устройство для получения высокотемпературных минеральных расплавов

Формула изобретения

Устройство для получения высокотемпературного минерального расплава, содержащее корпус, внутри которого находится плавильная камера с электродами, отличающееся тем, что оно в верхней части выполнено в виде наклонного канала для подачи минерального сырья, в передней части плавильной камеры смонтирован опрокинутый огнеупорный стакан, выполненный в форме цилиндра или призмы, внизу которого имеются переливное отверстие для расплава и выпускная летка, а в верхней его части расположен спускной лоток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для получения минеральных и других расплавов в производстве различных волокон, обладающих тепло- и звукоизоляционными свойствами и используемых в строительстве, машиностроении и других областях промышленности.

По способу расплава шихты технологии подразделяются на газоплазменные, электродуговые, коксовые, высокочастотные, плазменные и комбинированные.

Известна установка для получения минерального волокна, в которой для получения расплава применяется плазмотрон, соединенный в единый узел с плазменным реактором прямоугольного сечения с отверстием для ввода сырья в верхней части и отверстием для выхода волокна и плазменной струи в нижней (РФ №2021217, С 03 В 37/06, 15.10.1994).

Известен также способ получения базальтового волокна плазменным нагревом (РФ №2035409, С 03 В 37/04, 20.05.1995), согласно которому на плазменный шнур надвигают с противоположных сторон стержни из минерального сырья. Под действием низкотемпературной плазмы края стержней оплавляются.

Однако недостатком известного способа является сложная конструкция применяемого плазменного реактора, сравнительно низкая его производительность, высокая пожароопасность.

Наиболее близким к заявляемому является способ, включающий подачу дисперсного минерального материала в зону обработки, его плавление путем воздействия потоком низкотемпературной плазмы и раздув расплава в приемосборник.

Расплавление дисперсного минерального материала по указанному способу проводят в устройстве, которое представляет собой цилиндрический открытый сосуд, вращающийся со скоростью не менее 4500-5000 об/мин, при этом температура на внутренней поверхности сосуда превышает температуру плавления материала на 300-600°С, а массовый расход дисперсного материала превышает массовый расход расплава на 3-6% (Патент РФ №2060977, С 03 В 37/04, 27.05.1996).

Недостатками описанного способа и устройства являются повышенные энергозатраты, низкая безопасность, малая производительность (2.5-40 кг/час) и недостаточная надежность технологии.

Изобретение решает задачу создания энергосберегающего, экологически чистого, высокопроизводительного, надежного и безопасного способа получения высокотемпературного минерального расплава и устройства для его осуществления.

Задача решается созданием конструкции устройства получения высокотемпературного (до 2000°С) минерального расплава с широким диапазоном применения исходного минерального сырья от мелких пылевидных и до 15 мм фракций шихты, в т.ч. отсевы горнорудного производства.

Корпус устройства выполнен из огнеупорного материала (шамотный кирпич), внутри которого монтируется плавильная камера, состоящая из бакоровых плит с температурой эксплуатации до 2100°С или из иных футеровочных материалов.

В наклонных бакоровых плитах плавильной камеры предусмотрены отверстия для ввода электродов, электропитание которых осуществляется от тиристорного агрегата через сглаживающий дроссель.

В передней части плавильной камеры устанавливается опрокинутый огнеупорный стакан, выполненный в форме цилиндра или призмы, далее - огнеупорный стакан, в нижней части которого предусмотрено переливное отверстие, а в верхней его части монтируется спускной лоток, большая часть которого находится в перегретом расплаве.

Таким образом создается двухуровневая энергетическая система слива расплава с постоянным его прогревом.

На фасадной части устройства выполняется смотровое окно за счет изоляции огнеупорного стакана в целях визуального и системного бесконтактного определения температуры расплава, а также для удобства эксплуатации.

Шихта, принудительно подаваемая из приемного бункера через прогреваемый наклонный канал (верхняя часть устройства), поступает в плавильную камеру и заполняет ее, полностью закрывая межэлектродный объем и верхнюю плоскую часть огнеупорного стакана, что способствует ускоренному предварительному прогреву шихты.

При розжиге межэлектродной дуги образуется энергетический объем, образующийся при этом расплав заполняет нижнюю часть плавильной камеры, далее - во внутренний объем огнеупорного стакана, одновременно прогревая спускной лоток.

Двухуровневая энергетическая система устойчиво выполняет функции гомоганизации (однородности) расплава.

Таким образом создается внутрикамерный расплавный затвор, и кипящая верхняя часть шихты с непроплавом и попутными газами не может поступить на спускной лоток.

Устройство рассчитано на годовой выпуск 1500 т расплава (200 кг/час) при годовом фонде времени 320 дней.

Комплекс устройства позволяет увеличить производительность выпуска пропорционально увеличению мощности источника питания без изменения конструкции и систем управления.

На фиг.1 и 2 представлена общая схема устройства.

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из шамотного кирпича, с вмонтированной плавильной камерой 2, состоящей из ограждающих бакоровых плит 3, и эксплуатационной температурой до 2100°С стенки 4, в отверстиях которых монтируются электроды 5 с оптимальными углами наклона для получения эффективного энергетического межэлектродного объема плавления 6.

В передней части плавильной камеры 2 устанавливается опрокинутый огнеупорный стакан 7, в нижней части которого имеется переливное отверстие 8, а в его верхней части - спускной лоток 9.

Изоляция передней части устройства совместно со спускным лотком 9 образует смотровое окно 10.

Внизу огнеупорного стакана 7 предусмотрена выпускная летка 11, через которую выливается расплав по окончании плавки с использованием переливного отверстия 8.

В верхней части устройство выполнено в виде наклонного канала 12, по которому подается шихта 13.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Пылевидная шихта 13 с различными фракциями до 15 мм (в т.ч. отсевы горнорудного производства) принудительно по наклонному каналу 12 (в верхней части корпуса 1) поступает в плавильную камеру 2 и на верхнюю часть огнеупорного стакана 7. Прогретая за счет энергетического межэлектродного объема 6 шихта, плавясь, заполняет нижнюю часть плавильной камеры 2, а через переливное отверстие 8 расплав поднимается вверх (сообщающиеся сосуды) во внутренний объем огнеупорного стакана 7.

При этом межэлектродный энергетический объем 6 прогревает огнеупорный стакан 7 извне, поднимающийся вверх расплав за счет этого дополнительно прогревается, а достигнув спускного лотка 9, постепенно раскаляет и его.

Самый верхний объем огнеупорного стакана предназначен для окончательного прогрева спускного лотка 9 и дальнейшего беспрепятственного слива расплава.

По окончании плавки через выпускную летку 11 выливается расплав и из плавильной камеры 2 через переливное отверстие 8.

Образовавшаяся двухуровневая система слива расплава формирует расплавный энергетический затвор, предотвращает прорыв непроплавов шихты и сопутствующих газов в спускной лоток 9 и тем самым обеспечивает качественный расплав (эффект гомоганизации).

Такая двухуровневая система слива позволяет:

- осуществить устойчивый забор расплава, производить его перегрев энергетическим межэлектродным объемом;

- прогрев расплава также осуществить перед сливом на спускной лоток;

- исключить "замерзание" расплава при сливе и резко повысить КПД устройства (до 85%).

Преимущества предлагаемого устройства перед аналогами:

1. большая производительность плавки при сравнительно малых габаритах устройства;

2. получение высокотемпературного расплава (до 2000°С);

3. использование одного вида энергии с минимальными энергозатратами (до 1 кВт/кг шихты);

5. малая инерционность запуска (до 15 мин);

6. высокая эксплуатационная надежность при экологически чистом процессе плавки;

7. универсальность применения и гибкость при назначении производительности выпуска;

8. большой КПД - до 85%;

9. безопасность эксплуатации (пожаро- и взрывобезопасность).

Все части устройства функционально обеспечены его конструкцией и электронной системой управления на апробированных методах бесконтактного определения температур как в межэлектродном объеме, так и температуры расплава без применения дорогостоящих комплексов (до 200 тыс.руб.).