РОТОРНАЯ НАКЛОННАЯ ПЕЧЬ
ROTARY INCLINED FURNACE

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к плавильным агрегатам для переработки (переплава) отходов цветных металлов, в частности для переплава вторичных алюминиевых ломов и отходов алюминиевых сплавов в слитки и чушки. Печь может применяться для рафинирования, получения сплавов, усреднения химического состава лома.
Известна роторная плавильная печь для переработки отходов цветных металлов: алюминиевого шлака, алюминиевой стружки и лома (патент РФ №2171437 С1), являющаяся аналогом изобретения.
Так же, как и предлагаемое изобретение, аналог содержит футерованную колбу с двумя опорными кольцами, каждое из которых оперто на два ролика, горелочный щит с газовой горелкой, приемный желоб, привод вращения печи и привод подвода-отвода горелочного щита.
Недостатками этой печи являются:
1. Загрузка шихты производится через загрузочное отверстие, а слив металла и шлака производится через соответствующие летки.
2. Отсутствие пылегазоочистки, которая бы уменьшала вредное влияние на внешнюю среду.
3. Отсутствует теплоизоляция, которая бы уменьшала потери тепла в окружающую среду.
4. Повышенные требования к габаритам загружаемого сырья, так как загрузочное отверстие имеет ограниченные размеры.
Ввиду наличия указанных выше недостатков, печь не может решить поставленную техническую задачу.
Известно также устройство вращающейся плавильной печи для выплавки вторичного алюминия (А.С. №875187), являющееся аналогом предлагаемой печи.
Описанная в авторском свидетельстве вращающаяся плавильная печь содержит, как и предлагаемая, футерованную колбу (футерованный кожух) с двумя опорными кольцами (бандажами), каждое из которых оперто на два ролика, газовые горелки, привод вращения печи и завалочное окно.
Недостатками этой печи являются:
1. Выпуск расплавленного металла осуществляется при неподвижной печи через сливное отверстие, расположенное в донной части плавильной камеры, что ведет к усложнению конструкции.
2. Очистка плавильной камеры от железных приделок и настылей производится и через горловину и через завалочное окно, что вызывает определенные неудобства (плохой обзор и необходимость иметь в конструкции подоконник).
3. Отсутствие пылегазоочистки, которая бы уменьшала вредное влияние на окружающую среду.
4. Отсутствует теплоизоляция, которая бы уменьшала потери тепла в окружающую среду.
Ввиду наличия указанных выше недостатков, печь не может решить поставленную техническую задачу.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по отношению к заявляемой плавильной печи является роторная наклонная печь (патент РФ №69975 на полезную модель), содержащая, как и заявляемая печь, футерованную колбу с двумя опорными кольцами, каждое из которых оперто на два ролика, горелочный щит с газовой горелкой, приемный желоб, привод вращения печи и привод-отвода горелочного щита. Прототип заявляемой печи имеет следующие недостатки:
1. Из описания следует, что печь футерована обычным огнеупорным шамотным кирпичом, поэтому она имеет сравнительно малый срок службы.
2. Отсутствие пылегазоочистки, которая бы бы уменьшала вредное влияние на окружающую среду.
3. Отсутствует теплоизоляция, которая бы уменьшала потери тепла в окружающую среду.
Ввиду наличия указанных выше недостатков, печь не может решить поставленную техническую задачу.
Задачей изобретения является создание роторной наклонной печи для, переплава отходов цветных металлов, в частности, для переплава вторичных алюминиевых ломов и отходов алюминиевых сплавов, имеющей большой срок эксплуатации, небольшие потери тепла в окружающую среду за счет специальной теплоизоляции, содержащей в своем составе систему пылегазоочистки, которая позволяет снизить выбросы вредных газов и пыли в атмосферу.
Технический результат - разработанная роторной наклонной печь имеет большой срок эксплуатации, небольшие потери тепла в окружающею среду за счет специальной теплоизоляции, содержит в своем составе систему пылегазоочистки, которая позволяет снизить выбросы вредных газов и пыли в атмосферу, что делает процесс переплава вторичных алюминиевых ломов и отходов алюминиевых сплавов экологически чистым.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в роторную наклонную печь для переработки отходов цветных металлов, содержащую футерованную колбу с двумя опорными кольцами, каждое из которых оперто на два ролика, горелочный щит с газовой горелкой, приемный желоб, привод вращения печи и привод подвода-отвода горелочного щита согласно предлагаемому изобретению, в футерованную колбу введен теплоизоляционный слой, состоящий из двух слоев гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса, на который набивается слой футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы с корочкой гарнисажа, в качестве горелочного устройства используется газовая инжекционная горелка, закрепленная в горелочном щите, и имеющая четырнадцать смесителей, рассекатель, содержащая устройство регулирования расхода воздуха, имеющая наклон 15° к оси колбы и обеспечивающая при горении газовоздушной смеси пламени длиной 2,2 метра, подача газа к горелке производится по верхней части поворотной колонны и патрубку, поворотная рама в рабочем положении опирается на переднюю и заднюю тумбы, футерованная колба размещена на поворотной раме и вращается вокруг оси от привода, в который входит: электродвигатель, редуктор, зубчатое колесо, печь, кроме того, выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с системой пылегазоочистки для достижения экологически чистого процесса, в которую входят: камера смешения, дымосос, агрегат газоочистки, и эжекторный скруббер.
Введенный теплоизоляционный слой, состоящий из двух слоев гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса, уложенный на фоскон позволяют снизить потери тепла в окружающую среду, а также позволяют дополнительно сохранять температуру металла в роторной наклонной печи для переработки отходов цветных металлов (в дальнейшем печи). Срок службы печи увеличивается из-за использования муллитовой безусадочной набивной массы с корочкой гарнисажа, которая имеет высокую огнеупорность и стойкость.
Более того, предлагаемая газовая 14 смесительная инжекционная цилиндрическая горелка, имеющая рассекатель, хорошо прогревает стены печи, нагревает воздух в печном пространстве и плавит шихту. Смесители и литой стабилизирующий пламя туннель изготавливают из жаростойкого чугуна ЧХ22, а такие детали рассекателя как: ось, конус, гайки изготовлены из титанового сплава ВТ18У. Титановый сплав для для деталей рассекателя, жаростойкий чугун, используемый в качестве материала для изготовления смесителей, и литого стабилизирующего пламя туннеля, позволяют увеличить срок службы горелки и, естественно, печи. Горелка имеет в конструкции устройство для регулирования расхода воздуха, что позволяет использовать ее при различных составах природных газов. Номинальная тепловая мощность предлагаемой горелки 1,9 МВт.
Существенно отметить, что печь имеет смонтированный на тележке приставной приемный футерованный желоб с ручками, перемещающийся на тележке по рельсам к футерованной колбе и обратно с помощью гидравлического цилиндра.
При этом роторная наклонная печь для переработки отходов цветных металлов выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с системой пылегазоочистки, причем, агрегат газоочистки имеет широкий спектр очистки вредных веществ, содержащихся в дымовых газах, в эжекторном скруббере производится очистка от пыли. Вредные вещества, находящиеся в дымовых газах, адсорбируются адсорбентом: гашеной известью, селикагелем, березовым и активированным углем. Работа на естественной тяге производится в случае, если позволяют размеры санитарно-защитной зоны, а также при проведении ремонтно - профилактических работ на установке пылегазоочистки. Введение в конструкцию печи перечисленных выше устройств, материалов и т.п. обеспечивает решение поставленной задачи.
Следует отметить, что загружать лом в печь для плавки необходимо измельченным на измельчителе (шредере) и прошедшим магнитную сепарацию. В конструкторской части заявки на изобретение изображено:
на фиг.1 - вид печи и установки пылегазоочистки в плане;
на фиг.2 - вид печи и установки пылегазоочистки сбоку;
на фиг.3 - вид А печи (сбоку);
на фиг.4 - вид Б печи (со стороны загрузочного окна);
на фиг.5 - футеровка печи в разрезе;
на фиг.6 - вид газовой инжекционной горелки со стороны регулятора расхода воздуха;
на фиг.7 - газовая инжекционная горелка разрез В-В;
на фиг.8 - газовая инжекционная горелка разрез Г-Г.
Предлагаемая роторная наклонная печь для переработки отходов цветных металлов в основном алюминиевых ломов и отходов алюминиевых сплавов
имеет переднюю 1, и заднюю 2 тумбы, которые крепится к фундаменту печи восьмью анкерными болтами (не показаны). На фундаменте печи
установлены: правая 3 и левая 4 опоры шарниров, правый 5 и левый 6 штоки гидроцилиндров 7 механизма подъема печи, кроме того, к фундаменту четырьмя анкерными болтами (не показаны) крепится колонна 8 механизма поворота горелочного щита (поз. №3 и 4 на фиг. №3 симметричны поз. №4 и 6). В колонне 8 поворачивается на угол 100° от гидроцилиндра 9 вал 10 с закрепленным на нем кронштейном 11 и приваренным к нему патрубком 12, по которому подается по газопроводу газ в газовую четырнадцатисмесительную инжекционную горелку 13. На кронштейне 11 размещается горел очный щит 14 (в виде крышки), в котором закреплена четырнадцатисмесительная газовая инжекционная горелка 13, работающая на природном газе, а также патрубок 15 для вывода отходящих газов из печного пространства. С правой 3 и левой 4 опорами шарнирно соединена поворотная рама 16, которая в рабочем положении опирается на переднюю 1 и заднюю 2 тумбы. На поворотной раме 16 смонтированы: футерованная колба 17 с закрепленным на ней зубчатым венцом 18 и двумя опорными кольцами 19, причем каждое опорное кольцо 19 опирается на два опорных ролика 20. Поворотная рама 16 сварная. Футерованная колба 17 вращается вокруг своей оси. Привод вращения футерованной колбы 17 закреплен на поворотной раме 16 и состоит из: электродвигателя 21, редуктора 22 и зубчатого колеса 23, который входит в зацепление с зубчатым венцом 18, закрепленным на футерованной колбе 17. Итак, на поворотной раме 16 крепятся два спереди, два сзади поддерживающих футерованную колбу 17 ролика 20, вращающихся в подшипниках кронштейнов 24, закрепленных на поворотной раме 16. Печь имеет смонтированный на тележке 25 приставной приемный футерованный желоб 26 с ручками, перемещающийся на тележке 25 по рельсам 27 к футерованной колбе 17 и обратно с помощью гидравлического цилиндра 28. Рельсы 27 уложены на полу цеха, а гидравлический цилиндр 28 находится в двух обоймах 29, которые крепится к стойке (не показана), а последняя к полу цеха. Силовые цилиндры работают от гидронасосной станции (не показана). Футерованная колба 17 имеет корпус 30 толщиной 8 мм, сваренный из стали. В футерованную колбу 17 введен теплоизоляционный слой, состоящий из двух слоев гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона 31 и слоя шамотного легковеса 32, на который набивается слой футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы 33 с корочкой гарнисажа 34 (фиг.5). Листы первого слоя гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона 31 толщиной 6 мм клеются натриевым жидким стеклом на внутреннюю поверхность футерованной колбы 17, Сушка естественная до высыхания натриевого жидкого стекла. Второй слой гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона 31 толщиной 6 мм клеется натриевым жидким стеклом с добавкой 0,5% фоскона на внутреннюю поверхность первого слоя. Сушка естественная в течении 2-3 часов. После просушки двух слоев гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона 31, футеруется по шаблону слой легковесного кирпича марки ШЛ-0,9. В качестве связующего вещества применяется огнеупорный раствор, состоящий из огнеупорной глины (20%), шамотного порошка (77%), жидкого стекла (1%), и фоскона (АХФС 2%). Толщина швов 1-2 мм, термокомпенсационные швы не выкладываются. Далее по шаблону набивается слой футеровки состоящей из муллитовой безусадочной набивной массы 33 с добавкой 0,2% фоскона. Первоначальная подсушка и прокалка производится переносными горелками, а затем печь прокаливается по графику прокалки. Стойкость кирпичной кладки и набивной массы сравнительно велика - 320-420 плавок. Предлагаю еще больше увеличить стойкость кирпичной кладки и набивной массы, обработав новую футеровку печи флюсом «AKF-S» при нагретой до 900°С футеровке. Существенно отметить, что флюс «AKF-S» необходимо равномерно распределить по всей футеровке печи с помощью лопаты. Флюс «AKF-S» проникает в поры муллитовой безусадочной набивной массы с добавкой 0,2% фоскона и образует на ее поверхности твердый стекловидный слой (гарнисаж), который увеличивает срок службы футеровки и не оказывает вредного воздействия на футеровку печи. Кроме того, обработка предотвращает образование на футеровке настылей и шлаковых наростов (проверено экспериментами и практикой).
Введенный теплоизоляционный слой, состоящий из двух слоев гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса, уложенный на фоскон позволяют снизить потери тепла в окружающую среду, а также позволяют дополнительно сохранять температуру металла в роторной наклонной печи для переработки отходов цветных металлов. Флюс «AKF-S» предназначен для обработки новой футеровки всех типов и предотвращения зарастания футеровки от настылей и шлаковых наростов.
Срок службы печи увеличивается из-за использования муллитовой безусадочной набивной массы с корочкой гарнисажа, которая имеет высокую огнеупорность и стойкость.
В качестве горел очного устройства используется газовая 14 смесительная инжекционная цилиндрическая горелка, имеющая рассекатель в состав которого входит: ось 35, которая крепится на регуляторе 36 гайкой 37 и пружинной шайбой 38, а снизу к ней крепится двумя гайками 39 конус 40 (фиг.7,8). Ось 35, конус 40, гайки 39 изготовлены из титанового сплава ВТ18У. Исследования, проведенные в лаборатории ООО «Пензаплав» город Пенза показали, что при горении газовоздушной смеси образуется овального типа завихренный факел, имеющий длину 2,2 м. Устройство для регулирования расхода воздуха состоит из: двух стальных кронштейнов 41, регулятора 36, двух болтов 42, двух гаек 43 и двух пружинных шайб 44. Устройство для регулирования расхода воздуха позволяет использовать горелку при различных составах природных газов. Для стабилизации горения факела предусмотрен стабилизирующий туннель 45. Горелка содержит кожух 46, приваренный к цилиндрической газораспределительной камере 47, и в который набивается огнеупорная набивная масса 48. Каждый смеситель 49 является отливкой из жаростойкого чугуна ЧХ22 и представляет собой трубу диаметром 58×10 мм, в которой по периферии просверлены четыре сопла 50 под углом 25°±1° к их осям с зенковкой входной части 0,5 мм под углом 90°. Для крепления горелки к горелочному щиту 9 к горелки приваривается кольцо 51 (на горелке не показано). Титановый сплав для рассекателя, жаростойкий чугун, используемый в качестве материала для изготовления смесителей, и литого стабилизирующего пламя туннеля, позволяют увеличить срок службы горелки и, естественно, печи. Горелка установлена наклонно под углом 15° к оси футерованной колбы 17. Горелка работает при давлении 0,08 МПа, номинальная тепловая мощность предлагаемой горелки 1,9 МВт.
Выделяющиеся при плавке и разливке жидкого металла дымовые газы попадают в зонд аспирации 52 и далее проходят очистку от вредных веществ и пыли. Загрузочное отверстие размещено в торце футерованной колбы 17, через край футерованной колбы 17 производится и слив расплавленного металла в приставной приемный футерованный желоб 26, по которому он течет разливочный конвейер 53. Загрузка шихты в печь производится с помощью виброзагрузочной машины 54, перемещающейся по рельсовому пути 55. Следует отметить, что загружать лом в печь для плавки необходимо измельченным на измельчителе (шредере) и прошедшим магнитную сепарацию (для отделения чугуна и стали в виде втулок, вкладышей, толкателей, шпилек, пальцев и т.д., которые находятся в моторном ломе.
При этом печь для переработки отходов цветных металлов выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с системой пылегазоочистки для достижения экологически чистого процесса, в которую входят: камера смешения, дымосос, агрегат газоочистки, эжекторный скруббер. Работа на естественной тяге производится в случае ремонта отдельных агрегатов установки пылегазоочистки. Для разбавления дымовых газов воздухом цеха с целью снижения температуры перед подачей их в дымосос устанавливается на трубе 56 камера смешения 57, которая имеет два шибера: один шибер регулирует тягу (разряжение в печи), второй шибер регулирует подачу цехового воздуха (не показаны). В системе пылегазоочистки установлен дымосос ДН-9у поз.58, который подает разбавленные воздухом дымовые газы в агрегат газоочистки. Агрегат газоочистки представляет собой сборный стальной цилиндрической формы корпус 59, в нижней и средней части которого имеется поворотные загрузочные решетки 60 с отверстиями (фиг.2). Выше загрузочных решеток 60 расположены загрузочные патрубки 61. Вверху цилиндрического корпуса 59 имеется крышка 62, которая крепится восемью болтами и восемью пружинными шайбами к внутреннему фланцу корпуса агрегата газоочистки. Обслуживание агрегата газоочистки производится с приставных лестниц. Агрегат газоочистки опирается на четыре опоры 63. Отработанный адсорбент и пыль собираются в конусной части 64 стального цилиндрического корпуса 59. Очищаемые газы из печи подаются в агрегат газочистки через входной патрубок 65. Принцип работы агрегата газоочистки заключается в следующем: из печи дымовые газы нагнетаются дымососом 58 во входной патрубок 65 и под давлением проходят слой адсорбента, образуется "кипящий слой", в результате чего вредные вещества, находящиеся в дымовых газах, адсорбируются адсорбентом: гашеной известью, селикагелем, березовым и активированным углем. Отработанный адсорбент собирается в конусной части 64 корпуса агрегата газоочистки и выгружается через нижнюю горловину и патрубок выгрузки в металлическую емкость 66 и увозится в отвал. Степень очистки дымовых газов в агрегате газоочистки пяти тонной печи составляет: по фтористому водороду - 75%, по окиси меди - 87%, по окиси углерода - 90%, по окиси азота - 89%, по окиси алюминия - 91% (замеры производились специализированной лабораторией на ООО «Промышленное литье» г. Пенза).
2
После очистки дымовых газов от вредных веществ они очищаются от пыли в эжекторном скруббере. Эжекторный скруббер представляет собой стальной корпус 67, с размещенными внутри его тремя эжекторными трубами Вентури 68, в которые газы из агрегата газоочистки поступают по трубе 69 за счет эжектирующего действия орошающей жидкости. Орошающая жидкость подается под давлением 100 Н/см насосом 70 из резервуара 71 в форсунку 72. Форсунка 72 орошает тонкораспыленной водой в конфузоре 73 и в камере смешения 74 частицы пыли и в диффузоре 75они падают в отстойник 76, а очищенные газы выбрасываются через дымовую трубу 77 в атмосферу. Мокрая пыль периодически из отстойника 76 удаляется и увозится в отвал, а чистая вода из отстойника 76 переливается по трубе 78 в резервуар 71.
Печь работает следующим образом.
Измельченная на шредере шихта проходит магнитную сепарацию и подается в виброзагрузочную машину 54 ленточным транспортером (не показан), включается привод подвода-отвода горелочного щита 14 с газовой инжекционной горелкой 13, при этом отводится горел очный щит 14 с газовой инжекционной горелкой 13, загрузочное отверстие открывается.
Виброзагрузочная машина 54 перемещается по рельсовому пути 55 к печи и ее лоток входит в загрузочное отверстие печи. Включается привод вращения футерованной колбы 17, а также механизм вибрации виброзагрузочной машины 54и шихта по лотку падает в предварительно прокаленную печь. После загрузки порции шихты, виброзагрузочная машина 54 отъезжает под погрузку, загрузочное отверстие закрывается, производится розжиг газовой инжекционной горелки 13. Пламя газовой инжекционной горелки 13 бьет во внутреннюю стенку футерованной колбы 17, нагревая ее и воздух в футерованной колбе, лом в печи до температуры плавления. Металл плавится и накапливается в печи. После полного расплавления загруженного в печь лома, обработки флюсом жидкого металла и подтверждении лабораторией спектрального анализа марки получаемого сплава, гидроцилиндром 28 подается приставной приемный футерованный желоб 26 с ручками под разливку. Подается в гидроцилиндры 7 рабочая жидкость, поворотная рама 16 с футерованной колбой 17 поворачивается, при этом жидкий металл течет по приставному приемному футерованному желобу 26 и заполняет изложницы разливочного конвейера 53. Существенно отметить, что при работе печи на искусственной тяге, когда шибер 79 закрыт, а шибер 80 открыт, продукты горения пройдя камеру смешения 57 разбавляются в ней воздухом цеха, далее дымососом 58 подаются в агрегат газоочистки (предварительно в него загружается адсорбент). Дымовые газы проходят в нем очистку от вредных соединений в "кипящем слое" на двух поворотных загрузочных решетках 60, и поступают по трубе 69 в эжекторный скруббер для очистки продуктов горения от частиц пыли. Далее дымовые газы по дымовой трубе 77 удаляются в атмосферу. Очистка дымовых газов делает процесс экологически чистым.
Работа печи на естественной тяге осуществляется в случае, если позволяют размеры санитарно-защитной зоны, а также при проведении ремонтно-профилактических работ на установке пылегазоочистки.
Шиберная заслонка 80 при этом закрыта, а шиберная заслонка 79 открыта, в этом случае дымовые газы прямо по трубе 81 попадают в дымовую трубу 77 и, далее, в атмосферу.