УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКА С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛА
PLANT FOR SLAG PROCESSING WITH HEAT RECOVERY

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для переработки металлургических шлаков с утилизацией их тепла.
Известна установка для переработки шлаков с утилизацией тепла [1], содержащая устройство для приемки шлакового расплава, устройство для охлаждения шлака на металлических шарах, устройство для отделения охлажденного шлака от шаров в виде перфорированного барабана, а также теплообменный аппарат с системой циркуляции теплоносителя.
Общими признаками, совпадающими с признаками предлагаемой установки, являются наличие устройств для приемки расплава, устройства для охлаждения расплава на металлических шарах, устройства для отделения шаров от охлажденного шлака и теплообменника для утилизации тепла и циркуляции теплоносителя.
Причины, препятствующие достижению ожидаемого технического результата:
- отсутствие устройств, способствующих утилизации тепла шлака с различными энергетическими характеристиками;
- сложность получения готового продукта заданной крупности и свободного от посторонних включений.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для переработки металлургических шлаков [2], содержащая заливочный желоб, рабочий желоб с дисками и металлическими шарами, выполненный в виде набора неподвижных продольных колосников, образующих разомкнутую цилиндрическую поверхность, а диски закреплены на вращающейся оси, соединены между собой полками, перпендикулярными к неподвижным колосникам, размещены в разъемах цилиндрической поверхности и установлены с зазором к колосникам на величину не более 0,5 минимального размера металлических шаров, расстояние между полками составляет 0,1-0,3 длины окружности дисков, а их высота 1-3 максимального размера металлических шаров, а величина разъемов цилиндрической поверхности равна не менее одного расстояния между полками.
Признаками, совпадающими с признаками предлагаемой установки, являются наличие устройств для приемки шлакового расплава, устройств для отбора тепла от шлакового расплава, формирования структуры и крупности готового продукта; наличие устройств для отделения шаров от шлака и выгрузки затвердевшего шлака.
Причины, препятствующие достижению ожидаемого технического результата:
- отсутствие устройств, обеспечивающих возможность отбора и утилизации тепла на всех стадиях охлаждения шлака;
- отсутствие теплообменных аппаратов, способствующих последовательному извлечению тепла из шлака с различными энергетическими характеристиками;
- отсутствие устройств, обеспечивающих возможность приемки и распределения потока шлакового расплава высокой интенсивности в установку.
Ожидаемым техническим результатом является:
- извлечение и утилизация тепла шлака с различными энергетическими характеристиками на всех стадиях его переработки.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для переработки шлака с утилизацией тепла, содержащей устройства для загрузки расплава, охлаждения и формирования крупности затвердевшего шлака, отгрузки затвердевшего шлака, отвода парогазовой смеси в систему циркуляции теплоносителя, новым является то, что устройства установки объединены в несколько ступеней теплообменных аппаратов: теплообменный аппарат первой ступени включает устройство для приемки расплава, охлаждения, формирования структуры и крупности затвердевшего шлака и вибрационный конвейер, рабочий орган которого набран из каскада щелевых сопел, является питателем теплообменника второй ступени и объединен рекуператором с системой циркуляции теплоносителей; вторая ступень теплообменных аппаратов включает устройство для доохлаждения затвердевшего шлака в виде вращающегося наклонного барабана с направляющими полками, служащего для загрузки третьей ступени теплообменных аппаратов, объединенное рекуператором с системой циркуляции теплоносителей; теплообменник третьей ступени включает устройство для отгрузки затвердевшего шлака, выполненное в виде кольцевой разгрузочной течки с пересыпными полками, расположенными на внешней поверхности внутренней обечайки и на внутренней поверхности внешней обечайки кольцевой разгрузочной течки, также объединенное рекуператором с системой циркуляции теплоносителей.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Все составляющие устройства установки: устройство для приемки шлакового расплава, устройство для охлаждения и формирования структуры и крупности затвердевшего шлака, устройство для отгрузки затвердевшего шлака и отвода парогазовой смеси, предназначены для охлаждения шлакового расплава и получения шлаковой продукции в затвердевшем состоянии с заданной структурой и крупностью непосредственно из расплава. Шлаковый расплав охлаждается постепенно сначала до температур затвердевания, затем он охлаждается в твердом состоянии до температуры окружающей среды. Применение теплообменного аппарата для утилизации тепла шлака только на одной ступени охлаждения шлака снижает эффективность утилизации тепла в целом и препятствует получению тепла с высоким энергетическим потенциалом. Выполнение основных устройств установки в виде нескольких ступеней теплообменных аппаратов позволяет утилизировать тепло шлака с различными энергетическими характеристиками.
Установка для переработки шлака с утилизацией тепла представлена на фигуре.
Установка содержит устройство для загрузки расплава, охлаждения и формирования крупности затвердевшего шлака, включающее заливочный желоб 1, набор неподвижных продольных колосников 2, металлические шары 3, помещенные, как минимум, на две разомкнутые цилиндрические поверхности, набранные из колосников, торцовые диски 4, соединенные полками 5; устройство для доохлаждения шлака, включающее вибрационный конвейер 6, рабочую поверхность которого образуют щелевые сопла 7, систему циркуляции теплоносителей 8, рекуператор первой ступени теплообменных аппаратов 9, вращающийся наклонный барабан 10 с направляющими полками 11, рекуператор второй ступени теплообменников 12, кольцевую разгрузочную течку 13 с пересыпными полками 14, 15, рекуператор третьей ступени теплообменников 16.
Установка для переработки шлака с утилизацией тепла работает следующим образом. Шлаковый расплав подают в заливочный желоб 1, форма заливочного желоба позволяет интенсивную струю расплава принять, распределить и направить в разъемы между колосниками 2, на металлические шары 3, которые перемещаются по колосникам 2 при помощи полок 5, соединяющих торцовые диски 4. Взаимодействуя с шарами, расплав интенсивно отдает тепло, затвердевает на поверхности и в полостях, образованных шарами. Отбор тепла от поверхности шлака, шаров и других деталей и узлов установки осуществляется за счет перемещения шаров, подачи воды и циркуляции теплоносителя. Проходя сквозь колосники 2, шлаковый расплав из вязкопластичного переходит в твердое состояние и попадает на вибрационный конвейер 6, рабочая поверхность конвейера представляет каскад щелевых сопел 7. Движение шлака по конвейеру осуществляется под действием вибрации рабочей поверхности, а дальнейшее охлаждение за счет просасывания через щелевые сопла циркулирующего потока теплоносителя. Нагретый до высоких температур теплоноситель в виде перегретого пара поступает в рекуператор 9 первой ступени теплообменников, отдает тепло для утилизации и возвращается в систему циркуляции теплоносителей 8, затем дополнительно нагревается, контактируя с разогретыми до высоких температур поверхностями шлака, шаров, элементов конструкции установки и вновь передает тепло в рекуператор 9. Шлак по вибрационному конвейеру поступает в следующую ступень теплообменников - во вращающийся наклонный барабан 10 с направляющими полками 11, которые продвигают шлак к разгрузочному отверстию барабана. Через полость барабана просасывается циркулирующий теплоноситель (пар), охлаждает шлак, нагревается сам и поступает в рекуператор 12 второй ступени теплообменников, отдает тепло и попадает в систему циркуляции теплоносителей. Шлак из вращающего барабана поступает в кольцевую разгрузочную течку 13 и, пересыпаясь по полкам 14, 15, сверху вниз, отдает тепло восходящему потоку воздуха, дополнительно охлаждается и попадает на разгрузочный конвейер или на участок складирования и дальнейшей переработки. Воздушный поток, нагретый шлаком, подается в рекуператор 16 третьей ступени теплообменников, отдает тепло и попадает в систему циркуляции теплоносителей.
Компоновка основных устройств установки в виде нескольких ступеней теплообменных аппаратов продиктована результатами испытаний опытной установки в условиях действующего производства. При использовании только первой ступени охлаждения шлак не успевает полностью охладиться, проходя через колосники, спекается в шлаковый монолит, отбор тепла затруднен. Применение теплообменного аппарата на первой ступени охлаждения шлака позволяет организовать отбор тепла, его утилизацию в рекуператоре и циркуляцию теплоносителя, при которой теплоноситель нагревается за счет охлаждения шлака, шаров и элементов конструкции устройств для приемки расплава, формирования структуры и крупности затвердевшего шлака. В этом случае шлак, проходя по вибрационному конвейеру, за счет вибрации рабочей поверхности не спекается, а за счет взаимодействия с потоком теплоносителя, просасываемого через каскад щелевых сопел, дополнительно охлаждается и отдает тепло циркулирующему теплоносителю. На выходе с вибрационного конвейера сформированный по крупности в виде отдельных кусков шлак имеет высокую температуру - свыше 500°С. Для использования тепла шлака предложена вторая ступень теплообменного аппарата, включающая вращающийся наклонный барабан с направляющими полками, по которым шлак пересыпается и дополнительно обдувается теплоносителем, конструктивно во второй ступени теплообменного аппарата вместо вращающегося барабана может быть использован элеватор, соединенный рекуператором с системой циркуляции теплоносителя. Учитывая низкую теплопроводность шлака и то, что после двух ступеней охлаждения из-за низкой теплопроводности шлак остается еще достаточно нагретым, для отбора тепла и охлаждения шлака предложена третья ступень теплообменного аппарата, роль которой выполняет кольцевая разгрузочная течка. В течке шлак пересыпается по полкам, размещенным в шахматном порядке на внешней и внутренней обечайках кольцевой течки, навстречу движению шлака просасывается поток воздуха, охлаждает шлак, нагревается и поступает в рекуператор 16 третьей ступени утилизации тепла.
Предложенная компоновка основных устройств установки в виде нескольких ступеней теплообменных аппаратов позволяет за счет последовательного охлаждения получить непосредственно из расплава не только готовый шлаковый продукт, сформированный по структуре и крупности, охлажденный до температуры, пригодной для дальнейшей переработки и использования, но и отобрать и утилизировать тепло с различными энергетическими характеристиками.
Список использованных источников
1. Патент SU №1528755, кл. С04В 5/00, 1985.
2. Патент RU №2044712, кл. С04В 5/02, 1992.