УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАНОВЫХ ШЛАКОВ В РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
DEVICE FOR PRODUCING TITANIUM SLAG IN ORE THERMAL FURNACE

Изобретение относится к области цветной металлургии, к устройствам для переработки редкометаллического сырья, в частности к устройству для получения титановых шлаков в рудно-термических печах.
Известна рудно-термическая печь для плавки железо-титановых концентратов (кн. Руднотермические плавильные печи. - Струнский Б.М. М.: Металлургия. - 1972, с. 102-137), включающая ванну с водоохлаждающим сводом, графитированные электроды, механизм для их спускания и подъема, устройство для загрузки шихты и систему газоотсоса и газоочистки.
Недостатком данного устройства низкий срок службы графитированных электродов, так как при плавке и восстановлении титансодержащего сырья в рудно-термической печи вследствие разогрева при высоких температурах наблюдается интенсивное термомеханическое разрушение боковых поверхностей графитированных электродов.
Известно устройство для получения титановых шлаков в рудно-термической печи (кн. Электротермия титановых шлаков. - Денисов С.И. - М.: Металлургия, 1970, с. 58-124). Устройство включает рудно-термическую печь, состоящую из кожуха, выполненного из стального листового железа из двух половин, стянутых болтами и снабженных ребрами жесткости и горизонтальными рядами поясов; футеровки, выполненной из огнеупорного кирпича, на стенках которой специально наращивают гарниссаж для защиты футеровки от растворения и удержания расплава печи. Между кожухом и футеровкой предусмотрен слой шамота для обеспечения термического расширения кладки. Подина печи выполнена сферической формы. Снизу на днище печи заливают слой жаропрочного бетона, для повышения срока службы подины в слое бетона размещены 10 металлических труб, через которые подают воздух для охлаждения. Для контроля температуры футеровки предусмотрены термопары. Ванна печи укрыта водоохлаждаемым сводом, на котором размещены графитированные электроды, бункеры для загрузки шихты. Свод выполнен плоским в виде полого водоохлаждаемого кессона, в нижней части кессон обмазан жаропрочным бетоном. Кроме того, для обслуживания печи предусмотрены вспомогательные устройства, такие как электродержатели и устройства для перемещения электродов, система для подвода тока к печи.
Недостатком данного устройства является низкий срок службы графитированных электродов, так как в ходе самого технологического процесса наблюдается интенсивное термомеханическое разрушение боковых поверхностей графитированных электродов за счет интенсивного окисления графита вследствие разогрева при высоких температурах.
Известно устройство для обогащения титансодержащего сырья (патент RU 2202639, опубл. 20.04.2003, бюл. №11), взятое в качестве ближайшего аналога-прототипа. Устройство для обогащения титансодержащего сырья представляет собой металлический кожух, выполненный из секций, футеровку в виде полусферической охлаждаемой подины и шахты печи, летки для слива продуктов плавки, свода печи, выполненного в виде водоохлаждаемого кессона с патрубками для подачи и отвода воды и плиты из жаропрочного бетона, на котором размещены устройство для подачи шихты, газоход для отвода отходящих газов и электроды с токоподводами и контактными узлами. При это одно дополнительно снабжено каналами для охлаждения подины, размещенными в футеровке в плоскости, паралелльной основанию печи и соединенными с коллектором для подвода воздуха. Свод печи выполнен в виде съемных сегментных секций, каждая секция состоит из кессона, снабженного патрубками для подачи и отвода воды, а нижняя часть кессона секции заполнена жаропрочным бетоном.
Недостатком данного устройства является низкий срок службы графитированных электродов, так как в ходе самого технологического процесса наблюдается интенсивное термомеханическое разрушение боковых поверхностей графитированных электродов за счет интенсивного разогрева при высоких температурах.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, предотвращение термомеханического разрушения графитированных электродов в процессе получения титановых шлаков в рудно-термиченской печи.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в повышении срока службы графитированных электродов за счет исключения термомеханического разрушения графитированных электродов, и в снижении расхода графитированных электродов при получении титановых шлаков в рудно-термической печи.
Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство для получения титановых шлаков в рудно-термической печи включающее емкость в виде металлического кожуху, выполненного из секций, футеровку в виде полусферической охлаждаемой подины и шахты печи, летку для слива продуктов плавки, свод печи, выполненный в виде водоохлаждаемого кессона с патрубками для подачи и отвода воды и плиты из жаропрочного бетона, на котором размещены устройство для подачи шихты, газоход для отвода отходящих газов и графитированные электроды с токоподводами и контактными узлами новым является то, что оно дополнительно снабжено системой охлаждения графитированных электродов, состоящей из двух съемных секций охлаждения, выполненных из полуколец водяного и воздушного охлаждения с форсунками для распрыскивания охлаждающих сред, смонтированных вокруг каждого графитированного электрода и установленных поверх водоохлаждаемого кессона, патрубков для подачи охлаждающих сред, трубопроводов для подачи охлаждающих сред, фильтра, коллектора для забора охлаждающих сред, запорной и регулирующей аппаратуры, установленной на трубопроводах для подачи охлаждающих сред, стенда управления контрольно-измерительными приборам и расходомерами.
Установка дополнительной системы охлаждения графитированных электродов, состоящей из двух съемных секций охлаждения, выполненных из двух полуколец водяного и воздушного охлаждения с форсунками для распрыскивания охлаждающих сред, смонтированных вокруг каждого графитированного электрода, поверх водоохлаждаемого кессона, патрубков для подачи охлаждающих сред, трубопроводов для подачи охлаждающих сред, фильтра, коллектора для забора охлаждающих сред, запорной и регулирующей аппаратуры, установленной на трубопроводах для подачи охлаждающих сред позволяет исключить перегрев боковой поверхности графитированных электродов, и снизить термомеханическое разрушение графитированных электродов, и тем самым повысить срок их службы, снизить расход графитированных электродов при получении титановых шлаков в рудно-термической печи.
Установка расходомеров и стенда управления контрольно-измерительными приборами позволит производить регулирования и контроль в системе охлаждения графитированных электродов в процессе получения титановых шлаков и тем самым исключить перегрев боковой поверхности графитированных электродов, снизить термомеханическое разрушение графитированных электродов, и повысить срок их службы.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве для получения титановых шлаков в рудно-термической печи, изложенных в пунктах формулы изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна"
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень».
На фиг.1 показан общий вид устройства для получения титановых шлаков в рудно-термической печи, на фиг.2 - секция охлаждения графитированных электродов, на фиг.3 - схема подключения секции охлаждения на примере одного графитированного электрода.
Устройство для получения титановых шлаков в рудно-термической печи состоит из емкости в виде металлического кожуха 1, выполненного из листового проката, кожух выполнен из плиты основания, нижних и верхних секций 2, установленных с возможностью свободного перемещения с зазором соединенных между собой с помощью компенсаторов, лотка летки 3. В кожухе предусмотрены рабочие окна 4 для обслуживания ванны печи, кожухи термопар на четырех уровнях для контроля за температурой футеровки, закладные трубы для подключения системы охлаждения подины. Рудно-термическая печь выполнена круглой формы разного диаметра.
Нижняя часть рудно-термической печи - подина 5 представляет собой полусферу, верхняя часть - шахта 6 печи. Подину 5 охлаждают воздухом через каналы 7, размещенные в футеровке подины в плоскости, параллельной основанию печи. Каналы 7 соединены с коллектором. Между футеровкой и кожухом печи размещен компенсационный слой 8, заполненный теплоизоляционным материалом. Свод 9 печи выполнен из сегментных секций. Зазор между сегментными секциями свода заполнен теплоизоляционным материалом. Каждая сегментная секция подвешена к балкам, и выполнена в виде кессона с патрубком для подвода воды и патрубка для отвода воды, а снизу выполнен второй слой из жаропрочного бетона. Кессон выполнен в виде напорного коллектора для подачи воды и отвода воды, между коллекторами размещены полутрубы. На своде 9 печи размещены устройство для подачи шихты 10, газоход И для отвода газов, графитировнные электроды 12. Устройство для получения титановых шлаков в рудно-термической печи снабжено дозатором 13, транспортером 14, раздаточными бункерами 15, соединенными течками с устройством для подачи шихты 10. Графитированный электрод 12 снабжен гибкими токоподводом 16 с контактными узлами 17 и системой охлаждения графитированных электродов, которая состоит из двух съемных секций 18 охлаждения, выполненных из полукольца водяного охлаждения 21 и полукольца воздушного охлаждения 23 с форсунками 20 для распрыскивания охлаждающих сред, смонтированных вокруг каждого графитированного электрода 12 и установленных поверх водоохлаждаемого кессона 19, патрубков 22 для подачи охлаждающих сред, трубопроводов 24 для подачи охлаждающих сред, гибких шлангов 25, фильтра 26, коллектора 27 для забора охлаждающих сред, запорной 28 и регулирующей 29 аппаратуры, установленной на трубопроводах 24 для подачи охлаждающих сред, стенда управления контрольно-измерительными приборам и расходомерами 30.
Монтаж устройства для получения титановых шлаков в рудно-термической печи осуществляют следующим образом.
3
2
3
Мощность рудно-термической печи 16,5МВ⋅А, число фаз 3, количество графитированных электродов - 3. Предварительно изготавливают кожух печи 1, состоящий из секций 2, установленных между собой с зазором и компенсаторами. Кожух 1 состоит из плиты основания, десяти нижних секций 2 и шести верхних, лотка летки 3 для слива продуктов плавки. В кожухе изготовлены рабочие окна 4 для обслуживания печи и подачи воздуха в печь, кожухи термопар. Затем переклазным кирпичом ГОСТ 4689 выкладывают в кожухе 1 футеровку подины 5 сферической формы с радиусом прогиба, равным 14520 мм. В футеровке, в плоскости, параллельной основанию подины 5, выкладывают каналы 7, соединенные через закладные трубы в кожухе с коллектором для подачи воздуха. Расход воздуха на охлаждение подины составляет 10000-20000 нм/ч на 1 м подины, температура футеровки подины при охлаждении не должна превышать 450°С. Затем выкладывают шамотным кирпичом шахту 6 печи. Для термического расширения футеровки предусматривают компенсационный слой 8, заполненный теплоизоляционным материалом в виде магнезитового порошка. Предварительно изготавливают сегментные секции свода 9 печи, которые выполнены в виде металлического плоского сегмента, и снабжены кессонами для охлаждения каждой сегментной секции свода 9. Сегментные секции свода 9 подвешивают к балкам над шахтой 6 печи, образуя свод печи, укладывая их по окружности в виде трех центральных и девяти периферийных зон. Зазор между секциями свода заполнен теплоизоляционным материалом, например шамотным кирпичом. Сегментные секции изготавливают в виде кессона с патрубком для подвода и отвода теплоносителя, например в виде воды или перегретого пара. Снизу сегментная секция имеет слой из жаропрочного бетона. Кессон выполнен в виде напорного коллектора для подачи воды и отвода воды, между коллекторами размещены полутрубы. Между секциями на своде 9 печи размещены устройство для подачи шихты 10, газоход 11 для отвода газов, три графитировнных электрода 12 (ТУ 1911-109-052). Графитированные электроды 12 установлены под углом 120 градусов и снабжены водоохлаждаемым кессоном 19 и системой охлаждения графитированных электродов, которая состоит из двух съемных секций 18 охлаждения. Предварительно изготавливают съемные секции 18 охлаждения, которые выполнены в виде полукольца водяного охлаждения 21 и полукольца воздушного охлаждения 23 с форсунками 20 для распрыскивания охлаждающей среды, например технической воды (ТУ 36.00.12-440-05785388) и сжатого воздуха (ТУ 2114-010-05785388). Съемные секции 18 охлаждения устанавливают вокруг каждого графитированного электрода 12 поверх водоохлаждаемого кессона 19 и соединяют между собой с помощью креплений, например штифта. Полукольцо водяного охлаждения 21 и полукольцо воздушного охлаждения 23 через патрубки 22 с фланцевыми соединениями с помощью гибких шлангов 25 подключают к трубопроводу 24 для подачи охлаждающей среды (технической воды и сжатого воздуха), на которых установлена запорная 28 (например, кран шаровой Ду50) и регулирующая 29 аппаратура (например, кран шаровой отсеченный с электроприводом Ду50), фильтр 26 (фильтр сетчатый фланцевый Ду50). Трубопроводы 24 подачи охлаждающих сред присоединяют к соответствующим коллекторам 27 цеховой разводки технической воды и сжатого воздуха. Подачу охлаждающей среды через форсунки 20 на боковую поверхность графитированного электрода 12 начинают через 10-30 минут после подачи нагрузки на графитированные электроды 12 при открытой запорной 28 аппаратуре и поступающей по трубопроводам 24 для подачи охлаждающих сред. Исходя из рационального расхода охлаждающей среды подача технической воды составляет не более 1,5 м /час. Охлаждение графитированных электродов 12 системой охлаждения графитированных электродов проводят весь цикл процесса восстановительной плавки концентрата. Подачу охлаждающей среды прекращают спустя 10-30 мин после снятия нагрузки на графитированных электродах 12, закрывают запорную 28 аппаратуру. Управление работой системы охлаждения графитированных электродов 12 осуществляют со стенда 30 управления контрольно-измерительными приборами и расходомерами. По показаниям средств измерения следят за отклонениями от норм в работе системы охлаждения графитированных электродов. Подвод электрической мощности от печного трансформатора к графитированным электродам12 печи осуществляют через короткую сеть, представляющую собой три шинных пакета, один конец которого подсоединен к трансформатору, другой к контактным узлам 17 графитированного электрода 12. Контактный узел 17 состоит из мантиля, шести контактных щек, прижимаемых к графитированному электроду 12 нажимным кольцом, токоведущих труб и гибких токоподводов 16. Контактная щека выполнена из бронзовой отливки со стальным залитым змеевиком для водяного охлаждения. Гибкий токоподвод 16 выполнен из медного гибкого провода, заключенного в резиновый рукав, по которому подается охлаждающая вода. Количество воды, подаваемое на охлаждение контактных узлов 17 и гибкого токоподвода 16, равно 70-80 м/ч. Отвод реакционных газов осуществляют с помощью вентиляторов, установленных в газоход.
Таким образом, предложенное устройство для получения титановых шлаков в рудно-термической печи позволяет уменьшить термомеханическое разрушение графитированных электродов, повысить срок службы и снизить их расход при получении титановых шлаков в рудно-термической.