PL160334B1 - Piec do topienia PL - Google Patents

Abstract

1. Piec do topienia surowca dla wytwarzania welny zuzlowej, zawierajacy szyb dla przegrzewania i topienia surowca przeznaczonego do stopienia, chlo- dzony woda ruszt umieszczony w dolnej czesci szybu, który podtrzymuje warstwe ceramicznych czastek wy- pelniajacych jak równiez surowca, komore palenisko- wa znajdujaca sie pod spodem szybu, zawierajaca denna czesc dla zbierania roztopionej masy kapiacej z szybu oraz wylot dla spuszczania roztopionej masy oraz przynajmniej jeden glówny palnik umieszczony w komorze paleniskowej, znamienny tym, ze piec do topienia zawiera ponadto pomocnicze palniki (10) rozmieszczone ponad rusztem (5) w dolnej czesci szybu (2), tuz przy ceramicznych czastkach wypelnia- jacych (4), zapobiegajace tworzeniu sie kanalów w topionym surowcu, przy czym denna powierzchnia komory paleniskowej (3) jest wieksza niz powierzch- nia przekroju poprzecznego szybu (2). Fig.1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest piec do topienia surowca dla wytwarzania wełny żużlowej.

Jako surowce do produkcji wełny żużlowej stosowane są tlenki krzemu i metalu lub węglany i/lub żużel. Siurowec zostaje stopiony w piecu i jako roztopiony zostaje doprowadzony do zespołu wywalającego włókna, który przekształca roztopioną masę minerału we włókna. Podczas Otwarzania włókien dodany zostaje środek wiążący, który po obróbce cieplnej łączy włókna wzajemnie między sobą, t.ak aby uzyskać produkt o ciągłym kształcie. Dla uzyskania produktu o dobrej Jakości, istotyym Jest, że topnienie jest regularne i że lepkość roztopionej masy oraz jej strumień, wypływający z pieca do zespołu wytwarzającego włókna, jest stały.

Naaczęściej stoioi,·ίtzyy rodzajem pieca do topienia Jest piec żelówiakowy chłodzony wodą, który jest zasilany mieszalną surowca i koksu. Piec żelówikkowy ma wlot eowietΓzα spalania, które zwykle jest wstępnie ogrzane do temperatury około 500°C. Kaπyentstz surowiec w rodzaju bazaltu lub diabazu topi się w temperaturze około 1200°C. Roztopiona masa zostaje w piecu przegrza na, tak że wypływa z pieca mając temperaturę około 145O⁰C. Stosownie do mieszanki koksowej z

160 33+ mineralnym surowcem, wytop w piecu żeliwiakowym zachodzi w atmosferze redukującej. Spaliny wylotowe zazwyczaj zawierają 8 do 10% niespadonego Jednotlenku węgla /CO/ i matą ixość siarkowodoru /H₂S/, Jak również dwitlenek siarki /S0₂/.

Istotną wadą pieców żel-w-iaki^wycn Jest to, że w większości przypadrów, ze względu na środowisko, miszą być uposażone w oczyszczacz gazu, który oddziela pyt i produkty dopalania spalin, a Który również obejmuje podgrzewanie powwetrza spalania. TaKie oczyszczanie gazu i urządzenie dopadające Jest zwrlkLe Daruziej skomplikowane i kosztowne mz sam piec żeliwiakowy do topienia. Inną wauą pociągającą za sobą degradację środowiska, przy zastosowaniu piecy żeliwiakoiych opalanych kok.sem Jest to, że tlenek żelaza wstępujący w surowcu zostaje zredukowany do metalicznego żelaza, przez co piec msi być wyposażony w urządzenie dla spuszczania żelaza. Spuszczanie żelaza, które odbywa się co cztery godziny, powoduje także przerwę w produkcji, trwającą około 15-tu

Ponadto piece żeiwwakkowe ^kkozystują gaz naturalny jako dodatkowe paliwo i były wytwarzane z powodu oszczędności energii, dzięki czemu mskszyllaanie 25 do 30% koksu można było zastąpić przez gaz. Jednakże problem niecałkowitego spalarnia pozostaje i konieczne jest dopadanie, oczyszczanie gazu wyLotowego i spuszczanie żelaza, które ponownie wymaga przerw w produkcji.

Innym rodzajem urządzenia do topienia jest elektryczny piec typu zbiornik, w którym energia do topienia jest doprowadzana przez trzy grafitowe elektrody zasilane przemierrnym prądem o napięciu 150 do 200 V i natężeniu 10000 do 20000 A. Ilość gazu wlotowego z elektrycjmego pieca jest zwykle na tyle mała, że nie wymaga oczyszczenia. Poza tą korzyścią na rzecz środowiska, elektryczny piec posiada również tę zaletę, że pozwda na bardziej swo— bodny wybór surowca /drobnoziarnisty/, jak również daje w wyniku bardziej regularny wpływ roztopionej masy i temperaturę, w porównaniu z piecem żeliwiakiwm. Wadą pieca elektrycznego jest jednakże to, że wmaga on około cztery razy droższego oprzyrządowania niż piec żeliwialk>w z oczyszczaczem gazu, oraz że wymsaja bardzo wrafinowanej i drogiej formy energii.

Poza tym, używane są ogrzewane gazem lub olejem opadowm kadzie do topienia, podobnego rodzaju Jak stosowane są w przemyśle szklarskim, które umożiwiają 5 do 1o% powiększenie energii, na skutek zastosowania elektrod ;Mkibaenowych. Kadzie ogrzewane gazem w^maa^aJą nieco droższego oprzyrządowania niż piece elektryczne typu zbiornikowego, a zawierają w przybliżeniu dwa razy większą powierzchnię wanny z roztopioną masą przy tej samej pojemności.

Gaz i olej opałowy mają tę zaletę, że są ławwo osiągadnymi opałami, jednakże ogrzewanie zbiorników gazem lub olejem napędowym Jest niekorzystne ze względu na wytrzymałość obudowy wmszącą tylko 3-4 lata, przy czym koszty rekonstrukcji stanowią około 30 do 4o% nowej komstrukcji zbiornika.

Wszystkie te wmienione piece mają swoje zalety i wady, a żaden z nich nie jest ideałem, jednakże obecnym trendem jest stosowanie pieców gazowych lub elektyycznych, ze względu na ^mcTanna środowiska /głównie ziaΓai/.

Jak już wspominano wyżej, ostatnie piece mają tę wadą, że są znacznie bardziej kosztowne niż piece żeiwwiakowe z oczyszczaniem gazów odlotowych, przy czym są Jednocześnie mTej elastyczne poo wzgięaem przss0okiiywaJnii do nieprzerwanej pracy w ciągu tygodni lub na przykład 1 l.ub 2 zmian roboczych. Piec żeiwwakkow zawiera tylko kilkaset kilogamnó^w roztopionej masy na swym dnie, podczas gdy piece zbiornikowe mają ilość masy roztopionej rzędu kilkudziesięciu ton. Z tego względu piec Zeliwikkows może być odwracany i opróżniany z roztopionej masy bardzo szybko, bez zauważalnych przerw produkcyjnych. Podobnie, piec żelίwiikowy m^J^na pocdnieść w bardzo krótkim czasie, w 1 lub 2 operacjach zmiany, zwykłe około 1 godz. Natomiast odwracanie pieców zbikrnikowsch trwa 1 do 3 dni, co oznacza, że nie są one ławwo przystosowują ce się z punktu widzenia nieprzerwanej pracy.

Brytyjski opis patentowy nr 1 326 884 przedstawia pomiędzy innymi piec do wTapiania żela za ogrzewany gazem, który jest rodzajem pieca żeliwi?kowegk, w którym proces topienia zachodzi w szybie, którego dolna część zawiera chłodzony wodą ruszt, na którym spoczywa surowiec przeznaczony do wytopu żelaza i warstwa w^iszanego grafitu ceramicznego stanowiąca rozdrobnione cząstki wy^eeniające, które wolno roztapia się i zostają one wrmieszane ze stop^nym żużlem,

160 334 przy czym masa roztopionego żelaza zostaje Jedrwczesnie nawglona· fosa roztopionego żelaza opuszczającego tego rodzaju piec ma temperaturą około 135O°C i wymaga, aby temperatura została obniżona do odpowiedtUej dla odlewana temperatury, co zwr>k.e zostaje dokonane w piecu indukcyjnym.

Celem sⁿalazku Jest opracowanie pieca do topienia surowca do produkcji wełny żużlowej, w którym s^eHminowane zostaną wady znanych pieców do topienia minerałów. Tak więc obecny wynalazek odnosi się do pieca do stapiania, który nie Jest szkodliwy dla środowiska, zapewnia regularny spływ roztopionej masy, temperatura której równa się końcowej temperaturze roboczej, który w^msa^a zadawalająco niskich kosztów oprzyrządowania i nadaje się do przystosowania do nieprzerwanego działania.

Piec do topienia surowca dla stwarzania wełny żużlowej, zawierający szyb dla przegrzewania i topienia surowca przeznaczonego do stopienia, chłodzony wodą ru3Zt umieszczony w dolnej części szybu, który podtrzymuje warstwę ceramicznych cząstek spieniających, Jak również surowca, korę paleniskową znajdującą się pod spodem z szybu, zawierającą denną część dla zbierania roztopionej masy kapiącej z szybu oraz słot dla spuszczania roztopionej masy oraz przynajmnej jeden główny paLnik umieszczony w komorze paleniskowej, według smdazku charakteryzuje się tym, że piec do topienia zawiera ponadto pomocnncze paLniki rozmieszczone ponad rusztem w dolnej części szybu, tuż przy ceramicznych cząstkach speeniających, zapobiegające tworzeniu się kanałów w topionym surowcu, przy czym denna powierzchnia komiry paleniskowej Jest większa niż powwerzchnia przekroju poprzecznego szybu. PoTOMnoze palniki są całkowicie lub częścoowo skierowane do warsts ceramicznych cząstek wyceniających.

Korzystnym Jest, Jeśli ceramiczne cząstki sfpenlające podtrzymywane przez ruszt zawierają tlenek chromos związany z tlenkiem ginoosm i mają średnicę 100 do 200 mm.

P^ł^we^r^^chnla denna komory paleniskowej, to Jest powerz^nia kąppeli stopu Jest 20 do 400% większa niż powierzchnia poprzecznego przekroju szybu.

tyyot roztopionej masy znajduje się na odeowiednneJ nad dnem komory paleniskowej, tak że powstaje kąpiel stopu.

W kerze paleniskowej znajduje się urządzenie doprowadzające dodatkową energię elektryczną poprzez elektrodę lub techniką plazmową, dla dodatkowego przegrzewania roztopionej masy aż do temperatury roboczej. Nad górną częścią szybu znajduje się rekuperator umieszczony w kanale dla gorących gazów odlotosch, dla podgrzewania powwetrza spalania. Denna część komory paleniskowej, która Jest sposażona w ceramiczną obudos, Jest usuwalna.

W korzystnym rozwiązaniu pieca według sⁿaLazku komora paleniskowa jest ^yoosażona w urządzenie doprowadzające ponowne pozostałości powstałe przy stwarzaniu włókien, bezpośrednio do komory paleniskowej.

Główny palnik pieca według s^nalazku może s^orzystywać paliwo gazowe, paliwo płynne lub węglowe paliwo pyłowe.

Ceramiczne cząstki sP^elⁿiające, które tworzą porowatą warstwę przepuszczalną dla gorących gazów spalinosch ze znajdującej się pod spodem komory paleniskowej, podpperają surowiec mający podlegać stopieniu i powiększają powierzchnię roztopionej masy minerału spływającej po nich w dół, aby uzyskać zwiększoną po^wi^rzchnię styku pomiędzy roztopioną masą i gazami, dla inicjacji przegrzewania roztopionej masy. Wypijające cząstki składają się z materiału ogniotrwałego, który ma odporność na działanie roztopionej masy minerału tak dużą, Jak to tylko Jest możliwe. OdpowWednimi materiałami odpornymi na działanie roztopionej masy są na przykład węglik krzemu oraz różne maaeriały zawierające tlenek chromos związany i tlenek glinos· Cząstki są ogrzewane przez gorące gazy odlotowe i ponownie chłodzone przez roztopioną masę spływającą w dół przez te cząstki. Jednocześnie zapew^eją one porowatość warstwy· Kcozystnie są one kuliste i nają średnicę 100 do 200 mm.

Zgodnie z s^nal-azkiem denna powierzchnia komory paleniskowej, a więc po^arzch-nia kąpieli roztopionej masy Jest większa korzystnie 20 do 400% niż poprzeczna powierzchnia szybu, aby moożi· S był wrost temperatury roztopionej masy do około 145O°C, zanim gazy odlotowe przepłyną w górę poprzez szyb przy temperaturze około 1600°C. Tak więc w piecu stwarzana jest roztopiona masa,

160 334 która może być doprowadzona bezpośrednio do zespołu wywarzającego włókna. Dalsza zaleta większej dennej powierzchni komory paleniskowej polega na tym, że roztopiona masa zostaje zabezpieczona przed spływaniem w dół wzdłuż ścian komory paleniskowej, co powodowałoby erozję maaeriału ścian. Dno komory palenisltowej może mieć kształt kwaddatu, sześciokąta, owalu ±ub koła. Inne kształty są również mOżiwe. ściany komory paleniskowej mogą być prostopadłe lub skośne.

W korzystnym przykładzie w^^kmania, piec do topienia zawiera oprócz głównych palników również palniki pomoonlcze, które są umieszczone na obwodzie pieca, powyżej chłodzonego wodą rusztu. Stosowanymi partwami są paliwa gazowe, na przykład gaz naturalny lub gaz płynny, a pomonncze palniki korzystnie pracują z zimnym powietrzem, korzystnie wzbogaconym tlenem. Zadaniem pomor^l^zych palników Jest zapewnić regularny wtop, aby uniknąć formowania się tuneli w szybie. P^JMor^ncze paLniki są ponadto istotne dla opróżniania szybu przed przerwami w produkcji, podczas weekendów itp.

Hość energii doprowadzona przez pomcnncze palniki stanowi korzystnie 15 do 301$ ogólnej ilości wymaganej energii. ilość iomcntnzyjh palników w/rnsi korzystnie 1o do 30. Szyb i komora paleniskowa są całkowicie płożone odpowiednimi okładznnowymi aaαeΓiαłami ognioodpornymi.

Jako surowiec można stosować różnego rodzaju kamienne, żużel lub ich mieszaninę. Jako domieszki dodane mogą być dolomit lub wapień.

Oppoweddnią frakcją surowca Jest frakcja 4< do 80 mm, przy której warstwa surowca działa w szybie jak filtr pyłowy, a przez to przy tego typu piecu ilość pyłu jest w większości przypadków tek mała, że nie wymsaga Już iiltru pyłowego.

Ogrzewane surowca do temperatury topnienia około 12OO⁰C Jest dokonywane przez konwekcyjne przekazywanie ciepła z gorących gazów wlotowych, do zbrylonego surowca. Topienie zachodzi również w neutraLnej, lub lekko utleniającej atmoferze, a w związku z tym z pieca nie ulatniają się nlespłlcne gazy. Nie występuje tu redukcja tlenku żelaza stanowiącego część surowca, tak więc w piecu nie musi być zastosowane urządzenie do odprowadzaiHa żelaza, Jak to jest w przypadku pieców leliwłctoirynt opalanych koksem i elektrycmycn pieców z elektrodfml grafitowymi.

Komora paleniskowa Jest uposażona w Jeden lub korzystnie w weie głównych palników konwencjonalnego typu. Stosowane Jest Kuozystnie paliwo gazowe w roazaju gazu naturalnego Iud gazu ciekłego, ewentuia.mie paliwo płynne w rodzaju oleju płynnego, aie również stosowane Jest wglowe paliwo pyłowe. Aby osiągnąć wysoką temperaturę spalania, można zastosować podgrzane powwetrze spalania. Gaz utleniający może być również zmeszany z powietrzem sialłnił· Palniki są korzystnie skierowane do powierzchni kąppeli roztopionej masy.

Piec do topienia mże być również wyposażony w różne urządzenia do przegrzewania roztopionej masy przez energię elektryczną poprzez elektrody znanego rodzaju, na przykład przez elektrody molibdenowe.

Przegrzewanie roztopionej masy w dennej sekcji pieca może być również osiągnięte za pomocą energii plazmowej bezpośrednio w komorze paleniskowej, dzięki czemu energia plazmowa przechodzi od elektrody chłodzonej wodą w sklepieniu pieca, przez roztopioną masę do elektrody w dnie pieca.

Dodatkowa energia elektryczna doprowadzona przez elektrodę lub technikę plazmową reprezentuje maksymmanie 20% całkowitej w^mganej energii.

Aby poprawić odzyskiwanie energii pieca do topienia, kanał wlotowy gazów odlotowych mających. temperaturę około 700 do 800³C może być zaopatrzony w rekuperator dla ogrzewania powietrza spal ani a·

Istotną zaletą konstrukcji pieca według wynalazku jest możżiwość powtórnego doprowadzała, bezpośrednio do obszaru topienia, zastygłej nie 'wykozyssanej roztopionej masy, która nie została przetworzona na włókna w procesie ich wtwaazmia, a która w ten sposób została usunięta z pola włókna. Zastygła masa jest najczęściej maac^-iałem o wysokiej jakości, który korzystnie zosta je zawrócony do procesu. Przy stosowaniu pieców żelwwiakowych jest to niemożliwe bez brykietowania. Dalsza zaleta jest uzyskana przez fakt, źe taka konstrukcja pieca pozwala na doprowadzenie drobno rozdzielonego dodatkowego maatriału, bezpośrednio na powierzchnię kąpieli roztopionej masy.

160 334

Rozwiąz?mie według wynalazku Jest bliżej objaśnione w przykładzie wylknania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy pieca do topienia, a fig. 2 przedstawia poziomy przekrój wzdłuż linii A-A z fig. 1, w powiększeniu.

Piec przedstawiony na fig. 1 i 2 zawiera pionowy ogrzewający i topiący szyb 2 dla ładunku, to jest kamienistego maaeriału 6 przeznaczonego do topienia /wskazana frakcja 4o do 90 mi i komorę paleniskową 3 umieszczoną pod spodem szybu 2. Kamiennsty materiał 6 zostaje doprowadzony do chłodzonego wodą szybu zasilającego 1 umieszczonego u wierzchołka szybu 2. Na dnie szybu 2 znajduje się chłodzony wodą ruszt 5, który podtrzymuje porowatą warstwę ceramicznych kulistych cząstek wypełniających 4 mających średnicę 100 do 200 mm oraz kmiienisty mateΓiał 6. Palniki główne 9 używają jako paliwo gaz, olej lub węglowe paliwo pyłowe, są rozmieszczone obwodowo w komorze paleniskowej 3. W szybie 2 kamiennsty materiał 6 jest wstępnie podgrzany i ogrzany do temperatury topnienia na drodze przekazywania ciepła, poprzez gorące gazy odlotowe, od głównych palników 9. Roztopiona masa 14 skapująca z szybu 2 jest zbierana w dennej części 11 komory paleniskowej i jest przegrzewana do temperatury roboczej przez przeSazy^:mi.n ciepła gazów odlotowych i przez energię doprowadzaną przez elelctrody molibdenowe 8 i jest spuszczana przez wylot ¹² znajdujący się na pewnej wysojkości ponad dnem komory paleniskowej 3, tak że wanna wytopu 7 jest uformowana we wspom-saiej dennej części 11. Duży prąd elektryczny płynący od elektrod molibdenowych 8 przez roztopioną masę powoduje, że masa roztopiona zostaje wprawiona w ruch, co zapewiUa hoImιgenizację roztopionej masy.

Główne paLniki 9 są skierowane na powierzchnię kąpieli wytopu 7, dzięki czemu ciepło płonącego paliwa zostaje przekazane do roztopionej masy zanim gazy odlotowe o temperaturze około 1600°C ulotnią się do szybu 2. Gorące gazy odlotowe są zawracane z szybu 2 przez kanał 13. RelkιpiΓator 15 dla gorących gazów wylotowych jest umieszczony w kanale 13, dla ogrzewania powietrza spalania, stosowanego w głównych palnikach 9.

PaLniki pomocnncze 1o, wylk>^r2z^stujące Jako paliwo gaz, są rozgęszczone obwodowo ponad chłodzonymi wodą rusztem 5. fbmoordcze paLniki 10 przyczyniają się do topienia kaMenistego maatriału 6. Jednakże ich głównym zadaniem jest zapobieganie tworzeniu się tuneli w topCoIym materiale kamienistym 1 oczyszczanie warstwy ceramicznych cząstek wyceniających 4 podczas spadania w dół.

Dolna część 11 komory paLeniskowej ma ceramiczną wylkadzinę, która jest głównie narażona na działanie gorącej roztopionej masy, tak więc wy^adzina ta rniui być odnawiana od czasu do czasu, a wskutek tego część 11 może być tak ukształoowana, aby była usuwalna, dla szybkiej wymany na inną świeżo wyłożoną denną część.

Piec do tcpiniet według wynalazku może również być wyposażony w urządzenie, na przykład śrubę zasilającą 16, dla ponownego UopΓOwaduzmnlt bezpośrednio do komory paLeniskowej pozostałości masy nie wykorzystanej przy wytwafzaniu włókien.

Roozzstnie, dla pieca mającego wydajność topennet około 5 t/godz., denna powieΓzchnit

2 komory imLeneskowej 3 wynosi 4 do 1o m , a poprzeczna powierzchnia szybu 2 wynosi około 3 m

16ο 334

Fig.2

160 334

Fig .1

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Piec do topienia surowca dla wytwarzania oełny żużlowej, zawierający szyb dla przegrzeoania i topienia surowca przeznaczonego do stopienia, chłodzony wodą ruszt umeszczony w dolnej części szybu, który podtrzymuje warstwę ceramicznych cząstek wiewających jak również surowca, komorę paleniskową znajdującą się pod spodem szybu, zawierającą denną część dla zbierania roztopionej masy kąpiącej z szybu oraz wylot dla spuszczania roztopionej masy oraz przynajmniej jeden główny palnik umieszczony w komorze paleniskowej, znamienny tym, że piec do topienia zawiera ponadto pomocnicze palniki /1o/ rozmieszczone ponad rusztem /5/ w dolnej części szybu /2/, tuż przy ceramicznych cząstkach ^ryelr^iających /4/, zapobiegające tworzeniu się kanałów w topionym surowcu, przy czym denna powierzchnia komory paleniskowej /3/ Jest większa niż p^wwi^i-zchj^jia przekroju poprzecznego szybu /2/.
2. 2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że pomocnicze palniki /1o/ są całkowicie lub częśc^No skierowane do warstwy ceramicznych cząstek wpeeniających /4/.
3. 3. Piec według zastrz. 2, znamienny tym, że ceramiczne cząstki wyppłniające /4/ podtrzymywane przez ruszt /3/, zawierają tlenek chromowy związany z tlerkciem gl.in^vym

   1 mają średnicę 100 do 200 mm.
4. 4. Piec według zastrz. d, znamienny tym, że powierzchnia denna komory paleniskowej /3/, to Jest powierzchniα kąpieli wytopu /7/, Jest 20 do 400% większa niż powierzchnia poprzecznego przekroju szybu /2/.
5. 5. Piec według zastrz. 4, znamienny tym, że wylot roztopionej masy /12/ znajduje się na idpowiedrtej wysotości nad dnem komory paleniskowej /3/, tak że powstaje kąpiel wytopu /7/.
6. 6. Piec według zastrz. 5, znamienny tym, że w komorze paleniskowej /3/ znajduje się urządzenie /8/ doprowadzające dodatkową energię elektryczną poprzez elektrodę lub techniką plazmową, dla dodatkowego przegrzewania roztopionej masy aż do temperatury roboczej.
7. 7. Piec według zastrz. 1,znamienny tym, że nad górną częścią szybu /2/ znajduje się rekuperator /15/ umieszczony w kanale /13/ dla gorących gazów odlotowych, dla podgrzewania powietrza spalania.
8. 8. Piec według zastrz. 6, znamienny t y a, że denna część /11/ komory paleniskowej fhl, która Jest wyposażona w ceramiczną obudowę, Jest usuwalna.
9. 9. Piec według zastrz. 8, znamienny tym, że komora paleniskowa /3/ Jest wyposażona w urządzenie /16/ doprowadzające ponownie pozostałości powotałe przy wytwarzaniu wókien, bezpośrednio do komory paleniskowej.

   « * «