холостая огнеупорная колоша газовой вагранки для минераловатного производства

Формула изобретения

1. ХОЛОСТАЯ ОГНЕУПОРНАЯ КОЛОША ГАЗОВОЙ ВАГРАНКИ ДЛЯ МИНЕРАЛОВАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА, состоящая из кусков углеродсодержащего огнеупорного материала, отличающаяся тем, что в качестве кусков углеродсодержащего огнеупорного материала используют материал с содержанием углерода не менее 85% пористостью не более 20% и пределом прочности на сжатие не менее 20 МН/м².

2. Колоша по п. 1, отличающаяся тем, что эквивалентный диаметр кусков углеродсодержащего огнеупорного материала холостой огнеупорной колоши равен 150 200 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области минерального производства, точнее к плавке минерального сырья в газовых вагранках.

Известна холостая огнеупорная колоша газовой вагранки для производства чугуна, состоящая из кусков огнеупорного материала [1] В холостой огнеупорной колоше, состоящей из боя огнеупоров и углеродсодержащего материала, углеродсодержащий материал равномерно распределен в следующем соотношении компонентов, мас. бой высокоглиноземистых огнеупоров 70-85, углеродсодержащий материал остальное.

Газовая вагранка с таким составом холостой огнеупорной колоши позволяет производить выплавку чугуна, однако применение данного состава холостой огнеупорной колоши в вагранке для минераловатного производства не представляется возможным, так как бой высокоглиноземистого огнеупора соединяется с расплавом шлака, образуя тугоплавкие эвтектики. Куски колоши спаивались и процесс плавки расстраивалcя. В то же время холостая колоша данного состава изменяет химсостав расплава, что сказывается на качестве минваты.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению холостая огнеупорная колоша газовой вагранки для минераловатного производства, состоящая из кусков огнеупорного материала [2] В данной холостой огнеупорной колоше использовался бой огнеупора различного состава: бокора, карборунда, высокоглинозема, хромитовой руды, кварцита, шлака металлического хрома.

Газовая вагранка с таким составом шихты позволяла в начальный период производить плавку минерального сырья. Однако при продолжительной плавке расплав шлака соединялся с кусками огнеупора холостой колоши. Колоша спаивалась, и процесс плавки нарушался. В то же время холостая огнеупорная колоша данного состава изменяла химсостав расплава, что сказывалось на качестве минваты.

Цель изобретения повышение стойкости огнеупорной колоши, обеспечение стабильного процесса плавки, обеспечение температуры шлакового расплава, необходимого для получения минеральной ваты и обеспечение стабильного сжигания газа в шахте вагранки.

Поставленная цель достигается тем, что холостая огнеупорная колоша газовой вагранки для минераловатного производства состоит полностью из кусков углеродсодержащего огнеупорного материала с содержанием углерода не менее 85% с пористостью не более 20% и пределом прочности при сжатии не менее 20 МН/м². Эквивалентный диаметр кусков огнеупорного материала холостой огнеупорной колоши равен 150-200 мм. Такой состав холостой огнеупорной колоши позволяет повысить ее стойкость в процессе плавления минерального сырья в газовой вагранке, обеспечить стабильный процесс плавки с обеспечением стабильного сжигания газа и температуры шлакового расплава, необходимого для получения минеральной ваты.

В прототипе увеличение содержания углеродсодержащего материала в холостой огнеупорной колоше выше 30% положительно сказалось бы на металлургическом процессе плавки чугуна в газовой вагранке, так как углерод холостой огнеупорной колоши непосредственно участвует в металлургическом процессе, т. е. восстанавливает железо, марганец и другие компоненты чугуна из оксидов, находящихся в шихте, и растворяется в жидком чугуне. Однако эта металлургическая особенность углеродсодержащего материала холостой огнеупорной колоши приводит к интенсивному развитию эндотермической реакции С + СО₂ 2СО из-за интенсивного разрушения поверхностного слоя кусков углеродсодержащего материала, а значит, и прочности кристаллической решетки графита. Это разрушение происходит за счет растворения углерода из кусков углеродсодержащего материала жидким чугуном, стекающим по данным кускам, и за счет взаимодействия углерода кусков углеродсодержащего материала с оксидами железа, марганца и других компонентов чугуна. Оксиды железа, марганца и никеля, находящиеся в шихте при плавке чугуна, значительно ускоряют скорость газификации твердого углерода углекислым газом. Это не позволяет увеличить содержание углеродсодержащего материала, например боя графитированных электродов, в холостой огнеупорной колоше газовой вагранки для плавки чугуна выше 30% так как в данном случае температура жидкого чугуна резко снижается из-за больших затрат тепла продуктов сгорания на эндотермическую реакцию.

Чувствительность рассматриваемой эндотермической реакции С + СО₂ 2СО в значительной степени зависит от физического состояния кусков углеродистой колоши, ее плотности, прочности, пористости и содержания углерода. Поэтому значение энергии активации реакции С + СО₂ 2СО в зависимости от данных условий сильно изменяется и находится в диапазоне 100-380 кДж. Так, например, энергия активации для взаимодействия СО₂ с более плотным электродным углем и графитом (натуральным и искусственным) в зависимости от пористости и содержания примесей изменяется в пределах 170-310 кДж/моль СО₂, а энергия активации кокса, имеющего большую пористость 112,5 кДж/моль СО₂.

В газовой вагранке с холостой огнеупорной колошей для минералованого производства куски углеродсодержащего огнеупорного материала не участвуют в металлургическом процессе плавки. В данном случае углеродистая колоша решает две основных задачи: поддерживают столб шихты на определенном уровне и осуществляет перегрев расплава. Куски углеродистой колоши в основном не вступают в химические реакции со шлаковым расплавом и не растворяются в нем. Это значительно снижает скорость эндотермической реакции СО₂ + С2СО и позволяет выполнять холостую огнеупорную колошу полностью из кусков углеродсодержащего огнеупорного материала. Жидкий шлак, стекающий по кускам холостой углеродистой колоши, обволакивает значительную часть кусков колоши и препятствует адсорбции СО₂ и Н₂О на поверхности данных кусков, чем предохраняет графит холостой колоши от газификации. Куски углеродистой колоши с содержанием углерода не менее 85% и с пористостью не более 20% практически не реагируют со шлаковым расплавом, поэтому разрушения кусков колоши от взаимодействия со шлаковым расплавом практически не происходит, чем достигается высокая стойкость холостой колоши и обеспечивается стабильный процесс плавки.

При отсутствии взаимодействия кусков колоши с расплавом не происходит влияния на изменение химсостава расплава, что повышает качество минеральной ваты. При применении углеродистой колоши в газовой вагранке с содержанием углерода менее 85% шлаковый расплав начинает взаимодействовать с оксидными примесями углеродистой колоши, что приводит к интенсивному разрушению колоши, а также к непредсказуемому изменению химсостава расплава, заданного шихтовкой и этим самым снижается качество минеральной ваты. При применении углеродистой колоши в газовой вагранке с пористостью более чем 20% происходит интенсивное развитие эндотермической реакции С + СО₂ 2СО, что значительно снижает температуру в зоне расположения холостой калоши, а значит, и температуру расплава. В то же время ухудшается экологическая обстановка плавки. При применении углеродистой колоши в газовой вагранке с пределом прочности при сжатии менее 20 МН/м² столб шихты, расположенный на холостой колоше, своей массой разрушает куски холостой колоши, что приводит к снижению стабильности горения газа и к расстройству процесса плавки.

Уменьшение эквивалентного диаметра кусков углеродистого материала холостой колоши менее 150 мм также приводит к снижению стабильности горения газа в вагранке из-за высокого сопротивления, создаваемого в холостой колоше. Увеличение же эквивалентного диаметра кусков углеродистого материала холостой колоши более 200 мм приводит к снижению температуры шлакового расплава, стекающего по кускам колоши, так как снижается поверхность контакта раскаленных кусков колоши со шлаковым расплавом.

На чертеже показана газовая вагранка с холостой огнеупорной колошей.

Газовая вагранка содержит шихту 1, газовые горелки 2, подину шихты 3 и холостую огнеупорную колошу 4, расположенную на подине шахты, холостая огнеупорная колоша состоит из кусков углеродсодержащего огнеупорного материала с содержанием углерода не менее 85% с пористостью не более 20% пределом прочности при сжатии не менее 20 МН/м² и эквивалентным диаметром кусков колоши 150-200 мм.

Газовая вагранка работает следующим образом. Вначале производят розжиг горелок 2, затем в шихту 1 на подину 3 загружают расчетное количество холостой огнеупорной углеродистой колоши, в качестве которой могут служить электродный бой, куски углеродистых огнеупоров. После разогpева холостой колоши в шахту загружают шихту. Продукты сгорания, проходя зону перегрева шахты, где находится холостая огнеупорная колоша, разогревают куски колоши и плавят на ней шихту. Расплавленный шлак, стекая по кускам колоши, перегревается до необходимой температуры. Для поддержания постоянной высоты холостой колоши в шахте вагранки с шихтой производится постоянная загрузка кусков колоши в количестве 1,5-3% от массы шихты. Приведенный состав холостой огнеупорной колоши является оптимальным, что подтверждается проведенными экспериментальными плавками на газовой вагранке D 500 мм.

При экспериментальных плавках использовались различные составы шихт,

а) доменный шлак 80; перлит 10; порферит 10;

б) доломит 43,3; вскрышной грунт остальное;

в) доменный шлак 70; габбро-диабаз остальное;

г) горный блиндит 75; габбро-диабаз остальное;

д) доменный шлак 85; базальт 15;

е) доломит 40; базальт 60.

Газовая вагранка с предлагаемой холостой колошей позволяет производить переплавку основных шихт, применяемых для получения минераловатного сырья.