СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ШЛАКОВЫХ НАСТЫЛЕЙ В ШАХТНЫХ ПЕЧАХ
DESTRUCTION METHOD OF SLAG SCAFFOLDS IN SHAFT FURNACES

Способ относится к металлургии, а именно к производству жидкого расплава в плавильных агрегатах шахтного типа (чугунолитейные и минераловатные вагранки, шахтные печи цветной металлургии и др.)
Целью изобретения является снижение затрат на обслуживание шахтных печей путем разрушения шлаковых настылей, образующихся при нагреве исходных компонентов в верхней части шахты печи.
При работе плавильных печей вследствие последовательного расплавления компонентов шихты восходящим газовым потоком и охлаждающего действия стен происходит образование шлакового гарнисажа (настылей), наличие которого уменьшает внутреннее сечение печи и снижает производительность агрегата.
Известен способ удаления шлаковых настылей с боковых поверхностей при помощи простых механических приспособлений (В.И.Смирнов. Шахтная плавка в металлургии цветных металлов. Свердловск: ГНТИ, 1955, с.424-427). Он отличается простотой реализации. Однако значительный объем ручного труда, затруднения, возникающие при удалении настылей в труднодоступных местах, снижают эффективность очистки внутренней поверхности рабочего пространства плавильных печей.
Существующие способы удаления настылей в высокотемпературных шлаковых массивах с использованием взрывчатых веществ (Удаление взрывным способом высокотемпературных настылей в металлургических агрегатах. Бершак В.И., Двоскин Е.М., Щурчков В.П., Бочкарев Л.М., Тюменцев В.Г., Гагаринский В.П., Аранович В.Л. - Цветная металлургия, 1984, №3, с.73-74) характеризуются сложностью реализации (Требуется специальное разрешение на использование, спецсредства для доставки, хранения и т.д.). При этом конструкция печи испытывает дополнительное механическое воздействие от взрывной волны, что снижает срок ее эксплуатации.
6
Группа способов, позволяющих уменьшить процесс настылеобразования в рабочем пространстве металлургических агрегатов, предполагает использование дополнительных источников тепла в виде химической теплоты топлива, сжигаемого в непосредственной близи от шлаковых образований (Способ удаления настылей в металлургических печах. Интыкбаев A.M., Багаев И.С., Гасуха Н.А. Усть-Каменогорский свинц.-цинк. комб. им. В.И.Ленина. А.с.  СССР 1084575, заяв. 14.12.82 №3521295/22-02, опубл. В БИ 1984, №13, МКИ F27D 1/16) или применение специальных реагентов в виде высокотемпературных расплавов (Способ удаления настыли в поворотных медерафинировочных печах и передаточных технологических ковшах: Пат 2118387 Россия, МПК C22B 15/14/ Ерошевич С.Ю., Никольский А.А., Лазарев В.И., Кучеренко Е.А., Макарова Т.А., Кручинин А.А., Макаров Д.Ф., Бабаков В.И., Старостин С.Н.: АО Норил. горно-металург. комб. - №97115601/02. Заявл. 22.09.97. Опубл. В БИ 27.08.98, №24).
Эти способы требуют дополнительного расхода топлива, времени для оплавления настылей, что снижает производительность основного агрегата, а также увеличивают объемы вредных выбросов в атмосферу. Их использование существенно увеличивает затраты на производство, снижая его эффективность.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению является удаления настылей в высокотемпературных шлаковых массивах с использованием взрывчатых веществ (Удаление взрывным способом высокотемпературных настылей в металлургических агрегатах. Бершак В.И., Двоскин Е.М., Щурчков В.П., Бочкарев Л.М., Тюменцев В.Г., Гагаринский В.П., Аранович В.Л. - Цветная металлургия, 1984, №3, с.73-74), который принят в качестве прототипа. Способ характеризуется сложностью реализации: требуется специальное разрешение на использование спецсредства для доставки, хранения и т.д. При этом конструкция печи испытывает дополнительное механическое воздействие от взрывной волны, что снижает срок ее эксплуатации.
Анализ описанных выше аналогов и прототипа выявил, что ни в одном из них не достигается желаемый результат - создание более простого экономичного способа удаления настылей в шахтных печах без увеличения объемов вредных выбросов в атмосферу.
Авторами изобретения по настоящей заявке способ разрушения шлаковых настылей в шахтных печах с достижением указанного технического результата создан.
3
Сущность изобретения заключается в том, что на настыли воздействуют акустическим полем, создаваемым подачей потока акустических колебаний в спутный поток воздушного дутья, подаваемого через фурмы в рабочее пространство нижней части печи, с обеспечением распределения акустического поля непосредственно в слое, причем акустическое поле создают звуковой мощностью 0,1-0,6 Вт/м и частотой колебаний, устанавливаемой в зависимости от толщины образовавшихся настылей в диапазоне 100-1000 Гц.
Формируемое акустическое поле непосредственно в рабочем пространстве шахтных печей создает условия для периодического механического воздействия на спеченные частицы слоя с определенной амплитудой, что приводит к разрушению их агломератов. Акустическое поле создается с помощью акустических излучателей газоструйного принципа действия, устанавливаемых в нижней части печи в соответствии с распределением настылей. Для этого на специальном патрубке, установленном на воздушной фурме в спутный поток воздушного дутья, подается поток акустических колебаний заданной звуковой мощности. Выходя из фурмы, акустическое поле распределяется непосредственно в слое, обеспечивая воздействие на образовавшиеся настыли. При этом большая часть его энергии используется в рабочем пространстве печи без потерь в окружающей среде.
В табл.1 приведен характер распределения объема спеченных частиц шихты в зависимости от размеров рабочего пространства плавильного агрегата.
Таблица 1
Средний объем настылей в зависимости от объема печи
Объем рабочего пространства, м<sup>3</sup>
2,5
4,5
12,5
36
54
Объем настылей, м<sup>3</sup>
0,56
0,75
1,25
3,0
4,2
Из приведенных данных видно, что объем настылей в значительной степени зависит от объема рабочего пространства печи. Поэтому мощность формируемого акустического поля должна выбираться в зависимости от производительности и размеров агрегата. Чем больше объем его рабочего пространства, тем выше должна быть звуковая мощность акустического поля, способного разрушить шлаковые образования. Кроме того, чем больше толщина настылей, тем меньше должна быть частота колебаний для обеспечения резонансных условий между внешними периодическими колебаниями и разрушаемыми спеками.
Эффективность разрушения шлаковых образований достигается при частоте колебаний 100…1000 Гц. При этом работа акустических излучателей в диапазоне частот ниже 100 Гц характеризуется низким КПД и требует значительного расхода компрессорного воздуха. Повышенный расход дополнительного воздуха, подаваемого в шахту печи, ухудшает условия горения кокса в слое, теплообмена и работу газоотводящего тракта. При частоте колебаний выше 1000 Гц не достигается резонанс с настылями и процесс их разрушения не происходит.
3
3
Мощность звукового поля, формируемого в рабочем пространстве шахтной печи должна находиться в пределах 0,1…0,6 Вт/м. Превышение максимального уровня используемой звуковой мощности снижает эффективность разрушения настылей за счет распределения подводимой резонансной мощности на весь слой. Снижение уровня звуковой мощности ниже 0,1 Вт/м не обеспечивает необходимого усилия для разрушения настылей на внутренней поверхности рабочего пространства шахтных печей (табл.2), вызывая увеличение затрат на их дополнительное удаление.
Используемое изобретение создает условия для постоянного разрушения образующихся шлаковых спеков в верхней части шахтной печи, что увеличивает производительность агрегата на 10…15%.
Таблица 2
Примеры осуществления предлагаемого способа
№ примеров
Звуковая мощность акустического излучения, Вт/м<sup>3</sup>
Частота излучения, Гц
Количество дополнительных взрывов для удаления настылей, шт./месяц
1
0,1
50
12
2
0,1
1000
10
3
0,3
100
9
4
0,3
1000
5
5
0,6
100
5
6
0,6
1000
2
7
0,6
1100
10
8
0,8
1100
14
9 прототип
-
-
22