Обжиговые печи

1.2 Обжиговые печи

В черной металлургии обжиговые шахтные печи применяют глав­ным образом для обжига железных руд, известняка, магнезита и доломита. По виду используемого топлива обжиговые шахтные печи разделяются на пересыпные и с выносными топками.

Пересыпные шахтные печи применяют преимущественно для обжига тугоплавких материалов: известняка, доломита и др. Топливом служит коксовая мелочь, загружаемая в печь вместе с известняком. В нижней части шахты устанавливают механиче­ское устройство для выгрузки обожженного продукта и регулиро­вания схода шихты. Воздух подают через решетку разгрузочного устройства. Иногда для улучшения распределения шихты на колошнике печи устанавливают засыпной аппарат с одной вращающейся воронкой и конусом. Подогрев и обжиг материалов осуществляется в верхней части шахты. В нижней части обожженный материал охлаждается и одновременно подогревается воздух.

Шахтные печи с выносными топками применяют для обжига сравнительно легкоплавких железных руд. Нагрев и обжиг мате­риала осуществляется продуктами сгорания, поступающими из топок в среднюю часть шахты по специальным каналам. Топки рас­полагают около шахты, они могут иметь с ней общие стенки. В ка­честве топлива используют горючие газы любого вида, мазут и ка­менный уголь. Нижняя часть шахты как и в пересыпных печах, служит для охлаждения обожженного материала. Для этого через нее пропускают определенное количество воздуха, который нагре­вается и в средней части печи смешивается с продуктами сгора­ния, поступающими из топок.

Продукты сгорания, подводимые по каналам через стенки шахты, устремляются в основном по наиболее легкому пути в пе­риферийных областях слоя. Чтобы прогреть центральные области слоя шихтовых материалов, шахты печей делают узкими (с вытя­нутым поперечным сечением). В некоторых печах нижнюю часть шахты перегораживают огнеупорными стенками (кернами), в кото­рых предусмотрены каналы для подачи продуктов сгорания в цен­тральные области. Схема такой печи, предназначенной для обжига сидеритов (железных руд, содержащих до 20 % Fe), представлена на (рисунке 1).

Удельная производительность обжиговых шахтных печей зна­чительно ниже, чем для вагранок, около 0,5—1.0 т/(м²-ч). Расход условного топлива зависит от содержания влаги и карбонатов в обжигаемом материале. При обжиге известняка он составляет 180—200 кг на 1 т готового продукта.

Для повышения производительности и замены кокса на газо­образное топливо в зоне горения известковых печей стали устанав­ливать горизонтальные водухоохлаждаемые балки с вмонтирован­ными в них или под ними газовыми горелками. Куски известняка проходят между этими балками через пламя горящего газа. При установлении по высоте печи двух рядов балок в шахматном по­рядке достигается значительное улучшение качества обжига.

1 — люки для загрузки шихты: 2 — газопровод для отходящих газов;

3 — гре­бень (разбойник), направляющий руду к стенкам печи; 4 — поперечные стенки (керны); 5 — каналы для подвода горячих газов в слой обжигового материала; 6 – футерованный газопровод для продуктов сгорания газообразного топлива; 7 — люки для выгрузки обожженного материала

2 Шахтные печи

 

2.1 Принцип действия и устройство шахтных печей

Автоматические шахтные печи при относительно небольших раз­мерах просты по конструкции, требуют сравнительно небольших капиталовложений при строительстве и характеризуются сравни­тельно низким расходом тепла — около 4,200 МДж (1000 ккал) на 1 кг клинкера. Однако производительность их за сутки невысока — не более 270 т. В СССР эти печи имеются лишь на трех предприятиях. Заводы с шахтными печами строят в единичных случаях, так как для эффективного применения этих печей необходимы сырьевые материалы невысокой влажности, пластичный глинистый компонент и твердое короткопламенное топливо (антрацит, кокс, тощий уголь, сланцевый кокс), содержащее не более 7% летучих веществ.

Основным элементом автоматической шахтной печи (рисунок 2) является сварной цилиндрический кожух диаметром 2—3 м и высо­той 8—12 м, облицованный внутри шамотным кирпичом и хромо­магнезитом. Нижнюю часть шахты облицовывают чугунными пли­тами. Верхняя часть шахты расширена (примерно на 25%) в виде воронки. К верхней части шахты, закрытой специальным колпаком, примыкает труба для удаления отходящих газов.

Над шахтой расположены бункера сырьевой смеси и топливной крупки, весовые или винтовые дозаторы, смесительный шнек и та­рельчатый гранулятор. Кроме сырьевой смеси и топливной крупки на тарелку гранулятора подается распыленная вода, вокруг брызг, которой образуются сырьевые гранулы, скатывающиеся во вращаю­щуюся течку загрузочного устройства, распределяющего гранулы равномерно по сечению шахты. Внизу шахта закрыта вращаю­щейся решеткой, жестко посажен­ной на вертикальный вал, и много­шлюзовым затвором, предупреж­дающим потери воздуха высокого давления. Воздух для горения по­дается в печь от воздуходувки, обеспечивающей давление до 2500 мм вод. ст., по разветвлен­ному воздухопроводу частично под решетку и частично для улучше­ния сгорания топлива в зоны по­догрева и кальцинирования. В эти же зоны для дожигания обычно образующейся в печи окиси угле­рода иногда по центральной трубе подают кислород. Во избежание утечки сжатого воздуха через раз­грузочное отверстие клинкер вы­гружают из печи через двух -, трех-шлюзовой затвор, клапаны которого открывают и закрывают по­переменно специальным гидропри­вводом.

Таким образом, автоматическая шахтная печь представляет собой печь непрерывного действия с ме­ханизированной подготовкой и за­грузкой сырьевых гранул, а также разгрузкой клинкера.

Печи последних конструкций оборудуют контрольно-измерительными приборами и приборами автоматического регулирования про­цесса.

Производительность шахтной печи прямо пропорциональна квад­рату диаметра шахты, высоте шахты, давлению дутья и количеству воздуха, подаваемого в печь, и обратно пропорциональна размеру кусков обжигаемого материала. Съем клинкера с единицы объема шахтной печи составляет 100—135 кг/(м³-ч).

Качество клинкера шахтных печей несколько ниже качества клинкера, обожженного во вращающихся печах. Оно может быть повышено в результате тонкого помола (до 8% остатка на сите с сет­кой № 009) сырья при точной дозировке и тщательном перемеши­вании сырьевой смеси и топлива, хорошем гранулировании смеси (прочные гранулы размером 10—20 мм), равномерном распределении гранул при подаче воздуха с наибольшим давлением.

Существенным недостатком шахтных печей является их низкая производительность. Однако технико-экономический анализ пока­зывает целесообразность применения автоматизированных шахтных печей в ряде случаев, например при небольшой производительности (до 600 т/сутки) завода.

Шахтные печи усовершенствованной конструкции, изготовляе­мые фирмами Леше и Де Ролль (Швейцария), работают по способу «черной муки» и имеют высокие технико-экономические показатели. Расход тепла в них составляет 3,35 МДж (800 ккал) на 1 кг клинкера. Из клинкеров шахтных печей 20 цементных заводов ФРГ получают цемент 325—425 (по стандарту ФРГ). Сланцевский цементный завод в шахтных печах получает клинкер марки 400 (по ГОСТ 10178—62).

Рисунок 2 - Шахтная печь

В последние годы производительность шахтных печей за сутки достигла 300 т, а фирма Леше проектирует и более крупные шахтные печи (диаметром 3,6—4 м, высотой 11,2—12 м) производительностью 400—500 т за сутки. Ведутся исследования по применению жидкого и газообразного топлива для обжига клинкера в шахтных печах, что обеспечит дальнейшее развитие и распространение этих экономичных установок.

Для дальнейшего совершенствования процесса обжига клинкера научно-исследовательские организации в последние годы разрабаты­вают и исследуют новые конструкции и схемы печных установок и новые методы обжига. Эти изыскания направлены на интенсифика­цию и повышение тепловой эффективности процесса клинкерообразования путем повышения температуры реакции или обжигом сырье­вой смеси во взвешенно-фонтанирующем или в кипящем слое. Однако промышленных установок таких еще нет.

Шахтные печи являются печами непрерывного действия. Они представляют собой высокую шахту, оборудованную механизмами для загрузки и выгрузки материала, вентиляторами для подачи холодного воздуха и отбора отходящих газов и устройствами для сжигания топлива. В работающей печи вся шахта заполнена кус­ковым материалом, который, двигаясь сверху вниз под действием силы тяжести, последовательно подогревается, обжигается и ох­лаждается. Готовый продукт выгружается в нижней части шахты через разгрузочное устройство, при этом весь столб материала опускается вниз и на освободившееся вверху место поступает сы­рой материал. В печи соблюдается принцип противотока: в зоне подогрева и обжига материал движется навстречу дымовым га­зам, образовавшимся при горении топлива, а в зоне охлаждения — навстречу воздуху. Воздух, охлаждая материал, сам нагревается и горячим достигает зоны обжига, где участвует в процессе го­рения топлива или смешивается с топочными газами, если топли­во сгорает вне печи в специальных топках.

Шахта печи выполнена из кирпича и заключена в металличес­кий кожух. Опорой под шахту печи служит железобетонная пли­та, лежащая на четырех железобетонных колоннах, которые опи­раются на фундаментную железобетонную плиту. Для равномер­ного распределения топлива поперечное сечение шахты может быть круглой или эллипсовидной, реже прямоугольной формы. Вертикальное сечение шахты (профиль) представляет собой прямоугольник, иногда суживающийся кверху или книзу. Стены печи многослойные: внутренний слой выполнен из огнеупорного кирпи­ча толщиной 210—230 мм в зоне подогрева и охлаждения и 345— 460 мм в зоне обжига. За ним следует теплоизоляционный слой из шамотного легковеса толщиной 210—230 мм. Пространство между изоляционным слоем и кожухом шириной 50—60 мм засы­пают молотым шамотом или трепелом для компенсации темпера­турного расширения кирпичной кладки.

Загрузочное устройство (рисунок 3) обеспечивает регулярную 3агрузку материала и топлива в печь, равномерное распределение их го шихте и герметич­ность во избежание присосов наружного воздуха. В период загрузки проис­ходит поочередное откры­тие клапанов, благодаря чему шахта не сообщает­ся с атмосферным возду­хом

1—отбойная пластина, 2-нижний клапан, 3—конус,

4—цилиндрический корпус, 5—приемная воронка, 6—

верхний клапан, 7—полая тяга, 8—редуктор, 9—

электродвигатель, 10—шток

Рисунок 3 - Двухклапанное загрузочное устрой­ство Гипрострома

Разгрузочные механиз­мы служат для непрерыв­ной выгрузки обожжен­ного материала при абсо­лютной герметичности нижней части шахты, осо­бенно в клинкерообжигательных печах, работаю­щих с высоким давлением дутья. Конструкция разгрузочного устройства за­висит от вида выгружа­емого материала, который может быть рыхлым, как, например, гипс, известь, или спекшимся — цементный клинкер. Раз­грузочное устройство Гипрострома для выгрузки рыхлых материалов (рисунок 4) похоже на свар­ную каретку-платформу, на раме которой уложе­ны колосники клинооб­разной формы. Столб ма­териала опирается на ее поверхность и частично на центральный гребень, охлаждаемый воздухом. Каретка совершает пос­тупательно-возвратное
движение. При этом часть кусков материала проваливается в прозоры колосников, а более крупные куски скатываются с их поверхности в бункер.

Шлюзовое уплотнительное устройство (рисунок 4) состоит из двух-трех камер, последовательно расположенных за течкой бун­кера. Каждая камера отделена от предыдущей автоматически от­крывающимся затвором. Заслонки затворов открываются пооче­редно. При поступлении материала в первую камеру открывается ее затвор, в то время как затворы последующих двух камер закрыты. При дальнейшем движении материала по камерам открыт один затвор, а два других затвора всегда закрыты. Этим дости­гается хорошее уплотнение нижней части шахты, препятствующее выходу в атмосферу вдуваемого воздуха.

А-А 2600

1—люк, 2—штанга, 3—шток; 4—гидропривод; 5—опорные катки; 6—рельсовые бал­ки, 7—каретка, 8—бункер, 9—шлюзовой затвор; 10— колосники

Рисунок 4 – Выгрузочная решетка Гипрострома