ПЕЧЬ ПЛАВИЛЬНАЯ
MELTING FURNACE

Область техники. Изобретение относится к области цветной металлургии и, в частности, к устройствам для плавки свинцового концентрата, получаемого из лома отработанных автомобильных аккумуляторов.
Уровень техники. Известна короткобарабанная печь для факельной плавки аккумуляторного лома. Недостатком печи является большой выход пылей (8-10%) и шлаков (около 20%), при содержании свинца ~15%, кроме того, малая стойкость футеровки и небольшая производительность (см. Худяков И.Ф. и др. «Технология вторичных цветных металлов». М., Металлургия, 1981 г.,80 стр.)
Известна электротермическая печь для плавки аккумуляторного лома, достоинства печи: простота регулирования режимов, низкий выход шлаков (3-5%), при сод. Pb 1-4% и пыли - около 4% (см. Худяков И.Ф. и др. «Технология вторичных цветных металлов». М., Металлургия, 1981 г., 80 стр.) Однако при повышенной влажности исходного материала возникает необходимость подсушки, что приводит к увеличению затрат на строительство и эксплуатацию печного комплекса. Кроме того, в электротермической зоне свод, вокруг электродов, быстро выгорает и требует ремонта, а перепуск электродов и выпуск металла являются трудоемкими операциями; например, свинцовую летку нужно тщательно заделывать после каждого выпуска металла и каждый раз прожигать перед выпуском, это связано с повышением трудозатрат (время, материалы, энергия и т.п.).
Известна печь для переработки аккумуляторного лома по способу Кивцэт (Кэпал-ЖВ), включающая подину, корпус с расположенными в нем плавильной секцией с шихтово-кислородной горелкой и электротермической секцией, отделенной от плавильной секции водоохлаждаемой перегородкой, не доходящей до подины (и погруженной в расплав), с летками для выпуска шлака и металла, отверстием для отвода возгонов и технологических газов и электродами, «Металлургическая переработка вторичного свинцового сырья» /Под ред. А.В.Тарасова. - М.: Гинцветмет, 2003. - 224 с.
Основным недостатком известной конструкции является возможность повышенного пылевыноса и, в частности, за счет частиц граничного размера, которые не перешли в жидкометаллическую фазу в факельной зоне. Кроме того, отмечается нестабильность перетока (под перегородкой), часто перекрываемого подовыми настылями, и необходимость сушки исходного материала (до 1%).
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является агрегат для переработки медно-цинковых и свинцово-цинковых материалов, включающий подину, корпус с расположенными в нем плавильной секцией с шихтово-кислородной горелкой, леткой для выпуска жидкометаллической донной фазы, отверстием для отвода технологических газов и пыли и электротермической секцией, отделенной от плавильной секции водоохлаждаемой перегородкой, не доходящей до подины, с леткой для выпуска шлака, отверстием для отвода возгонов и технологических газов и электродами, погруженными в шлаковый расплав и подключенными к источнику тока, отличающийся тем, что в плавильной секции дополнительно размещены электроды, установленные на подину и подключенные к одному полюсу источника тока, при этом электроды, размещенные в электротермической секции, подключены к противоположному полюсу источника тока. Патент RU №2236659 С1, F27B 3/08, С22В 15/00, С22В 19/00, С22В 13/00, Автор(ы): Нус Г.С. (RU); Тарасов А.В. (RU); Парецкий В.М. (RU).
Основным недостатком известной конструкции, применительно к плавке свинцового (Pb) концентрата, получаемого из лома автомобильных аккумуляторов, является необходимость в подсушке исходного материала и возможность большого пылевыноса (через отверстие для отвода технологических газов и пыли из факельной зоны на фильтр). Повторная плавка оборотных пылей сопряжена с дополнительными затратами на повторный нагрев и снижением производительности и др. Кроме того, в электротермической секции свод вокруг электродов быстро выгорает и требует ремонта, а перепуск электродов и выпуск металла являются трудоемкими операциями.
Цель изобретения. Улучшение экологии и безопасности системы подготовки и плавки скрапа с возможностью загружать гранулы текущего производства влажностью до 4-6%, при увеличении надежности работы оборудования.
Сущность изобретения. 1. Печь позволяет перерабатывать свинцовый концентрат текущего производства - повышенной влажности (до 4-6%), с получением (в факельной секции) полупродуктов, невзрывопожароопасных для дальнейшей загрузки и плавки в электротермической секции. 2. Имеется возможность доизвлечения металла из «летучих», пылегазовых компонентов факельной плавки при их прохождении в электротермическую секцию, при этом снижается выход свинецсодержащих пылей.
Указанная цель достигается тем, что плавильная и электротермическая секции печи разделены перегородкой, образующей (с уровнем расплава) газопереточное окно переменного сечения, а устройство выпуска металла снабжено колодцем, соединенным каналом с нижней переточной зоной перегородки; при этом изменение сечения окна позволяет подобрать оптимальный режим в соответствии с заданным соотношением ширины печи к межосевому расстоянию между электродами;
кроме того:
- шихтоподача снабжена желобом, наложенным на ступенчатую подину плавильной секции, с наклоном в сторону перегородки;
- часть свода вокруг электродов кессонирована, а электрододержатели выполнены водоохлаждаемыми и с пневмоотжимом.
Взаимосвязь указанных элементов проявляется и реализуется следующим образом.
1. Обычно при загрузке увлажненного сырья в электротермическую печь возникает опасность образования взрывоопасных «откосов», при переворачивании которых влажная шихта входит в контакт с жидкой ванной и происходит взрыв - «хлопок»;
- в заявленной печи шихта подается на «желоб 17, наложенный на ступенчатую подину 18 с наклоном в сторону перегородки б».
Такое взаиморасположение элементов плавильной секции 2 способствует безопасному оплавлению и разбиванию (на ступенях) увлажненного материала и наклонному смещению размягченной, при факельной плавке, шихты к перегородке 6, в основную ванну печи; а близость канала 16 усиливает турбулизацию и подвижность потоков в зоне перегородки 6. Таким образом, исключается возможность образования откосов и «хлопков».
2. Имеется возможность доизвлечения металла из «летучих», пылегазовых компонентов факельной плавки за счет:
- вмешивания оплавленных частиц в поверхность жидкой ванны в зоне газопереточного окна переменного сечения (образованного перегородкой, разделяющей плавильную и электротермическую секции печи);
- а также при оплавлении более тугоплавких компонентов во время последующего прохождения пылегазового потока через высокотемпературную электротермическую секцию.
При этом изменение сечения окна, за счет подъема или опускания перегородки, позволяет влиять на динамику процессов в - переточной зоне и электротермической секции печи и подобрать оптимальный режим, в соответствии с заданным соотношением ширины печи к межосевому расстоянию между электродами (или длине печи);
4. - «устройство выпуска металла снабжено колодцем, соединенным каналом с переточной зоной перегородки»;
- конструктивное выполнение указанных элементов служит для ускоренного и/или непрерывного выпуска металла, через верхнюю часть колодца 15 (см. также фиг.2), т.е. не нужно прожигать свинцовую летку при каждом выпуске свинца; однако, при необходимости (например, при опорожнении печи, тогда часть потока в канале 16 (из колодца 15) имеет противоположное направление) такая возможность имеется - в нижней, соединенной с каналом 16, части колодца 15.
5. - необходимость устранения «быстрого выгорания свода вокруг электродов…» и «трудоемких операций перепуска электродов» важна в данной конструкции печи, учитывая возможность интенсификации тепловых потоков (при отражении наклонного пылегазового потока от поверхности жидкой ванны переточной зоны) и достигается за счет того, что «часть свода вокруг электродов кессонирована, а электрододержатели выполнены водоохлаждаемыми и с пневмоотжимом».
Описание устройства. На чертеже показано заявляемое устройство, включающее корпус 1 и расположенные в нем плавильную секцию 2 (с устройством подачи шихты 3 и горелкой 4) и электротермическую секцию 5, отделенную от плавильной секции перегородкой 6, сводом 7, подиной 8, с электродами 9, электрододержателями 10, устройствами для выпуска металла 11, шлака 12 и газоходом 13, газопереточное окно переменного сечения 14, колодец 15, канал 16, нижнюю переточную зону 14/А, проем 19; желоб 17, ступенчатую подину 18.
Принцип работы: исходный материал подается в факельную зону 2, на желоб 17, образующаяся при этом жидкометаллическая фракция стекает по ступенчатой подине18 в зону перегородки 6.
Оставшаяся часть - более тугоплавкие и др. твердые фрагменты, а также мелкие (субмикронного размера) частицы смещаются вдоль ступенчатой поверхности наклонной подины 18 в зону перегородки 6. При этом имеется возможность доизвлечения металла за счет:
1. вмешивания пылегазовых частиц, например, частично оплавленных (содержащих около 55-70% свинца) в поверхностные слои жидкой ванны переточной зоны;
2. последующего оплавления более тугоплавких пылегазовых частиц в высокотемпературной (и химически активной) электротермической части печи 5, после отражения наклонного пылегазового потока от поверхности жидкой ванны переточной зоны (через окно 14).
Электротермическая секция 5 нагревается с помощью электродов 9, шлак удаляют через устройство для выпуска шлака 12, технологические газы и пыль - через газоход 13, а металлизированную донную фазу - (с возможностью ускоренного, т.е. не требующего обычных затрат времени на прожигание свинцовой летки, и/или непрерывного выпуска металла) - через проем 19, канал 16, колодец 15 и далее в сливной желоб 11. Колодец 15 соединен каналом 16 с нижней переточной зоной 14/А перегородки 6. В режиме работы донные слои расплава достаточно подвижны. Повышению подвижности верхних слоев жидкой ванны, в зоне окна 14, способствует нагретый, направленный пылегазовый поток (из плавильной секции 2). При этом изменение сечения окна 14 позволяет подобрать оптимальный режим в соответствии с заданным соотношением ширины печи 5 к межосевому расстоянию между электродами 9.
Проверка устройства. Проведена экспериментальная проверка принципиальной возможности факельной плавки свинецсодержащих брикетов, влажностью до 4-6%, на опытно-экспериментальной модели плавильной (факельной) секции.
Переработке подвергали Pb концентрат аккумуляторного лома, спрессованный в виде брикетов (диаметром около 35 мм), содержащих в среднем %: свинца - 65-70; влаги - до 4-6.
В результате плавки были получены следующие полупродукты, %:
жидкометаллическая фракция
35-45;
твердые сухие фрагменты
35-45
«летучие»
остальное (в т.ч. пыль - 8-10).
В результате испытаний установлено: 1. Факельная секция агрегата позволяет перерабатывать свинцовый концентрат повышенной влажности (до 4-6%) с получением полупродуктов, невзрывопожароопасных для дальнейшей загрузки и плавки в электротермической секции. 2. Имеется возможность доизвлечения металла из «летучих», пылегазовых компонентов факельной плавки при их прохождении через газопереточное окно в электротермическую секцию и снизить выход пылей.
На основании положительных результатов проведенных испытаний плавильной секции и учитывая длительный опыт работы авторов с электротермическим и другим печным оборудованием (на ЛПК, ныне г.Риддер, Казахстан и др.), выполняется проект реконструкции металлургического производства ОАО «ТАЗ». Ожидаемый экономический эффект составляет более 20 млн руб./год.