Автогенной называют плавку, осуществляемую за счет тепла, получаемого при окислении составляющих шихты, т. е. без затрат топлива.

Конструкция печей кислородно-взвешенной плавки

При кислородно-взвешенной плавке сульфиды шихты сгорают, двигаясь в потоке кислородного дутья, т е. сгорают в факеле во взвешенном состоянии.

На рис. 2.89 показана принципиальная схема комплекса КВП. Печь КВП 7, как и отражательная печь, состоит из фундамента, подины, свода, попе­речных и продольных стен, газохода, металлического каркаса и имеет пря­моугольную форму. Печь заключена в стальной кожух, сваренный из листо­вой стали. Каркас состоит из несколь­ких колонн связанных между собой тягами. Свод печи распорно-подвесной хромомагнезитовый; лещадь (под) вы­полнена из магнезитохромитовых кир­пичей, также как и футеровка стен.

В футеровку стен введен ряд горизон­тальных водоохлаждаемых кессонов.

Вместимость промышленной печи составляет 120 м3, а размеры ванны 20x6м.

Пиритный концентрат из бункера 1 через аэропитатель 2 и аэротрубу 3 подается в печь с помощью кислороднопиритных горелок 5 Контроль подачи осуществляют лотковыми индикаторами расхода 4-

Сухую состоящую из сульфидного медного концентрата и кварцевого флюса ших­ту и оборотную пыль из бункера 10 подают в печь инжекционными прямоточными шихто-кислородными горелками 9. Горелки расположены под углом 5° к горизонтали на расстоянии 1,2 м от зеркала металла.

Тепло, выделяющееся при горении сульфидов в чистом кислороде обеспечивает расплавление шихты, капли опускаются в ванну печи 7, где происходит отстаивание жидкой фазы с разделением на штейн и шлак.

Продукты плавки — штейн и шлак сливаются через шпуровые отверстия, сходные со шпуровыми отверстиями отражательных печей, соответственно в штейновый ковш 8 и шлаковоз 6. Размер шпуровых отверстий для штейна составляет не более 45x45 мм, а для шлака — не менее 100 х 100 мм. Желоба для выпуска штейна и шлака выполнены из медного литья, водоохлаждаемыми и футеруются огнеупорами.

Конструкция печей ПЖВ

Процесс плавки в жидкой ванне (ПЖВ) или процесс Ванюкова, разработанный в нашей стране — это автогенный процесс плавки сульфидного медного или медно­

никелевого сырья на штейн (или черновой металл), осуществляемый за счет тепла от сгорания сульфидов шихты в жидкой ванне.

Печь ПЖВ (рис. 2.90) представляет собой шахтную печь прямоугольного сечения. Нижняя часть печи (горн 9) и свод 4 выполнены из хромомагнезитового кирпича. До

уровня 900 мм от пода в стенах горна имеются закладные водоохлаждаемые кессоны из медных труб. Стены 7 выполнены из плоских водоохлаждаемых медных кессонов толщиной 80-100 мм. Кессоны жестко закреплены в металлическом каркасе печи. На внутренней поверхности кессонов формируется слой гарниссажа.

Длина печи составляет 10-30, ширина 2,5-3 и высота 6-6,5 м. Фурмы 10 для подачи дутья расположены в боковых стенах в ряд по всей длине печи на высоте

1,5- 2 м от пода. Фурмы медные водоохлаждаемые. Дутьем служит обогащенный кислородом воздух.

Шихту загружают через две расположенные в своде воронки 5. К воронкам шихту доставляют из шихтовых бункеров ленточными конвейерами.

Выпуск штейна и шлака происходит непрерывно и раздельно через сифоны, расположенные в противоположных торцах печи (штейна через сифон 2 и шлака через сифон 8). Далее они по обогреваемым желобам поступают в копильники штейна и шлака и затем соответственно в штейновый ковш на тележке и в шлаковоз.

Для отвода газов в своде имеется отверстие и газоход 6. Загружаемая сверху ших­та попадает в расположенный выше фурм жидкий барботирующий слой, где сгорают сульфиды и плавится шихта. Ниже фурм 10 происходит отстаивание и формируются слой штейна 1 и шлака 3.

2.5.2. Конструкции загрузочных устройств топливных печей

Воронкообразные загрузочные устройства или загрузочные воронки (рис. 2.91) широко применяют в плавильных печах цветной металлургии.

В загрузочных устройствах с воронкой в своде или стенах широко используются ленточные и скребковые конвейеры.

В одном из вариантов загрузочного устройства (рис. 2.91, а) для бесперебойной и равномерной загрузки печи используют подачу материала по двум параллельным

ниткам, оборудованным ленточными конвейерами 1, передающими материал в за­грузочную камеру (бункер) 2. Чтобы материал не зависал в камере, выход 3 из нее выполнен с очень крутым углом (76—80°) к горизонту. Для создания равномерного потока концентрата в печь 8 через воронку 7 и желоб в используют тарельчатый питатель 5. В подающем желобе и загрузочной воронке стенки устанавливают также очень круто, что исключает зависание или слеживание материала. Для предохране­ния от выбросов из воронки газов или материалов используют шлюзовой затвор 4-

На (рис. 2.91, б) показаны загрузочные воронки со скребковым конвейером для за­сыпки материалов в отражательную печь. Вдоль печи перемещается скребковый кон­вейер, холостая его ветвь 1 с помощью пластин 2 фиксируется на направляющих 3, установленных на раме печи. Рабочая ветвь 6 перемещается в направляющих 4-, за­крепленных на желобе 5. В днище желоба с шагом 1,0-1,2 м против отверстий в своде печи предусмотрены вырезы. Попадая в них, шихта через вертикальные патрубки 8 и 9 поступает в загрузочную воронку 13 печи 14. Включение и отключение подачи шихты осуществляется шибером 7, закрепленным в патрубке 8. Шибером управляет рычаг 10 через тягу 11, шарнирно соединенную с рычагом и шибером. Для предот­вращения зависания материала диаметр патрубков 8 и 9 рекомендуется принимать не менее 250 мм. С целью увеличения срока службы нижний патрубок 9 отливают из жаропрочного чугуна. Для наблюдения за разгрузочной воронкой предназначено смотровое окно 12, в обычных условиях закрытое крышкой.

При многокомпонентной загрузке печи применяют двухворонковое устройство (рис. 2.91, в). Те компоненты, расход которых регулируется, подводят по наружной воронке 2, установленной на печи 1. Внутренняя воронка 3 закреплена в наружной с помощью кронштейнов 4- Для регулирования подачи материала служит шибер 5.

• Загрузочное устройство с Челноковым конвейером показано на рис. 2.83, а.

Шихта і? загрузочным воронкам 5 подается из бункера-накопителя Ц через питатель 13 на стационарный ленточный конвейер 15, установленный на металлокон­струкциях печи, а с него на челноковый конвейер 16, который приводится в движение канатом от лебедки. Челноковый конвейер периодически останавливают и сгружают с его конца шихту в ту или иную воронку 5.

При плавке в печах огарка наблюдается большой вынос мелкого материала с потоком отходящих газов. Поэтому загрузочные воронки стремятся разместить в боковых стенках как можно ближе к зеркалу ванны. На рис. 2.83, б показана система загрузки с воронкой 3, изготовленной из жаропрочной стали и расположенной выше уровня зеркала ванны на 300 мм. Огарок доставляется в закрытом вагоне-кюбеле 6 с самоходным приводом, по рельсам уложенным на раме 8. Разгрузка из вагона через днище ведется одновременно в два бункера 9 и далее через крутонаклонные желоба 4 (угол наклона к вертикали 10-20°) в загрузочную воронку 3.

В данной конструкции предусмотрена подача сжатого воздуха под давлением 4кПа из коллекторной трубы 7 в желоб 4- При этом сжатый воздух способствует сползанию огарка по наклонной трубе, предотвращая его зависание, охлаждает трубу и воронку, улучшая условия их работы, и создает аэрозатвор, препятствующий выходу газов из печи на колошниковую площадку. Через люк 5 воронку чистят и контролируют ее работу.

Иногда при подаче в печь особо горячих материалов применяют водяное охлаж­дение воронки. В этом случае срок службы воронки возрастает в 2-3 раза.

Крупнокусковой материал, который подается в шахтные печи, не может быть подан с помощью воронок, он застревает в них. Поэтому в конструкциях загрузочных узлов шахтных печей, которые загружают материалом (агломерат, известняк, кокс) размером 15-100 мм используют специальные загрузочные карманы.

На рис. 2.92, а показан загрузочный карман шахтной печи для свинцовой плавки. Шихта доставляется из бункеров, установленных на уровне колошника. При подходе к бункеру 1 вагон-весов 2 открывается затвор бункера и материал ссыпается в вагон - весы, которые перемещаются по рельсовым направляющим вдоль боковых сторон печи. В них предусмотрены загрузочные карманы-окна. При подходе вагон-весов к карману 6 его крышка 7 открывается с помощью лебедки 4 и канатов 8, перекину­тых через блок 3. При этом шибер 5 опускается до упора в днище кармана. Шихта выгружается в карман, после чего лебедка получает противоположное движение, открывая шибер и закрывая крышку. Накопленная в кармане шихта сползает по отбойным плитам в печь. Когда шихта освободит карман, шибер займет нижнее положение и отключит шахту печи от кармана. Таким образом при открытом шибере герметичность печи достигается, только если шихта находится в кармане; шихта препятствует выходу газов из печи на колошниковую площадку.

Двухшиберное устройство показано на рис. 2.92, б. Оно состоит из кармана 7, образованного из отбойных досок 9, короба 6 и водоохлаждаемых шиберов 4 и 8. Для каждого шибера устанавливается соответствующий привод 2 и 3, снабженный командоаппаратами для обеспечения взаимосвязанной работы. Помимо этого каждая лебедка может быть включена независимо, чтобы осуществлять индивидуальное движение шиберов. Для повышения надежности работы приемное окно 5 печи 1 расположено под углом 45-50° к горизонтальной плоскости, что исключает зависание шихты. Отбойные доски футеруются сменными чугунными плитами и не имеют
никаких неровностей на всем пути движения шихты от приемного окна до стенки печи.

Двухшиберное устройство работает следующим образом. Перед приемным окном установлен объемный питатель (обычно пальцевого типа). После загрузки очередной порции (колоши) в питатель, включается его привод и колоша поступает в окно 5. При этом шибер 4 плотно закрывает вход в карман. Шибер 8 открыт и ранее набранная шихта попадает в печь. Закрытый шибер 4 и слой шихты в окне 5 препятствует выбиванию газов из печи. К моменту окончания завалки новой колоши из питате-

г

ля открывается шибер 4 и шихта заполняет карман. Затем процесс повторяется. Таким образом, затвором для выброса газов из печи является шлюзовая камера, образованная шиберами, и слой шихты, находящийся в приемном окне загрузочного устройства.

В современных конструкциях шахтных печей (например, на заводе «Электроцинк») для свинцовой плавки карманный способ подачи шихты не может обеспечить необходимую производительность. В этом случае загрузку осуществляют через колошниковое устройство (рис. 2.92, в). Шихта подается к печи в вагонах 1 и ссыпается в бункер 3, имеющий несколько разгрузочных отверстий. Днище бункера прикрывается затвором 7, футерованным жаропрочным чугуном. Затвор установлен на двуплечих рычагах 4, шарнирно закрепленных на колошнике 8.

Под действием приводных качающихся цилиндров 6 двуплечие рычаги переме­щают затвор из горизонтального в наклонное положение. При этом шихта попадает в печь. Во избежание газовых выбросов в атмосферу специальные уровнемеры следят за тем, чтобы слой шихты всегда перекрывал газосборное устройство 2 на необхо­димую толщину, исключающую проникновение газов в зазор между колошником и устройством 2. На двуплечем рычаге закреплены противовесы 5 для уравновеши­вания массы затвора.

Печи для никелевой плавки имеют карманное загрузочное устройство, приведен­ное на рис. 2.92, г, расположенное с обеих продольных сторон корпуса. На колошни­

ковой площадке 4 установлены рельсы для передвижения самоходных вагон-весов 3. Карман 6 образуется коробом 2 и отбойными плитами 5 и находится в нижней части водоохлаждаемого колошника 1. Вход в шахту печи прикрывают свободно подвешен­ные шторки-плиты 7. Они открываются под действием массы шихты, разгружаемой из вагон-весов.

Механизм загрузки для печей плавки медно-серной шихты состоит из двухко­локольного затвора (рис. 2.93), включающего приемную воронку 1, установленную

на опоре 2, переходящую в цилиндрический корпус 3 газового затвора. К газовому затвору крепится ча­ша 6 нижнего конуса 5. Верхний затвор образуется верхним конусом 10 и воронкой 1, к которой конус прижимается через тягу 14 рычагом 12, поворачива­емым вокруг шарнира 13. Нижний конус 5 прижима­ется к неподвижной чаше 6 с помощью тяги 4, рыча­гов 8 и 9. Рычаг 8 поворачивается вокруг шарнира 7. Устройство работает в автоматическом режиме, обес­печиваемом командоаппаратом и исполнительными механизмами, установленными на раме 11.

В процессе загрузки шихту порциями подают сверху в воронку 1. Далее при поднятом конусе 5 опускают верхний конус 10 и шихта падает на ниж­ний конус. Затем поднимают верхний конус и опус­кая нижний загружают шихту в печь. Поочередная работа конусов обеспечивает герметичность печи.

Наибольший диаметр конусов 5 к 10 составляет 600 мм; в настоящее время их изготовляют из серого чугуна марок СЧ18-36 и СЧ18-42 или из жаростойких чугунов марки ЖЧХ-0,8; ЖЧХ-1,5.

Горелки и форсунки используют для подачи в печь сухих концентратов с влаж­ностью < 1 %. Загрузочные устройства таких конструкций установлены, например, на печах кислородновзвешенной плавки (КВП).

Для подачи измельченного материала используют эжекционные горелки и горел­ки с применением технически чистого кислорода.

В первом случае емкость, наполненная подаваемым материалом, снабжена труб­кой, конец которой, сужающийся на конус, введен в печь. В конусной ^асти трубки установлена внутренняя трубка для подачи кислорода. Ее конец немного не достигает торца конуса. За счет разрежения, создаваемого потоком кислорода, материал из емкости вдувается в печь.

При другом способе вдувания материала в печь горелкой, кислород подается в ем­кость с концентратом. Кинетической энергией газового потока частицы концентрата с большой скоростью направляются в печь.

Для загрузки кусковых материалов применяют метатели. Метатель это машина, предназначенная для загрузки материала с помощью различных бросковых ме­ханизмов. Наиболее распространен бросковый ленточный метатель. Расчет такого метателя приведен в разд. 2.3.6.