УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для получения минеральных и других расплавов в производстве различных волокон, обладающих тепло- и звукоизоляционными свойствами и используемых в строительстве, машиностроении и других областях промышленности.
По способу расплава шихты технологии подразделяются на газоплазменные, электродуговые, коксовые, высокочастотные, плазменные и комбинированные.
Известна установка для получения минерального волокна, в которой для получения расплава применяется плазмотрон, соединенный в единый узел с плазменным реактором прямоугольного сечения с отверстием для ввода сырья в верхней части и отверстием для выхода волокна и плазменной струи в нижней (Пат. РФ №2021217, С 03 В 37/06, 15.10.1994).
Известен также способ получения базальтового волокна плазменным нагревом (Пат. РФ №2035409, С 03 В 37/04, 20.05.1995), согласно которому на плазменный шнур надвигают с противоположных сторон стержни из минерального сырья. Под действием низкотемпературной плазмы края стержней оплавляются.
Однако, недостатком известного способа, является сложная конструкция применяемого плазменного реактора, сравнительно низкая его производительность, высокая пожароопасность.
Наиболее близким к заявляемому является способ и устройство для получения минерального волокна (Пат. РФ №2211193, С 03 В 37/06, 27.08.2003).
Расплавление минеральной шихты производится при непрерывной ее подаче в стабилизированный объем плазменного реактора с последующим перетеканием образовавшегося расплава по водоохлаждаемому поддону в аккумулирующий объем для дальнейших технологических операций.
Недостатками описанного способа и устройства являются относительно низкая удельная производительность (квт/час на 1 кг шихты) и сложность устройства истечения расплава.
Изобретение решает задачу создания надежного и безопасного устройства для осуществления энергосберегающего, экологически чистого, высокопроизводительного способа получения высокотемпературного минерального расплава.
Задача решается созданием конструкции устройства для получения высокотемпературного (до 2000 град.С) минерального расплава с широким диапазоном применения исходного минерального сырья - от мелких пылевидных и до 25 мм фракций шихты, в т.ч. отсевы горнорудного производства.
Корпус устройства выполнен из огнеупорного материала (шамотный кирпич), внутри которого расположена плавильная камера, выполненная из бакоровых плит (до 50 мм) с температурой эксплуатации до 2000 град С или из иных футеровочных материалов. Корпус сверху закрыт армированной огнеупором крышкой с отверстием.
Слева и справа к корпусу вплотную примыкают водоохлаждаемые втулки, монтируемые на отдельных фундаментах. Втулки служат для направления электродов (+ и -) с одновременным их охлаждением, а также для герметизации плавильной камеры. Боковые стенки корпуса имеют горизонтальные отверстия, диаметр которых незначительно превышает диаметр электродов, свободно входящих в указанные отверстия, а электроды выдвинуты в плавильную камеру на расстояние, не превышающее 50 мм от торца электрода до стенки плавильной камеры и образуют межэлектродный энергетический объем.
Внутри плавильной камеры монтируется Г-образная трубка из жаропрочного материала, вертикальная часть которой находится в межэлектродном энергетическом объеме, а горизонтальная часть расположена на границе уровня расплава и предназначена для слива расплава и регулирования его расчетного уровня.
Устройство создано на принципе объемного омического нагрева минерального сырья (шихты) с высокотемпературным отбором расплава вертикальной частью указанной трубки в целях гомогенизации (однородности)
его и с последующим горизонтальным сливом, определяющим расчетный уровень в плавильной камере.
Сечение электродов (+ и -) рассчитывается и конструктивно подбирается из условия снижения на порядок номинальных удельных расчетных токовых нагрузок и формирования значительного межэлектродного энергетического объема для интенсивного и равнообъемного нагрева шихты в плавильной камере, при этом площадь сечения электродов сопоставимо с площадью сечения плавильной камеры.
Корпус устройства совместно размещается с указанными втулками со своими фундаментами на переносном металлическом поддоне.
3
Устройство снабжено цифровым программируемым источником питания и оборотной системой охлаждения (до 0.1 м/час). Устройство рассчитано на производительность по расплаву до 1500 т/год при весе его 750 кг.
Устройство состоит из корпуса 1, внешняя часть которого выполнена из огнеупорного материала 2 (см. Фиг.1 и 2). Внутри корпуса 1 расположена плавильная камера 3, состоящая из ограждающих боковых бакоровых стенок 4, днища 5.
Сверху корпус 1 закрывается крышкой 6 с отверстием для прохождения шихты в плавильную камеру 3.
Боковые стенки 7 (внешняя 2 и внутренняя 4) имеют общие горизонтальные отверстия 8 для свободного перемещения электродов (+) 9 и (-) 10, образующих межэлектродный энергетический объем 11, с внешней стороны к боковым стенкам 7 примыкают горизонтальные направляющие для электродов водоохлаждаемые втулки 12, торцы которых вплотную соприкасаются с боковыми стенками 7, устанавливаемые на своих фундаментах 13. Внутри плавильной камеры 3 размещается Г-образная трубка 14 из жаропрочного материала.
Корпус 1 со втулками 12 и фундаментами 13 помещается на переносной металлический поддон 15 с обмуровкой внешним огнеупорным материалом 2.
Принцип работы устройства заключается в следующем.
Устройство на поддоне 15 устанавливается на эксплуатационную платформу (не показана на Фиг.) с подключением систем:
- энергоснабжения от источника питания (не показан на Фиг.)
- оборотного водоснабжения к охлаждаемым втулкам 12.
Электроды 9 и 10 вставляются в водоохлаждаемые втулки 12 и устанавливаются (вручную) на устойчивый розжиг таким образом, чтобы торцы их выходили относительно боковых бакоровых стенок 4 плавильной камеры 3 для:
- ограничения рассеивания энергии;
- экономии электродов (расход до 1.5 кг на 1 т продукции).
Далее предварительно засыпается шихта через отверстие в крышке 6 в межэлектродный энергетический объем 11.
После розжига шихта принудительно дозируется в плавильную камеру.
По мере достижения расчетного уровня расплава в плавильной камере 3 интенсивно прогревается трубка 14, а образовавшийся расплав заполняет малые кольцевые зазоры в отверстиях 8 и при достижении расплавом внутренней стороны внешнего огнеупорного корпуса 2 происходит его застывание за счет торцевого охлаждения втулкой 12 внешней стороны указанного корпуса 2, при этом создается надежная герметизация плавильной камеры 3. При дальнейшем дозировании шихты избыточный расплав поднимается по вертикальной, а затем по горизонтальной частям Г-образной трубки 14 и сливается на переработку для получения продукции.
По мере выработки межремонтного цикла производится штатная замена устройства с постановкой другого на эксплуатационную платформу (не показ. на Фиг.) с переливом оставшегося расплава.
Некоторые преимущества предлагаемого устройства перед аналогами.
1. Горизонтально расположенные электроды во внешних направляющих водоохладительных втулках, торцы которых вплотную соприкасаются с боковыми стенками устройства, надежно герметизируют плавильную камеру, сокращая ее вертикальный размер не ниже, чем на 15%.
2. Применение завышенного сечения электродов с соответствующим снижением удельных типовых нагрузок совместно с вмонтируемой в межэлектродный энергетический объем Г-образной трубки и применением цифрового программируемого источника питания обеспечивают:
- устойчивый процесс гомогенизации расплава;
- уменьшенный расход электродов на единицу продукции не менее чем на 10%;
- снижение эксплуатационных температур стенок плавильной камеры не менее чем на 200°С, что позволяет увеличить межремонтный цикл устройства не менее чем на 20%;
- снижение поперечного сечения плавильной камеры не менее чем на 15%;
- программный режим розжига, не превышающего 25-30 минут против 2-3 часов в аналогичных устройствах;
- получение регулируемого высокотемпературного расплава в диапазоне до 2000°С.
3. Использование одного вида энергоносителя с минимальными энергозатратами до 0.6-0.8 квт на 1 кг шихты против затрачиваемых энергий до 10 и более квт у аналогов и до 20 квт с использованием газовых технологий.
4. Большая удельная производительность на единицу объема плавильной камеры превышает эти показатели у аналогов от 4 до 15 раз.
5. Устройство не требует больших трудозатрат при встраиваении в различные действующие технологии (газовые, электродные и др.), в т.ч. и при организации передвижных производств на базе автономного энергосбережения (с мощностью 250 квт).
6. Устройство, смонтированное на переносном металлическом поддоне, сокращает межремонтный период и увеличивает годовой фонд времени не менее чем на 70-100 суток с увеличенным годовым объемом выпуска до 30%.
7. Высокая эксплуатационная надежность при экологически чистом процессе плавки позволяет организовать производство на селитебных территориях.