Двухванная отражательная печь с копильником для переплава алюминиевого лома
TANDEM REFLECTING FURNACE WITH FOREHEARTH FOR REMELTING OF ALUMINUM SCRAP

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к плавильным агрегатам для переплава вторичных алюминиевых ломов и отходов алюминиевых сплавов в слитки и чушки. Печь может применяться для рафинирования, получения сплавов, усреднения химического состава лома.
Известен аналог - отражательная печь для переплавки металла (Источник информации А.А. Баранов, О.П. Микуляк, А.А. Резняков «Технология вторичных цветных металлов и сплавов» стр. 22-23), содержащая корпус, образованный кирпичной кладкой наружных стен как в заявленной печи, две ванны, ограниченные подами и стенками, два свода, сливную летку и газоход.
Недостатками этой печи являются:
1. Вторая плавильная камера выполняет роль миксера (копильника), что в конечном счете снижает производительность печи.
2. Печь имеет недостаточную теплоизоляцию стен, свода, уменьшающую потери тепла во внешнюю среду.
3. Печь не имеет системы пыле газоочистки и при работе будет загрязнять окружающую среду вредными выбросами.
4. В печи для футеровки подин используется обычный огнеупорный кирпич, а не подовые блоки, которые значительно увеличивают срок службы печи.
5. Из описания печи следует, что она не обеспечивает ведения форсированного режима плавки. Ввиду указанных выше недостатков печь не может обеспечить решение технической задачи.
Известен аналог - двухванная отражательная печь (Источник информации М.С. Шкляр «Печи вторичной цветной металлургии», изд. «Металлургия», 1987. стр. 87-89), содержащая корпус, образованный кирпичной кладкой наружных стен как в заявленной печи, две ванны, ограниченные подами, сводом и стенками, сливные летки и газоходы.
Считаю, что печь, взятая за аналог, имеет следующие недостатки:
1. Печь не имеет копильника.
2. Печь имеет недостаточную теплоизоляцию стен, свода, уменьшающую потери тепла во внешнюю среду.
3. Печь не имеет системы пыле газоочистки и при работе будет загрязнять окружающую среду вредными выбросами.
4. В печи для футеровки подин используется обычный огнеупорный кирпич, а не подовые блоки, которые значительно увеличивают срок службы печи.
5. Из описания печи следует, что она не обеспечивает ведения форсированного режима плавки.
6. В печи используется два стационарных желоба для слива расплавленного металла.
Ввиду указанных выше недостатков печь не может обеспечить решение технической задачи.
Известен аналог - двухванная отражательная печь с копильником для переплава алюминиевого лома (Источник информации В.А. Трусов патент №2522283), являющаяся наиболее близкой (прототипом), содержащая как в заявленной печи корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенками, две ванны, ограниченные подами, сводом и стенками, газоходы, копильник, содержащий корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенками, ванну, ограниченную подом, сводом и стенками, сливные летки. Считаю, что печь, взятая за прототип, имеет следующие недостатки:
1. Печь не имеет экономайзера, уменьшающего потери тепла во внешнюю среду.
2. Стены печи у загрузочных окон выложены прямым огнеупорным кирпичом, а не огнеупорными блоками, поэтому быстрее разрушаются при загрузке печи шихтой.
3. В печи для футеровки подин используются подовые блоки МЛСП, а не подовые блоки КС-95, которые значительно увеличивают срок службы печи.
4. Из описания печи следует, что она не обеспечивает ведения форсированного режима плавки.
5. В печи используется два стационарных желоба для слива расплавленного металла.
Ввиду указанных выше недостатков печь не может обеспечить решение технической задачи.
Задачей изобретения является создание высокопроизводительной газовой двухванной отражательного типа печи с копильником для переплава алюминиевых ломов, позволяющей снизить выбросы вредных газов в атмосферу, снизить потери тепла в окружающую среду, а также увеличить срок ее эксплуатации, ввести в состав печи экономайзер и пыле газоочистку.
Технический результат - разработанная газовая двухванная отражательного типа печь с копильником для переплава алюминиевых ломов является высокопроизводительной, имеющей экономайзер, большой срок эксплуатации, позволяющей: снизить потери тепла в окружающую среду за счет теплоизоляции, вести процесс переплава на естественной и искусственной тяге с системой пыле газоочистки, что делает его экологически чистым.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в двухванную печь для переплава алюминиевого лома, содержащую корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенками, две ванны, ограниченные подами, сводом и стенками и газоходы, согласно предлагаемому изобретению, введен сварной каркас, выложенный внутри легковесным кирпичом ШЛ-0,9 две наклонные площадки, поды двух ванн выполнены из корундовых блоков КС-95, уложенных на три слоя асбокартона и имеющие подбивку из сухого кварцевого песка. Три слоя асбокартона, подбивка из сухого кварцевого песка, легковесный кирпич каркаса позволяют дополнительно сохранять температуру металла в ваннах печи, снизить потери тепла. Корундовые блоки КС-95. имеют высокую огнеупорность и стойкость и позволяют увеличить срок службы печи (срок службы по практическим данным около 8,5 лет.
Кроме того, двухванная отражательная печь с копильником для переплава алюминиевого лома (далее печь) имеет в каждой боковой стене инжекционную трех рядную шестидесяти смесительную горелку среднего давления, направленную под углом 24° на наклонную площадку печи, и под углом 26° к оси печи, причем трех рядная шестидесяти смесительная горелка при горении газо воздушной смеси имеет длинный факела от смесителей первого ряда, средний от смесителей второго ряда и короткий от смесителей третьего ряда, при этом происходит смешение трех факелов, которые обогревают наклонную площадку печи.
Следует отметить, что каждый смеситель первого ряда (горелка устанавливается в печи таким образом, что первый ряд находится вверху) является отливкой и представляет собой трубу диаметром 63×10 мм длиной 200 мм с элептической предварительной камерой смешения с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°, при этом в каждом смесителе имеется насадка длиной 320 мм с наружным ∅66 мм, на внутренней поверхности которой ∅43 мм имеются 12 литых ребер, литые ребра со стороны движения газовоздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 7 мм, угол «заострения» составляет 30°, высота ребер 4,5 мм, длина резьбы составляет 15 мм, кроме того в нижней части насадки выфрезерованы две лыски для удобства ее навинчивания на смеситель и свинчивания с него. Смесители первого ряда с длинными насадками и литыми в них ребрами, а также литого стабилизирующего пламя туннеля позволяют увеличить длину факела первого ряда до 4,4 м.
Вместе с тем, каждый смеситель второго ряда является отливкой и представляет собой трубу диаметром 63×10 мм длиной 370 мм с элептической предварительной камерой смешения, кроме того, в конце каждого смесителя второго ряда имеется короткая насадка, в которой отлиты 12 ребер, литые ребра со стороны движения газо воздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 7 мм, угол «заострения» составляет 30°, высота ребер 4,5 мм. Смесители второго ряда с короткими насадками и литыми в них ребрами, а также литого стабилизирующего пламя туннеля позволяют увеличить длину факела второго ряда до 3,5 м.
Более того, каждый смеситель третьего ряда является отливкой и представляет собой трубу с наружным диаметром 63×10 мм длиной 400 мм с элептической предварительной камерой смешения и внутренним ∅43 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°. Смесители третьего ряда, а также литого стабилизирующего пламя туннеля позволяют получить длину факела до 1,7 м.
При этом печь имеет в задней стене шесть трех рядных восемнадцати смесительных горелок (по три на каждую ванну), установленных под углом 46° к подине (укороченный вариант трех рядной шестидесяти смесительной горелки). Такое расположение горелок позволяет добиться высокой скорости плавки, снижения угара (по практическим данным), тепловая мощность горелок составляет 8270 КВт, что делает печь высокопроизводительной, позволяющей вести форсированный режим плавки.
Более того, печь и копильник выложены в стальном коробе и имеют теплоизоляцию между стальным коробом и каждой стеной, состоящую из диатомовой крошки, огнеупорной ваты, тройного слоя листового асбокартона и асбестовой крошки. Такая теплоизоляция позволяет снизить потери тепла и экономить газ.
Существенно отметить, что своды над наклонными площадками, а также над первой и второй ваннами печи имеют слой с двойной теплоизоляционной обмазкой и сверху его уложен слой огнеупорных теплоизоляционных матов и слой шамотного легковесного кирпича ШЛ-0,4. Такое конструктивное решение значительно снижает потери тепла в окружающую среду.
Следует отметить, что предлагаемая печь над каждой ванной и наклонной площадкой имеет два больших свода: нижний и верхний, расположенных один над другим, между ними имеется промежуток, выполняющий роль дымохода. Предлагаемая конструкция сводов позволяет: во-первых, использовать тепло отходящих дымовых газов, имеющих высокую температуру для нагрева нижнего свода с двух сторон и верхнего свода с нижней стороны, повысить к.п.д. печи; во-вторых, аккумулированное тепло позволяет увеличить скорость проплавления шихты и снизить расход топлива, а также благодаря отмеченному выше, нижний большой свод омывается с двух сторон раскаленными дымовыми газами, тепло отражается на ванну и наклонную площадку, естественно, отражательная печь проплавляет больше алюминиевого лома.
При всем при этом печь имеет экономайзер, который размещается в борове, выложенного из полуторного кирпича и представляет собой спираль коробчатой формы с внутренними размерами 30×30 мм и с количеством витков - 45 шт, причем спираль сварная, сварена из стали 12Х18Н9Т, а сам боров имеет взрывной клапан и опирается на 10 опор.
Кроме того, печь имеет четыре рабочих окна, два из которых могут выполнять роль шлакового окна и две летки, выполненные в задней стене печи и две летки в задней стене копильника. Четыре рабочих окна позволяют производить быструю загрузку печи, а две летки в печи и копильнике производить быстрый слив наплавленного металла, что делает печь высокопроизводительной.
Следует отметить, что печь имеет копильник, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенками, ванну, ограниченную подом, сводом и стенками, сливные летки и газоход, причем сварной каркас копильника имеет верхний слой из асбокартона, три слоя, выложеных из легковесного кирпича, а также двух нижних слоев из асбокартона, при этом подовые блоки КС-95 копильника уложены на три слоя асбокартона и подбивку из сухого кварцевого песка. Теплоизоляция, состоящая из верхнего слоя асбокартона, трех слоев легковесного шамотного кирпича, двух нижних слоев асбокартона позволяет сохранять температуру металла в ванне копильника, а подовые блоки КС-95, уложенные на три слоя асбокартона и подбивку из сухого кварцевого песка, имеют высокую огнеупорность и стойкость и позволяют увеличить срок службы копильника.
Далее в передней горелочной стене копильника наклонно под углом 46° к подине установлена инжекционная трех рядная шестидесяти смесительная горелка среднего давления.
Более того копильник имеет в боковой стене две дверки первая дверка имеет такую же конструкцию как и дверки печи, а вторая дверка копильника имеет двух створчатую конструкцию, рамы створок дверки шлакового окна сварены из швеллера №14, футерованы легковесным полуторным кирпичом, причем, футеровка рамы одной створки выступает за плоскость рамы на 30 мм, а футеровка рамы другой створки выступает за плоскость рамы на 70 мм с «Г-образным» выступом, поэтому при закрытии шлакового окна образуется надежный «Г-образный замок». Конструкции дверок обеспечивают герметичность копильника и снижают угар металла.
При этом двухванная отражательная печь с копильником для переплава алюминиевого лома имеет в копильнике два поворотных желоба, установленных на кронштейнах, приваренных к коробу копильника, которые поворачиваются в процессе разливки жидкого металла и имеют в конструкции поворотную чашу, что позволяет последовательно разливать жидкий металл в разливочное оборудование, расположенное в секторе обслуживания с углом 126°
Следует отметить, что две летки печи и две летки копильника, выполнены в быстросменных леточных кирпичах, изготовленных из подовых блоков КС-95, которые размещены в сварных коробах, каждый из которых имеет отбортовку с четырьмя отверстиями для крепления гайками и пружинными шайбами к четырем шпилькам, приваренным к стальному коробу печи (копильника), причем к отбортовкам приварены две ручки для извлечения короба с размещенным в нем леточным кирпичом. Замена изношенных леточных кирпичей на новые производится в течение 14-16 минут без остановки печи.
3
Наконец, печь снабжена установкой пыле газоочистки, состоящей из четырех идентичных блоков, объединенных в единую конструкцию, в каждом блоке размещены две поворотные решетки и 11 рукавных фильтров, при этом установка пыле газоочистки имеет обслуживающую площадку и лестницу, причем, в состав системы пыле газоочистки входит камера смешения, дымосос ДН-15, установка пыле газоочистки, при этом установка пыле газоочистки имеет следующую характеристику: производительность по очищаемому газу 40800 м/час, степень очистки по фтористому водороду 67%, степень очистки по окиси меди 86%, степень очистки по окиси углерода 87%, степень очистки по окиси азота 86%, степень очистки по окиси алюминия 81%, степень очистки по пыли 91%, уровень звука не более 75 ДБА.
Введение в конструкцию печи перечисленных выше устройств, материалов и т.п., обеспечивает решение поставленной задачи. Разработанная конструкция двухванной печи с копильником позволяет вести переплавку не подвергнутого разделке и магнитной сепарации алюминиевого лома, который загружается в два рабочих окна, расположенных в передней стене, а в два боковых окна должен загружаться подвергнутый разделке и магнитной сепарации алюминиевый лом. Загруженные в печь с ломом переделки (чугунные и стальные кольца, вкладыши, втулки, шпильки, толкатели, клапаны, нержавейка, титановые сплавы и т.д.) остаются на двух наклонных площадках, а случайно попавшие переделки на двух подинах, которые затем удаляются.
На фиг. 1. Вид двухванной печи с копильником в плане.
На фиг. 2. Продольный разрез А-А двухванной печи с копильником.
На фиг. 3. Поперечный разрез Б-Б двухванной печи с копильником.
На фиг. 4. Поперечный разрез В-В по шлаковым окнам двухванной печи с копильником.
На фиг. 5. Вид Г печи со стороны загрузочных окон.
На фиг. 6. Продольный разрез Д-Д экономайзера.
На фиг. 7. Вид Е дверки загрузочного окна.
На фиг. 8. Трех рядная шестидесяти смесительная инжекционная горелка.
На фиг. 9. Разрез Ж-Ж трех рядной шестидесяти смесительной инжекционной горелки.
На фиг. 10. Продольный разрез З-З копильника.
На фиг. 11. Четырех секционный блок пыле газоочистки.
На фиг. 12. Вид в плане двухванной печи с копильником, экономайзером, разливочным оборудованием и системой пыле газоочистки.
Предлагаемая двухванная печь с копильником для переплава алюминиевого лома (далее печь) содержит смонтированный на металлическом каркасе 1 печи корпус, образованный кирпичной кладкой наружных боковых, передней 2 и задней 3 торцевых стен фиг. 2.
Под 4 первой ванны печи и под 5 второй ванны печи, а также первая 6 и вторая 7 наклонные площадки выполнены из корундовых блоков 8 марки КС-95 уложенных на три слоя асбокартона 9 и имеющие подбивку 10 из сухого кварцевого песка фиг. 2, 3, 4. Металлический каркас 1 сварен из двутавров №35 и №25 и выложен внутри легковесным кирпичом ШЛ-0,9 поз. 11, в котором имеется три слоя асбокартона 9. Три слоя асбокартона 9 под подинами 4, 5, под наклонными площадками 6, 7, подбивка 10 из сухого кварцевого песка, легковесный кирпич ШЛ-0,9 поз. 11 и три слоя асбокартона 9 каркаса 1 позволяют дополнительно сохранять температуру металла на наклонных площадках 6, 7, на подах 4, 5 ванн печи, снизить потери тепла фиг. 2, 3, 4.
Корундовые блоки 8 марки КС-95 имеют высокую огнеупорность и стойкость и позволяют увеличить срок службы печи (срок службы по практическим данным порядка 8,5 лет). Применением корундовых блоков 8 марки КС-95 вместо обычных штучных изделий можно уменьшить количество швов, что снижает газопроницаемость и повышает шлакоустойчивость футеровки; получить экономию средств, поскольку отпадает процесс предварительного изготовления штучных огнеупоров, ускорить процесс строительства печи и снизить долю ручного труда. Корундовые блоки 8 КС-95 содержат больше 95% AI2О3. В прототипе использованы блоки МЛСП, в которых содержание AI2O3 - не менее 62%, кроме того, температура начала размягчения 1520°С. В предлагаемой печи корундовые блоки 8 имеют больший % AI2О3, а температура начала размягчения не менее 1660°С, поэтому срок службы корундовых блоков 8 по практическим данным порядка 8,5 лет.
Таким образом, на металлическом каркасе 1 печи выложены четыре стены, под 4 первой ванны, под 5 второй ванны печи, а также первая 6 и вторая 7 наклонные площадки, причем по центру печи между наклонными пощадками и подинами выложена стена 12 фиг. 3 Размер подин 4,5×3 метра, а размер наклонных площадок 2,7×3 метра. Стены печи выложены частично из корундовых блоков 8, а также из шамотного кирпича ША-1 №5 и №12 в стальном коробе 13, который приварен к каркасу 1 печи, имеющий теплоизоляцию 14 между ним и каждой стеной, состоящую из диатомовой крошки, огнеупорной ваты, тройного слоя листового асбокартона и асбестовой крошки фиг. 3. Такая теплоизоляция позволяет снизить потери тепла и экономить газ.
Крепление стального короба 13 печи к каркасу 1 печи производится вертикальными швеллерами №16 поз. 15. Для предотвращения распора кладки печи вертикальные швеллеры имеют связку из горизонтальных швеллеров №16 поз. 16 фиг. 2, 3. Следует отметить, что предлагаемая печь над каждой ванной и наклонной площадкой имеет два больших свода: нижний 17 и верхний 18, расположенных один над другим, между ними имеется промежуток 19, выполняющий роль как начало дымохода. Предлагаемая конструкция больших сводов 17, 18 позволяет: во-первых, использовать тепло отходящих дымовых газов, имеющих высокую температуру для нагрева нижнего большого свода 17 с двух сторон и верхнего большого свода 18 с нижней стороны, повысить к.п.д. печи; во-вторых, аккумулированное тепло позволяет увеличить скорость проплавления шихты и снизить расход топлива, а также благодаря отмеченному выше, нижний большой свод 17 омывается с двух сторон раскаленными дымовыми газами, тепло отражается на ванну и наклонную площадку, естественно, печь проплавляет больше алюминиевого лома.
Верхние большие своды 18 над наклонными площадками 6,7, а также над первой 4 и второй 5 подинами печи имеют слой 20 с двойной теплоизоляционной обмазкой и сверху его уложен слой 21 огнеупорных теплоизоляционных матов и слой шамотного легковесного кирпича ШЛ-0,4 поз. 22 фиг. 3. Такое конструктивное решение значительно снижает потери тепла в окружающую среду. Пятовые балки 23 больших сводов 17, 18 сварены из швеллеров №27У, причем большие своды 17, 18 опираются на пятовые кирпичи 24 фиг. 3. Кроме того, печь имеет четыре рабочих 25 окна, два из которых могут выполнять роль шлакового окна и две летки 26, выполненные в леточном кирпиче 27, размещенные в задней стене 3 и перекрытые корундовыми блоками КС-95 поз. 8 фиг. 2. Четыре рабочих 25 окна позволяют производить быструю загрузку печи, а две летки 26 производить быстрый слив наплавленного металла, что делает печь высокопроизводительной. При этом, рабочие (шлаковые) 25 окна имеют своды 28, выложенные по шаблонам из шамотного торцевого клина ША-1 №22 и №23, своды 28 опираются на пятовые кирпичи 29 фиг. 2, 3. Дымоходы 30 печи выполнены в задней торцевой стене 3 фиг. 2.
При всем при этом печь имеет экономайзер, который размещается в борове 31, выложенного из полуторного огнеупорного кирпича ША-1 №12 поз. 32 и представляет собой спираль 33 коробчатой формы с внутренними размерами 30×30 мм и с количеством витков - 45 шт., причем спираль 33 сварная, сварена из стали 12Х18Н10Т, а сам боров 31 имеет взрывной клапан 34 и опирается на десять опор 35. На опоры 35 положен стальной лист 36, имеющий теплоизоляцию в виде муллитокремнеземистого войлока МКРВ поз. 37, на котором выполнена кладка борова 31 фиг. 1, 6. Взрывной клапан 34 представляет собой асбестовый лист толщиной 3 мм, закрепленный на борове четырьмя болтами 38.
Далее, печь имеет устройство для подъема и опускания заслонки 39 рабочего (шлакового) окна 25 печи. Заслонка 39 отливается из коррозионно-стойкого жаростойкого чугуна ЧХ22С, охлаждается воздухом, который подается по эластичной впускной трубе 40, далее через соединитель 41 и подводящий патрубок 42 поступает в П-образный, отлитый заодно с заслонкой 39 короб 43 фиг. 5. Для улучшения охлаждения воздухом заслонки 39 П-образный короб 43 имеет внутри литые ребра 44, которые увеличивают площадь теплоотдачи и которые закрыты приваренной крышкой 45 фиг. 7. Устройство для подъема и опускания заслонки 39 содержит электрический привод в виде мотор-редуктора 46, содержащего сдвоенный 47 блок роликов и два одинарных 48 блока роликов, соединенных гибкой связью в виде цепей 49 между собой и противовесом 50, при этом валы 51 сдвоенного 47 и одинарных 48 блоков роликов закреплены в горизонтальных швеллерах 16 печи с обеспечением перемещения заслонки 39 по водоохлаждаемому коробу 52, зафутерованного в печи фиг. 1, 2, 5. Заслонка 39 имеет ребра жесткости 53, в поднятом положении заслонка 39 располагается напротив защитного экрана 54, а в нижнем опирается на упоры 55. Вода в водоохлаждаемый короб 52 подается по входному патрубку 56, а по выходному патрубку 57 выходит из него фиг. 5, 7. Противовесы 50 по правилам техники безопасности находятся в металлических коробах 58 фиг. 2. Заслонка 39 имеет возможность регулирования ее положения с пульта управления. Конструкция привода и заслонки 39 обеспечивает герметичность печи, позволяет уменьшить потери металла и тепла в окружающую среду.
Кроме того, печь имеет в каждой боковой стене инжекционную трех рядную шестидесяти смесительную горелку 59 среднего давления, направленную под углом 24° на наклонную площадку печи, и под углом 26° к оси печи, причем трех рядная шестидесяти смесительная горелка 59 при горении газо воздушной смеси имеет длинный факела от смесителей первого ряда, средний от смесителей второго ряда и короткий от смесителей третьего ряда, при этом происходит смешение трех факелов, которые обогревают наклонную площадку печи.
При этом печь имеет в задней стене 3 шесть трех рядных восемнадцати смесительных горелок 60 (по три на каждую ванну), установленных под углом 46° к подине и перекрытые корундовыми блоками 8 марки КС-95. Следует отметить, что конструкция восемнадцати смесительной горелки 60 одинаковая с конструкцией шестидесяти смесительной горелки 59, т.е. она имеет как бы укороченную форму. Такое расположение горелок позволяет добиться высокой скорости плавки, снижения угара (по практическим данным), тепловая мощность горелок составляет 8270 КВт, что делает печь высокопроизводительной, позволяющей вести форсированный режим плавки, при этом металл не успевает окисляться и, в конечном счете, угар получается небольшим.
Шестидесяти смесительная горелка 59 состоит из соответственно из шестидесяти смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой 61, к которой приварен штуцер 62, по которому подается природный газ фиг. 8, 9. Газораспределительная камера 61, имеющая прямоугольную форму, сварена из листовой стали толщиной 2,5 мм, вверху по краям к ней приварены две стальные направляющие 63 толщиной 3 мм и две шпильки 64. В газораспределительной камере 61 просверлено три ряда отверстий диаметром 53 мм, в которые вставлены и герметично заварены 60 смесителей.
Следует отметить, что каждый смеситель 65 первого ряда (горелка устанавливается в печи таким образом, что первый ряд находится вверху) является отливкой и представляет собой трубу диаметром 63×10 мм длиной 200 мм с элептической предварительной камерой смешения 66 и с учетом наружной резьбы 15 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла 67 под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°. При этом в каждом смесителе 65 имеется насадка 68 длиной 320 мм с наружным ∅66 мм, на внутренней поверхности которой ∅43 мм имеются 12 литых ребер 69, литые ребра 69 со стороны движения газо воздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 7 мм, угол «заострения» составляет 30° высота ребер поз. 69 4,5 мм, длина резьбы составляет 15 мм, кроме того в нижней части насадки 68 выфрезерованы две лыски 70 для удобства ее навинчивания на смеситель 65 и свинчивания с него. Смесители 65 первого ряда с длинными насадками 68 и литыми в них ребрами 69, а также литого стабилизирующего пламя туннеля 71 позволяют увеличить длину факела первого ряда до 4,6 м.
Вместе с тем, каждый смеситель 72 второго ряда является отливкой и представляет собой трубу диаметром 63×10 мм длиной 370 мм с элептической предварительной камерой смешения 66, кроме того, в конце каждого смесителя 72 второго ряда имеется короткая насадка 73, в которой отлиты 12 ребер поз. 69, литые ребра 69 со стороны движения газо воздушной смеси имеют заходную часть «заострение» длиной 7 мм, угол «заострения» составляет 30°, высота ребер поз. 69 4,5 мм. Смесители 72 второго ряда с короткими насадками 73 и литыми в них ребрами 69, а также литого стабилизирующего пламя туннеля 71 позволяют увеличить длину факела второго ряда до 3,7 м.
Более того, каждый смеситель 74 третьего ряда является отливкой и представляет собой трубу с наружным диаметром 63×10 мм длиной 400 мм с элептической предварительной камерой смешения 66 и внутренним ∅43 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла 67 под углом 26°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°. Смесители 74 третьего ряда, а также литого стабилизирующего пламя туннеля 71 позволяют получить длину факела до 1,7 м. Введенный в конструкцию горелки кожух 75, коробчатый формы приварен к газораспределительной камере 61, позволяет набивать огнеупорную набивную массу 76 в пространство между смесителями до установки горелки 59 в тепловой или плавильный агрегат, а также дает возможность просушивать и прокаливать горелку 59 вне теплового или плавильного агрегата, кожух 75 предотвращает процесс осыпания огнеупорной набивной массы 76 в процессе ее набивки.
Горелки 59 со смесителями из коррозионно-стойкого жаростойкого чугуна ЧХ22С (химический состав C=0,6-l,0%; Si=3,0-4,0%; Мn до 1%; Р до 0,1%; S до 0,08%; Cr=19-25%; Fe остальное) обладают большой надежностью и большим сроком эксплуатации.
Обмуровка горелок 59, 60 и набивка пространства между смесителями производится огнеупорной набивной массой 76, которую экспериментально разработал автор и проверил на действующих газовых плавильных печах. Огнеупорная набивная масса 76 для обмуровки горелки и набивки пространства между смесителями имеет следующий состав:
Мертель шамотный МШ 39
42%
Лигносульфанат технический
12%
Порошок молотой глины
21%
Фоскон 430
4%
Кварцевый песок марки Т
9
Вода
12%
Приведенная огнеупорная набивная масса 76 после прокалки обладает высокой твердостью, высокой огнеупорностью, значительной стойкостью против осыпания при температурах до 1650°С, при этом срок службы горелки значительно увеличивается.
Необходимым условием нормальной работы горелки является наличие разряжения в камере горения печи в пределах 4÷20 даПа (мм вод.ст.). Номинальное давление газа перед горелкой 0,09 МПа.
При этом коррозионно-стойкий и жаростойкий чугун ЧХ22С, используемый в качестве материала для изготовления литого стабилизирующего пламя туннеля 71 позволяет увеличить срок службы горелки 59, а, следовательно, и печи.
Наконец, в горелку введено устройство для регулирования расхода воздуха состоящее из: двух стальных направляющих 63, приваренных к газораспределительной камере 61, двух шпилек 64, регулятора 77, двух гаек - барашек 78 и двух пружинных шайб 79 фиг. 9. Устройство для регулирования расхода воздуха позволяет регулировать инжектируемый в горелку воздух, а также позволяет использовать в горелке природные газы различных месторождений России, стран СНГ и мира. Две стальные направляющие 63 толщиной 3 мм, приварены по краям к цилиндрической газораспределительной камере 61 «заподлицо» с верхней плоскостью смесителей, по ним как по «направляющим» скользит регулятор 77, который регулирует расход воздуха, инжектируемый в горелку при подаче в нее газа, причем регулятор 77 по краям имеет отбортовки, которые предотвращают боковое смещение. В регуляторе 77 имеются два паза 80, в которые входят две шпильки 64. Справа от пазов 80 нанесены краской деления 81 с цифрами, которые необходимы для удобства регулировки расхода воздуха инжектируемого в горелку при подаче в нее газа фиг. 8, 9. Гайки - барашки 64 периодически раз в полгода рекомендуется подтягивать.
Следует отметить, что в печь введен копильник, содержащий корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми 82, передней 83 и задней 84 торцевыми стенками, ванну, ограниченную подом 85, сводом 86 и стенками. Корпус смонтирован на металлическом каркасе 87. Под 85 копильника выложен из подовых корундовых блоков КС-95 поз. 88. Подовые корундовые блоки КС-95 поз. 88 уложены на металлический каркас 87 и песчаную набивку 89, сверху которой уложен асбокартон в три слоя 90 фиг. 10.
Металлический каркас 87 копильника сварной, сваренный из двутавров №22, заливают бетоном 91, в который добавляют шамотный измельченный легковесный кирпич (крошку) и крошку асбеста. Кроме того, в верхней части каркаса уложен слой асбокартона 92, под ним три ряда шамотного легковесного кирпича марки ШЛ-0,4 поз. 93 и двойной слой асбокартона 94. Теплоизоляция, состоящая из трех слоев асбокартона 90, песчаной набивки 89, бетона 91 с шамотной и асбестовой крошкой, слоя асбокартона 92, трех рядов шамотного легковесного кирпича 93, а также двойного слоя асбокартона 94 позволяет сохранять температуру металла в ванне копильника. Подина 85 копильника имеет размеры 2,5×5,1 м. Далее в передней 83 горелочной стене копильника наклонно под углом 46° к подине 85 установлена инжекционная трех рядная шестидесяти смесительная горелка 59 среднего давления.
Более того копильник имеет в одной боковой стене 82 два окна (не показано), одно из которых закрывается заслонкой 39, причем заслонка 39 имеет такую же конструкцию как и заслонка 39 печи и такой же привод подъема и опускания заслонки как и в печи, а другое окно закрывается дверкой 95, при этом дверка копильника имеет двух створчатую конструкцию, рамы створок дверки шлакового окна сварены из швеллера №14, футерованы легковесным полуторным кирпичом, причем, футеровка рамы одной створки выступает за плоскость рамы на 30 мм, а футеровка рамы другой створки выступает за плоскость рамы на 70 мм с «Г-образным» выступом, поэтому при закрытии шлакового окна образуется надежный «Г-образный замок». Конструкции заслонки 39, дверки 95 обеспечивают герметичность копильника и снижают угар металла. Копильник имеет в другой боковой стене 82 два небольших проема 96, в которые введены два желоба 97 печи. Боковые стены 82 в нижней части выложены корундовыми блоками КС-95 поз. 98, которые увеличивают срок службы копильника фиг. 2, 10.
При этом копильник имеет два поворотных желоба 99, установленных на кронштейнах 100, приваренных к стальному коробу 101 копильника, которые поворачиваются в процессе разливки жидкого металла и имеют в конструкции поворотную чашу 102, что позволяет последовательно разливать жидкий металл в разливочное оборудование, расположенное в секторе обслуживания с углом 126°. Две летки 103 копильника, выполнены в быстросменных леточных кирпичах 104, изготовленных из подовых корундовых блоков КС-95, которые размещены в сварных коробах 105, каждый из которых имеет отбортовку с четырьмя отверстиями для крепления четырьмя гайками 106 и четырьмя пружинными шайбами 107 к четырем шпилькам (не показано), приваренным к стальному коробу 101 копильника, причем к отбортовкам приварены две ручки 108 для извлечения сварного короба 105 с размещенным в нем леточным кирпичом 104 фиг. 10. Замена изношенных леточных кирпичей 104 на новые производится в течении 14-16 минут без остановки печи.
Стены копильника выложены в два кирпича в стальном коробе 101, который приварен к каркасу 87. Для уменьшения потерь тепла, увеличения КПД и срока работы копильника между кладкой копильника и стальным коробом 101 имеется теплоизоляционный слой, состоящий из шамотной крошки, двойного слоя листового асбокартона, огнеупорной ваты поз. 109 фиг. 10. Крепление стального короба 101 к каркасу производится вертикальными швеллерами №16 поз. 110, а для предотвращения распора кладки копильника вертикальные швеллеры имеют связку из горизонтальных швеллеров №16 поз. 111.
Свод 86 копильника выполнен по шаблону из клина торцевого ША22, ША23 и имеет слой огнеупорной обмазки 112, сверху которого уложен слой 113 огнеупорных матов и легковесного шамотного кирпича ШЛ-0,4 поз 114. Такое конструктивное решение значительно снижает потери тепла в окружающую среду. В задней стене 84 выложен газоход 115, который имеет арочный свод 116. Между печью и копильником смонтирован мостик 117, имеющий ограждение 118, который позволяет открывать и закрывать летки 26 печи, а также производить замену износившегося леточного кирпича.
Вверху за боковой стеной 82 копильника газоход 115 соединяется с боровом 31, далее общий газоход раздваивается: одна ветвь идет на дымовую трубу 119 другая на камеру смешения 120, дымосос 121 и в установку пыле газоочистки 122 фиг. 1, 11. Камера смешения 120 предназначена для разбавления дымовых газов воздухом цеха, в результате чего температура дымовых газов снижается до 150-160°С. В камере смешения 120 установлены два шибера: один из которых 123 закрывает или открывает подачу дымовых газов в дымосос ДН-15, которым создается тяга, другой 124 закрывает и открывает подачу цехового воздуха для разбавления им дымовых газов. Очистка дымовых газов от пыли и вредных веществ происходит в установке пыле газоочистки 122, разработанной автором и изображенной на фиг. 9, которая имеет широкий спектр очищаемых вредных веществ, находящихся в дымовых газах.
Пыле газоочистка 122 представляет собой сборную стальную четырех блочную установку. Каждый блок представляет собой цилиндрический формы корпус 125, в нижней части которого имеется нижняя поворотная загрузочная решетка 126 с отверстиями. В средней части цилиндрического корпуса 125 имеется верхняя поворотная загрузочная решетка 127 с отверстиями. Поворот решеток вокруг осей 128 осуществляется с помощью рукояток 129, закрепленных на осях 128. Выше нижней поворотной загрузочной решетки 126 расположен нижний загрузочный патрубок 130. Выше верхней поворотной загрузочной решетки 127 расположен верхний загрузочный патрубок 131. В верхней части цилиндрического корпуса 125 размещены вращающиеся рукавные фильтры (не показаны) в количестве 11 штук, которые улавливают пылевидные частицы из дымовых газов. Вверху установки пыле газоочистки 122 размещен привод вращения рукавных фильтров, состоящий из электродвигателя 132, муфты 133, червячного редуктора 134 и зубчатой тарелки 135.
В верхней части цилиндрического корпуса 125 закреплена на четырех кронштейнах 136 обслуживающая площадка 137, которая опирается на десять опор 138 и имеет слева лестницу 139. На обслуживающей площадке 137 закреплена рама 140, на которой смонтирована воздуходувка 141 с электродвигателем 142. Отработанный адсорбент и пыль собираются в конусной части 143 цилиндрического корпуса 125. Очищаемые газы из дымососа 121 подаются в установку пыле газоочистки 122 по трубе 144. Отработанный адсорбент и пыль выгружается через нижнюю горловину 145 цилиндрического корпуса 125. После очистки дымовых газов от вредных веществ они очищаются от пыли во вращающихся рукавных фильтрах, находящихся в верхней части цилиндрического корпуса 125. Основные технические характеристики установки пыле газоочистки:
- производительность по очищаемому газу
40800 м<sup>3</sup>/час
- площадь поверхности фильтрования
27,6 м<sup>2</sup>
- количество рукавных фильтров
11 шт.
- толщина слоя адсорбента
0,3-0,35 м
- степень очистки по фтористому водороду
67%
- степень очистки по окиси меди
86%
- степень очистки по окиси углерода
87%
- степень очистки по окиси азота
86%
- степень очистки по окиси алюминия
81%
- степень очистки по пыли
92%
- температура очищаемого газа
от 20 до 100°С
- температура наружной поверхности установки
от 40 до 55°С
- уровень звука не более
75 ДБА
- энергетические затраты на очистку
8 кВт/ч
Существенно отметить, что печь может работать как на искусственной, так и на естественной тяге.
Печь работает на естественной тяге следующим образом. Плавильщик металла и сплавов поднимается по лестнице 146 на обслуживающую площадку 147 и открывает шибер 148 на газовой трубе 149, при этом тяга в печи должна составлять 3-20 ДаПа. Существенно отметить, что в начале два шибера в камере смешения: один из которых 123 закрывает или открывает подачу в дымосос отходящих газов, другой 124 регулирует подачу свежего воздуха для разбавления им продуктов горения, обязательно закрываются. Включаются горелки печи и горелка копильника, при этом прокаливается печь с копильником по технологическому графику прокалки в зависимости от вида проведенного ремонта. После процесса прокалки закрываются летки печи 26 и летки 103 копильника, открываются заслонки 39 загрузочных окон 25 и в прокаленную печь плавильщики металла и сплавов загружают на наклонные площадки 6,7 неразделанный алюминиевый лом, а на подины 4,5 разделанный алюминиевый лом. Пламя газовых инжекционных горелок 59, 60 нагревают лом до температуры плавления, металл плавится и стекает по двум желобам 97 из печи в копильник. После полного расплавления загруженного в печь лома, обработки флюсом жидкого металла в ванне копильника, тщательного перемешивания металла в ванне копильника и подтверждении лабораторией спектрального анализа марки получаемого сплава, заливщики металла подводят желобы 99 к карусели 150 и разливочному конвейеру 151, открывают летки 103 и сливают наплавленный металл из копильника. В процессе плавки лом расплавляется, а на наклонных площадках 6,7 печи (иногда случайно) на подинах 4,5 остаются все включения, температура плавления которых выше алюминиевого сплава. Эти отходы (переделки: чугунные и стальные кольца, вкладыши, втулки, шпильки, толкатели, клапаны нержавейка) и т.д.) не попадают в расплавленный металл, так как в конце плавки их удаляют скребком с поверхности наклонных площадок и подин печи. При загрузке шихты, плавке, разливке дымовые газы попадают по газовой трубе 149 в дымовую трубу 119 и удаляются в атмосферу. После разливки жидкого металла очищают наклонные площадки 6,7 и подины 4,5 печи и под копильника от шлака, летки 26, 103 затыкают и цикл повторяется. Работа печи на естественной тяге осуществляется в случае, если позволяют размеры санитарно-защитной зоны предприятия, при прокалке, разливке наплавленного металла или при отключении электроэнергии, когда невозможна работа дымососа и системы пыле газоочистки.
Работа печи на искусственной тяге происходит следующим образом.
Плавильщик металла и сплавов закрывает с обслуживающей площадки 147 шибер 148, а, поднявшись по лестнице 152 на обслуживающую площадку 153, открывает шиберы 123 и 124. Операции выполняются такие же, как и при плавке на естественной тяге. Разница в том, что перед загрузкой шихты в печь загружается адсорбент (известь «пушонка», активированный уголь, селикагель) в нижние загрузочные патрубки 130 и верхние загрузочные патрубки 131 установки пыле газоочистки 122, затем производится ее включение. Продукты горения попадают в камеру смешения 120, разбавляются в ней воздухом цеха, нагнетаются дымососом 121 в установку пыле газоочистки 122, проходят очистку от вредных веществ в «кипящем» слое, в рукавах от пыли, затем воздуходувками 141 очищенные дымовые газы нагнетаются по трубе 154 в дымовую трубу 119, далее удаляются в атмосферу. Очистка дымовых газов делает процесс плавки алюминиевого лома экологически чистым.
После разливки жидкого металла очищают наклонные площадки и подины печи и под копильника от шлака, летки 26, 103 затыкают и цикл повторяется.
Итак, предлагаемая газовая двухванная отражательного типа печь с копильником для переплава алюминиевых ломов печь является высокопроизводительной, имеющей большой срок эксплуатации, экономайзер, малые потери тепла в окружающею среду за счет теплоизоляции, позволяющей вести процесс переплава на естественной и искусственной тяге с системой пыле газоочистки.