БАРБОТАЖНАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ

Полезная модель относится к конструкции барботажных плавильных печей для непрерывного приготовления гомогенизированных расплавов природных или техногенных силикатосодержащих материалов для их дальнейшей также непрерывной переработки преимущественно в волокнистые изделия, в частности в стеклянную, минеральную или шлаковую вату.
Типовой способ приготовления расплава силикатосодержащего сырья в барботажных плавильных печах предусматривает его дробление на куски, максимальный размер которых не превышает размеры загрузочного отверстия в своде или передней стенке печи, смешивание, при необходимости, измельченного сырья с присадками, загрузку полученной шихты в печь, предварительное плавление шихты в барботажном режиме теплом продуктов сгорания газообразного топлива, которые образуются при работе погружных горелок, гомогенизацию полученного расплава и доведение его до температуры и вязкости, которые достаточны для формирования нужного целевого продукта.
Периодический процесс такого типа можно осуществить в оснащенной погружными горелками однокамерной барботажной плавильной печи, например, для получения гранулированного стекла или шлака (см. «Химическая технология», №4, 1976 г., с.3-5). Действительно, в таких печах каждую очередную порцию шихты нагревают до полного расплавления, полученный расплав перегревают до вязкости, которая - после отключения погружных горелок - достаточна для удаления из него большей части газообразных продуктов сгорания, а потом порцию гомогенизированного расплава перерабатывают в нужный продукт и цикл повторяют.
Однако ради стабильности качества волокнистых целевых продуктов средства их формирования целесообразно эксплуатировать непрерывно. Соответственно, существует потребность в согласовании процессов непрерывной загрузки и предварительного расплавления шихты и гомогенизации расплава с его также непрерывным отбором на формование продукта.
Для этого нужно конструктивно отделить зону предварительного расплавления шихты от зоны гомогенизации полученного расплава и его удаления из печи на дальнейшую переработку таким образом, чтобы можно было гарантировать отсутствие в отбираемом расплаве нерасплавленных частичек шихтовых материалов.
Известна попытка такого отделения (см. авторское свидетельство SU 501258, выданное на «Агрегат для получения силикатного расплава»). Барботажная печь такого типа имеет:
первый отсек в виде полого охлаждаемого корпуса, оснащенный загрузочным окном, донными погружными газовыми горелками и расположенной в средней части выше этих горелок также охлаждаемой вертикальной перегородкой, у которой верхняя кромка находится по меньшей мере на уровне нижней кромки загрузочного окна и которая отчасти разделяет объем корпуса на плавильную и гомогенизационную камеры;
футерованый внутри огнеупорным материалом дымоход (в оригинале «шахта») для отвода отработанных продуктов сгорания в атмосферу, и
футерованый внутри огнеупорным материалом второй отсек, служащий успокоительным каналом, оснащенный сверху по меньшей мере одной дополнительной газовой горелкой и донным выпускным отверстием и имеющий общее с дымоходом дно, расположенное существенно выше дна первого отсека, но ниже верхней кромки вертикальной перегородки.
Оба отсека подключены к указанному дымоходу.
Как видно на чертеже к SU 501258, вертикальная перегородка не обеспечивает надежное разделение плавильной и гомогенизационной камер, ибо не исключает переток расплава под напором продуктов сгорания как под ее нижней кромкой, так и над ее верхней кромкой. Из-за такого перетока довольно большие нерасплавленные частицы шихты нередко попадают в успокоительный канал, где блокируют выпускное отверстие. Мало того, расположение выпускного отверстия в дне успокоительного канала и дополнительной газовой горелки практически над этим отверстием (см. снова упомянутый чертеж) существенно ограничивает возможность расплавления даже небольших твердых частичек шихты в отбираемом расплаве.
Последний недостаток устранен в конструкции барботажной плавильной печи согласно US 7,273,583. Эта печь-прототип для приготовления гомогенизированных расплавов силикатосодержащих материалов (см. фиг.4 к указанному патенту) имеет полый корпус, разделенный двухстенной вертикальной перегородкой на последовательно расположенные отсеки, сообщающиеся сквозь щелевидное придонное отверстие в этой перегородке. Первый охлаждаемый и оснащенный по меньшей мере одним окном для загрузки сверху сыпучей шихты и по меньшей мере одной донной погружной газовой горелкой отсек имеет отверстие для подключения к дымоходу и в большей части своего объема служит плавильной ванной. Второй отсек предназначен для гомогенизации расплава, футерован внутри огнеупорным материалом и оснащен (в частности, в своде) по меньшей мере одной дополнительной газовой горелкой и имеет по меньшей мере одно отверстие для подключения к дымоходу и по меньшей мере одно отверстие для выпуска гомогенизированного расплава. Переливная кромка этого отверстия поднята над дном второго отсека, что создает условия для довольно продолжительной обработки расплава пламенем дополнительной газовой горелки и существенно уменьшает вероятность блокирования выпуска гомогенизированного расплава нерасплавленными частицами шихты.
Однако практически одинаковый уровень дна плавильной ванны и ванны гомогенизируемого расплава (см. снова фиг.4 к указанному патенту), создает условия для выравнивания уровня расплава в обеих ваннах. Это практически исключает прогрев на всю глубину непрозрачного для инфракрасного излучения толстого слоя расплава, который нуждается в гомогенизации, пламенем даже от многих дополнительных горелок, хотя известно, что для надежного непрерывного формования волокнистых силикатосодержащих материалов желательно иметь равномерно нагретый расплав.
В основу полезной модели положена задача усовершенствованием конструкции барботажной плавильной печи создать условия для выравнивания температурного поля в расплаве, который непрерывно отбирается на формование целевого продукта.
Задача решена тем, что в барботажной плавильной печи для непрерывного приготовления гомогенизированных расплавов силикатосодержащих материалов, имеющей полый корпус, разделенный перегородкой на последовательно расположенные и сообщающиеся сквозь щелевидное придонное отверстие в этой перегородке отсеки, из которых первый охлаждаемый и оснащенный по меньшей мере одним окном для загрузки сверху сыпучей шихты и по меньшей мере одной донной погружной газовой горелкой отсек имеет отверстие для подключения к дымоходу и в большей части своего объема служит плавильной ванной, а второй отсек предназначен для гомогенизации расплава, футерован внутри огнеупорным материалом, оснащен по меньшей мере одной дополнительной газовой горелкой и имеет по меньшей мере одно отверстие для подключения к дымоходу и по меньшей мере одно выпускное отверстие, переливная кромка которого поднята над дном этого отсека, согласно изобретательскому замыслу второй отсек имеет промежуточную подпорную стенку, верхняя кромка которой расположена выше верхней кромки придонного отверстия в указанной перегородке и которая разделяет этот второй отсек на относительно короткую успокоительную форкамеру, расположенную вслед за перегородкой, и относительно длинную камеру гомогенизации, при этом указанные первый отсек, придонное отверстие и форкамера имеют общее практически горизонтальное дно, а дно камеры гомогенизации во втором отсеке поднято над уровнем упомянутого общего дна.
В такой конструкции глубина гомогенизационной ванны существенно меньше глубины плавильной ванны, что способствует выравниванию температурного поля во всей массе расплава, непрерывно отбираемого на формование целевого продукта. Мало того, успокоение расплава в форкамере второго отсека способствует выравниванию возможных непродолжительных расхождений между расходом загружаемой шихты и расходом расплава на переработку в желаемый целевой продукт.
Дополнительное отличие состоит в том, что подпорная стенка по меньшей мере частично выполнена как сменный брус из плотного огнеупорного материала. Это увеличивает срок его эксплуатации и упрощает замену после износа во время ремонтных работ.
Далее суть полезной модели поясняется детальным описанием конструкции и работы предложенной барботажной плавильной печи со ссылками на приложенный чертеж, где эта печь схематично изображена в продольном разрезе вертикальной плоскостью.
Барботажная плавильная печь для непрерывного приготовления гомогенизированных расплавов силикатосодержащих материалов имеет полый корпус 1, разделенный преимущественно вертикальной перегородкой 2 на последовательно расположенные и сообщающиеся сквозь щелевидное придонное отверстие 3 в перегородке 2 первый отсек 4 и второй отсек 5.
Первый отсек 4, который в большей части своего объема служит плавильной ванной, имеет не обозначенный особо охлаждаемый (обычно водой) стальной корпус с внутренними шипами для удержания технологической обмазки перед пуском печи и гарнисажа во время кампании печи, по меньшей мере одно окно 6 для загрузки сверху сыпучей шихты, по меньшей мере одну донную погружную газовую горелку (а обычно несколько таких горелок) 7 и также не обозначенное особо отверстие для подключения к дымоходу 8.
Второй отсек 5 предназначен для гомогенизации расплава. Он футерован внутри пригодным огнеупорным материалом (например, бакором), оснащен в своде или в боковой стенке по меньшей мере одной дополнительной газовой горелкой (а преимущественно несколькими такими горелками) 9 и имеет по меньшей мере не обозначенное особо одно отверстие для подключения к дымоходу 8 и по меньшей мере одно отверстие 10 для выпуска гомогенизированного расплава, переливная кромка которого поднята над дном этого отсека 5.
Кроме того, второй отсек 5 имеет промежуточную подпорную стенку 11, верхняя кромка которой расположенная выше верхней кромки придонного отверстия 3 в перегородке 2 и которая разделяет этот отсек 5 на относительно короткую успокоительную форкамеру 12, расположенную вслед за перегородкой 2, и относительно длинную камеру 13 гомогенизации. Первый отсек 4, придонное отверстие 3 и форкамера 12 имеют не обозначенное особо общее практически горизонтальное дно, над которым поднято также не обозначенное особо дно камеры 13 гомогенизации во втором отсеке 5. Подпорная стенка 11 по меньшей мере частично выполнена как сменный брус из плотного огнеупорного материала (например, на основе муллита).
Дымоход 8 в части, которая стыкуется с корпусом первого отсека 4, также выполнен охлаждаемым, а в части, сообщающейся со вторым отсеком 5, имеет огнеупорную футеровку (например, из классического шамота).
Описанная барботажная плавильная печь работает таким образом.
Перед запуском на внутреннюю поверхность корпуса 1 (за исключением погружных горелок 7) наносят защитный слой огнеупорной обмазки, высушивают его, затем включают охлаждение стенок корпуса 1 и погружные 7 и дополнительные 9 горелки и сквозь окно 6 непрерывно загружают сыпучую шихту на основе выбранного силикатосодержащего материала.
Эта шихта вследствие интенсивного теплообмена с продуктами сгорания газового топлива превращается в расплав, незначительная часть которого замещает упомянутую обмазку и оседает на стенках корпуса 1 как гарнисаж, а большая часть после обработки в условиях барботажа самотеком поступает сквозь щелевидное придонное отверстие 3 в перегородке 2 в успокоительную форкамеру 12, накапливается в ней до уровня верхней кромки подпорной стенки 11 и перетекает в камеру 13 гомогенизации. В ней газовые горелки 9 дополнительно нагревают расплав и, в случаях попадания в камеру 13 нерасплавленных частичек шихты, расплавляют их и обеспечивают практически равномерное температурное поле в относительно тонком слое расплава. Когда его уровень достигнет верхней кромки отверстия (или отверстий) 10, начинается отбор гомогенизированного расплава на переработку в избранный волокнистый целевой продукт. Во время такого отбора расход загружаемой шихты и расплава поддерживают на практически одинаковом уровне.
Отработанные продукты сгорания сквозь соответствующие отверстия выходят из отсеков 4 и 5 сквозь дымоход 8 в атмосферу.
Предложенную печь можно изготовлять серийно с использованием доступных на рынке материалов в разных вариантах, рассчитанных на непрерывное производство волокнистых материалов из разнообразного природного или техногенного силикатосодержащего сырья.