Конструкция и тепловая работа отражательной печи для электроплавки медных руд и концентратов

     Конструкция и тепловая работа отражательной печи для электроплавки  медных руд и концентратов 

     Отражательные печи работают в основном на газовом, реже газомазутном и крайне редко  на пылеугольном топливе. Для интенсификации процессов горения топлива на некоторых предприятиях используют дутье, обогащенное кислородом. Для большинства печей применяют торцевую подачу топлива, на ряде агрегатов торцевую подачу комбинируют со сводовым отоплением. При торцевом отоплении обычно используют комбинированные газомазутные горелки, производительность которых по природному газу составляет 1100-1600 м3/ч, по мазуту - до 300 кг/ч. Основное назначение мазута - повышение степени черноты газового факела. В тех случаях, когда нет необходимости в интенсификации внешнего теплообмена в рабочем пространстве отражательной печи, горелки такого типа успешно работают на одном природном газе.

     В зависимости от производительности агрегата на печи устанавливают от 4 до 6 горелок. Такое же число горелок  устанавливают на печи и при пылеугольном отоплении. Пылеугольные горелки типа «труба в трубе» работают с коэффициентом расхода воздуха порядка 1,1-1,2и обеспечивают хорошее перемешивание топливовоздушной смеси.

     При комбинированном отоплении отражательных  печей на своде печи могут быть установлены плоскопламенные радиационные горелки типа ГР, работающие на природном газе с использованием холодного и подогретого до 400 °С воздуха.

     Основными элементами отражательной печи (рисунок 1) являются: фундамент, под, стены и свод, которые в совокупности образуют рабочее пространство печи; устройства для подачи шихты, выпуска продуктов плавки и сжигания топлива; система отвода дымовых и технологических газов, боров и дымовая труба. Фундамент печи представляет собой массивную бетонную плиту толщиной 2,5-4 м, верхняя часть которой выполнена из жаропрочного бетона. В фундаменте обычно имеются вентиляционные каналы и смотровые проходы. Рабочее пространство является основной частью печи, так как в нем протекает технологический процесс и развиваются высокие температуры (1500-1650 °С). Подина (лещадь) выполняется в виде обратного свода, толщиной 1,0-1,5 м. Для кислых шлаков в качестве огнеупорных материалов при кладке пода и стен печи используют динас, для основных шлаков - хромомагнезит. Толщина стен на уровне ванны 1,0-1,5 м, над ванной -0,5-0,6 м. Для теплоизоляции стен обычно используют легковесный шамот. Расстояние между боковыми стенами (ширина печи) в зависимости от конструкции агрегата изменяется в пределах 7-11 м, между торцевыми стенами (длина печи) 28-40 м.

     Свод печи является наиболее ответственным элементом ее конструкции, так как о стойкости зависит продолжительность кампании печи. Свод имеет толщину 380-460 мм и выкладывается из специального магнезитохромитового и периклазошпинелидного кирпича. Как правило, используют распорноподвесные и подвесные своды. У боковых стен свод опирается на стальные пятовые балки. Для компенсации распирающих усилий создаваемых ванной расплава и сводом, стены печи заключены в каркас, состоящий из стоек, расположенных через 1,5-2 м вдоль стен, скрепленных продольными и поперечными тягами. На концах тяги оснащены пружинами и гайками, которые позволяют компенсировать температурные расширения кладки.

     Для загрузки шихты используют специальные отверстия, расположенные в своде через каждые 1,0-1,2 м вдоль боковых стен печи, в которых установлены воронки с патрубками диаметром 200-250 мм. К загрузочным воронкам шихта подается ленточными или скребковыми транспортерами. В некоторых случаях загрузка шихты производится с помощью шнековых питателей или забрасывателей через окна в боковых стенах печи. Загрузочные отверстия имеются по всей длине печи, но шихта подается, как правило, только в плавильную зону.

     Конвертерный  шлак заливается в печь через окно в торцевой стенке, расположенное  над горелками. Иногда для этого используют специальные отверстия в своде или окна в боковых стенах, расположенные вблизи от передней торцевой стенки печи. Для выпуска штейна применяют сифонные или специальные разборные металлические шпуровые устройства с керамическими или графитовыми втулками. Устройства для выпуска штейна расположены в двух или трех местах вдоль боковой стенки печи. Шлак выпускается периодически по мере его накопления через специальные окна, расположенные в конце печи в боковой или торцевой стенке на высоте 0,8-1,0 м от поверхности пода.

     Отвод газов из рабочего пространства печи осуществляется через специальный  газоход (аптейк), наклоненный к горизонтальной плоскости под углом 7-15°. Наклоненный газоход переходит в боров, который служит для отвода продуктов сгорания топлива в котел-утилизатор или в дымовую трубу. Боров представляет собой горизонтально расположенный газоход прямоугольного сечения, внутренняя поверхность которого выложена из шамота, наружная - из красного кирпича.

     Для утилизации тепла отходящих газов в сборном борове отражательных печей устанавливают водотрубные котлы-утилизаторы, которые оборудованы специальными экранами, позволяющими эффективно бороться с заносом и ошлакованием рабочей поверхности котлов, содержащимися в газах пылью и каплями расплава. Для предотвращения сернокислотной коррозии металлических элементов температура газов на выходе из котла должна быть существенно выше 350 С. После котла-утилизатора устанавливают металлический петлевой рекуператор, позволяющий использовать тепло газов, выходящих из котла, для нагрева дутьевого воздуха.

     Основными достоинствами отражательной плавки являются: относительно небольшие требования к предварительной подготовке шихты (влажность, повышенное содержание мелких фракций и т. п.); высокая степень извлечения меди в штейн (96-98 %); незначительный унос пыли (1-1,5 %); повышенная производительность единичного агрегата, достигающая до 1200-1500 т в сутки по проплавляемой шихте, а также высокий коэффициент использования топлива в печи, который составляет в среднем около 40-45 %.

     К недостаткам процесса следует отнести  низкую степень десульфурации (получение  сравнительно бедных по меди штейнов) и большой удельный расход топлива, который составляет примерно 150-200 кг у. т. на тонну шихты. Значительное количество дымовых газов на выходе из печи ограничивает возможность их очистки и использования в сернокислотном производстве из за низкого содержания в них сернистого ангидрида. 

Плавка  железистых шихт 

     При плавке железистых шихт лучше подвесной или распорноподвесной свод из магнезита или хромомагнезита. Кирпич собирают в пакеты, скрепленные стальной арматурой, и подвешивают над ванной. Подобные элементы распорноподвесных сводов имеют дугообразную форму.

     Лещадь  под печи выкладывают из огнеупорного кирпича в виде обращенной арки. Раньше для этого применяли динас, поверх которого натрамбовывали и наваривали толстый слой кварцевого песка с небольшой примесью глины. Теперь лещадь стали выкладывать хромомагнезитовым кирпичом, набивать сверху магнезитом, а затем пропитывать при температуре около 1500° С жидким сильножелезистым шлаком. Окисляясь, шлак выделяет магнетит, уплотняющий поверхность пода. Толщина лещади достигает 1,5 м. 
 

Плавка  в отражательных  печах 
 

       Отражательные печи, чертеж одной  из которых показан на рис. имеют длину 3540 м, ширину до 11 ми высоту до 4,0 м. В зависимости от преобладания в шихте кислотных или основных окислов для сооружения печей применяют кислые или основные огнеупорные материалы. Правильный выбор. последних кислых для кислой, а основных для основной шихты удлиняет срок службы кампанию печи.

     Стены выкладывают из динасового или магнезитового  кирпича с наружной теплоизоляцией шамотом, толщина их вверху до 600 мм, внизу 1500 мм. Иногда в наиболее ответственные  участки кладки ставят кессонысварные стальные коробки, охлаждаемые проточной водой. Динасовые своды делают арочными: кирпичная кладка в виде арки опирается на балки, лежащие вдоль стен. Они хороши при плавке шихт с высоким содержанием ЗЮ2, но недостаточно стойки и трудны для ремонта.  

Отражательные печи 

     Для плавки применяют преимущественно  отражательные печи, обогреваемые мазутом, пылеуглем или природным газом, устройство их постоянно совершенствуется. В. связи со стойким постепенным  снижением стоимости электроэнергии все большее значение в металлургии меди приобретает электроплавка. Для руд некоторых месторождений еще выгодна издавна известная шахтная плавка, теперь ее стали применять и к концентратам. Сравнительное современное значение всех этих способов показано ниже, после их описания. 

Выплавка  штейна из концентратов 

     Концентраты плавят на штейн после обжига или  сырыми, последние теперь часто подсушивают  в барабанных или иных сушилках или иным способом пыль сбрасывается в бункер: Сухие электрофильтры могут работать при температурах до 450° С коэффициентом полезного действия 9899%. Подобные мокрые электрофильтры при температуре 3040° С улавливают из влажного газа особо тонкие возгоны и аэрозоли, они служат для газоочистки. После многоподовых обжиговых печей ставит электрофильтры, а после печей кипящего слоя циклоны и электрофильтры: пыль направляют на плавку вместе с огарком. 

Рабочие элементы 

     Рабочий элемент электрофильтра пара металлических  электродов: один с большой поверхностью осадительный, другой с малой коронирующий. Коронирующий электрод вертикально подвешенная проволока с грузом на конце или стальной пруток. Осадительный бывает в виде трубы (трубчатые электрофильтры) или пластин с двух сторон ряда проволок (пластинчатые электрофильтры). Запыленный газ движется между электродами вдоль проволок снизу вверх. Между электродами создается электрическое поле постоянного тока напряжением 3060 тыс. В, в котором газ ионизируется и возникает свечение корона. Встречаясь с ионами, частицы пыли заряжаются одноименно с коронирующим электродом и отталкиваются от него. Притягиваясь к пластинам или трубе, они теряют заряд и оседают. Периодическими ударами механических молотов 

Орошение  стенок 

     Орошение  стенок циклонов водой, когда это  удобно для переработки пыли, улучшает ее улавливание. Батарейные циклоны отличаются меньшим диаметром и групповым применением. Они лучше улавливают сравнительно мелкие частицы.

     Электрофильтры  по устройству сложнее и в эксплуатации дороже, но пригодны для улавливания  частиц тоньше 1 мкм, составляющих возгоны. 

Улавливание пыли 

     Помимо  улавливания пыли, требуется и  тщательная очистка от нее обжиговых  газов, соответственно различают пылеулавливание  и газоочистку. Пыль состоит из частиц разной крупности и плотности. При поперечнике более 10 мкм она оседает под действием собственной массы и снижения скорости газа в местных расширениях газохода или вследствие инерции у его поворотов. На этом основано действие редко применяемых теперь пылевых камер. Циклоны улавливают также только грубую пыль, но полнее, чем камеры. В этих цилиндрических пылеуловителях используют центробежную силу, которая возникает от тангенциальной подачи газа со скоростью 1520 мс. Спиральный поток его направлен сверху вниз, пыль оседает на стенках и собирается в нижней конической части. 

Технико-экономические  показатели 

     Технологический процесс в отражательной печи осуществляется за счет тепла, выделяемого  в пламени при горении топлива. Тепловая энергия поступает на поверхность  ванны и шихтовых откосов в  основном в виде потока тепла излучением от факела, свода и других элементов кладки (~90 %), а также конвекцией от раскаленных продуктов сгорания топлива (~10 %). Теплообмен излучением в плавильной зоне рабочего пространства печи.

      Сравнительные технико-экономические показатели некоторых видов плавки сульфидных медных концентратов