способ охлаждения плавильной печи и плавильная печь для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ охлаждения плавильной печи, включающий подачу в зазор выполненного в виде двустенной металлической оболочки с герметичной полостью корпуса печи циркулирующих в системе его охлаждения двух раздельных потоков теплоносителя, один из которых подают по теплообменным трубкам, а другой - поток жидкометаллического теплоносителя подают вдоль охлаждаемой поверхности корпуса в зоне жидких фаз и в зоне газообразной среды печи с одновременным омыванием им теплообменных трубок, отличающийся тем, что по теплообменным трубкам и вдоль охлаждаемой поверхности корпуса подают одинаковый жидкометаллический теплоноситель, при этом по теплообменным трубкам теплоноситель подают со скоростью, превышающей скорость подачи омывающего их потока, и оба потока жидкометаллического теплоносителя перемещают в одном направлении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкометаллического теплоносителя используют натрий.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток жидкометаллического теплоносителя, омывающего теплообменные трубки, подают под давлением меньшим, чем давление потока в теплообменных трубках, и при температуре, обеспечивающей формирование слоя гарнисажа на поверхности внутренней стенки корпуса по меньшей мере в зоне жидких фаз печи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне газообразной среды печи осуществляют охлаждение соответствующего участка металлического корпуса жидкометаллическим теплоносителем до температуры затвердевания уносимых газообразной средой жидких фаз с последующим осаждением их в зону жидких фаз печи.

5. Плавильная печь, содержащая двустенный корпус с герметичной полостью между стенками, входным и выходным патрубками, соединенными с системой подачи и отвода контура циркуляции в герметичной полости жидкометаллического теплоносителя для охлаждения корпуса печи, патрубки для подачи в печь топлива, шихты, отвода жидких фаз и газообразной среды, отличающаяся тем, что она снабжена расположенными в стенках корпуса патрубками с размещенными в них фурмами для подачи кислородсодержащего продукта, корпус выполнен в виде металлической оболочки, которая снабжена установленными внутри нее с зазором относительно стенок теплообменными трубками с системой подачи и отвода дополнительного контура циркуляции в них жидкометаллического теплоносителя и расположенными с возможностью создания перемещения теплоносителя в трубках и в герметичной полости в одном направлении, при этом каждый контур циркуляции жидкометаллического теплоносителя снабжен теплообменным устройством.

6. Печь по п.5, отличающаяся тем, что внутренняя и внешняя стенки металлической оболочки корпуса печи на участках размещения патрубков с фурмами и патрубков для подачи топлива, шихты, отвода жидких фаз и газообразный среды соединены герметизирующими полыми муфтами-компенсаторами, в которых размещены фурмы и указанные патрубки, при этом полость каждой муфты сообщена с контуром циркуляции жидкометаллического теплоносителя, омывающего теплообменные трубки в герметичной полости корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а более точно касается способа охлаждения плавильной печи и плавильной печи, которые могут широко использоваться, например, для получения железоуглеродистого промежуточного продукта для производства стали, а также для переработки бытовых отходов, промышленных и специальных отходов, служить источником тепла для производства водяного пара высоких энергетических параметров.

В настоящее время широко используются плавильные печи различного конструктивного выполнения, обеспечивающие технологию плавления металла.

Системы охлаждения в плавильных печах также имеют различное конструктивное выполнение и реализуют в основном одну технологию охлаждения, которая заключается в отборе тепла путем конвективной теплопередачи от нагретых поверхностей корпуса к теплоносителю, циркулирующему в системе охлаждения, причем в качестве теплоносителя используют воду, водопаровую смесь или газовый теплоноситель, жидкие органические или неорганические смеси, жидкие металлы и сплавы.

Так, при использовании в качестве теплоносителя воды последняя подается по теплообменным трубкам к охлаждаемому участку, где, нагреваясь, превращается в пар, который по трубопроводам направляется в теплообменное устройство для регенерации или утилизации.

Для охлаждения, например, горячих блоков печи используют дополнительный блок, поверхность которого отстоит от поверхности охлаждаемого блока и расположена параллельно ей. В зазор между указанными поверхностями вводят покрывающие их струи жидкости, распыливаемой под действием газообразной среды, причем распыливаемые плоские струи направляются в зазор параллельно поверхностям так, чтобы они могли перекрывать всю поверхность охлаждаемого блока.

Однако использование воды для охлаждения корпуса плавильной печи в случае прогара охлаждаемого участка корпуса и попадания воды в расплавленный металл печи приводит к авариям и разрушению корпуса.

Использование воды для охлаждения корпуса плавильной печи приводит к разрушению огнеупорного материала корпуса, требует проведения частого профилактического и капитального ремонта печи.

Для увеличения межремонтного цикла работы печи используют различные технические средства, специальные технологии, а также различные системы охлаждения отдельных элементов печи, что значительно усложняет конструкцию печи, увеличивает эксплуатационные расходы. Так, например, для охлаждения фурм плавильной печи используют отдельное устройство (авт. св. СССР N 1033546, кл. C 21 B 7/10, F 27 D 9/00, опублик. 07.08.93), включающее замкнутый контур циркуляции жидкометаллического теплоносителя с подъемной и опускной трубами и трубопровод ввода деаэрированной воды в подъемную трубу замкнутого контура. Для интенсификации охлаждения путем повышения скорости движения теплоносителя устройство снабжено коллектором, входной патрубок которого соединен с трубопроводом ввода деаэрированной воды, а выходные патрубки коллектора соединены с подъемной трубкой и рассредоточены по всей ее высоте. В качестве жидкометаллического теплоносителя используется сплав свинца и висмута, который, смешиваясь с деаэрированной водой, образует трехфазную систему (пар-вода-жидкий металл), в которой за счет интенсивного парообразования и эжектирующего действия струй воды создается движущий напор. Под действием этого напора, обусловленного разностью плотностей жидкометаллического теплоносителя в опускной трубе и трехфазной смеси в подъемной трубе, теплоноситель поднимается в сепаратор, а затем опускается к охлаждаемому элементу.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту такого устройства для охлаждения, которое не требует теплообменников, такой способ охлаждения не позволяет получить достаточного эффекта от его использования. Это связано с тем, что наряду с жидкометаллическим теплоносителем для охлаждения отдельных элементов используют также традиционный теплоноситель воду или газ для охлаждения корпуса печи, т. е. применяют различные системы охлаждения с различным типом теплоносителя, которые значительно усложняют конструкцию печи, увеличивают ее стоимость, требуют дополнительных средств контроля и дополнительных энергетических затрат и в то же время не исключают профилактических и капитальных ремонтов печи. Кроме того, использование различных систем охлаждения и нескольких различных теплоносителей не позволяет эффективно утилизировать тепло, отводимое от корпуса, что приводит к большим теплопотерям. Использование жидкометаллического теплоносителя для охлаждения всего корпуса печи, выполненного из огнеупорного материала, практически неосуществимо, так как циркуляция трехфазной системы (пар-вода-жидкий металл) по каналам, выполненным в огнеупорном материале, приведет к быстрому его разрушению. Кроме того, использование дорогостоящего сплава свинца и висмута в качестве жидкометаллического теплоносителя для охлаждения корпуса печи в больших объемах сделает производство получения металла в таких печах экономически нецелесообразным.

Известен способ охлаждения плавильной печи, включающий подачу в зазор выполненного в виде двухстенной металлической оболочки с герметичной полостью корпуса циркулирующих в системе его охлаждения двух раздельных потоков теплоносителей, один из которых подают по теплообменным трубкам, а другой - поток жидкометаллического теплоносителя подают вдоль охлаждаемой поверхности корпуса в зоне жидких фаз и зоне газообразной среды печи с одновременным омыванием им теплообменных трубок (патент Великобритании N 1566980, кл. F 27 D 1/12, H 05 B 7/12, 1980).

При этом в качестве жидкометаллического теплоносителя использован сплав NaK при температуре (выше 12^oС), а в качестве другого теплоносителя использована химически инертная к сплаву NaK и к воде смесь дифенила и дифенилового эфира при + 12^oС, охлаждаемого до рабочей температуры в водяном теплообменнике.

Таким образом, в вышеописанном способе использованы по меньшей мере три охлаждающих изолированных друг от друга контура, что значительно усложняет конструкцию печи, ее эксплуатацию и контроль за рабочим процессом.

Известна плавильная печь (патент США N 4913734, кл. F 27 B 11/08 от 03.04.90), содержащая корпус, выполненный из огнеупорного материала; системы подачи в шахту корпуса печи соответственно топлива, шихты, кислородсодержащего продукта; системы отвода жидких фаз расплавленного металла и шлака, и газообразных сред, и систему охлаждения корпуса, включающую теплообменные трубки для циркуляции теплоносителя.

Известна плавильная печь, содержащая двухстенный корпус с герметичной полостью, входным и выходным патрубками, соединенными с системой подачи и отвода контура циркуляции в герметичной полости жидкометаллического теплоносителя для охлаждения корпуса печи, патрубки для подачи в печь топлива, шихты, отвода жидких фаз и газообразной среды (патент США N 3735010, кл. F 27 D 1/12, 1973).

Однако в известных плавильных печах корпус печи выполнен разъемным из нескольких частей корпуса ванны, пода (дна), крышки, что требует усложненной системы охлаждения стенок этих частей, наличия в конструкции многих уплотнительных устройств, развитой системы трубопроводов, что значительно усложняет конструкцию печи и удорожает ее эксплуатацию.

Задача изобретения создание такого способа охлаждения плавильной печи и такой плавильной печи, в которых путем использования одного вида теплоносителя для охлаждения корпуса и всех элементов печи можно было бы получить заданные параметры теплоносителя на выходе из системы охлаждения, позволяющие в дальнейшем максимально использовать его в последующих термодинамических и технологических циклах и в то же время упростить конструкцию корпуса печи, уменьшить его материалоемкость и обеспечить длительную работу печи.

Задача решается тем, что в способе охлаждения плавильной печи, включающем подачу в зазор выполненного в виде двухстенной металлической оболочки с герметичной полостью корпуса циркулирующих, в системе его охлаждения двух раздельных потоков теплоносителя, один из которых подают по теплообменным трубкам, а другой поток жидкометаллического теплоносителя подают вдоль охлаждаемой поверхности корпуса в зоне жидких фаз и зоне газообразной среды печи с одновременным омыванием им теплообменных трубок, согласно изобретению, по теплообменным трубкам и вдоль охлаждаемой поверхности корпуса подают одинаковый жидкометаллический теплоноситель, при этом по теплообменным трубкам теплоноситель подают со скоростью, превышающей скорость подачи омывающего их потока, и оба потока жидкометаллического теплоносителя перемещают в одном направлении. При этом в качестве жидкометаллического теплоносителя используют натрий.

Кроме того, поток жидкометаллического теплоносителя, омывающего теплообменные трубки, подают под меньшим давлением, чем давление потока в теплообменных трубках, и при температуре, обеспечивающей формирование слоя гарнисажа на поверхности внутренней стенки корпуса, по меньшей мере, в зоне жидких фаз печи.

Причем в зоне газообразной среды печи осуществляют охлаждение соответствующего участка металлической оболочки корпуса до температуры затвердевания уносимых газообразной средой жидких фаз с последующим осаждением их в зону жидких фаз печи.

Использование одинакового жидкометаллического теплоносителя для охлаждения всего корпуса печи и отдельных ее элементов, например фурм, значительно упрощает технологическую схему охлаждения печи и снижает материальные затраты на ее изготовление.

Высокая теплопроводность натрия относительно других жидкометаллических теплоносителей, например сплава натрий-калий, свинец-висмут и других, создает условия для снижения температуры стенки оболочки со стороны горячей зоны (жидкая ванна и газовая полость) при меньших материальных затратах на изготовление печи и при более простой технологии охлаждения.

Использование в качестве жидкометаллического теплоносителя натрия с высокой теплопроводностью в сочетании с теплообменником натрий-вода позволяет:

поддерживать температуру теплоносителя, достаточную для обеспечения высоких энергетических параметров пароводяного контура;

поддерживать температуру стенки корпуса печи, достаточную для обеспечения ее длительной работоспособности.

Охлаждение корпуса двумя однонаправленными раздельными потоками практически по всей высоте ее корпуса и по его периметру создали максимальные условия для отбора тепла и последующей его утилизации. При этом подача потока теплоносителя в герметичной полости оболочки непосредственно по охлаждаемой поверхности с омыванием теплообменных трубок под давлением меньшим, чем давление потока теплоносителя в теплообменных трубках, позволила значительно уменьшить нагрузку на стенки металлической оболочки и выполнить их менее материалоемкими с обеспечением достаточной степени их надежности.

Превышение скорости подачи теплоносителя, перемещаемого по теплообменным трубкам, над скоростью подачи потока теплоносителя, подаваемого по охлаждаемым поверхностям, т. е. в герметичной полости оболочки, позволило охлаждать стенки металлической оболочки до температурных значений, обеспечивающих образование гарнисажа, на внутренней стенке как в зоне жидких фаз, так и в зоне газообразных сред печи, что служит дополнительным средством для охлаждения стенки, предохраняет внутреннюю стенку металлической оболочки от непосредственного контакта с расплавом и позволяет осуществить первоначальную очистку отходящих газов. Все это повышает надежность корпуса печи и обеспечивает длительную работоспособность печи.

Таким образом, предлагаемый способ охлаждения плавильной печи позволяет упростить конструкцию плавильной печи, уменьшить ее материалоемкость, обеспечить длительную и надежную работу печи и наиболее эффективно утилизировать тепло, отбираемое теплоносителем в процессе охлаждения печи.

Задача изобретения решается также тем, что в плавильной печи, содержащей двухстенный корпус с герметичной полостью между стенками, входным и выходным патрубками, соединенными с системой подачи и отвода контура циркуляции в герметичной полости жидкометаллического теплоносителя для охлаждения корпуса печи, патрубки для подачи в печь топлива, шихты, отвода жидких фаз и газообразной среды, согласно изобретению, печь снабжена расположенными в стенках корпуса патрубками с размещенными в них фурмами для подачи кислородсодержащего продукта, корпус выполнен в виде металлической оболочки, которая снабжена установленными внутри нее с зазором относительно стенок теплообменными трубками с системой подачи и отвода дополнительного контура циркуляции в них жидкометаллического теплоносителя и расположенными с возможностью создания перемещения теплоносителя в трубках и в герметичной полости в одном направлении.

Кроме того, каждый контур циркуляции жидкометаллического теплоносителя снабжен теплообменным устройством.

При этом внутренняя и внешняя стенки металлической оболочки корпуса печи на участках размещения патрубков с фурмами и патрубков для подачи топлива, шихты, отвода жидких фаз и газообразной среды соединены герметизирующими полыми муфтами-компенсаторами, в которых размещены фурмы и указанные патрубки, при этом полость каждой муфты сообщена с контуром циркуляции жидкометаллического теплоносителя, омывающего теплообменные трубки в герметичной полости корпуса.

Муфты-компенсаторы, установленные в местах размещения патрубков и фурм, являются одновременно средством для соединения стенок металлической оболочки и средством компенсации неравномерного расширения материала стенок под температурным воздействием, что обеспечивает сохранение заданной формы оболочки-корпуса и в то же время позволяет охлаждать патрубки и фурмы в процессе работы печи, обеспечивая их работоспособность.

Разумеется, что плавильная печь предлагаемой конструкции с предлагаемой системой охлаждения оснащена так же, как и все существующие печи, всеми необходимыми устройствами и средствами автоматической подачи в печь исходных компонентов и отвода жидких фаз, системами контроля и управления для работы печи в автоматическом режиме, что очевидно для специалистов, работающих в этой области.

Ниже приводится подробное описание примера выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематично общий вид плавильной печи согласно изобретению; фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; фиг. 3 муфту-компенсатор плавильной печи в разрезе.

Плавильная печь содержит корпус 1 (фиг. 1) с патрубком 2 для подачи в шахту 3 печи топлива и шихты, патрубками 4 и 5 для подачи в шахту 3 кислородсодержащих продуктов, патрубками 6 и 7 для отвода жидких фаз, например, расплавов металла и шлаков, размещенных в нижней части корпуса печи, и патрубком 8 для отвода газообразной среды (отходящих газов), и систему 9 охлаждения печи, включающую два теплообменных контура 10 и 11, каждый из которых содержит теплообменное устройство 12 и систему подачи и отвода теплоносителя, образованную циркуляционными трубами 13 и насосом 14.

Корпус 1 печи выполнен в виде двухстенной металлической оболочки, например, цилиндрической формы, имеющей герметичную полость 15 между ее наружной 16 и внутренней 17 стенками, причем наружная стенка 16 охватывает по периметру внутреннюю стенку 17 и подину 18 печи, и практически по всей высоте печи. В наружную стенку 16 металлической оболочки печи вмонтирован входной 19 и выходной 20 патрубки, сообщенные с полостью 15 оболочки, причем входной патрубок 19 расположен в нижней части металлической оболочки корпуса 1, например, на подине 18, а выходной патрубок 20 расположен в верхней части металлической оболочки печи.

Патрубки 19 и 20 подключены к теплообменному контуру 10 системы 9 охлаждения, что обеспечивает в герметичной полости 15 циркуляцию теплоносителя, который непосредственно омывает внутреннюю поверхность наружной стенки 16 и наружную поверхность внутренней стенки 17 металлической оболочки корпуса печи.

В герметичной полости 15 металлической оболочки печи размещены теплообменные трубки 21 (фиг. 2), которые подключены через патрубки 22 и 23 к теплообменному контуру 11 системы 9 охлаждения. Теплообменные трубки 21 расположены с зазором 24 относительно наружной 16 и внутренней 17 стенок металлической оболочки печи, что позволяет теплоносителю, циркулирующему в полости 15, омывать как теплообменные трубки 21, так и поверхности стенок 16 и 17.

В качестве теплоносителя для циркуляции в теплообменных трубках 21 и полости 15 используется жидкометаллический теплоноситель, например, натрий, или любые другие металлы и их соединения, пригодные для использования в качестве теплоносителя и позволяющие решить поставленную задачу.

Наружная 16 и внутренняя 17 стенки металлической оболочки соединены между собой герметизирующими полыми муфтами-компенсаторами 25 (фиг. 3), установленными на участках размещения патрубков 2, 4, 5, 6, 7 и 8, причем в каждой муфте-компенсаторе 25 выполнен центральный канал, являющийся собственно патрубком 2 (или 4 8), как показано на фиг. 3, и полость 26, сообщенная с полостью 15 металлической оболочки. В полости 26 размещены теплообменные трубки 21 системы охлаждения 9. В центральных каналах муфт-компенсаторов 25, образующих патрубки 4 и 5, размещены фурмы 27 (фиг. 1).

Теплообменные контуры 10 и 11 (фиг. 1) системы 9 охлаждения имеют накопительные емкости 28 для жидкометаллического теплоносителя и ловушки 29, являющиеся фильтрами для жидкометаллического теплоносителя.

В качестве теплообменного устройства 12 в каждом контуре 10 и 11 и может использоваться, например, парогенератор с рабочими средами натрий-вода для получения пара с заданными энергетическими параметрами или подогреватель вода (экономайзер).

Печь непрерывного действия в соответствии с изобретением работает следующим образом.

Разогрев печи ведут путем сжигания газа и/или твердого, и/или жидкого топлива, которые подаются через фурмы 27, введенные в патрубки 4 и 5. При достижении температуры 200 250^oС на стенках 16 и 17 металлической оболочки корпуса 1 заполняют теплообменные контуры 10, 11 системы 9 охлаждения печи и включенное в них оборудование (теплообменные устройства 12 и насосы 14) жидкометаллическим теплоносителем, например, натрием. Включают насосы 14 для циркуляции жидкометаллического теплоносителя по трубам 13, полости 15 и теплообменным трубкам 21 и продолжают разогрев печи до 1300 1500^oС плавления руды или шихты в зоне подины 18 и одновременно осуществляют загрузку в шахту 3 печи через патрубок 2 руды и/или шихты, и/или твердого топлива. При этом через патрубки 4 и 5 при необходимости подают кислородсодержащий продукт и/или газовое, и/или жидкое топливо в количествах, необходимых для осуществления процесса плавки по конкретной технологии, например, известной непрерывной технологии выплавки металла.

В процессе плавления загруженных в печь компонентов в нижней части печи образуется зона жидких фаз, на подине 18 скапливается конечный продукт в жидком виде и по мере роста зоны жидких фаз на внутренней цилиндрической поверхности стенки 17 нижней части шихты 3 образуется слой гарнисажа из расплавленной среды, дополнительно защищающий стенку 17 от перегрева, причем требуемый уровень зоны жидких фаз устанавливают в зависимости от заданной производительности плавки или обеспечения выбранной технологии плавки металла. После достижения заданного уровня расплава осуществляют его отбор на разных уровнях известным образом через патрубки 6 и 7, которые подсоединены к приемникам (отстойникам, ковшам и так далее), на фиг. 1 не показаны.

Газообразные предметы (отходящие газы), охлаждаемые на стенках 17, отводятся через патрубок 8.

В процессе работы печи, начиная с ее разогрева, постоянно включена система 9 охлаждения, режим работы теплообменных контуров 10 и 11 которой обеспечивает в соответствии с режимом работы печи надежное охлаждение стенок 17 и 16 металлической оболочки корпуса 1, при этом жидкометаллический теплоноситель нагревается до заданной температуры, обусловленной и регулируемой скоростью его перемещения вдоль стенок, с которыми он контактирует, и скоростью перемещения его в теплообменных трубках, обеспечивающей его эффективное использование на последующих стадиях в энергетических установках и технологических циклах. Причем жидкометаллический теплоноситель, например, натрий, перемещают вдоль охлаждаемой поверхности стенок 17 и 16 металлической оболочки двумя однонаправленными раздельными потоками, один из которых подают по теплообменным трубкам 21 контура 11 системы охлаждения, а другой поток через контур 10 подают в герметичную полость 15 металлической оболочки непосредственно по охлаждаемым внутренним поверхностям стенок 17 и 16 с одновременным омыванием теплообменных трубок 21. Подачу потока теплоносителя по теплообменным трубкам 21 осуществляют со скоростью, превышающей скорость подачи потока теплоносителя через полость 15, например, более, чем на 5 что в конечном итоге определяется областью использования плавильной печи и используемым технологическим процессом.

Достижение заданного значения температуры теплоносителя осуществляют изменением скорости его подачи насосами 14, при этом заданное значение температуры теплоносителя определяется, с одной стороны, поддержанием температуры стенки 17 в пределах, обеспечивающих сохранение прочности конструкции металлической оболочки печи, а с другой необходимыми параметрами теплоносителя для эффективного использования его в теплообменном устройстве, например, парогенераторе для производства пара для подачи на турбину. Регулирование параметров теплоносителя осуществляют соответствующим изменением режимов работы теплообменных контуров 10 и 11 системы 9 охлаждения. Например, повышение скорости подачи насосом 14 теплоносителя в контуре 10 ведет к снижению температуры стенки 17, а снижение скорости подачи насосом 14 теплоносителя в контуре 11 ведет к росту температуры теплоносителя.

Для повышения надежности конструкции печи, обеспечения продолжительной ее работы и снижения металлоемкости печи давление потока теплоносителя в полости 15 металлической оболочки и теплообменном контуре 10 создают меньшее, чем давление потока теплоносителя в теплообменных трубках 21 контура 11, например, не меньше, чем на 20% Это позволяет уменьшить нагрузку на стенки 17 и 16 оболочки и соответственно уменьшить их толщину при сохранении заданной мощности печи и заданных температурных параметров теплоносителя с целью его утилизации.

В процессе плавки возможен захват жидких продуктов из зоны жидких фаз выходящими газами и при обеспечении режима охлаждения стенок 17 и 16 жидкометаллическим теплоносителем и, соответственно, отходящих газов до температуры ниже температуры затвердевания уносимых жидких фаз обеспечивается их осаждение на стенке 17 с образованием гарнисажа. При достижении гарнисажем толщины 3 10 мм под действием охлаждения его стенкой и происходит деформация гарнисажа, его скалывание и осыпание в зону жидких фаз печи, что позволяет повысить степень очистки отходящих газов.

При выходе работы печи на стационарный режим, когда устанавливается постоянный режим процесса плавки и стабильный теплосъем на цели утилизации тепловой энергии, достигается номинальный режим работы плавильной печи. Следует отметить, что начиная с режима пуска (разогрева) и до достижения номинального режима работы плавильной печи тепловая энергия жидкометаллического теплоносителя утилизируется: в режиме пуска для разогрева оборудования контуров утилизации тепла, а в номинальном режиме для выработки электрической и/или тепловой энергии.

При запуске печи, а также в процессе ее работы, возможные перепады температур стенок 17 и 16 могут привести к неравномерному расширению материала стенок 16 и 17 металлической оболочки, что компенсируется муфтами-компенсаторами 25, которые соединяют стенки 17 и 16 металлической оболочки между собой. Поскольку в муфтах-компенсаторах 25 предусмотрены полости 26 для размещения теплоносителя и теплообменных трубок 21, то циркулирующий в них жидкометаллический теплоноситель обеспечивает охлаждение муфт и соответственно размещенных в них фурм 27 и патрубков 2, 4, 5, 6, 7 и 8 для подачи рабочих сред, отвода продуктов плавки. Это обеспечивает нормальный рабочий режим фурм 27, патрубков 2, 4, 5, 6, 7 и 8, а также вспомогательных устройств и способствует увеличению срока их службы.

Конкретное использование предлагаемой плавильной печи описывается на примере выплавки чугуна из руды или железосодержащих продуктов с применением твердого топлива в виде угля (кокса). Температура в зоне жидких фаз печи поддерживается на уровне 1350 1500^oC, температура стенки 17 металлической оболочки печи, защищаемой гарнисажем расчетной толщины 100 150 мм, поддерживается в диапазоне 300 650^oC, температура жидкометаллического теплоносителя натрия, непосредственно контактирующего с внутренними поверхностями стенок 17 и 16 и омывающего теплообменные трубки 21 в полости 15 металлической оболочки-корпуса печи, поддерживается в диапазоне 200 600^oC, температура наружной стенки 16 металлической оболочки печи поддерживается в диапазоне 200 600^oC. Такие температурные значения обеспечивают нормальное рабочее состояние стенок металлической оболочки печи, выполненных из конструкционных сталей широкого класса марок. При этом температура теплоносителя, циркулирующего в теплообменных трубках 21, составляет 200 590^oC, давление теплоносителя в теплообменных трубках 21 составляет 0,2 1,0 МПа, скорость его подачи 0,5 5 м/с, а давление теплоносителя в полости 15 металлической оболочки корпуса составляет 0,05 - 0,2 МПа, скорость его подачи 0,01 1 м/с.

В зоне газообразной среды печи, в которой происходит дожигание выходящих из жидкой ванны окиси углерода (CO) и водорода (H₂) температура отходящих газов достигает 2400^oC, температура стенки 17 оболочки достигает значений 600 620^oC при температуре 500 550^oC жидкометаллического теплоносителя натрия в верхней части полости 15, что также вполне допустимо для конструкционных сталей, например, марок аустенитного класса.

Полученные температурные параметры жидкометаллического теплоносителя на выходе из теплообменных контуров 10 и 11 системы охлаждения позволяют эффективно использовать его в парогенераторах натрий-вода для получения пара с температурой 490 535^oC и давлением 14 МПа, что дает возможность впервые применить стандартные паровые турбины высоких тепловых параметров.

Таким образом, использование жидкометаллического теплоносителя натрия в системе охлаждения плавильной печи позволяет отказаться от использования огнеупорного материала для корпуса печи и выполнить его в виде двухстенной металлической оболочки и в то же время наиболее эффективно утилизировать отводимое тепло на энергетических установках с высоким термодинамическим циклом, например, при получении электроэнергии, обеспечивает надежность конструкции печи, увеличивает безремонтный цикл ее эксплуатации, соблюдение заданных технологических режимов и качества полученного продукта.

Предложенная схема охлаждения печи и ее конструкция позволяют расширить область ее использования для различных технологических процессов, в том числе и для переработки всевозможных бытовых и промышленных отходов.