минераловатная газовая вагранка с огнеупорной насадкой

Формула изобретения

Минераловатная газовая вагранка с огнеупорной насадкой, содержащая ватер-жакет, газовые горелки, установленные в его нижней части и разделяющие его на горн и шахту, подину и узел выпуска жидкого минерального расплава, отличающаяся тем, что горн вагранки снабжен металлическими вертикально установленными ребрами, жестко скрепленными с внутренней поверхностью ватер-жакета в пространстве от нижнего среза газовых горелок до уровня подины, при этом ширина ребер равна 0,04...0,05, а расстояние между ребрами - 0,03...0,04 внутреннего диаметра ватер-жакета.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области минераловатного производства, точнее - к конструкциям газовых вагранок для плавки минераловатного сырья.

Известна газовая вагранка для производства минеральной ваты [1]. Газовая вагранка состоит из шахты в виде ватер-жакета и камеры перегрева с расширяющимися книзу огнеупорными стенками. Шахта и камера перегрева разделены между собой водоохлаждаемой перемычкой, состоящей из труб, по которым пропускают воду для их охлаждения. Минеральное сырье загружают на водоохлаждаемую перемычку. В камере перегрева установлены газовые горелки. Нагрев и плавление шихты происходит в шахте, а перегрев расплава - в камере перегрева.

Недостатками известной вагранки являются: сложность конструкции, обусловленная наличием водоохлаждаемой перемычки; возможность прогара водоохлаждаемых труб и низкая температура расплава из-за его охлаждения при прохождении через водоохлаждаемую перемычку.

Известна минераловатная газовая вагранка с огнеупорной насадкой [2]. Она состоит из шахты и горна, который выполнен расширяющимся книзу и имеет сферическое основание (подину). Газовые горелки установлены по касательной к поверхности сферического основания. Недостатками известной вагранки являются: сложность выполнения сферической подины, недостаточная стойкость футеровки горна из-за воздействия стекающего по ней жидкого минерального расплава и возможность зашлаковывания туннелей газовых горелок стекающим расплавом, так как горелки установлены на одном уровне со шлаковым расплавом, скапливающимся в горне вагранки.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является газовая вагранка с огнеупорной насадкой для плавки минерального сырья института «ВНИИТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ» (г.Вильнюс) [3]. Газовая вагранка состоит из шахты закрытого типа, ватер-жакета, газовых горелок, подины и узла выпуска минерального расплава. Газовые горелки располагаются на расстоянии 400-500 мм от уровня подины и делят вагранку на горн (ниже уровня горелок) и шахту (выше уровня горелок).

В горне вагранки имеется насыпная огнеупорная насадка, предназначенная для сжигания газа в промежутках между насадочными телами, разделения столба твердой шихты и жидкого расплава, перегрева расплава и формирования его химического состава. В качестве насадочных тел используются огнеупоры - бакор, карборунд, высокоглиноземистый кирпич и др.

Опыт плавки минерального сырья в описанной вагранке показал, что процесс плавки является нестабильным. В процессе плавки огнеупорная насадка спекается, пространство между насадочными телами зашлаковывается, что приводит к невозможности нормального сжигания газа и продолжения плавки. Процесс спекания насадки наиболее интенсивно развивается в нижних ее частях.

Процесс спекания насадки объясняется тем, что в нижней части насадки наблюдается более низкая температура насадочных тел, чем в верхних частях выше горелок, в результате чего шлаковый расплав охлаждается, затем скапливается в промежутках между насадочными телами и при дальнейшем снижении температуры расплав кристаллизуется с образованием конгломерата.

Основной причиной спекания насадки является недостаточно эффективный прогрев насадочных тел продуктами сгорания природного газа, что, в свою очередь, объясняется тем, что проход газов в нижнюю часть насадки затруднен из-за отсутствия свободного прохода в летку узла выпуска расплава. Таким образом, продукты сгорания газа преимущественно движутся вверх, что приводит к неравномерному разогреву насадочных тел.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение равномерного разогрева насадки в нижней и верхней ее частях, устранение условий охлаждения расплава и его кристаллизации в насадке и на обеспечение тем самым стабильной работы вагранки в течение длительного времени.

Задача решена тем, что в минераловатной газовой вагранке с огнеупорной насадкой, содержащей ватер-жакет; газовые горелки, установленные в его нижней части и разделяющие его на горн и шахту; подину и узел выпуска жидкого минерального расплава, горн вагранки снабжен металлическими вертикально установленными ребрами, жестко скрепленными с внутренней поверхностью ватер-жакета в пространстве от нижнего среза газовых горелок до уровня подины, при этом ширина ребер равна (0,04...0,05), а расстояние между ребрами - (0,03...0,04) от внутреннего диаметра ватер-жакета.

Минераловатная газовая вагранка с огнеупорной насадкой иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид вагранки в продольном разрезе, на фиг.2 - увеличенное изображение ребер ватер-жакета в поперечном разрезе.

Минераловатная газовая вагранка с огнеупорной насадкой, фиг.1, состоит из ватер-жакета 1, трубы 2, газовых горелок 3, установленных в нижней части ватер-жакета и разделяющих его на шахту (выше уровня газовых горелок) и горн (ниже уровня горелок). В нижней части горна имеется подина 4, состоящая из нескольких слоев формовочной смеси, песка и горелой земли, и узел выпуска минерального расплава 5.

Воздух для сжигания природного газа подается в газовые горелки 3 из воздушного коллектора 6, газ - из газового коллектора 7. В горне и частично в шахте на высоту 1,0...1,2 м размещена огнеупорная насадка 8, состоящая из смеси огнеупоров и углеродсодержащего материала. В качестве материалов насадки могут быть использованы шамотные, высокоглиноземистые огнеупоры, электродный бой и другие материалы.

Загрузка шихтовых материалов в вагранку осуществляется через загрузочное окно 9.

Горн газовой вагранки снабжен металлическими вертикально установленными ребрами 10. Ребра жестко скреплены (например, приварены) с внутренней поверхностью ватер-жакета 1. Длина ребер соответствует расстоянию от нижнего среза газовых горелок 3 до уровня подины 4.

Ширина ребер выбирается из расчета (0,04...0,05) от внутреннего диаметра ватер-жакета, а расстояние между ребрами - из расчета (0,03...0,04) от упомянутого диаметра.

Ребра 10 предназначены для создания в периферийных частях огнеупорной насадки (около внутренней поверхности ватер-жакета) пустот для проникновения продуктов сгорания газа в нижнюю часть насадки и разогрева насадочных тел, находящихся ниже уровня газовых горелок.

Минераловатная газовая вагранка с огнеупорной насадкой работает следующим образом. Сначала вагранку разогревают на малом режиме газовых горелок. Затем в вагранку по порциям загружают материалы огнеупорной насадки, эквивалентный диаметр кусков которых зависит от внутреннего диаметра и равен 0,06 от этого диаметра.

После загрузки огнеупорной насадки производят разогрев насадочных тел до температуры 1500-1600 градусов. Затем производят загрузку шихтовых материалов (доменный или мартеновский шлаки, отходы собственного производства, битый кирпич и т.д.). Шихта в шахте вагранки нагревается до температуры плавления, плавится и в виде капель и струй поступает в огнеупорную насадку, где расплав перегревается и формируется по химическому составу. Далее расплав поступает в узел выпуска расплава, после чего подвергается распылению с целью получения шлаковаты.

В предлагаемой вагранке благодаря наличию ребер, смонтированных на внутренней поверхности ватер-жакета, достигается равномерный разогрев насадки по всей ее высоте, что исключает охлаждение расплава в нижних частях насадки и его кристаллизацию с закупориванием проходов между насадочными телами.

Это объясняется следующим. Благодаря наличию ребер насадочные тела в поперечном сечении насадки (фиг.2) располагаются с образованием пустот между внутренней поверхностью ватер-жакета и насадочными телами, то есть упаковка насадочных тел в периферийных частях поперечного сечения менее плотная, чем в центральной части насадки. Это обстоятельство приводит к тому, что продукты сгорания поступают не только в верхние слои насадки, но и в нижнюю ее часть по пустотам между внутренней поверхностью ватер-жакета и насадочными телами. Продукты сгорания газа, поступающие в нижнюю часть насадки вдоль стенок ватер-жакета, затем заходят в центральную часть насадки и направляются вверх.

Описанное обеспечивает интенсивный разогрев нижней части насадки по всему поперечному сечению, что способствует перегреву расплава и исключает его охлаждение и кристаллизацию с закупориванием свободного объема насадки.

Приведенные в заявке соотношения размеров ребер и их расстояний относительно друг друга являются оптимальными. При выходе из указанных соотношений процесс плавки нарушается. При ширине ребер менее 0,04 от внутреннего диаметра ватер-жакета объем пустот становится минимальным и доступ продуктов сгорания к нижним частям насадки затруднен. При ширине ребер более 0,05 от внутреннего диаметра затрудняется охлаждение ребер, которое осуществляется охлаждающим воздействием воды, протекающей по ватер-жакету. При большой ширине ребер возможно их оплавление продуктами сгорания и стекающим расплавом шлака.

При расстоянии между ребрами менее 0,03 от внутреннего диаметра ватер-жакета объем пустот около поверхности ватер-жакета значительно увеличивается и поток газов в нижнюю часть значительно интенсифицируется, что может привести к прогару стенок ватер-жакета и аварийной ситуации. При расстоянии между ребрами более 0,04 куски отдельных насадочных тел могут располагаться между ребрами, закрывая проходы продуктам сгора - в нижнюю часть насадки, что приведет к снижению температуры насадочных тел и жидкого расплава.

Таким образом, по сравнению с прототипом и аналогами предлагаемое изобретение позволяет обеспечить равномерный разогрев огнеупорной насадки по ее высоте, оптимальные условия перегрева жидкого расплава во всех частях насадки, исключить условия охлаждения насадочных тел и расплава в нижней части насадки и устранить возможность спекания насадочных тел.

Источники информации

1. Патент РФ №2020393 «Газовая вагранка для производства минеральной ваты». БИ №18, 30.09.94.

2. А.С. СССР №1308811 «Минераловатная вагранка». 13.09.82.

3. Гоберис С.Ю. и др. Вагранка минераловатного производства. - М.: ВНИИСЭМ. 1977, с.59.