Металлургические печи цветной металлургии
Диомидовский Д.А.
Металлургия, 1970 г.
Плавильные печи
1. Общая характеристика отражательной плавки
По химизму происходящих процессов различают следующие разновидности плавки: обжигово-реакционный процесс, реакционную, восстановительную и восстановитсльно-сульфидирующую плавку, плавку с ошлакованном пустой породы, комбинированную плавку.
По характеру подготовки материалов к плавке имеются две разновидности процесса; плавка сырых и обожженных материалов.
Отражательная плавка всех разновидностей осуществляется в пламенных отражательных печах.
Отражательные печи — важнейшие плавильные агрегаты в современной металлургии меди, никеля и олова. Их широко применяют для переработки рудного сырья, а также для огневого рафинирования и плавки металлов.
Исходная шихта, состоящая из руды, концентратов, оборотов и флюсов, в отражательных печах обычно располагается в виде откосов у боковых стенок печи (рис. 5). Эти откосы плавают в ванне печи и опираются одной стороной на внутреннюю поверхность стенок. В некоторых отражательных печах, например для плавки оловянных концентратов или для рафинирования меди, исходную шихту загружают по всей площади ванны. Углеродистое топливо, являющееся основным источником тепла в отражательной плавке, сгорает в свободном пламенном пространстве печи, окруженном поверхностями свода, стенок, откосов шихты и зеркала ванны. Так как процесс горения топлива протекает непрерывно, то образующиеся от горения газы непрерывным потоком двигаются от топочной к хвостовой части печи.
При движении газового потока в печи происходит процесс теплообмена между газами, кладкой, шихтой и ванной. Поверхности шихты и ванны получают тепло непосредственно от газового потока, а также от поверхности свода и.верхней части стенок. Тепло, поступающее на поверхность неметаллической шихты, вследствие малой се теплопроводности распространяется в глубину слоя шихты замедленно. Поэтому поверхностный слой шихты быстро нагревается до температуры плавления, расплавляется и стекает по откосу в ванну, обнажая последующие слои, которые, в свою очередь, получая необходимое количество тепла от газового потока и кладки, переходят в жидкое состояние и последовательно стекают в ванну.
Таким образом, процесс плавления шихты в отражательных печах происходит в сравнительно тонком поверхностном слое откосов и представляется как непрерывное последовательное расплавление и стекание в ванну тонких пленок материала. В поверхностном слое шихты происходит также физико-химические преобразования материалов, определяемые повышением их температуры до уровня плавления: дегидратация, диссоциация, штейнообразо-вапие, шлакообразование и др. Образовавшиеся в итоге этих процессов основные продукты плавки — штейн и шлак — стекают с поверхности откосов в ванну печи, где они и разделяются отстаиванием. Газы, образовавшиеся на откосах шихты, смешиваются с газами от горения топлива и в общем потоке проходят пламенное пространство печи.
При работе отражательных печей твердые и жидкие материалы и продукты непрерывно движутся на откосах шихты и в расплавленной ванне вследствие неравномерного плавления. Струйки расплавленных смесей штейна и шлака, двигаясь вниз по откосу, увлекают и частички твердых материалов. В ванне печи шлак перемещается от центра печи к откосам и около откосов в глубь ванны вследствие перегрева шлака в центре ванны и охлаждения его у откосов. В результате этого движения шлака подплавляются откосы шихты снизу в части, погруженной в шлак. Кроме того, .в ванне движется шлак по направлению к выпускным отверстиям, движутся капельки штейна через слой шлака и т. д.
Основные преимущества отражательных печей: относительно пониженные требования к загружаемой шихте и ее подготовке перед плавкой (повышенная влажность, большое количество мелких фракций и др.), ограниченная величина пылеуноса при весьма мелкой шихте, не превышающая I—1,5%, возможность переработки конвертерного шлака в жидком виде, доступность наблюдения за ходом основных процессов.
Основные недостатки отражательных печей: низкий термический к. н. д., не превышающий 20—30%, ограниченные окислительные возможности и малая степень сокращения, ограниченные возможности по нагреву и перегреву шлака и штейна, препятствующие успешной переработке сырья с повышенным содержанием тугоплавких составляющих (окись магния, сульфид цинка и др.), большая тепловая инерция печей, относительно повышенное содержание металлов в шлаках.
2. Отражательные печи
Конструкция современных отражательных печей для плавки медных и медно-никелевых концентратов показана на рис. 218.
Печь состоит из фундамента, подины, стен, свода, крепления, устройств для загрузки шихты и выпуска продуктов плавки, топ-ливосжигающего устройства.
Фундамент печи представляет сплошную массивную плиту из литого шлака, бетона, бутового камня или кирпича с площадью основания 300—400 м2и толщиной 2—4 м.
На фундаменте выкладывают подину, или лещадь, печи и стены. Подину, или лещадь, обычно выкладывают из дииасового кирпича, на него набивают из кварцевого песка слой толщиной 0,3—0,6 м> который наваривают при температуре 1500—1600' С перед пуском печи.
Стены выкладывают из дииасового кирпича с местной защитой его на уровне шлака и у выпускных отверстий магнезитовым, магне-зито-хромитовым или хромомагнезитовым кирпичом. Иногда отдельные части стен, подверженные действию железистых шлаков и пыли, выкладывают из магнезитохромитового кирпича или блоков.
Толщина стен в верхней части 0,5 м, а внизу около лещади и на уровне ванны 0,75—1,5 м. Свод отражательной печи устраивают или арочный из большемерного дииасового кирпича 0,38— 0,5 мили подвесной магнезитовый, или хромомагнезитовый толщиной 0,35—0,40 м с небольшим слоем теплоизоляции. По длине печи своды могут быть прямые и понурые.
Арочный свод удерживается с помощью мощного металлического крепления, состоящего из корытообразных пятовых балок, на которые упирается пятовый кирпич. Пятовые балки опираются па вертикальные колонны, располагающиеся вдоль боковых стен печи на расстоянии 1,5—2,0 м9стянутые сверху и снизу тягами или жестко закрепленные в фундаментных гнездах.
Подвесной свод подвешивается при помощи групповых подвесок с крючками на балки, расположенные над печью.
Печи загружаются твердой шихтой через отверстия в своде. Их обычно располагают вдоль боковых стенок печи на расстоянии 1,2—1,5 м. Жидкий конвертерный шлак заливается в печь мостовыми кранами через специальные желоба-ложки, соединенные с окнами в передней торцовой стенке или своде.
Выпускные отверстия чаще всего устраивают в виде шпуровых отверстий в стенах, шлак выпускается обычно в хвостовой части печи, а штейн — ближе к топочной стенке. В последнее время для выпуска штейна начинают применяться сифонные устройства.
Газы отводятся газоходом большого сечения, примыкающим к хвостовой части свода, в паровой котсл-утилизатор.
Топливосжигающсе устройство состоит из расходного бункера для угольной пыли, пшековых питателей с регулируемым числом оборотов и 4—6 пылеугольных горелок.
При отоплении мазутом печь оборудуется 6—10 форсунками воздушного распыления. При газовом отоплении на печи устанавливают 4—6 газовых горелок.