ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ОБЖИГА СУЛЬФИДНОЙ РУДЫ
ROTARY FURNACE FOR OXIDIZING BURNING OF SULFIDE ORE

Изобретение относится к устройствам для получения металлов.
Известны конструкции вращающихся печей для обжига сульфидных руд со встречным движением теплоносителя и обрабатываемого материала в печах косвенного нагрева [1-5]. Обжиг осуществляется по ходу движения руды, в начальной зоне проводится сушка при температуре теплоносителя (продуктов горения) от 150°С до 300°С, в следующей зоне проводится нагрев материала до температуры 600-650°С при температуре теплоносителя до 700°С, в последней зоне проводится изотермическая выдержка при температуре теплоносителя 600-650°С.
Недостатком указанных вращающихся печей с использованием косвенного нагрева каждой зоны требует создания громоздкой конструкции, а также вызывает высокий расход теплоносителя и низкую производительность.
Наиболее близким аналогом - прототипом является вращающаяся печь для окислительного обжига сульфидных руд [6]. Обжигаемый материал загружается через газоотводящую головку в рабочее пространство печи и движется в сторону топочной головки с камерой выгрузки, проходя зоны сушки, нагрева и изотермической выдержки, теплоноситель движется в обратном направлении. Обожженная руда выгружается в холодильник, где он охлаждается воздухом, поступающим из атмосферы, подогретый в холодильнике воздух участвует в сжигании газа для образования продуктов горения с задаваемым значением температуры.
Недостатком прототипа является локализация источника нагрева в конечном участке зоны изотермической выдержки, что приводит к экспоненциальному спаду температуры к началу зоны выдержки и зоны нагрева, не позволяет управлять температурным профилем теплоносителя и создавать температурное плато в зоне изотермической выдержки для проведения физико-химических превращений в материале в узком температурном интервале вблизи заданной температуры, что не позволяет обеспечить высокое качество термообработки и получение материала с заданными технологией характеристиками во всем объеме, а также высокий расход теплоносителя, обусловленный технологическими требованиями подачи низкотемпературного теплоносителя в зону изотермической выдержки.
Заявленное изобретение направлено на получение руды, равномерно обожженной во всем объеме, и более совершенного управления температурным режимом обжига, позволяющим на конечном этапе обжига осуществить выдержку максимальной длительности обрабатываемой руды в зоне физико-химических превращений в узком температурном интервале вблизи заданной температуры, а также существенное снижение расхода газа за счет подачи высокотемпературных продуктов сгорания непосредственно в зону нагрева.
Для достижения указанного технического результата предложена вращающаяся печь для окислительного обжига сульфидной руды, содержащая футерованный корпус, камеру выгрузки обожженной руды, на торце которой установлен воздухонагреватель, к патрубку которого подводится горячий воздух от рекуператора, установленного на корпусе холодильника, с использованием высокотемпературного вентилятора, на торцевой поверхности воздухонагревателя установлен патрубок подвода газа, по центру воздухонагревателя в рабочее пространство футерованного корпуса печи введена горелка, к патрубку которой подается горячий воздух от рекуператора, установленного на корпусе холодильника, с использованием высокотемпературного вентилятора, на торце горелки установлен патрубок подачи газа.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 схема вращающейся печи для окислительного обжига сульфидной руды.
На фиг. 2 график изменения температуры продуктов сгорания по зонам кожуха печи от камеры загрузки руды до камеры выгрузки руды.
Вращающаяся печь для окислительного обжига сульфидной руды содержит цилиндрический футерованный кожух 1, топочную головку 2 и горелку 3, расположенные соосно вдоль продольной оси 4, опорные устройства 5,6, воронку 7 загрузки руды и камеру 8 выгрузки руды.
Канал цилиндрического футерованного кожуха 1 включает последовательно расположенные зону сушки, зону нагрева и зону изотермической выдержки для физико-химических превращений руды.
Цилиндрический футерованный кожух 1 установлен наклонно относительно горизонта на опорных устройствах 5,6 с возможностью вращения от соответствующего привода (не показан).
Горелка 3 выполнена с возможностью внутреннего смешения воздуха и газа соответственно от первого патрубка 9 подвода воздуха и первого патрубка 10 подвода газа и получения факела с температурой продуктов сгорания 1000°С.
Топочная головка 2 выполнена с возможностью внутреннего смешения воздуха и газа соответственно от второго патрубка 11 подвода воздуха и второго патрубка 12 подвода газа. Горелка 3 проходит по центру топочной головки 2 и расположена в зоне изотермической выдержки.
Нижняя сторона кожуха 1 и топочная головка 2 образуют камеру 8 выгрузки руды.
Верхняя сторона кожуха выполнена с возможностью выхода продуктов сгорания газа в воздухе и сопряжена с воронкой загрузки руды.
Вращающаяся печь имеет холодильник 20, предназначенный для отвода тепла от руды, выгружаемой из камеры 8 и включающий цилиндрический вращающийся кожух 21, дополнительные опорные устройства 22, 23, первый рекуператор 24 и второй рекуператор 25.
Цилиндрический кожух 21 холодильника 20 установлен наклонно относительно горизонта на опорных устройствах 22, 23 с возможностью вращения от соответствующего привода (не показан). Вход в верхнюю часть кожуха 21 холодильника соединен с камерой 8 выгрузки руды из нижней части цилиндрического футерованного кожуха 1. Выход из из нижней части цилиндрического кожуха 21 выполнен с возможностью выгрузки руды в соответствующий бункер 26.
Первый рекуператор 24 выполнен с возможностью использования воздуха атмосферы для рекуперативного отвода тепла от руды в нижней части кожуха 21 и нагнетания нагретого до температуры 300-400°С воздуха первым вентилятором 27 в первый патрубок 9 подвода воздуха в горелку. Второй рекуператор 25 выполнен с возможностью использования воздуха атмосферы для рекуперативного охлаждения отвода тепла от руды в верхней части кожуха 21 и нагнетания нагретого воздуха вторым вентилятором 28 во второй патрубок 11 подвода воздуха в топочную головку 2 для получения продуктов сгорания с температурой 650°С.
При смешивании продуктов сгорания факела горелки 3 и топочной головки 2 позволяет получить поток продуктов сгорания с температурой 750°С.
На графике фиг. 2 кривая а) соответствует изменению температуры продуктов сгорания по длине заявляемой печи, кривая б) - прототипу.
Вращающаяся печь для окислительного обжига сульфидной руды работает следующим образом.
Дробленая руда из загрузочной воронки 7 подается для испарения влаги в верхнюю часть цилиндрического наклонного вращающегося футерованного кожуха 1 и перемещается навстречу продуктам сгорания последовательно через зоны сушки, нагрева, выдержки.
Продукты сгорания с температурой 650°С из топочной головки 2 поступают через камеру 8 выгрузки в зону изотермической выдержки цилиндрического канала кожуха 1. Продукты сгорания горелки 3, проходящей по центру топочной головки 2 и расположенной в зоне изотермической выдержки, поступают в зону нагрева и обеспечивают второй газообразный поток в зонах нагрева и сушки сульфидной руды.
В средней зоне продукты сгорания с температурой 750°С обеспечивают интенсивный нагрев сульфидной руды.
Использование первого рекуператора 24 и второго рекуператора 25 позволяет интенсифицировать процесс охлаждения руды и уменьшить расход газа.
Интенсивная теплоотдачи от среза горелки 9 начинается на расстоянии 10-15 м в зависимости от выбранного режима горения при длине кожуха L=50 м. При полном времени обжига порядка 3 часов печь позволяет выдерживать руду при заданной температуре в зоне изотермической выдержки от 40 до 60 мин, что вполне достаточно для качественного обжига сульфидной руды.
Источники информации
1. Boateng А.А. Rotary Kilns. Transport Phenomena and Transport Processes. 2008, Elsevier Inc., Butterworth - Heinemann, USA. ISBN: 978-0-7506-7877-3.
2. Gorog J.P. Heat Transfer in Direct-fired Rotary Kilns. 1982. The University of British Columbia, Vancouver, Canada.
3. Metallurgical Furnaces. 2005. Wiley-VCH Verlag GmBH&Co. KGaA. Weinheim. 10.1002/14356007.b04_339.
4. The Rotary Kiln Handbook. FEECO International, USA. https://feeco.com/contact
5. Barr P.V. Heat transfer Processes in Rotary Kilns. 1986. The University of British Columbia, Vancouver, Canada.
6. Барабанные вращающиеся печи. 2014. Печи цветной металлургии, https://metallurgy.zp.ua/barabannyie-pechi/.