УСТАНОВКА С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧЬЮ ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛЕЙ С ОТСЕВОМ И СБОРОМ ШЛАКОВ
INSTALLATION WITH ROTARY KILN FOR ALUMINIUM MELTING EXCLUDING USAGE OF SLATS WITH SCREENING AND SLAG COLLECTION

Предметом данного изобретения является модульная установка для плавления металлических материалов, в особенности алюминиевого лома, в состав которой входят вращающаяся печь, характеризующаяся отсутствием солевой ванны и непосредственным вливанием расплавленного металла в сферический резервуар, оборудование для отсева и сбора образующегося в результате плавки шлака и система очистки.
Как известно, плавление алюминиевого лома для изготовления чушек, используемых в производстве сплавов, а также переплавку этих алюминиевых чушек осуществляют во вращающихся печах, также называемых солевыми печами, в которых морскую соль (как правило, смешанную с карбонатом натрия, селитрой и желтым цианидом калия) подвергают плавлению за счет тепла, вырабатываемого печью.
Соль является хорошим накопителем и носителем тепла, и ее использование в качестве покрывающего вещества для предотвращения окисления расплавляемого металла оказывается полезным. При температуре, достигающей почти 1000°С, она реагирует, поглощая шлак, образуемый в процессе плавления алюминиевого лома. Главным недостатком подобных печей является выработка значительного количества отходов, которые создаются преимущественно солевыми продуктами, смешанными со шлаками, образуемыми в процессе плавления алюминиевого лома. В связи с этим возникает ряд проблем, связанных с утилизацией образовавшихся отходов: их вторичное использование не всегда оказывается возможным и целесообразным с экономической точки зрения, так как оно заметно сказывается на конечной цене алюминиевой чушки.
Основная задача изобретения состоит в исключении недостатков, присущих ранее существовавшим установкам, которая достигается, в основном, за счет вращающейся печи для плавления первичного и вторичного алюминия, в которой плавление алюминия производят без необходимости применения солевой ванны.
Другая задача настоящего изобретения состоит в разработке вращающейся печи для плавления первичного и вторичного алюминия в соответствии с вышеуказанными целями, в которой предусмотрена прямая непрерывная разливка расплавленного металла в сферический резервуар без прерывания процесса плавления, что оптимизирует использование топлива, рабочей силы, солевых материалов, а также повышает безопасность производства.
Следующая задача изобретения состоит в разработке установки для плавления алюминия в соответствии с вышеуказанными целями, в которую непосредственно интегрирована система автоматического и непрерывного отсева и сбора шлаков, образующихся в процессе плавления, без необходимости отдельного проведения дополнительной обработки, что обеспечивает преимущества, связанные с затратами на утилизацию и переработку шлаков.
Кроме того, задача настоящего изобретения состоит в создании установки для плавления алюминия, предусматривающей изготовление чушек для литейного производства в соответствии с вышеуказанными целями, имеющей полностью модульную структуру, отдельные узлы которой, установленные на направляющих, могут быть отделены друг от друга, что облегчает их установку и сборку, а также техническое обслуживание и замену изношенных частей.
Другая задача изобретения состоит в создании установки для плавления алюминия, предусматривающей изготовление чушек для литейного производства в соответствии с вышеуказанными целями, снабженной системой очистки, обеспечивающей снижение расхода тепловой энергии в плавильной печи и одновременно очищающей газы от тяжелых загрязнителей до их поступления в дымовые трубы, что способствует значительному повышению качества воздуха, вдыхаемого обслуживающим персоналом, по сравнению с установками, известными из предшествующего уровня техники.
Последующее изложение характеристик и преимуществ изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами, которые приводятся исключительно в качестве иллюстраций и не носят ограничительного характера.
На Фиг.1 представлен в трехмерном изображении общий вид плавильной установки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.2 общий вид плавильной установки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, представлен в перспективном сечении.
На Фиг.3 общий вид плавильной установки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, представлен в продольном сечении.
На Фиг.4 схематично представлена боковая проекция участка спиралевидного элемента с выполненными на нем каналами.
На Фиг.5 представлено в боковом продольном изображении оборудование для обработки шлаков с устройством, позволяющим выполнение очистки, и направляющими, обеспечивающими движение.
На Фиг.6 схематично представлен общий вид некоторых составляющих установки, главным образом - резервуара для расплавленного металла и системы очистки.
Согласно чертежам печь, в которой производят плавление первичного и вторичного алюминия (лома), включает цилиндрический полый корпус (1) круглого сечения, изготовленный из огнеупорного материала, устойчивого к температурным нагрузкам, где один конец корпуса (1) замыкается каналом (2), используемым для загрузки металлического лома, на другом конце расположено окно подачи пламени для нагрева лома, и внизу - отверстие (4) для отекания расплава, как показано на чертежах, выполненное в форме плоской щели.
Внутренний диаметр корпуса (1) постоянно изменяется вдоль его продольной оси, что создает отрицательный наклон относительно горизонтальной линии, проведенной от конца, на котором расположен загрузочный канал (2), до конца, на котором находится отверстие (4) для стекания расплавленного металла. Разница в высоте (наклон) между двумя концами корпуса по сравнению с горизонтальной линией составляет 2 сантиметра на каждый линейный метр длины печи.
Печь охватывается металлической конструкцией и удерживается в горизонтальном положении металлическими поперечинами (5), расположенными и скользящими на направляющих (6), которые монтируются на металлических опорах (7). Как с правого, так и с левого конца корпуса (1) предусмотрены отверстия (8) и (9) для очистки газов, которые объединяются в единый вытяжной канал (10). На внутренней поверхности стенки корпуса (1) вдоль всей его длины проходит спиралевидный элемент (11), витки которого в предпочтительном и изображенном на чертежах исполнении имеют цилиндрическую форму, круглое сечение и постоянный диаметр, и изготовлены из огнеупорного материала, устойчивого как к температурным, так и к механическим нагрузкам, вызванным действием расплавляемого лома. На витках спиралевидного элемента (11) и с нижней стороны, примыкающей к стенке корпуса (1), предусмотрены множественные галереи или каналы (12) предпочтительно полукруглого сечения.
Наливной канал (13), выполненный с необходимым наклоном и размещенный внутри изолированной камеры (14), снабженной окном (15), располагают между отверстием (4) и сферическим резервуаром (16), находящимся в колодце на более низкой плоскости. Резервуар (16) достаточно подробно описан и заявлен в патентной публикации WO 02/39044 изобретения, поданного тем же заявителем. Вращающееся соединение (17) имеет форму, отличную от описанной в вышеупомянутом патенте, с тем, чтобы обеспечить непрерывность наклона относительно наливного канала (13).
Ниже приведены основные характеристики предпочтительного варианта осуществления вращающейся печи для плавления первичного и вторичного алюминия:
Наружный диаметр: 500 сантиметров
Внутренний диаметр: 320 сантиметров
Толщина огнеупорного цемента: 90 сантиметров
Длина цилиндра: 1200 сантиметров
Наклон для налива: 24 сантиметра
Диапазон рабочих температур: 750-800°С
Питающие материалы: метан, нефть
Потребление тепла: 758 ккал/час на килограмм вырабатываемого жидкого алюминия
Печь постоянно поддерживают в состоянии медленного вращения (со скоростью от одного до четырех оборотов в минуту) вокруг главной оси с помощью редукторного двигателя.
Если предпочтительным является плавление вторичного алюминия, сначала производят отбор и смешивание различных типов алюминиевого лома, чтобы максимально приблизить химический состав смеси к химическому составу требуемого сплава. Затем алюминиевый лом подают через загрузочный канал (2) во вращающуюся печь, при этом не прибегают к добавлению хлорида натрия, обычно используемого для покрытия металла в целях его защиты от окисления.
Благодаря вращению печи и особой форме ее внутренней поверхности обеспечивают механическое смешивание лома в процессе плавления с одновременным воздействием, оказываемым на материал со стороны стенок печи. Металл постепенно плавится, и жидкий алюминий начинает вращаться в том же направлении, что и печь, всегда располагаясь в нижней части печи, поскольку сила тяжести оказывается больше, чем сила вращения. Кроме того, благодаря тому что вращающее движение сочетается с внутренним наклоном печи, обеспечивают непрерывное стекание жидкого металла к выпускному отверстию (4), находящемуся в самой нижней точке, при этом расплав протекает через небольшие каналы (12), расположенные поперечно по отношению к виткам спирали корпуса (1).
Расплав защищен от окисления воздухом благодаря тому, что он находится внизу и не подвергается прямому влиянию потока теплых газов (направленного горизонтально и проходящего в верхней части печи), а также непрерывно стекает в резервуар (16) для хранения расплавленного металла через наливной канал (13). Шлаки оставляют в верхней части и удерживают посредством спиралевидного элемента (11); как только весь алюминий оказывается расплавленным и размещенным в сферическом резервуаре, шлаки выводят в месте, примыкающем к загрузочному каналу, через канал, снабженный улиткой, что завершает процесс плавления.
Шлаки, выведенные в канал и проталкиваемые спиралью, достигают модуля отсева, куда они попадают с конца (18). Модуль отсева состоит из трех полых металлических цилиндров, коаксиально вставленных друг в друга и открытых с левого конца; его удерживают в горизонтальном положении с помощью штанг (19) и металлических поперечин (20), которые располагаются и скользят на направляющих (21), соединенных с металлическими опорами (22); при этом между поперечинами (20) и направляющими (21) находятся приводные салазки.
На поверхности цилиндров (24) и (25) выполнены отверстия: большего диаметра на первом цилиндре (24) и меньшего диаметра на втором цилиндре (25), благодаря чему производят слив шлаков различных габаритов. Вся конструкция, состоящая из трех цилиндров, медленно вращается вокруг своей продольной оси, что обеспечивает перемешивание шлаков по мере их продвижения вдоль цилиндров под действием улитки. Шлаки пропускают от первого цилиндра (24) к последнему (26) и подвергают отсеиванию в соответствии с их массой и размерами. Фактически в первом цилиндре (24) наименьшего диаметра находятся шлаки, образуемые преимущественно частицами железа, стали, меди, т.е. материалами, которые практически не проходят процесс плавления; во втором цилиндре (25) находятся шлаки оксида алюминия, а в третьем цилиндре (26) собираются, в основном, частицы пыли. Показательным является то обстоятельство, что шлаки, протекающие через цилиндры, подвергают как отсеву, так и охлаждению. Обработанные таким образом шлаки выводят из концов цилиндров и подают в каналы (27), (28) и (29), каждый из которых расположен под соответствующим цилиндром, откуда их (при температуре, близкой к температуре окружающей среды) проталкивают посредством системы улиток в приемные коробы. Все выхлопные газы, образующиеся в модуле отсева и сбора шлаков, отводят по системе каналов в камеру (30), таким образом, эти газы не попадают в окружающую среду.
Принципиальное значение имеет то, что модуль отсева и сбора шлаков выполнен в виде объединения отдельных блоков, расположенных на направляющих (31), что делает возможным их открытие для осмотров и технического обслуживания.
Несмотря на то что на чертежах этого не видно, плавильная печь также имеет модульную структуру, располагается на салазках, перемещающихся на направляющих, что делает возможным ее открытие.
Кроме того, значительную новизну представляет собой система очистки, представленная двумя отдельными каналами. Теплые газы, образуемые в плавильной печи и имеющие температуру до 300°С, выводят через трубопровод (32) в подземный колодец, доступ в который открывается через смотровое окно (34). Газы выходят из плавильной печи исключительно в связи с одновременным действием кинетической энергии (которая возникает из нагрева этих газов), расширения, испытываемого ими при достижении колодца (33), падения давления, производимого дымовой трубой (35), и тяговой силы, создаваемой потоком воздуха, который на высокой скорости выходит из конца (36) трубопровода (37). В колодце (33) теплые газы, расширяясь, теряют температуру, здесь же происходит первое осаждение наиболее тяжелых частиц присутствующих в газах загрязнений.
Все остальные газы, которые выходят из модулей, имея более низкую температуру, выводятся в трубопровод (37) вытяжными устройствами, следуя далее по подземному трубопроводу (38) до дымовой трубы (35), снабженной различными устройствами очистки газов от примесей, представляющих опасность для окружающей среды, в соответствии с действующим законодательством.
Как трубопровод (32), так и трубопровод (37) снабжены регулирующим клапаном (39), предназначенным для автоматического прохождения газов. Помимо вышеупомянутых преимуществ описываемая система способствует сохранению энергии в плавильной печи, так как присутствующие в ней газы выводятся естественным образом и только в том количестве, которое является необходимым для осуществления процесса горения, что исключает потребность в дополнительном количестве тепла для избыточного выведения газов.
Из приведенных выше описаний и иллюстраций явно следует, что данное устройство полностью соответствует заявленному объему изобретения. Размеры и формы могут быть изменены в соответствии с конкретными потребностями использования.