Конструкция и основные показатели работы

Устройство печи

Шахтные печи, применяемые для переработки одного и тем более разных видов сырья, могут существенно отличаться друг от друга профилем и размерами шахты, числом дутьевых устройств (фурм) и рядом других параметров. Однако для всех печей характерен единый принцип работы, что позволяет осуществлять компоновку агрегата из практически одинаковых конструктивных элементов, к которым относятся горн, шахта, колошник и шатер. В ряде случаев к печи может примыкать внешний обогреваемый отстойник (передний горн), используемый для разделения жидких продуктов плавки.

Конструкцию конкретного агрегата удобнее всего рассмотреть на примере широко распространенной в промышленности шахтной печи свинцовой плавки прямоугольной формы (рисунок 2).

Горн печи, повторяющий форму и размеры шахты на уровне фурм, сооружают из огнеупорного кирпича и устанавливают на массивном бетонном фундаменте. Изнутри горн футеруют хромомагнезитовым кирпичом, стойким по отношению к агрессивному воздействию расплавленной среды, для внешней кладки используют шамот. Снаружи горн заключен в сварной кож листовой стали. Сверху на стенки горна укладывают и приваривают к кожуху массивные металлические плиты, служащие осно­ванием для установки и крепления кессонов.

В условиях непрерывно работающей печи горн всегда заполнен расплавом. Внизу на лещади, выполненной в виде обратной арки, скапливается свинец, над которым располагаются штейн и шлак. Выпуск свинца организуется непрерывно через один или (для больших печей) два сифона, примыкающих к боковой стенке печи. Они представляют собой небольшую футерованную огнеупорным кирпичом камеру-копильник, соединенную с внутренним пространством горна специальным каналом. Шлак из печи выпускается периодически по мере накопления через специальные шпуровые отверстия в медных водоохлаждаемых кессонах, установленных в торцевой стенке горна. Для больших печей при получении легкоплавких, жидкотекучих шлаков может быть организован непрерывный сифонный выпуск.

Шахта печи состоит из кессонов, представляющих собой плоские металлические коробки шириной 0,6—0,9 м и высотой 1,5—6,0 м, охлаждаемые проточной водой. В последнее время кессоны в основном оборудуют системой испарительного охлаждения. Обычно устанавливают два ряда кессонов. Нижние или фурменные кессоны крепят друг к другу болтами и устанавливают на основании с небольшим (3—5°) наклоном к вертикальной плоскости, образуя так называемые заплечики, воспринимающие активное давление слоя, находящегося в печи материала. Кессоны торцевых стен устанавливают вертикально. Верхнюю часть второго ряда кессонов крепят с помощью домкратов, опирающихся на специальную балку, опоясывающую печь по периметру и жестко соединенную с отсечным каркасом. Для уплотнения зазоров между кессонами используют шнуровой асбест.

На высоте 300 мм от нижней кромки кессонов первого ряда расположены отверстия, в которые вставляют металлические водоохлаждаемые фурмы, заглубляемые в рабочее пространство печи на 200—300 мм. Фурмы имеют в диаметре 100—125 мм и устанавливаются в один реже в два ряда. Ширину печи на уровне фурм выбирают таким образом, чтобы воздух, подаваемый в печь под давлением порядка 20 кПа, достигал центра слоя. Обычно она составляет от 1,3 до 1,9 м. Длина печи зависит от ее производительности и колеблется в пределах от 2,5 до 26 м.

Колошником называется верхняя часть печи, расположенная над шахтой. Он сооружается из металлических плит, при необходимости футеруемых огнеупорным кирпичом. Колошник служит для размещения устройств загрузки перерабатываемых материалов, которые могут быть расположены в центре или вдоль боковых стен печи. Предпочтение отдается, как правило, боковой загрузке, так как в этом случае крупные куски материала располагаются в центре слоя, что способствует увеличению его газопроницаемости и улучшению аэродинамических характеристик печи. При боковой загрузке с одной или двух продольных стен колошника расположены несколько (3÷4) загрузочных окон, обоснованных двухшиберными устройствами. Сначала открывают, наружный шибер и в приемную камеру загружают порцию (колошу) агломерата или кокса. Затем закрывают наружный и открывают внутренний водоохлаждаемый шибер, и материал по наклонной плоскости сползает в шахту.

Шатер накрывает колошник, выполняя функции газоотводящей и сепарационной камеры. В куполе шатра имеются два-три отверстия, соединенные с металлическим газоходом. Внутреннюю поверхность заключенного в металлический кожух шатра футеруют огнеупорным кирпичом. На шахтных печах, применяемых для переработки шихт с большим содержанием цинка, применяют в основном шатры, изготовленные из метал­лических кессонов, охлаждаемых водой. Такая конструкция позволяет значительно облегчить очистку стен от пыли и настылей.

Сложность тепло - и массообменных процессов, протекающих в шахтных печах, и отсутствие надежных данных о теплофизических характеристиках перерабатываемых в них материалов в значительной степени ограничивают возможность применения расчетных методов при оценке тепловой работы этих агрегатов. В настоящее время эффективность работы шахтных печей оценивается в основном на базе статистической обработки производственных данных.

Важнейшими показателями работы печи являются ее удельная производительность, которую рассчитывают по количеству проплавляемой в течение суток шихты, отнесенному к 1 м2 площади сечения печи в области фурм, и удельный расход топлива (кокса), определяемый в процентах от массы перерабатываемой шихты. Широкие пределы изменения этих показателей в условиях одного технологического процесса обусловлены, как правило, различиями в химическом и фракционном составе сырья качеством применяемого топлива и характером дутья. Например, при свинцовой плавке высота слоя в зависимости от фракционного состава материала может изменяться от 2,5 до 6,0 м. Удельная производительность и расход топлива в зависимости от его химического состава колеблются соответственно в пределах от 35 до 100 т/м2 в сутки и от 8 до 13 %. Отходящие газы шахтной печи свинцовой плавки имеют температуру порядка 250-400 0С. Они содержат большое количество пыли, являющейся полиметаллическим сырьем, направляемым после очистки газов в металлургическое производство.