Файл: Басов, А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов учебник.pdf

лученное им от газов, что и послужило основанием для названия печей этого типа отражательными.

Плавку в отражательных печах широко применяют в производ­ стве цветных металлов, особенно в производстве меди, выплавляе­ мой из рудного сырья. В некоторых промышленных странах медь, выплавляемая в этих печах, составляет 80—90% от всей выпускае­ мой меди. Объясняется это большими достоинствами отражательной плавки, основными из которых считаются: возможность перерабаты­ вать мелкие материалы (концентраты, рудную мелочь, пыль и др.)

Рис. 228. Отражательная печь:

/ — фундамент; 2 — лещадь; 3 — боковая стена; 4 — загрузочное отверстие; 5 — крепление (каркас) п^чн; 6 — соедини­ тельная тяга; 7 — свод распорно-ароч­ ный; 8 — отверстия для горелок; 9 — га­ зоход; 10 — шлаковая летка; 11 — шпу­ ровое отверстие для выпуска штейна; 12 — ложное окно

без дополнительной обработки; простота процесса плавки и его обслуживания; возможность использования различных видов топ­ лива (природного газа, мазута, угольной пыли); отражательная печь чрезвычайно проста конструктивно и хорошо доступна для осмотра

иконтроля, может работать в автоматическом режиме. Отражательная печь представляет собой плавильный агрегат

(рис. 228), состоящий из следующих основных частей: лещади (по­ дины) 2, продольных и поперечных стен, свода 7, каркаса (металли­ ческого крепления) 5, фундамента 1 и газохода (аптейка) 9.

Перерабатываемый материал (концентраты, огарок, шихта), за­ груженный через отверстия в своде печи, располагается по обеим сторонам свода около продольных стен печи откосами. Откосы обра­ щены к центру печи, к факелу пламени, который создается в резуль­ тате сжигания топлива: газа, мазута, угля. Для подачи газа и мазута имеются горелки или форсунки, установленные на передней стенке, печи.

428

Раскаленные газы проходят все плавильное пространство и уда­ ляются из печи через наклонный боров (газоход). Наибольшая тем­ пература газов (1450— 1550° С) в головной части печи, в ее плавиль­ ной зоне. В конце печи температура газов снижается до 1220— 1280° С и при выходе из печн составляет примерно 1100° С. Такая высокая температура отходящих газов обусловлена тем, что печные газы смывают шихту только с поверхности, не пронизывая ее. Ухуд­ шение теплопередачи восполняется в некоторой степени теплотой, излучаемой сводом и стенками печи.

Продукты плавки (медный штейн и шлак) скапливаются в ванне печи, расположенной по всей площади подины. Штейн представляет собой соединение меди с серой, железом, цинком, никелем, свинцом

идругими элементами. Количество меди в штейне колеблется в ши­ роких пределах от 25 до 65% в зависимости от содержания ее в руд­ ном сырье и проведения плавки. Как наиболее тяжелый продукт, штейн собирается в нижней части ванны, а шлак — в верхней. Шлак, представляющий собой отходы плавки, содержит главным образом кремнезем, закись железа, окись кальция и др. В шлаках остается некоторое количество меди, цинка, свинца и других полез­ ных элементов. Продукты плавки выпускают из печи с двух уровней: штейн — со дна ванны, а шлак — с ее поверхности. Шлак выпускают из хвостовой части печи, где он более полно отстаивается от штейна. Штейн выпускают с боковых стен печи из шпуров, расположенных примерно на одной трети длины печи от задней стенки.

Вследствие высокой температуры отходящих газов и больших размеров печи использование тепла в отражательных печах низкое — примерно 25—40%. Большая величина относится к печам, перера­ батывающим горячую обожженную шихту с подогревом воздушного дутья. Около 15% тепла, полученного печью, теряется в окружаю­ щую среду через стенки, свод и лещадь печи. Тепло, уносимое отхо­ дящими газами, составляет 40—60%. Для использования этого тепла устанавливают котлы-утилизаторы, что позволяет повысить степень утилизации тепла на 30—40%.

Отражательная печь почти полностью собрана из огнеупорных материалов, от качества которых в основном зависит устойчивость

ипродолжительность кампании печи. Огнеупорные материалы ха­ рактеризуются: огнеупорностью, термической и химической стой­ костью. Под огнеупорностью понимают свойство огнеупорных ма­ териалов противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Термической стойкостью называют способность огне­ упоров выдерживать резкие изменения окружающей температуры. Способность огнеупоров хорошо сопротивляться химическому агрес­

сивному воздействию (разъеданию) шлаками, металлами, пылью, парами и газами называют химической стойкостью. Наибольшее разрушающее воздействе на огнеупоры оказывают шлаки.

Огнеупорные материалы разделяют на три основные группы: кислые, основные и нейтральные. Кислые огнеупоры изготовляют из кварцитов, в них содержится не менее 90% кремнезема (SiO«). К кислым огнеупорам относится динас. Кислые огнеупоры хорошо

429

разъедают кислые огнеупоры.

Огнеупорность динаса составляет 1710— 1730° С, плотность 2,34— 2,44 т/м3, объемная масса 1,6— 1,9 т/м3. При нагревании динас рас­ ширяется («растет») в пределах 1,5%. Динас имеет низкую газопро­ ницаемость. Недостаток динаса — малая термическая стойкость: от резкого изменения температур он раскрошивается. Поэтому кладку из динаса разогревают и охлаждают медленно. В тоже время динас сохраняет свою прочность при очень высоких температурах — почти до температуры плавления. Динас, применяемый для электро­ печей, должен содержать не менее 96% кремнезема и иметь огне­ упорность не ниже 1720° С.

Основные огнеупорные материалы изготовляют из минералов магнезита. В составе магнезита содержится 90,5—94,5% MgO. К основным огнеупорам относятся магнезитовые и хромомагнези­ товые материалы.

Огнеупорность магнезита достигает 2000° С, плотность 3,54— 3,65 т/м3, объемная масса 2,5—2,9 т/м3. Основные огнеупоры хорошо противостоят основным шлакам и быстро разъедаются кислыми шлаками. Магнезиту свойственна низкая термическая стойкость, высокая теплопроводность и плохая сопротивляемость воздействию водяных паров. Поэтому магнезитом выкладывают участки печей, не подвергающиеся резким колебаниям температуры — в отража­ тельных печах выкладывают подвесные своды и внутреннюю обли­ цовку стен на уровне шлакового слоя.

Хромомагнезит содержит 21% Сг20 3 и 50,3% MgO, имеет более высокую огнеупорность, прочность и химическую стойкость по сравнению с магнезитом. Вместе с тем хромомагнезитовые огнеупоры имеют недостаточную термическую стойкость. Применяют их в местах подвергаемых воздействию высоких температур: в сводах печей, около выпускных отверстий.

В последние годы начали выпускать основные огнеупоры с более высокими термостойкостью и прочностью.

Нейтральные огнеупоры обладают свойствами кислых и основ­ ных огнеупорных материалов, но сопротивляемость их разъеданию шлаками несколько ниже. Самым распространенным нейтральным огнеупором является шамот. Изготовляют его из огнеупорных глин. В состав шамота входят кремнезем в пределах 52—60% и глинозем — 30—42%. Огнеупорность шамота составляет 1610— 1750° С, терми­ ческая стойкость высокая, плотность в пределах 2,5—2,7 т/м3, а объемная масса 1,7—2,1 т/м3. Шамоту свойственна большая усадка (уменьшение объема при понижении температуры) до 0,7—1,0%.

Современные отражательные печи характеризуются большими размерами. Длина печи достигает 40 м, ширина 8—10 м. Площадь Пода крупных печей составляет 350—400 м2. При глубине ванны около 1000 мм расплавленная масса (расплав) весит 1000—1200 т.

430

Общая масса крупной отражательной печи может превышать 3000 т. Поэтому к качеству подины и фундамента предъявляют высокие требования, так как неравномерная усадка и трещины могут вызвать тяжелые аварии — прорыв расплава из печи.

Фундамент современной отражательной печи представляет собой массивный параллелепипед, сооруженный по всему периметру из железобетона. Внутренняя часть его заполнена бетоном. В прежних конструкциях печей фундамент заполняли шлаком, глиной и др.

Для охлаждения подины и ее осмотра в фундаменте устраивают вентиляционные каналы и смотровые проходы. Подошву фундамента углубляют ниже уровня промерзания грунта. Устанавливают печи на сухом месте, плотном грунте, исключающем возможность появле­ ния почвенных вод. Около печи не допускается расположение водо­ проводов и паропроводов. Фундамент и стены изолируют от случай­ ного подхода грунтовых вод.

Подина отражательной печи должна быть огнеупорной, прочной,

непроницаемой и стойкой против агрессивного воздействия штейна и шлака. Толщина подины в зависимости от размера печи и условий плавки составляет 800—1200 мм. Выкладывают подину очень тща­ тельно, учитывая расширение ее при нагревании. Набивные подины делают из измельченного кварцевого песка, содержащего 94—96% кремнезема, слоями толщиной около 100 мм. Каждый слой кварца утрамбовывают. Верхний слой подины наваривают (оплавляют) при 1500—1600° С. В последних конструкциях печей подину выкла­ дывают из огнеупорного кирпича в виде обратных сводов (вогну­ тостью кверху). Верхние ряды выкладывают из хромомагнезита.

Стены печи с внутренней стороны на высоту ванны выкладывают

из огнеупорного хромомагнезитового кирпича. В некоторых конструк­ циях устанавливают водоохлаждаемые кессоны для повышения срока службы стен. Выше уровня ванны стены выкладывают из динаса. Снаружи стены облицовывают шамотным кирпичом. Для компенса­ ции теплового расширения предусматривают температурные швы размером 25—30 мм через каждые 2—3 м по длине стен. Швы каждого слоя кирпичей смещают. Стены обычно выкладывают на железо­ бетонных стенках фундамента переменной толщины: на уровне ле­ щади 1200—1500 мм, в верхней части 500—700 мм. В зарубежных конструкциях верхнюю часть стен собирают из подвесных блоков и стеновых коробок. Блоки выкладывают из магнезитовых кирпи­ чей, а коробки — из огнеупорной массы (дробленый магнезит и хро­ мистый цемент на жидком стекле). Утрамбованную массу заключают в коробки из листовой стали и подвешивают на опорные устройства. Блочная конструкция стен позволяет лучше механизировать ремонт и снизить его трудоемкость и стоимость.

Каркас печи состоит из вертикальных колонн (стоек), горизон­

тальных подпятовых балок и тяг. Колонны устанавливают с шагом около 2 м. Колонны противоположных стен соединяются вверху стальными тягами диаметром 40—80 мм. Низ колонн устанавливают и закрепляют в колодцах фундамента (глубиной около 600 мм) или стягивают противоположные колонны, как показано на рис. 228.

431

Колонны сваривают пз крупных балок двутаврового сечения. В круп­ ных современных печах колонны делают коробчатого сечения возду­ хоохлаждаемыми. На колоннах закрепляют массивные горизонталь­ ные подпятовые балки, на которые опираются пяты свода. Для пре­ дохранения тяг от обрыва, а колонны от изгиба (в результате темпе­ ратурного расширения печи) на концах тяг устанавливают тарель­ чатые или спиральные пружины. Более надежны пружины тарель­ чатого типа. В крупных печах подпятовые балки делают воздухо­ охлаждаемыми.

Свод печи бывает арочного типа, подвесной и распорно подвес­

ной. Арочный свод наиболее прост в изготовлении, но в нем возни­ кают большие распорные усилия, которые передаются на подпято­ вые балки и колонны каркаса. Распорные усилия ограничивают увеличение ширины печи.

Стрела свода обычно составляет 1/10—1/12, а радиус арки — 1,2— 1,3 ширины печи. Толщину свода принимают: для первой половины печи, наиоблее термически напряженной, 540 мм; а для второй поло­ вины 380 мм. Арочные своды выкладывают из динаса, а распорно­ подвесные — из магнезита, хромомагнезита, магнезитохромита. Кладку свода выкладывают очень тщательно из цельного кирпича, хорошо обожженного, плотного, без трещин и отбивных углов. Кладку выполняют всухую или на небольшом количестве жаростойкого раствора. Динас кладут на ребро секциями длиной 3—6 м. Между секциями оставляют температурные швы.

перек печи.

Подвесные своды собирают из хромомагнезитового кирпича. Конструкция подвесного свода позволяет сравнительно быстро

свода. Срок службы подвесного свода примерно в 2—3 раза больше срока службы арочно-распорного свода.

На рис. 229 показаны блоки подвесного свода. Каждый блок собран из шести магнезитохромитовых кирпичей 3, 4 и 5 с высокой

огнеупорностью, превышающей 2000° С. Для повышения срока службы, снижения подсоса воздуха и облегчения работы по замене блоков кирпичи склеены огнеупорным цементом, состоящим из магнезитового порошка (70%) и чугунной стружки (30%). Каждый блок подвешен при помощи стальной пластины 1, штырей 2 и тяги 6

к траверсе 7. Траверсу с блоками устанавливают мостовым краном на опорную конструкцию. Переоборудованная печь, в которой распорно-арочный свод заменен подвесным, показана на рис. 231. Реконструкция свода позволила увеличить кампанию печи более чем в два раза.

Распорно-подвесной свод (рис. 230) отличается от распорно­ арочного свода: вместо отдельных кирпичей в первом случае уста­ навливают блоки. Блоки подвешивают к опорной конструкции. Срок службы распорно-подвесного свода больше, чем распорно-

432