Печи для нагрева металла перед прокаткой и ковкой. Отражательные плавильные печи

      Федеральное агентство по образованию

      ГОУ ВПО «Уральский государственный  технический университет – УПИ  имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

      Заочный факультет индивидуального обучения 
 
 
 
 

Контрольная работа

по дисциплине 

Теплотехника  и теплоэнергетика 

Тема: Печи для нагрева металла перед прокаткой и ковкой.

Отражательные плавильные печи. 
 
 

Преподаватель                                                                              Матюхин О.В.   

Курс, группа                                                                                  ЭУМет-III

Студентка                                                                                      Давыдова Д.В.    
 

Екатеринбург

2010

 

СОДЕРЖАНИЕ 

1 Плавильные пламенные печи………………..………………………………...3

2 Отражательные печи для плавки медных концентратов на штейн…..……..5

3 Отражательные печи для рафинирования меди………...………………..…10

4  Заключение……………………………………………………………………11

5  Список используемой  литературы…………………………………...………12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 ПЛАВИЛЬНЫЕ  ПЛАМЕННЫЕ ПЕЧИ

      Плавильные  пламенные печи широко применяют  в цветной металлургии при производстве меди, никеля, олова и других металлов. По энергетическому признаку эти агрегаты относятся к классу печей теплообменников с радиационным режимом тепловой работы, благодаря чему они называются отражательными печами. По назначению они делятся на две большие группы: печи для переработки минерального сырья, основными представителями которых являются отражательные печи для плавки сульфидных медных концентратов на штейн, и печи, предназначенные для рафинировочной плавки металлов.

      Отражательная печь для плавки на штейн является универсальным агрегатом с продолжительностью кампании от 1-2 до 6 лет. В ней можно плавить разнообразные по составу и физическим характеристикам материалы, основу которых составляет сырая (подсушенная) шихта. Большая емкость печи, в которой одновременно находится около 900-1000 т расплавленного материала, позволяет поддерживать стабильные теплотехнические параметры плавки при значительных колебаниях в производительности предшествующего (подготовка шихты) и последующего (конвертирование штейнов) за отражательной плавкой пределов. К основным недостаткам отражательных печей следует отнести отсутствие очистки дымовых газов от пыли и сернистого ангидрида и сравнительно высокий удельный расход топлива.

      До  настоящего времени отражательные  печи остаются основными агрегатами на медеплавильных заводах. Однако с повышением требований к комплексному использованию сырья и охране окружающей среды, перспективы их дальнейшего использования существенно снизились. Кроме того, в отражательных печах практически не используется тепло, получаемое при окислении серы, выделяющееся при разложении сульфидных минералов. Поэтому в последнее время осуществляется постепенная замена отражательных печей более совершенными агрегатами для автогенной плавки медных концентратов на штейн.

      Отражательные печи, в которых производится очистка металлов от примесей, носят названия, отражающие сущность протекающих в них технологических процессов. Например, печи, применяемые для получения специальных отливок – анодов, которые используют в последующем в процессе электролитического рафинирования меди, называют анодными печами. Это малопроизводительные плавильные агрегаты периодического действия, в которых перерабатывается твердая и жидкая черновая медь, причем жидкую черновую медь подают в печь ковшом непосредственно из конвертера. Так называемые вайербарсовые печи отличаются от анодных только тем, что в них перерабатываются катоды, полученные в процессе электролиза, а также отходы красной и электролитной меди.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2  ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ  ПЕЧИ ДЛЯ ПЛАВКИ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ  НА ШТЕЙН

      Отражательные печи используются для плавки мелкоизмельченных  материалов при производстве меди, никеля, олова, цинка, алюминия, вторичных металлов и сплавов. На заводах цветной металлургии в качестве исходного сырья применяют как сырую, так и обожженную шихту. Все технологические процессы отражательной плавки осуществляют за счет химической теплоты углеродистого топлива – природного газа, мазута или угольной пыли. Основное количество теплоты перерабатываемой шихте передается излучением от факела и кладки, а также конвективной теплоотдачей от движущегося потока газов. Передача теплоты с глубины слоя загруженных материалов происходит за счет теплопроводности. Вследствие очень небольших значений коэффициента теплопроводности шихты, большую часть теплоты усваивает поверхностный слой твердых материалов. В результате он быстро нагревается до температуры плавления, расплавляется и жидкие продукты стекают в ванну. Одновременно по мере прогрева кусков шихты протекают процессы дегидратации, диссоциации, штейно- и шлакообразования и т.д.

      Физико-химические превращения шихты обусловлены  воздействием высоких температур (до1600 °С) и химическим воздействие между  твердыми и жидкими продуктами плавки. Слабоокислительная атмосфера рабочего пространства печи очень слабо влияет на химические процессы.  

      Отражательная печь является агрегатом непрерывного действия с практически постоянными во времени тепловым и температурным режимами. Большая емкость печей, в которых одновременно могут находится до 1000 т перерабатываемых материалов, позволяет выдерживать стабильные теплотехнические параметры плавки. В рабочем пространстве печи всегда находятся твердые материалы и жидкие продукты (рис. 1). Сложность ведения отражательной плавки заключается в том, что в одной и той же ванне необходимо одновременно осуществить плавление твердых материалов, завершить все физико-химические процессы и добиться полного разделения шлака и штейна по плотности.

     В рабочем пространстве печи длиной около 30м и шириной до 8м с помощью топливосжигающих устройств организуют факельное сжигание соответствующего топлива. В настоящее время чаще всего используют газовое или газо-мазутное отопление. В этом случае на торцевой стене устанавливают 4 … 6 горелок, расположенных в один ряд по высоте. Для обеспечения заданной технологической температуры в плавильной зоне, длина которой достигает 20 …. 25м, на некоторых отражательных печах используют сводовое отопление, организуемое с помощью плоскопламенных радиационных горелок.

     Для кладки стен применяют нормальные магнезитовый, магнезитохромитовый или хромомагнезитовый кирпич. Нижнюю часть стен делают утолщенной до 1150мм. В области ванны стены выполняют в виде откосов. Толщина стен под ванной 0,5 … 0,6м.

     Своды отражательных печей по конструктивному  оформлению можно подразделить на арочные, подвесные и распорно-подвесные.  Наиболее дешевый и наиболее трудоемкий арочный свод делают из динасового кирпича, однако он имеет небольшой срок службы (0,5….1 год), и в последнее время его практически не применяют.

     Подвесной и распорно-подвесной своды выполняют  из специальных магнезитохромитовых  или хромомагнезитовых кирпичей. Их подвешивают к поперечным балкам, расположенным над печью, при  помощи индивидуальных стальных подвесок. Свод состоит из отдельных секций длиной от 3 до 7м, между которыми оставляют  температурные швы 50….75мм. Толщина свода может колебаться от 380 до 460мм. Срок службы составляет более 2 лет без горячих и текущих ремонтов. Горячий ремонт кладки свода в области загрузочных отверстий позволяет довести срок службы свода до 4 лет и более.

     В своде вдоль боковых стен через 1,0….1,5м и предусмотрены загрузочные отверстия. Каждое отверстие оборудовано приемной воронкой с патрубком диаметром 200…..250мм, в которые шихту подают с помощью шнековых питателей или скребковых транспортеров. Загрузку производят только в плавильную зону.

     Кроме твердой шихты, в медеплавильную отражательную печь заливают еще и конвертерный шлак. Для этого используют специальные желоба, расположенные вблизи передней торцевой стенки и соединенные с рабочим пространством печи специальными окнами.

     Подину  печи выполняют в виде обратного  свода толщиной 1,0 ….1,5м из хромомагнезита (при основных шлаках) или из динаса (при кислых шлаках). На медеплавильных заводах широко применяют набивные лещади из дробленого кварца или песка, которые наваривают наверх кирпичной кладки пода.

     Вся кладка отражательной печи заключена  в металлический каркас, состоящий из вертикальных стоек, скрепленных продольными и поперечными тягами.

     Для выпуска штейна используют разборные  металлические шпуровые устройства с керамическими или графитовыми втулками. Чаще всего шпуровые устройства располагают в двух или трех местах вдоль боковых стен печи.

     Шлак  выпускают через окно, расположенное  в конце печи и на высоте 0,8….1,0м  от уровня пода. Выпуск осуществляют периодически по мере накопления шлака.

     Дымовые газы удаляют из печи через наклонный  дымовой боров. называемый аптейком. Угол наклона аптейка к горизонту составляет до 15°. Наличие аптейка позволяет организовать внутрипечное пылеосаждение наиболее крупных частиц, которые после поворота газового потока вверх по инерции пролетают до наклонного пода аптейка и оседают на нем. А затем, постепенно расплавляясь, стекают обратно в ванну. Благодаря этому унос пыли из печи не превышает 1,5%.

     Вся конструкция отражательной печи опирается на фундамент, выполненный из бетона, железобетона, литого шлака или бутового камня в виде массивной плиты толщиной 2,5…..4,0м. для тепловой изоляции фундамента предусматривают слой выстилки из диатомитового кирпича или шамота-легковеса.

     Отражательные печи для плавки медной шихты сутки  перерабатывают до 1500т шихты, что  обеспечивает удельную производительность 4,5….7т/(м² * сут). Степень извлечения меди в штейн достигает 94….98,5%.

     До  настоящего времени отражательные  печи  остаются основными агрегатами на медеплавильных заводах, однако большая загазованность атмосферы при работе отражательных печей и сложность утилизации теплоты отходящих газов существенно снижают перспективы их дальнейшего использования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3  ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ  МЕДИ 

     Отражательные печи широко применяют рафинирования  меди. Черновую медь, полученную в конвертерах, подвергают огневому рафинированию для удаления примесей (мышьяка, сурьмы, свинца, олова, серы, железа и т.д.) и получения плотных анодов, используемых для процессов электролитического рафинирования меди. Эти отражательные печи называют анодными. Если в отражательной печи перерабатываю катоды, полученные в процессе электролиза, а также отходы красной или электролитной меди, то их называют вайербарсами.

     Процесс огневого рафинирования состоит  из следующих операций: загрузки, расплавления, окисления примесей, скачивания шлака, восстановления меди и разливки. Огневое рафинирование черновой меди от примесей основано на различном сродстве металлов к кислороду и малой растворимости большинства оксидов примесей в жидкой меди. Восстановление окисленной меди производят древесной угольной пылью, мазутом, природным газом.

     Отражательные печи для огневого рафинирования  имеют ряд конструктивных особенностей – боковые загрузочные окна, вертикальный газоход для удаления газов, особую конструкцию фундамента.  
 
 
 
 

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     К достоинствам отражательных печей  стоит отнести:

1. Возможность переработки шихты любой крупности и влажности
2. Относительно небольшой пылеунос
3. Возможность переработки конвертерного шлака
4. Высокая степень извлечения меди в штейн
5. Доступность наблюдения за ходом процесса

     Недостатки  отражательных печей:

1. большой удельный расход топлива (до 200 кг у.т./т)
2. большая тепловая инерция печи
3. ограниченные окислительные возможности печи
4. низкое содержание в отходящих газах сернистого ангидрида (до 2,5%), что не позволяет использовать газы в сернокислотном производстве