Устройство для переработки расплава шлака

 

Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано при обработке чугуна и стали жидкими шлаками, а также при переработке шлаков в производстве строительных материалов, например, получение граншлака. Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства при одновременном упрощении его конструкции и эксплуатации. Устройство состоит из камеры 1, включающей в себя три участка: диффузор 2, цилиндрическую часть 3, конфузор 4, узлы подачи шлака 5, узла подачи газа 6, выполненного в виде патрубка 7. Нижняя часть патрубка снабжена коническим приливом 8. Патрубок выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси устройства. Узел подачи расплава шлака расположен в верхней части диффузора. Угол раскрытия диффузора составляет 90...180°, угол сужения конфузора составляет 55-90°, диаметр входа в диффузор относится к диаметру цилиндрической части как 1:(2,5-4), длина цилиндрической части относится к диаметру цилиндрической части как 1:(1-2,7), диаметр выходной части конфузора относится к диаметру цилиндрической части как 1:(1,7-3). 1 з.п. ф-лы. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5.1)4 С 04 В 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

@, «Щ 93КЦ

pk- - -T3r, t:„3 -,;,4%щц

eve/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4282469/29-33 (22) 08.07.87 (46) 07.04.89. Бкл. № 13 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова (72) А.В.Марченко, А.M.Áèãååí, К.Н.Вдовин и А.В.Дерябин. (53) 669.162.266.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 908825, кл. С 21 С i/02, 1980..

Патент ФРГ № 3 126709, кл. С 21 В 3/06, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1279977, кл. С 04 В 5/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РАСПЛАВА ШЛАКА (57) Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано упри обработке чугуна и стали жидкими шлаками, а также при переработке шпаков в производстве строительных материалов, например получение граншлака. Цель изобретения — повышение эффективности работы

„„SU„„1470697 Д1 устройства при одновременном упрощении его конструкции и эксплуатации.

Устройство состоит из камеры 1, включающей в себя три участка диффузор 2, цилиндрическую часть 3, конфузор 4, узла подачи шлака 5, узла. подачи газа 6, выполненного в виде патрубка 7. Нижняя часть патрубка снабжена коническим приливом

8. Патрубок выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси устройства. Узел подачи расплава шпака расположен в верхней части диффузора. Угол раскрытия диффузора-составляет 90-180,угол сужения конфузора составляет 55-90, диаметр входа в диффузор относится к диаметру цилиндрической части как

1:(2,5-4), длина цилиндрической части относится к диаметру цилиндрической части как 1:(1 2,7), диаметр выходной части конфуэора отно-: сится к диаметру цилиндрической части как 1:(1,7-3), 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1470697 .

Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано при обработке чугуна и стали жидкими шлаками, а также при переработке шпаков в строительные материалы,* например получение

rраншлака.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства при одновременном упрощении его конструкции и эксплуатации, На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - камера с размерами в оптимальных соотношениях, на фиг.З вЂ” аэродинамическая структура в камере на фиг.2; на фиг.4— камера с изменяющимся углом раскрытия диффузора, на фиг.5 — аэродинамическая структура в камере по фиг.4.

Устройство для переработки расплава шлака содержит камеру 1, имеющую три участка: диффузор 2, цилиндрическую часть 3, конфузор 4, узел подачи шлака, выполненный в виде воронки 5 и расположенный в верхней части диффузора 2, узел 6 подачи газа, выполненный в виде патрубка 7, нижняя часть которого снабжена коническим приливом 8 ° Патрубок 7 перемещается вдоль оси камеры 1 внутри газовой камеры 9 с помощью штока 10.

Поверхность начального участка диффузора 2 и наружная поверхность патрубка 7 образуют кольцевую щель 11.

Для заливки шлака в устройство используется шлаковая чаша (не показана).

Устройство для переработки расплава шлака работает следующим образом.

Шлаковый расплав из шлаковой чаши (не показаны) заливают в воронку 5, из которой он поступает в диффузор

2. Из газовой камеры 9 газ через патрубок 7 поступает в камеру 1 со скоростью 150-200 м/с. B камере 1, выполненной в соответствии с размерами, находящимися в определенных геометрических соотношениях, возникает определенная аэродинамическая структура. Шлаковый расплав, попадающий в зону интенсивного вихреобразования, дробится и в результате образуется высокоразвитая поверхность реагирования с газовой фазой.

Обработанный шлак используется в дальнейших технологических целях.

f0

В камере образуется аэродинамическая структура, позволяющая в стационарном режиме проводить дробление шлакового расплава с высокой эффективностью. Отклонения в соотношениях геометрических размеров камеры определяют экспериментально, и изменение в любом из приведенных соотношений приводит к изменению аэродинамической структуры и, как следствие этого, к нестационарному режиму работы и ухудшению дробления.

В качестве параметра, определяющего эффективность дробления шпака, пользуются степенью его обессеривания, т.е. отношением разности начального и конечного содержания серы в шлаке к начальному содержанию

«Во «Sк серы в шлаке (— — -) . Выбор этого

8 параметра определяется тем, что в первом приближении можно считать степень обессеривания зависящей от величины поверхности и реагирования шлаковой и газовой фаз. При определении соотношений геометрических размеров:условия проведения опыта сохраняются постоянными.

Различные углы раскрытия диффузора (c() находящиеся в пределах (90-180 ), позволяют сохранить аэродинамическую структуру, обеспечивающую высокую. эффективность дробления. Если угол раскрытия диффузора меньше 90, нарушается аэродинамическая структура, происходит прилипание струи к одной из стенок камеры, исчезает стационарность работы и вследствие этого резко снижается эффективность дробления шлакового расплава. Увеличивать угол раскрытия диффузора (выше 180 ) не имеет смысла из-за увеличения габаритов камеры, кроме того, в образующемся пространстве возникают нежелательные побочные завихрения, снижающие интенсивность основного вихреобразования. При изучении влияния угла раскрытия диффузора на эффективность дробления остальные размеры камеры выдержаны в оптимальных соотноше.ниях.

Если угол сужения конфузора (р) о меньше 55, происходит снижение интенсивности вихреобразования из-за увеличения пространства в камере и нарушение стационарного режима работы камеры из-за пульсаций вихпе1470697

t0 ным.

Если диаметр выходной части конфузора (ds„„) относится к диаметру цилиндрической части камеры (D<), как 1:4, то происходит изменение аэродинамической структуры из-за

I черезмерного уменьшения диаметра выходного отверстия и увеличения потерь напора в суживающейся части, что ведет к снижению эффективности дробления, кроме того, происходит зарастание выходного отверстия шпаком. Если соотношение й,„„ /Вц=1;1,5, происходит нарушение стацианарности работы камеры, струя пульсирует и, 45

55 ваго поля, происходит снижение эффективности дробления шлака. Если о угол сужения канфузора больше 90 происходит нарушение аэродинами5 ческой структуры из-за прилипания струи газа к стенкам камеры и снижения объема стационарного вихревого поля. Эффективность дробления шлакового расплава резко снижается.

Если длина цилиндрической части камеры (1„) относится к диаметру цилиндрической части (D„) больше, чем 1:1, происходит снижение интенсивности вихреобразования из-за увеличения объема пространства камеры и снижение эффективности дробления.

Кроме того, увеличение соотношения

1, /Рц более, чем 1:1, ведет к усложнению конструкции установки из-за Zp увеличения габаритов камеры. Если

1 /Рц менее, чем 1:2,7, снижается интенсивность вихреобразования из-за снижения скорости газа у стенок камеры и, как следствие этого, снижа- 25 ется эффективность дробления.

Если диаметр входной части диффузора (Йz„) относится к диаметру цилиндрической части камеры (Вц) как

1:5, происходит снижение интенсив- 30 ности вихреобразования из-за увеличения объема пространства камеры и, как следствие этого, снижение эффективности дробления. Если соотношение й,„ /Р„ =.1:2, происходит изменение аэродйнамической структуры и наруше ние стационарности работы камеры изза прилипания струи к стенкам. Снижается интенсивность вихреобразования, что ведет к снижению эффектив- 40 ности дробления. Если соотношение й,„ /О ц = 1:3, наблюдается максимальная эффективность дробления, т.е. это соотношение является оптималькак следствие этого, происходит резкое снижение интенсивности дробления.

Пример 1. Переработка расплава шлака с целью его десульфурации и нагрева.

Синтетический шлак температурой

1500 С и содержанием серы 0,67. заливают в воронку 5, из которой он поступает в диффузор 2. Из газовой камеры 9 топливно-кислородная смесь через патрубок 7 поступает в камеру

1 со скоростью 150 м/с. В камере 1 угол раскрытия диффузора 100О, угол сужения конфузора 70, диаметр цилиндрической части 1 м, длина цилиндрической части 0,5 м, диаметр входа в диффузор 0,35 м, диаметр выхода из конфузора 0,5 м, возникает определенная аэродинамическая структура.

Шлаковый расплав, попадающий в зону интенсивного вихреобразования, дробится и в результате образуется высокоразвитая поверхность реагирования с кислородом топливно-кислородной смеси, что обеспечивает высокую скорость окисления серы и низкое ее остаточное содержание в конечном шлаке. Топливо, поступающее в зону интенсивного вихреобразования с топливно-кислородной смесью, непрерывно поджигается расплавленным шлакам.

Сгорание топлива обеспечивает приход тепла, необходимый для компенсации тепловых потерь и нагрева шлака. С помощью штока 10 поднимая и опуская патрубок 7, регулируют ширину кольцевой щели i 1, чта обеспечивает постоянную скорость поступления шлакового расплава в камеру 1 по мере опорожнения воронки 5. Шлак после о обработки имеет температуру 1680 С и содержание серы в нем 0,02K. Полученный шлак используется для десульфурации металла.

Пример 2. Переработка расплава шлака с целью его грануляции.

Доменный шлак температурой 1450 С заливают в воронку 5, из которой он поступает в диффузар 2. Из газовой камеры 9 холодный воздух через патрубок 7 поступает в камеру 1 со скоростью 180 м/с. В камере 1 угол раскрытия диффузора 100, угол сужения конфузара 70, диаметр цилиндрической части 1 м, диаметр входа в диффузор 0,3 м, диаметр выхода из конфузора 0,45 м, длина цилиндричес5 1 кой части 0,5 м, возникает определенная аэродинамическая структура.

Шлаковый расплав, попадающий в зону интенсивного вихреобразования, дробится и в результате образуется высокоразвитая поверхность реагирова. ния с холодным воздухом, что обеспечивает высокую скорость теплообмена между холодным воздухом и горячим шлаковым расплавом. С помощью штока 10, поднимая и опуская патрубок 7, регулируют ширину кольцевой щели 11, что обеспечивает постоянную скорость поступления шлакового расплава в камеру 1 по мере опорожнения воронки 5.

Резкое охлаждение из-за образования высокоразвитой поверхности теплообмена обуславливает получение гранулированного шлака высокого качества.

Конструкция устройства для переработки расплава шлака позволяет с высокой эффективностью обрабатывать расплав шлака.. Создаваемая в камере аэродинамическая структура позволяет добиться получения высокоразвитой поверхности контактирования жидкого шлака и газа при использовании скоростей газа, значительно меньших скорости звука, что позволяет отказаться от применения сложных сопел (типа сопла Лаваля) для создания потоков газа, а это значительно упрощает конструкцию устройства.

Кроме того, прямоточная схема переработки шлака значительно упрощает эксплуатацию устройства, так как это позволяет при сравнительно небольших затратах вписать предлагаемое устройство в действующий цех и организовать его работу, Конструкция устройства позволяет, подбирая соответствующую газовую фазу, воздействовать на шлаковый расплав с целью получения различных свойств отработанного шпака. Применяя в качестве газовой фазы топливно-кислородную смесь, отработанный синтетический шлак перерабатывается в чистый по сере и жидкоподвижный шлак что позволяет использовать получен-. ный шпак для десульфурации металла, что значительно удешевит процесс десульфурации и позволит сократить потребление дорогого и дефицитного высокоглиноземистого сырья. Приме470á97 ь

55 няя в качестве газовой фазы охлаждающий газ, например воздух, шлаковый расплав определенного химичес кого состава, близкого к цементам, например доменный шлак, перерабатывается в высокоактивный гранулированный шлак с минимальным содержанием воды, что исключает последующее обезвоживание граншлака, получаемого традиционными способами;

Высокая эффективность работы предлагаемого устройства>т.е. возможность получения высокоразвитой поверхности реагирования расплава шлака и газовой фазы, позволяет производить глубоКую десульфурацию шпака с высокой производительностью и получать шлак по качеству, не уступающий синтетическому шпаку, полученному по существующей технологии в электропечах из высокоглиноземистого продукта и извести, т.е. появляется возможность получения дешевого синтетического шпака, что значительно сокращает затраты на десульфурацию металла.

Формула из обретения

1. Устройство для переработки расплава шлака, включающее камеру, состоящую из трех участков, диффузора, цилиндрической части и конфузора, выходного участка, узла подачи жидкого шлака и узла подачи газа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства при одновременном упрощении его конструкции и эксплуатации, узел подачи газа выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси устройства в виде патрубка, нижняя часть которого снабжена коническим приливом, угол раскрытия диффузора составляет 90-180 угол сужения конфузора составляет

55-90, диаметр входа в диффузор относится к диаметру цилиндрической части как 1:(2,5-4), диаметр выходной части конфузора относится K диаметру цилиндрической части как i:

:(1,7-3), длина цилиндрической части относится к диаметру цилиндрической части как 1:(1-2,7).

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что узел подачи жидкого шлака расположен в верхней части диффузора.

1470697