaseous coolant, a refractory lining molten metal baths, charge loading, heating and melting devices, separate outlets for metal and slag, removal and purification of furnace gases and utilization of their heat
  • the upper part of the sealed cavity formed by the double-walled metal shell of the melting chamber body and filled with a liquid metal coolant in the area of free space, the slag bath and the upper part of the metal bath is separated by a partition from the bottom of the same cavity, filled with gaseous heat
  • the outer wall of the lower part of the double-walled metal shell of the melting chamber housing has openings for supplying and selecting gaseous heat carrier from the secondary cooling system of the liquid metal coolant, pipes for supplying cold gaseous coolant to
  • the diameter of the holes in the lower part of the outer wall of the metal shell of the housing may be 30-50 mm.
  • the holes in the lower part of the outer wall of the metal shell of the housing can be located at a distance of 150-200 mm from each other.
  • the cavity in the housing of the melting chamber for the liquid metal coolant may be filled with sodium.
  • the cavity for the liquid metal coolant in the housing of the melting chamber may be filled with lead.
  • the cavity for the liquid metal coolant in the body of the melting chamber may be filled with a lead-bismuth alloy.
  • Combined fuel and oxygen tuyeres are located in the side and end walls of the body of the melting chamber.
  • Holes for the release of metal and slag are located in the end walls of the body of the melting chamber.
  • curved strips of aluminum or aluminum alloy are fixed at a distance from each other on the outer wall of the melting chamber.
  • the cooling of the upper part of the sealed cavity formed by the double-walled metal shell of the body of the melting chamber is carried out by feeding a liquid metal coolant into the cavity, covering the free space, the slag bath and the upper part of the lined metal bath, which provides intensive heat removal only from that part internal working walls of the case, which are subjected to the greatest thermal loads, and guarantees the formation of garnishes on them soot.
  • the skull protects the internal working walls of the housing and reduces the heat loss of the chamber, ensuring the efficiency of the method.
  • the lower part of the sealed cavity formed by a double-walled metal shell of the housing and separated from its upper part, covering the lower part of the lined metal bath, is cooled only by gaseous heat carrier.
  • the heat from the lower part of the metal bath is less intensively removed, the metal in it does not cool down, the difficulties with opening the metal notch and draining the metal from the melting chamber are excluded, the lining service life is increased, a long continuous process of melting and processing of various charge materials is carried out without stopping the melting unit, those. achieved increased productivity of the method and efficiency.
  • the supply of cold gaseous coolant into the cavity formed by the outer wall of the melting chamber body and the outer wall of the heat exchanger, and the selection of heated gaseous coolant from the cavity through the nozzles located on the side surface of the outer wall of the heat exchanger, allows you to free the end walls of the melting chamber and place combined fuel and oxygen burners in them lances to ensure a more uniform and faster melting of the charge, and tap holes for the release of metal and slag, which increases production telnost and economical fashion.
  • Adjusting the flow rate of gaseous cold coolant passing through the heat exchanger allows you to save energy by reducing the flow of gaseous coolant while lowering the temperature of the liquid metal coolant to 450 ° C and lower, and to avoid destruction of the skull or reducing the thickness of its layer, and increasing the consumption of gaseous coolant with increasing temperature up to 500 ° C.
  • sodium as a liquid metal coolant allows intensive heat removal from the cooled internal surfaces of the melting chamber.
  • Sodium has high thermal conductivity and heat capacity, low melting point and high boiling point (900 ° C). But the use of sodium requires a high culture and technological discipline of production and careful maintenance of the cooling system.
  • lead as a liquid metal coolant greatly simplifies the transportation of the coolant, simplifies and facilitates the maintenance of the cooling system of the melting unit, does not require a very high technological discipline and production culture.
  • lead has lower thermal conductivity and heat capacity, and a higher melting point than sodium.
  • lead-bismuth alloy as a liquid metal coolant allows you to realize the same advantages as when using lead, and has the same disadvantages as using lead.
  • the lead-bismuth alloy has a lower melting point, which is more convenient than when using lead.
  • nitrogen as a gaseous coolant can reduce the fire hazard of the cooling system of the melting chamber case during the initial cooling of the case with sodium, since in case of leakage from the cooling cavity it will not be oxidized in a nitrogen atmosphere.
  • a partition separates the upper part of the sealed cavity formed by the double-walled metal shell of the melting chamber body and filled with liquid metal coolant in the free space region, the slag bath and the upper part of the metal bath, and the lower part of the same cavity filled with gaseous coolant in the lower part of the lined metal bathtubs, allows to increase productivity and profitability.
  • the supply of gaseous coolant into the cavity of the lower part of the double-walled shell of the housing of the melting chamber allows less intensive cooling of the refractory lining of the metal bath, to increase the service life of the lining, without overcooling the metal in the bath.
  • the location of the nozzles for supplying a cold gaseous coolant to a heat exchanger located on the body of the melting chamber for cooling the liquid metal coolant and selecting from it a heated gaseous coolant on the side the surface of the outer wall of the heat exchanger allows you to free the end walls of the melting chamber and place the combined fuel-oxygen burner-tuyeres and slots for the release of metal and slag.
  • the installation of the temperature recording liquid metal coolant device in the upper part of the housing of the melting chamber, in the cavity of the body filled with liquid metal coolant, allows you to register the highest temperature of the liquid metal coolant (450-500 ° C) in the melting chamber. This temperature determines the required flow rate of the cold gaseous heat carrier in the heat exchanger for cooling the liquid metal coolant.
  • the connection of the recording device with the automatic process control system or the operator of the melting chamber allows you to quickly adjust the flow of cold gaseous coolant in the heat exchanger. Regulation of the flow of gaseous coolant depending on the maximum temperature of the liquid metal coolant allows to reduce energy consumption and increase the stability of the skull layer on the wall of the melting chamber.
  • the location of the holes (let) for the release of metal and slag in the end walls of the melting chamber allows you to separate the flows of metal and slag, improve the organization of production, increase the productivity of the melting unit.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a melting unit with a heat exchanger assembly.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a melting unit with a heat exchanger assembly.
  • FIG. 3 shows a top view of a melting unit with a heat exchanger assembly.
  • the method of cooling the case of the melting unit includes supplying an intermediate liquid metal coolant to the upper part of the sealed cavity 10 formed by a double-walled metal shell of the body of the melting chamber 20 with the outer wall 8 and the inner wall 9.
  • the liquid metal coolant is fed into the cavity 10, which covers the free space 3, the slag bath 2 and the upper part of the lined metal bath 1 of the melting chamber 20.
  • the intermediate liquid metal coolant is cooled in a heat exchanger 21, azmeschennom directly on the housing of the melting chamber 20, cold coolant gas.
  • the lower part of the sealed cavity formed by the double-walled metal shell of the casing of the melting chamber 20, covering the lower part 7 of the metal bath 1, is cooled only with cold gaseous coolant.
  • Cold gaseous heat carrier is fed into the cavity 7, formed by the outer wall 8 of the housing of the melting chamber 20 and the outer wall 4 of the heat exchanger 21, through a pipe 17 located on the side surface of the outer wall 4 of the heat exchanger 21.
  • the heated gaseous heat carrier is taken from the heat exchanger 21 through the pipe 18 located on the side surface of the outer wall 4 of the heat exchanger 21.
  • the temperature of the liquid metal coolant is maintained within 450-500 ° C, automatically or manually changing the flow rate of cold gaseous heat transfer fluid passing through the heat exchanger 21, depending on the readings of the device 12, fixing the temperature of the liquid metal coolant in the upper part 10 of the cavity of the housing of the melting chamber 20.
  • Sodium, lead, or a lead-bismuth alloy can be used as the liquid metal coolant.
  • Air or nitrogen may be used as the gaseous heat carrier.
  • the gaseous coolant heated in the heat exchanger 21 is used for injection by injectors (not shown in the figures) into the melt in the melting chamber 20, finely divided charge materials and dust captured by gas cleaning (not shown in the figures).
  • the gaseous heat carrier heated in the heat exchanger 21 is mixed with the gases having a temperature of 1600-1800 ° C leaving the melting chamber 20 or the charge heater, reducing the temperature of the exhaust gases and reducing the buildup of dust on the walls of the recovery boiler (not shown in the figures), in which the gases are used to generate steam.
  • the air heated in the heat exchanger is used for afterburning of CO and H 2 present in the composition of the gas mixture leaving the melting chamber or heater, increasing the degree of utilization of the heat produced in the melting chamber 20.
  • the melting unit for implementing the method comprises a melting chamber 20 with a metal body made in the cooling zone in the form of a double-walled metal shell, a heat exchanger 21 for cooling the primary liquid metal coolant, covering the body of the melting chamber 20, charging, heating and melting devices of the charge (not shown in the figures) , removal, purification of gases leaving the melting chamber and utilization of their heat (not shown in the figures).
  • the body of the melting chamber 20 is made in the form of a double-walled (wall 8, 9) metal shell.
  • the upper part of the sealed cavity formed by the double-walled metal shell 10 is filled with a liquid metal coolant and covers only the free space 3, the slag bath 2 and the upper part of the metal bath 1 of the melting chamber 20.
  • the lower part of the cavity 7 formed by the double-walled metal shell of the melting chamber 20 is separated from the upper part 10 of the cavity by a partition 19.
  • the outer wall of the lower part of the double-walled metal shell of the casing of the melting chamber has holes with a diameter of 30-50 cm (in Fig.
  • a device 12 In the upper part of the casing of the melting chamber 20 and in the upper cavity of the casing filled with the liquid metal coolant, a device 12 is detected that records the temperature of the liquid metal coolant associated with an automatic process control system or the operator of the melting chamber that adjusts the flow rate of the gaseous coolant in the heat exchanger.
  • the cavity in the housing of the melting chamber for the liquid metal coolant is filled with sodium or lead or a lead-bismuth alloy.
  • Combined fuel-oxygen burner tuyeres 1 1 are located in the side and end walls of the housing of the melting chamber 20.
  • the hole 5 for the release of metal and the hole 14 for the release of slag, the groove 6 for draining the metal and the groove 15 for draining the slag are located in the end walls of the housing of the melting chamber 20.
  • a bath of molten molten metal 1 is lined with refractory bricks 16, for example, fused periclase bricks.
  • the method of cooling the housing of the melting unit and the unit for its implementation are as follows.
  • the housing of the melting chamber 20 is heated by turning on the combined fuel-oxygen burner tuyeres 11 for reduced power.
  • the walls 8, 9 of the case are heated to a temperature of 200-250 ° C, the liquid metal coolant is heated in a reserve tank with a special heating system and the liquid metal coolant is pumped into the upper part of the cavity 10 between the walls 8, 9 of the case the melting chamber 20.
  • the power introduced into the melting chamber 20 by the combined lance burners 11 is increased, and cold gaseous heat carrier is supplied to the heat exchanger 21 for cooling the liquid metal coolant.
  • a fusible metal mixture for example, cast iron shavings
  • the metal bath 1 is filled with molten metal to protect the refractory lining 16 from the aggressive effects of molten slag.
  • the exhaust gases (not shown conventionally) start loading the standard batch at the required speed, and the melting chamber 20 then operates continuously.
  • the slag bath 2 open the slag notch 14, and over the slurry 15, the excess amount of slag is poured into the slag ladle or into the slag granulation unit.
  • the slag discharge rate is maintained such that during continuous or periodic loading of the charge, the level of slag melt in the melting chamber changes insignificantly or remains constant.
  • the metal melt accumulating in the metal bath 1 is periodically drained from the melting chamber 20 through a metal groove 5 along the lined groove 6 into the casting ladle so that the level of the metal melt does not decrease by more than 150-250 mm.
  • the proposed invention makes it possible to carry out a long continuous process of melting and processing various charge materials without stopping the melting chamber for repairing the lining, and to reduce operating costs when using the melting chamber.
  • Patent RU 2067273 "Method for cooling a melting furnace and a melting furnace for its implementation.”
  • Patent RU2383837 “Method for cooling the body of the melting unit and the melting unit for its implementation.”

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу и устройство для охлаждения корпуса плавильной камеры плавильного агрегата. В способе жидкометаллическим теплоносителем охлаждают верхнюю часть герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры, путем подачи жидкометаллического теплоносителя в полость, охватывающую свободное пространство, шлаковую ванну и верхнюю часть футерованной металлической ванны, а нижнюю часть герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса и отделенную от ее верхней части, охватывающую нижнюю часть футерованной металлической ванны, охлаждают только газообразным теплоносителем, подаваемым через патрубки, размещенные на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, нагретый газообразный теплоноситель отбирают из теплообменника через патрубки, размещенные на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, температуру жидкометаллического теплоносителя поддерживают в заданных пределах, изменением расхода газообразного холодного теплоносителя, проходящего через теплообменник, в зависимости от показаний устройства, фиксирующего температуру жидкометаллического теплоносителя. Раскрыто устройство для осуществления способа. Обеспечивается повышение производительности и экономичности.

Description

СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КОРПУСА ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА И
ПЛАВИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ
Изобретения относятся к металлургии и к области переработки твердых промышленных и бытовых отходов. Они могут быть использованы также в энергетике для сжигания или газификации углей с высоким содержанием золы на слое расплавленного шлака.
Высокая температура в рабочем пространстве плавильных камер вызывает необходимость защищать стенки их металлического корпуса огнеупорной футеровкой. В процессе работы плавильной камеры происходит постепенное разрушение (износ) огнеупорной футеровки в результате воздействия высокой температуры, химической коррозии и механической эрозии материала огнеупора. Поэтому плавильная камера не может работать непрерывно, и периодически ее останавливают для холодного ремонта футеровки. Это снижает производительность и ухудшает технико-экономические показатели работы плавильной камеры.
Срок непрерывной работы плавильной камеры можно значительно увеличить, обеспечив условия образования гарнисажа (тугоплавкого конгломерата, состоящего из спекшихся шихтовых материалов, огнеупорной футеровки, шлака, пыли и т.д.) на внутренней поверхности стенок металлического корпуса плавильной камеры
Известно водяное охлаждение стенок корпуса плавильных устройств. Такой прием успешно применяют для охлаждения стен и сводов дуговых сталеплавильных печей [1], печей цветной металлургии [2], выполняя стены полыми. Но вода, как теплоноситель, имеет существенные недостатки:
- при нагреве воды до температуры 55°С и выше происходит интенсивное образование накипи на поверхности охлаждаемого элемента, вследствие этого отвод тепла замедляется, и охлаждаемый элемент постепенно выходит из строя; поэтому максимальную температуру воды поддерживают ниже 45 °С, что приводит к очень большому расходу воды;
- при местных перегревах отдельных объемов воды в охлаждаемой полости вследствие низкой температуры кипения воды возможно образование паровых «пробок», ухудшающих охлаждение корпуса и приводящих к разрушению стенки корпуса;
- попадание воды при разрушении стенки водоохлаждаемого элемента в расплавленные шлак и металл может вызвать взрыв, приводящий к разрушению плавильного устройства.
В последнее время у конструкторов плавильных устройств проявляется интерес к созданию систем охлаждения корпуса плавильного агрегата, использующих в качестве первичного теплоносителя не воду, а жидкометаллические теплоносители, имеющие ряд преимуществ перед водой [3]: более высокие температуры кипения, лучшие теплотехнические свойства (теплопроводность, теплоемкость и др.).
На практике плавильные камеры с охлаждением корпуса жидкометаллическими теплоносителями пока не используются из-за сложности конструкции и трудности обслуживания и ремонта таких устройств [4-7].
Более простой способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления предложены в [8].
В качестве ближайшего аналога заявляемых технических решений заявителем выбраны известные «Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления» (патент RU2383837) [8].
Известный способ охлаждения корпуса плавильного агрегата включает подачу жидкометаллического теплоносителя - натрия в корпус плавильной камеры, выполненный в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью, охлаждение жидкометаллического теплоносителя холодным газообразным теплоносителем, проходящим через теплообменник. Холодный газообразный теплоноситель подают в полость, образованную наружной стенкой корпуса плавильной камеры, и наружной оболочкой теплообменника, размещенного непосредственно на корпусе плавильной камеры, и содержащего в торцах патрубки для подачи холодного и отбора нагретого газообразного теплоносителя.
Холодный газообразный теплоноситель завихряют в полости теплообменника и подают сначала в части теплообменника, прилегающие к участкам корпуса плавильной камеры с наибольшими тепловыми нагрузками, а затем в части теплообменника, прилегающие к участкам корпуса плавильной камеры с меньшими тепловыми нагрузками.
Известный плавильный агрегат содержит плавильную камеру с металлическим корпусом, выполненным в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью, заполненной жидкометаллическим теплоносителем - натрием, теплообменник для охлаждения жидкометаллического теплоносителя газообразным теплоносителем, огнеупорную футеровку ванны расплавленного металла, устройства загрузки, нагрева и расплавления шихты, раздельные выпуски для металла и шлака, удаления и очистки печных газов и утилизации их тепла.
Теплообменник для охлаждения жидкометаллического теплоносителя газообразным теплоносителем размещен непосредственно на корпусе плавильной камеры, его наружная оболочка расположена на расстоянии 50-300 мм по диаметру от наружной стенки плавильной камеры и выполнена в виде герметичного металлического цилиндра или его части с патрубками для подачи холодного и отбора нагретого газообразного теплоносителя, охватывающего плавильную камеру. Наружная стенка камеры служит внутренней оболочкой теплообменника, при этом в полости между наружной стенкой плавильной камеры и наружной оболочкой теплообменника на наружной стенке плавильной камеры закреплены на расстоянии 3-300 мм друг от друга изогнутые медные полосы.
Известный способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и агрегат для его осуществления» имеют следующие недостатки: - имеет место переохлаждение нижней части ванны металлического расплава, образование слоя застывшего металла на огнеупорной футеровке металлической ванны, уменьшение объема металлической ванны, трудности открытия металлической летки при сливе металла из плавильной камеры из-за интенсивного охлаждения всей внутренней стенки корпуса плавильной камеры жидкометаллическим теплоносителем;
- сложность в транспортировке, хранении и технической эксплуатации жидкометаллического теплоносителя - натрия;
- не предусмотрена возможность изменения и регулирования расхода газообразного теплоносителя в теплообменнике с целью уменьшения расхода энергии, повышения производительности плавильной камеры и увеличения межремонтных сроков ее эксплуатации;
- подача холодного и отбор нагретого газообразного теплоносителя в теплообменник через патрубки, размещенные в торцах плавильного устройства, не дает возможности разместить в торцах плавильной камеры комбинированные топливокислородные горелки-фурмы для ускорения плавления шихты, а также устройства выпуска металла и шлака
- медные пластины, размещенные в полости теплообменника, дороги и существенно увеличивают массу плавильной камеры
Задачей предлагаемых изобретений является повышение эффективности способа и плавильного агрегата для его осуществления.
Техническим результатом способа охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильного агрегата для его осуществления является повышение производительности и экономичности за счет:
- эффективного отвода тепла с внутренней рабочей стенки корпуса и интенсивного охлаждения только его необходимых частей;
- исключения переохлаждения нижней части ванны металлического расплава, исключение слоя застывшего металла на огнеупорной футеровке металлической ванны;
- сохранения объема металлической ванны;
- упрощения транспортировки теплоносителя и обслуживания системы охлаждения плавильного агрегата; - экономии электроэнергии, расхода газообразного теплоносителя при снижении температуры жидкометаллического теплоносителя, исключения разрушения гарнисажа или уменьшения толщины его слоя;
- равномерного и быстрого расплавления шихты и рационального расположения комбинированных топливокислородных горелок-фурм и устройства выпуска металла и шлака;
- снижения общей массы плавильной камеры и затрат на её изготовление.
Технический результат достигается следующими решениями, объединенными общим изобретательским замыслом.
В способе охлаждения корпуса плавильного агрегата, включающем подачу жидкометаллического теплоносителя в корпус плавильной камеры, выполненный в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью, охлаждение жидкометаллического теплоносителя газообразным теплоносителем, проходящим через теплообменник, размещенный непосредственно на корпусе плавильной камеры, согласно первому изобретению, жидкометаллическим теплоносителем охлаждают верхнюю часть герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры, путем подачи жидкометаллического теплоносителя в полость, охватывающую свободное пространство, шлаковую ванну и верхнюю часть футерованной металлической ванны, а нижнюю часть герметичной полости, образованную двустенной металлической оболочкой корпуса, отделенную от верхней её части и охватывающую нижнюю часть футерованной металлической ванны, охлаждают только газообразным теплоносителем, подаваемым через патрубки, размещенные на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, нагретый газообразный теплоноситель отбирают из теплообменника через патрубки, размещенные на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, температуру жидкометаллического теплоносителя поддерживают в заданных пределах, изменяя автоматически или вручную расход газообразного холодного теплоносителя, проходящего через теплообменник, в зависимости от показаний устройства, фиксирующего температуру жидкометалл ического теплоносителя .
Газообразный теплоноситель подают в полость, образованную наружной стенкой корпуса плавильной камеры и наружной стенкой теплообменника.
Температуру жидкометаллического теплоносителя поддерживают в пределах 450-500°С.
В качестве жидкометаллического теплоносителя может быть использован натрий.
В качестве жидкометаллического теплоносителя может быть использован свинец.
В качестве жидкометаллического теплоносителя может быть использован сплав свинец-висмут.
В качестве газообразного теплоносителя может быть использован воздух.
В качестве газообразного теплоносителя может быть использован азот.
Нагретый в теплообменнике газообразный теплоноситель используют для вдувания инжекторами в расплав, находящийся в плавильной камере, мелкодисперсных шихтовых материалов и пыли, уловленной газоочисткой.
Нагретый в теплообменнике газообразный теплоноситель смешивают с отходящими из плавильной камеры или подогревателя шихты газами, имеющими температуру 1600-1800°С .
Нагретый в теплообменнике воздух используют для дожигания СО и Н2, присутствующих в составе отходящих из плавильной камеры или подогревателя шихты газов.
В плавильном агрегате, содержащем плавильную камеру с металлическим корпусом в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью, заполненной жидкометаллическим теплоносителем, теплообменник для охлаждения жидкометаллического теплоносителя газообразным теплоносителем, огнеупорную футеровку ванны расплавленного металла, устройства загрузки, нагрева и расплавления шихты, раздельные выпуски для металла и шлака, удаления и очистки печных газов и утилизации их тепла, согласно второму изобретению, верхняя часть герметичной полости, образованная двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры и заполненная жидкометаллическим теплоносителем в районе свободного пространства, шлаковой ванны и верхней части металлической ванны, отделена перегородкой от нижней части этой же полости, заполненной газообразным теплоносителем в районе нижней части футерованной металлической ванны, наружная стенка нижней части двустенной металлической оболочки корпуса плавильной камеры имеет отверстия для подачи и отбора газообразного теплоносителя из системы вторичного охлаждения жидкометаллического теплоносителя, патрубки для подачи холодного газообразного теплоносителя в размещенный на корпусе плавильной камеры теплообменник для охлаждения жидкометаллического теплоносителя и отбора нагретого газообразного теплоносителя расположены на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, в верхней части корпуса плавильной камеры и в полости корпуса, заполненной жидкометаллическим теплоносителем, установлено регистрирующее температуру жидкометаллического теплоносителя устройство, связанное с автоматической системой управления технологическим процессом или оператором плавильной камеры, корректирующими расход газообразного теплоносителя в теплообменнике.
Диаметр отверстий в нижней части наружной стенки металлической оболочки корпуса может быть равен 30-50 мм.
Отверстия в нижней части наружной стенки металлической оболочки корпуса могут быть расположены на расстоянии 150-200 мм друг от друга.
Полость в корпусе плавильной камеры для жидкометаллического теплоносителя может быть заполнена натрием.
Полость для жидкометаллического теплоносителя в корпусе плавильной камеры может быть заполнена свинцом. Полость для жидкометаллического теплоносителя в корпусе плавильной камеры может быть заполнена сплавом свинец-висмут.
Комбинированные топливокислородные горелки-фурмы расположены в боковых и торцевых стенках корпуса плавильной камеры.
Отверстия для выпуска металла и шлака расположены в торцевых стенках корпуса плавильной камеры.
В полости между наружной стенкой плавильной камеры и наружной оболочкой теплообменника на наружной стенке плавильной камеры закреплены на расстоянии друг от друга изогнутые полосы из алюминия или алюминиевого сплава.
В способе охлаждения корпуса плавильного агрегата охлаждение верхней части герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры, производится путем подачи жидкометаллического теплоносителя в полость, охватывающей свободное пространство, шлаковую ванну и верхнюю часть футерованной металлической ванны, что обеспечивает интенсивное отведение тепла только с той части внутренних рабочих стенок корпуса, которые подвергаются наибольшим тепловым нагрузкам, и гарантирует образование на них гарнисажа. Гарнисаж защищает внутренние рабочие стенки корпуса и снижает тепловые потери камеры, обеспечивая экономичность способа.
Нижнюю часть герметичной полости, образованную двустенной металлической оболочкой корпуса и отделенную от верхней её части, охватывающей нижнюю часть футерованной металлической ванны, охлаждают только газообразным теплоносителем. Тепло из нижней части металлической ванны отводится менее интенсивно, металл в ней не переохлаждается, исключаются затруднения с открыванием металлической летки и сливом металла из плавильной камеры, срок службы футеровки увеличивается, осуществляется длительный непрерывный процесс плавления и переработки различных шихтовых материалов, не останавливая плавильный агрегат, т.е. достигается повышение производительности способа и экономичность. Подача холодного газообразного теплоносителя в полость, образованную наружной стенкой корпуса плавильной камеры и наружной стенкой теплообменника, и отбор из полости нагретого газообразного теплоносителя через патрубки, размещенные на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, позволяет освободить торцевые стенки плавильной камеры и разместить в них комбинированные топливокислородные горелки-фурмы для обеспечения более равномерного и быстрого расплавления шихты, и летки для выпуска металла и шлака, что повышает производительность и экономичность способа.
Корректировка расхода газообразного холодного теплоносителя, проходящего через теплообменник, в зависимости от показаний устройства, фиксирующего температуру жидкометаллического теплоносителя в верхней части полости корпуса плавильной камеры, позволяет экономить энергию, уменьшая расход газообразного теплоносителя при снижении температуры жидкометаллического теплоносителя до 450° С и ниже, и избежать разрушения гарнисажа или уменьшения толщины его слоя, и увеличивая расход газообразного теплоносителя при повышении температуры жидкометаллического теплоносителя до 500° С.
Использование натрия в качестве жидкометаллического теплоносителя позволяет интенсивно отводить тепло с охлаждаемых внутренних поверхностей плавильной камеры. Натрий имеет высокую теплопроводность и теплоемкость, низкую температуру плавления и высокую температуру кипения (900°С). Но использование натрия требует высокой культуры и технологической дисциплины производства и тщательного обслуживания системы охлаждения.
Использование свинца в качестве жидкометаллического теплоносителя значительно упрощает транспортировку теплоносителя, упрощает и облегчает обслуживание системы охлаждения плавильного агрегата, не требует очень высокой технологической дисциплины и культуры производства. Но свинец имеет более низкие теплопроводность и теплоемкость, и более высокую температуру плавления, чем натрий. Использование сплава свинец-висмут в качестве жидкометаллического теплоносителя позволяет реализовать те же преимущества, что при использовании свинца, и имеет те же недостатки, что и использование свинца. Но сплав свинец-висмут имеет более низкую температуру плавления, что удобнее, чем при использовании свинца.
Использование воздуха в качестве газообразного теплоносителя является наиболее простым и дешевым вариантом вторичного охлаждения жидкометаллического теплоносителя .
Использование азота в качестве газообразного теплоносителя позволяет уменьшить пожароопасность работы системы охлаждения корпуса плавильной камеры при первичном охлаждении корпуса натрием, так как натрий в случае течи из полости охлаждения не будет окисляться в атмосфере азота.
Использование нагретого в теплообменнике газообразного теплоносителя вместо холодного газа-носителя для вдувания инжекторами в расплав, находящийся в плавильной камере, мелкодисперсных шихтовых материалов и пыли, уловленной газоочисткой, позволяет уменьшить потери тепла расплавом, снизить расход топлива и повысить производительность плавильной камеры.
Смешивание нагретого в теплообменнике газообразного теплоносителя с отходящими из плавильной камеры или подогревателя шихты газами, имеющими температуру 1600-1800° С, позволяет снизить температуру отходящего газа, увеличить степень использования тепла, выработанного в плавильной камере, за счет тепла нагретого газообразного теплоносителя и уменьшить налипание пыли на рабочую поверхность котла-утилизатора.
Использование нагретого в теплообменнике воздуха для дожигания СО и Н2, присутствующих в составе отходящих из плавильной камеры или подогревателя шихты газов, позволяет увеличить степень использования тепла, производимого в плавильной камере, за счет тепла нагретого воздуха, уменьшить расход энергии и уменьшить общее количество газов, проходящих через газоочистку. В плавильном агрегате разделение перегородкой верхней части герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры и заполненной жидкометаллическим теплоносителем в районе свободного пространства, шлаковой ванны и верхней части металлической ванны, и нижней части этой же полости, заполненной газообразным теплоносителем в районе нижней части футерованной металлической ванны, позволяет повысить производительность и экономичность. Обеспечивается интенсивный отвод тепла только с тех частей корпуса плавильной камеры, которые подвергаются наибольшим тепловым нагрузкам, поскольку жидкометаллическим теплоносителем заполнена только охватывающая свободное пространство, шлаковую ванну и верхнюю часть футерованной металлической ванны герметичная полость. На стенках плавильной камеры образуется гарнисаж, предохраняющий наружные стенки корпуса и уменьшающий тепловые потери камеры через них. Тепло из нижней части металлической ванны интенсивно не отводится, металл в ней не переохлаждается, исключаются затруднения с открыванием металлической летки (летки для выпуска металла) и облегчается слив металла из плавильной камеры.
Отверстия диаметром 30-50 мм, расположенные на расстоянии 150- 200 мм друг от друга, в наружной стенке нижней части двустенной металлической оболочки корпуса плавильной камеры, отделенной от верхней части, служат для подачи и отбора газообразного теплоносителя из системы вторичного охлаждения плавильной камеры. Подача газообразного теплоносителя в полость нижней части двустенной оболочки корпуса плавильной камеры позволяет менее интенсивно охлаждать огнеупорную футеровку металлической ванны, повышать срок службы футеровки, не переохлаждая металл, находящийся в ванне.
Расположение патрубков для подачи холодного газообразного теплоносителя в размещенный на корпусе плавильной камеры теплообменник для охлаждения жидкометаллического теплоносителя и отбора из него нагретого газообразного теплоносителя на боковой поверхности наружной стенки теплообменника позволяет освободить торцевые стенки плавильной камеры и разместить в них комбинированные топливокислородные горелки-фурмы и летки для выпуска металла и шлака.
Размещение комбинированных топливокислородных горелок-фурм в торцевых стенках плавильной камеры позволяет обеспечить более равномерное и быстрое расплавление шихты.
Размещение леток для выпуска металла и шлака в торцевых стенках плавильной камеры позволяет упростить планировку плавильного отделения цеха, разделив потоки металла и шлака после слива их из плавильной камеры.
Установка регистрирующего температуру жидкометаллического теплоносителя устройства в верхней части корпуса плавильной камеры, в полости корпуса, заполненной жидкометаллическим теплоносителем, позволяет регистрировать наиболее высокую температуру жидкометаллического теплоносителя (450-500° С) в плавильной камере. Такая температура определяет необходимую величину расхода холодного газообразного теплоносителя в теплообменнике для охлаждения жидкометаллического теплоносителя. Связь регистрирующего устройства с автоматической системой управления технологическим процессом или оператором плавильной камеры позволяет быстро регулировать расход холодного газообразного теплоносителя в теплообменнике. Регулирование расхода газообразного теплоносителя в зависимости от максимальной температуры жидкометаллического теплоносителя позволяет уменьшить расход энергии и повысить устойчивость слоя гарнисажа на стенке плавильной камеры.
Заполнение полости в корпусе плавильной камеры для жидкометаллического теплоносителя натрием позволяет интенсивно отводить тепло с внутренней рабочей стенки плавильной камеры, обеспечивает образование и постоянное наличие гарнисажа на стенках плавильной камеры.
Заполнение полости для жидкометаллического теплоносителя в корпусе плавильной камеры свинцом или сплавом свинец-висмут также позволяет интенсивно отводить тепло с внутренней рабочей стенки плавильной камеры, обеспечивает образование и постоянное наличие гарнисажа на стенках плавильной камеры.
Применение свинца и сплава свинец-висмут выгоднее в случаях, когда нет возможности обеспечить высокую культуру производства и высокую квалификацию обслуживающего персонала в цехе, оборудованном плавильной камерой.
Установка комбинированных топливокислородных горелок-фурм в боковых и торцевых стенках корпуса плавильной камеры обеспечивает более равномерное и быстрое расплавление шихты, чем в случае, когда горелки-фурмы расположены только в боковых стенках плавильной камеры.
Расположение отверстий (леток) для выпуска металла и шлака в торцевых стенках плавильной камеры позволяет разделить потоки металла и шлака, улучшить организацию производства, повысить производительность плавильного агрегата.
Закрепление изогнутых полос из алюминия или алюминиевого сплава на расстоянии друг от друга на наружной стенке плавильной камеры в полости между наружной стенкой плавильной камеры и наружной оболочкой теплообменника позволяет завихрять потоки газообразного теплоносителя, уменьшает общую массу плавильной камеры и снижает затраты на изготовление плавильной камеры по сравнению с вариантом использования медных полос.
Ниже приводится описание способа охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 изображен продольный разрез плавильного агрегата с теплообменником в сборе.
На фиг. 2 изображен поперечный разрез плавильного агрегата с теплообменником в сборе.
На фиг. 3 изображен вид сверху на плавильный агрегат с теплообменником в сборе. Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата включает подачу промежуточного жидкометаллического теплоносителя в верхнюю часть герметичной полости 10, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры 20 с наружной стенкой 8 и внутренней стенкой 9. Жидкометаллический теплоноситель подают в полость 10, которая охватывает свободное пространство 3, шлаковую ванну 2 и верхнюю часть футерованной металлической ванны 1 плавильной камеры 20. Промежуточный жидкометаллический теплоноситель охлаждают в теплообменнике 21 , размещенном непосредственно на корпусе плавильной камеры 20 холодным газообразным теплоносителем. Отделенную от верхней части 10 нижнюю часть герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры 20, охватывающей нижнюю часть 7 металлической ванны 1 , охлаждают только холодным газообразным теплоносителем. Холодный газообразный теплоноситель подают в полость 7, образованную наружной стенкой 8 корпуса плавильной камеры 20 и наружной стенкой 4 теплообменника 21 , через патрубок 17, размещенный на боковой поверхности наружной стенки 4 теплообменника 21. Нагретый газообразный теплоноситель отбирают из теплообменника 21 через патрубок 18, размещенный на боковой поверхности наружной стенки 4 теплообменника 21. Температуру жидкометаллического теплоносителя поддерживают в пределах 450-500° С, изменяя автоматически или вручную расход холодного газообразного теплоносителя, проходящего через теплообменник 21, в зависимости от показаний устройства 12, фиксирующего температуру жидкометаллического теплоносителя в верхней части 10 полости корпуса плавильной камеры 20.
В качестве жидкометаллического теплоносителя может быть использован натрий, свинец или сплав свинец-висмут.
В качестве газообразного теплоносителя может быть использован воздух или азот.
Нагретый в теплообменнике 21 газообразный теплоноситель используют для вдувания инжекторами (на фигурах не показаны) в расплав, находящийся в плавильной камере 20, мелкодисперсных шихтовых материалов и пыли, уловленной газоочисткой (на фигурах не показана).
Нагретый в теплообменнике 21 газообразный теплоноситель смешивают с отходящими из плавильной камеры 20 или подогревателя шихты газами, имеющими температуру 1600-1800° С, снижая температуру отходящих газов и уменьшая налипание пыли на стенки котла-утилизатора ( на фигурах не показан), в котором газы используют для выработки пара.
Нагретый в теплообменнике воздух используют для дожигания СО и Н2, присутствующих в составе отходящих из плавильной камеры или подогревателя шихты газов, увеличивая степень использования тепла, производимого в плавильной камере 20.
Плавильный агрегат для осуществления способа содержит плавильную камеру 20 с металлическим корпусом, выполненным в зоне охлаждения в виде двустенной металлической оболочки, теплообменник 21 для охлаждения первичного жидкометаллического теплоносителя, охватывающий корпус плавильной камеры 20, устройства загрузки, нагрева и плавления шихты (на фигурах не показаны), удаления, очистки отходящих из плавильной камеры газов и утилизации их тепла (на фигурах не показаны).
Корпус плавильной камеры 20 выполнен в виде двустенной (стенки 8, 9) металлической оболочки. Верхняя часть герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой 10, заполнена жидкометаллическим теплоносителем и охватывает только свободное пространство 3, шлаковую ванну 2 и верхнюю часть металлической ванны 1 плавильной камеры 20. Нижняя часть полости 7, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры 20, отделена от верхней части 10 полости перегородкой 19. Наружная стенка нижней части двустенной металлической оболочки корпуса плавильной камеры имеет отверстия диаметром 30-50 см (на фиг. условно не показаны), расположенные на расстоянии 150-200 мм друг от друга для подачи и отбора газообразного теплоносителя из системы вторичного охлаждения жидкометаллического теплоносителя. На боковой поверхности наружной стенки 4 теплообменника 21 , размещенного на корпусе плавильной камеры 20, расположены патрубки 17 для подачи холодного газообразного теплоносителя и патрубки 18 отбора нагретого газообразного теплоносителя. В верхней части корпуса плавильной камеры 20 и в верхней полости корпуса, заполненной жидкометаллическим теплоносителем, установлено регистрирующее температуру жидкометаллического теплоносителя устройство 12, связанное с автоматической системой управления технологическим процессом или оператором плавильной камеры, корректирующими расход газообразного теплоносителя в теплообменнике.
Полость в корпусе плавильной камеры для жидкометаллического теплоносителя заполнена натрием или свинцом или сплавом свинец- висмут.
Комбинированные топливокислородные горелки-фурмы 1 1 расположены в боковых и торцевых стенках корпуса плавильной камеры 20.
Отверстие 5 для выпуска металла и отверстие 14 для выпуска шлака, желоба 6 для слива металла и желоба 15 для слива шлака расположены в торцевых стенках корпуса плавильной камеры 20.
В полости между наружной стенкой 8 плавильной камеры 20 и наружной оболочкой 4 теплообменника 21 на наружной стенке 8 плавильной камеры 20 закреплены на расстоянии друг от друга изогнутые полосы из алюминия или алюминиевого сплава (на фигурах условно не показаны).
Ванна жидкого расплавленного металла 1 , футерована огнеупорным кирпичом 16, например, кирпичом из плавленого периклаза.
Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и агрегат для его осуществления работают следующим образом.
Корпус плавильной камеры 20 подогревают, включив комбинированные топливокислородные горелки-фурмы 11 на пониженную мощность. Разогревают стенки 8, 9 корпуса до температуры 200-250°С, жидкометаллический теплоноситель разогревают в резервной емкости специальной системой подогрева и закачивают жидкометаллический теплоноситель в верхнюю часть полости 10 между стенками 8, 9 корпуса плавильной камеры 20. После этого увеличивают мощность, вводимую в плавильную камеру 20 комбинированными горелками-фурмами 11, и подают холодный газообразный теплоноситель в теплообменник 21 для охлаждения жидкометаллического теплоносителя. В плавильную камеру 20 загружают через отверстие 13 легкоплавкую металлическую шихту, например, чугунную стружку, расплавляют ее и заполняют расплавленным металлом металлическую ванну 1 , чтобы защитить огнеупорную футеровку 16 от агрессивного воздействия расплавленного шлака. После этого через подогреватель шихты отходящими газами (условно не показан) начинают загрузку стандартной шихты с необходимой скоростью, и плавильная камера 20 далее работает непрерывно. После заполнения шлаковой ванны 2 открывают шлаковую летку 14 и по желобу 15 излишнее количество шлака сливают плавильной камеры в шлаковый ковш или в установку грануляции шлака. Скорость слива шлака поддерживают такой, чтобы при непрерывной или периодической загрузке шихты уровень шлакового расплава в плавильной камере изменялся незначительно или оставался постоянным. Металлический расплав, накапливающийся в металлической ванне 1, периодически сливают из плавильной камеры 20 через металлическую летку 5 по футерованному желобу 6 в разливочный ковш так, чтобы уровень металлического расплава не снижался более чем на 150-250 мм.
Вследствие интенсивного отвода тепла жидкометаллическим теплоносителем от внутренней стенки корпуса плавильной камеры 9 на ее поверхности в свободном пространстве 3 и в зоне нахождения шлакового расплава (шлаковой ванне 2) образуется слой гарнисажа из шлака, пыли, непроплавившейся шихты, защищающей стенку от разрушения и уменьшающий тепловые потери плавильной камеры. За счет охлаждения жидкометаллическим теплоносителем верхней наиболее уязвимой части огнеупорной футеровки металлической ванны и холодным газообразным теплоносителем остальной части футеровки металлической ванны, срок службы футеровки 16 значительно увеличивается. При этом не возникают трудности со сливом металла из плавильной камеры. Таким образом, предлагаемые изобретения дают возможность осуществить длительный непрерывный процесс плавления и переработки различных шихтовых материалов, не останавливая плавильную камеру для ремонта футеровки, снизить эксплуатационные затраты при использовании плавильной камеры.
Источники информации
1. Гудим Ю.А. Производство стали в дуговых печах. Конструкции, технология, материалы. /Ю.А. Гудим, И.Ю. Зинуров, А.Д. Киселев - Новосибирск. Изд-во НГТУ, 2012. - 547 с.
2. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. - М. Интермет Инжиниринг. 2004. - 442 с.
3. Жидкометаллические теплоносители / Боришанский В.М., Кутателадзе С.С., Новиков И.И. и др. - М.: Атомиздат, 1976. - 328 с.
4. Патент Великобритании Ш 1566980, кл. F27D 1/12, 1980.
5. Патент США JY2 4913734, кл. F27B 1 1/08, 1990.
6. Патент США JVb 3735010, кл. F27D 1/12, 1973.
7. Патент RU 2067273 «Способ охлаждения плавильной печи и плавильная печь для его осуществления». Авторы: Белинский В. С, Борисов В.В.,Олейчик В.И.,Поплавский В.М.,Денисов В.В.,Решетов О.И.,Решетин А.С.,Олейчик И.В., Кравченко И.Н. Патентообладатель: Акционерное общество «Технолига».
8. Патент RU2383837 «Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления». Авторы: Голубев А.А.,Гудим Ю.А., Трегубов И.О., Сергеев В.В.,Надинский Ю.Н.Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью Промышленная компания «Технология металлов».

Claims

Ф О Р М У Л А
1. Способ охлаждения корпуса плавильной камеры, включающий подачу жидкометаллического теплоносителя в корпус плавильной камеры, выполненный в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью, охлаждение жидкометаллического теплоносителя газообразным теплоносителем, проходящим через теплообменник, размещенный непосредственно на корпусе плавильной камеры, отличающийся тем, что жидкометаллическим теплоносителем охлаждают верхнюю часть герметичной полости, образованной двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры, путем подачи жидкометаллического теплоносителя в полость, охватывающую свободное пространство, шлаковую ванну и верхнюю часть футерованной металлической ванны, а нижнюю часть герметичной полости, образованную двустенной металлической оболочкой корпуса и отделенную от верхней её части, охватывающую нижнюю часть футерованной металлической ванны, охлаждают только газообразным теплоносителем, подаваемым через патрубки, размещенные на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, нагретый газообразный теплоноситель отбирают из теплообменника через патрубки, размещенные на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, температуру жидкометаллического теплоносителя поддерживают в заданных пределах, изменяя автоматически или вручную расход газообразного холодного теплоносителя, проходящего через теплообменник, в зависимости от показаний устройства, фиксирующего температуру жидкометаллического теплоносителя.
2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что газообразный теплоноситель подают в полость, образованную наружной стенкой корпуса плавильной камеры и наружной стенкой теплообменника.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру жидкометаллического теплоносителя поддерживают в пределах 450-500°С.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкометаллического теплоносителя используют натрий.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкометаллического теплоносителя используют свинец.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкометаллического теплоносителя используют сплав свинец-висмут.
7. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве газообразного теплоносителя используют воздух.
8. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве газообразного теплоносителя используют азот.
9. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что нагретый в теплообменнике газообразный теплоноситель используют для вдувания инжекторами в расплав, находящийся в плавильной камере, мелкодисперсных шихтовых материалов и пыли, уловленной газоочисткой.
10. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что нагретый в теплообменнике газообразный теплоноситель смешивают с отходящими из плавильной камеры или подогревателя шихты газами, имеющими температуру 1600-1800°С .
1 1. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что нагретый в теплообменнике воздух используют для дожигания СО и Н2, присутствующих в составе отходящих из плавильной камеры или подогревателя шихты газов.
12. Плавильный агрегат, содержащий плавильную камеру с металлическим корпусом в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью, заполненной жидкометаллическим теплоносителем, теплообменник для охлаждения жидкометаллического теплоносителя газообразным теплоносителем, огнеупорную футеровку ванны расплавленного металла, устройства загрузки, нагрева и расплавления шихты, раздельные выпуски для металла и шлака, удаления и очистки печных газов и утилизации их тепла, отличающийся тем, что верхняя часть герметичной полости, образованная двустенной металлической оболочкой корпуса плавильной камеры и заполненная жидкометаллическим теплоносителем в районе свободного пространства, шлаковой ванны и верхней части металлической ванны, отделена перегородкой от нижней части этой же полости, заполненной газообразным теплоносителем в районе нижней части футерованной металлической ванны, наружная стенка нижней части двустенной металлической оболочки корпуса плавильной камеры имеет отверстия для подачи и отбора газообразного теплоносителя из системы вторичного охлаждения жидкометаллического теплоносителя, патрубки для подачи холодного газообразного теплоносителя в размещенный на корпусе плавильной камеры теплообменник для охлаждения жидкометаллического теплоносителя и отбора нагретого газообразного теплоносителя расположены на боковой поверхности наружной стенки теплообменника, в верхней части корпуса плавильной камеры и в полости корпуса, заполненной жидкометаллическим теплоносителем, установлено регистрирующее температуру жидкометаллического теплоносителя устройство, связанное с автоматической системой управления технологическим процессом или оператором плавильной камеры, корректирующими расход газообразного теплоносителя в теплообменнике.
13. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что диаметр отверстий в нижней части наружной стенки металлической оболочки корпуса равен 30-50 мм.
14. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что отверстия в нижней части наружной стенки металлической оболочки корпуса расположены на расстоянии 150-200 мм друг от друга.
15. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что полость в корпусе плавильной камеры для жидкометаллического теплоносителя заполнена натрием.
16. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что полость для жидкометаллического теплоносителя в корпусе плавильной камеры заполнена свинцом.
17. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что полость для жидкометаллического теплоносителя в корпусе плавильной камеры заполнена сплавом свинец-висмут.
18. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что комбинированные топливокислородные горелки-фурмы расположены в боковых и торцевых стенках корпуса плавильной камеры.
19. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что отверстия для выпуска металла и шлака расположены в торцевых стенках корпуса плавильной камеры.
21. Плавильный агрегат по п. 12, отличающийся тем, что в полости между наружной стенкой плавильной камеры и наружной оболочкой теплообменника на наружной стенке плавильной камеры закреплены на расстоянии друг от друга изогнутые полосы из алюминия или алюминиевого сплава.
PCT/RU2013/000138 2013-02-21 2013-02-21 Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат Ceased WO2014129921A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000138 WO2014129921A1 (ru) 2013-02-21 2013-02-21 Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат
RU2014129686A RU2617071C2 (ru) 2013-02-21 2013-02-21 Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления
EP13876077.2A EP2960608A4 (en) 2013-02-21 2013-02-21 PROCESS FOR COOLING THE HOUSING OF A MELTING AGGREGATE AND MELTING AGGREGATE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000138 WO2014129921A1 (ru) 2013-02-21 2013-02-21 Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014129921A1 true WO2014129921A1 (ru) 2014-08-28

Family

ID=51391596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000138 Ceased WO2014129921A1 (ru) 2013-02-21 2013-02-21 Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2960608A4 (ru)
RU (1) RU2617071C2 (ru)
WO (1) WO2014129921A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107606961A (zh) * 2017-10-17 2018-01-19 山东泓奥电力科技有限公司 液态炉渣余热回收装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109468449B (zh) * 2018-05-30 2020-09-04 西安圣泰金属材料有限公司 一种控速冷却的热处理炉

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3735010A (en) 1972-08-23 1973-05-22 Atomic Energy Commission Skull-melting crucible
GB1566980A (en) 1978-01-11 1980-05-08 Derjugin A Furnace for vacuum arc melting of highly reactive metals
US4913734A (en) 1987-02-16 1990-04-03 Moskovsky Institut Stali I Splavov Method for preparing ferrocarbon intermediate product for use in steel manufacture and furnace for realization thereof
RU2067273C1 (ru) 1993-12-08 1996-09-27 Акционерное общество "ТЕХНОЛИГА" Способ охлаждения плавильной печи и плавильная печь для его осуществления
JP2008519233A (ja) * 2004-10-29 2008-06-05 システムズ スプレイ−クールド， インコーポレイテッド 改善された炉冷却システム、および炉冷却方法
RU2383837C1 (ru) 2008-06-26 2010-03-10 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4294433A (en) * 1978-11-21 1981-10-13 Vanjukov Andrei V Pyrometallurgical method and furnace for processing heavy nonferrous metal raw materials
US4301320A (en) * 1980-04-18 1981-11-17 Brown Boveri Corporation Cooling of electrical furnaces
DE3701439C3 (de) * 1987-01-20 1994-07-28 Rolf Bommer Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels und nach diesem Verfahren betriebener Heizkessel
DE10308982B3 (de) * 2003-03-01 2004-03-04 Ald Vacuum Technologies Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich der im Schmelzraum und im Kühlwassersystem herrschenden Drücke bei einer Sonderschmelzanlage
CN202562297U (zh) * 2012-05-21 2012-11-28 洛阳八佳电气科技股份有限公司 一种真空熔炼速凝炉风冷循环水装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3735010A (en) 1972-08-23 1973-05-22 Atomic Energy Commission Skull-melting crucible
GB1566980A (en) 1978-01-11 1980-05-08 Derjugin A Furnace for vacuum arc melting of highly reactive metals
US4913734A (en) 1987-02-16 1990-04-03 Moskovsky Institut Stali I Splavov Method for preparing ferrocarbon intermediate product for use in steel manufacture and furnace for realization thereof
RU2067273C1 (ru) 1993-12-08 1996-09-27 Акционерное общество "ТЕХНОЛИГА" Способ охлаждения плавильной печи и плавильная печь для его осуществления
JP2008519233A (ja) * 2004-10-29 2008-06-05 システムズ スプレイ−クールド， インコーポレイテッド 改善された炉冷却システム、および炉冷却方法
RU2383837C1 (ru) 2008-06-26 2010-03-10 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N.I. UTKIN: "Non-ferrous metal production", IN-TERMET ENGINEERING, 2004, pages 442
See also references of EP2960608A4 *
V.M. BORISHANSKY; S.S. KUTATELADZE; I.I. NOVIKOV ET AL., MOSCOW: ATOMIZDAT, 1976, pages 328
Y.A. GUDIM: "Novosibirsk", 2012, NSTU PUBLISHING HOUSE, article "Steel production in arc furnaces. Designs, technologies, materials", pages: 547

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107606961A (zh) * 2017-10-17 2018-01-19 山东泓奥电力科技有限公司 液态炉渣余热回收装置
CN107606961B (zh) * 2017-10-17 2023-11-24 山东泓奥电力科技有限公司 液态炉渣余热回收装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2960608A1 (en) 2015-12-30
RU2014129686A (ru) 2016-02-10
RU2617071C2 (ru) 2017-04-19
EP2960608A4 (en) 2016-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3849587A (en) Cooling devices for protecting refractory linings of furnaces
US6404799B1 (en) Water-cooling panel for furnace wall and furnace cover of arc furnace
KR101349229B1 (ko) 직접 제련 용기 및 그를 위한 냉각기
JPH01201428A (ja) 金属スクラップの溶解法およびそれを実施するための装置
JP4762172B2 (ja) 自溶炉の炉体水冷構造
FI126540B (en) Blast furnace for metallurgical processes
CN212720899U (zh) 矿热电炉炉体结构
RU2617071C2 (ru) Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления
RU2383837C1 (ru) Способ охлаждения корпуса плавильного агрегата и плавильный агрегат для его осуществления
CN101900491A (zh) 冷却水套及其制造方法和具有其的高温熔炼设备
US3990686A (en) Furnace for producing steel from scrap steel and the like
RU2590733C2 (ru) Плавильный агрегат
CN102216713A (zh) 炉子和使炉子冷却的方法
US2493642A (en) Cupola type furnace
JP2023542557A (ja) セラミック吹込器の流路を有する交換可能な被冷却ノーズ
JP5353118B2 (ja) 高炉の操業方法
JP3584982B2 (ja) 水冷炉壁
CN201440041U (zh) 用于高温熔炼设备的冷却水套和具有其的高温熔炼设备
KR100771662B1 (ko) 용융로 장치
US4418893A (en) Water-cooled refractory lined furnaces
CN210892723U (zh) 冶金炉新型水冷结构
JP2000283425A (ja) 出滓口
CN219810270U (zh) 一种炉壁及固废气化熔融炉
KR880000948Y1 (ko) 내화물로 내장된 수냉로
JP7037419B2 (ja) 金属製錬炉及びその操業方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014129686

Country of ref document: RU

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13876077

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013876077

Country of ref document: EP