16. Основы процесса плавления. Плавильные установки, их назначение.

Плавление - это процесс перехода минерального сырья из твердого в жидкотекучее состояние в результате тепловых воздействий.

Используют вагранки, вращающие печи, ванные и электродуговые печи.

Вагранки представляют собой шахтные плавильные печи непрерывного действия, теплообмен в которых происходит по принципу противотока. Сырье, загружаемое в верхнюю часть вагранки, опускается вниз, превращаясь при этом в расплав, а образовавшиеся в нижней части вагранки продукты горения поднимаются вверх, отдавая тепло расплавляемому материалу. Это вертикальная печь диаметром 1000- 1400 мм, состоящая из двух основных частей – горновой и шахтной.

В горновой, нижней части вагранки происходит горение топлива и плавление сырья. Здесь развиваются наиболее высокие температуры, поэтому горновая часть защищена водяной рубашкой – ватержакетом (4). Выше ватержакета шихта защищена от воздействия высоких температур футеровкой из шамотного кирпича. Ватержакет представляет собой металлический цилиндр с двумя стенками, между которыми находится охлаждающая вагранку проточная вода, предохраняющая корпус вагранки от перегрева. Температура воды при выходе из ватержакета не должна превышать 70?C. Низ ватержакета закрывается двухсекционным днищем (2), подвешенным на шарнирах.

Воздух, необходимый для горения топлива, подается в вагранку через специальные устройства – фурмы (3). Фурмы каждого ряда соединены между собой общим кольцевым коллектором (13) (фурменным поясом), через который воздух поступает по всему периметру вагранки.

Сортированные сырьевые материалы и кокс из расходных бункеров через весовые дозаторы подаются в загрузочное окно (6), расположенное в боковой стене вагранки.

Нижнюю часть ватержакета, от оси нижнего ряда фурм до днища, называют горном. В горне накапливается жидкий расплав и происходит его гомогенизация по составу температур.

Загруженные сверху сырье и топливо чередующимися слоями опускаются вниз, а образовавшиеся в нижней части вагранки продукты горения топлива – горячие газы – поднимаются вверх, передавая свое тепло верхним слоям материала.

Таким образом, сырье, опускаясь вниз вагранки, разогревается и превращается в расплав. Образовавшийся расплав вытекает из горна через летку (1) и по лотку направляется к узлу волокнообразования. Леткой называется отверстие диаметром 35-80 мм в водоохлаждаемом корпусе, вставляемом в специальный проем ватержакета.

Вагранку по высоте можно условно разделить на три зоны: зону подогрева и сушки сырья – I, зону плавления – II и зону перегрева (гомогенизации) расплава – III.

I. В самой верхней части этой зоны при температуре 105-110?C удаляется механически связанная влага. По мере опускания сырьевых компонентов при температуре 600-1000?C и выше происходит термическое разложение сырья

II зона – зона плавления, здесь при 1500-1800?C сырье из твердого состояния переходит в жидкое. Образовавшийся расплав стекает по кускам раскаленного кокса в горн.

III зона перегрева (гомогенизации) расплава расположена в нижней части вагранки до ее пода. В верхней части зоны III в присутствии кислорода осуществляется интенсивное горение кокса.

Вагранка для получения минерального расплава: 1 - летка, 2 - днище, 3 - фурмы, 4 - ватержакет. 5 - труба для отвода воды, 6 - загрузочное окно, 7 - искрогаситель, 8 - патрубок для сброса золы, 9 - шахта, 10 - люк для осмотра, 11 - компенсаторы, 12 - труба для подвода воды, 13 - воздушный коллектор; I - зона подогрева и сушки, II - зона плавления, III - зона перегрева

Ванная печь 1) печь (электрическая или пламенная) для нагрева металлических изделий в жидкой среде (напр., в расплавленной соли) при термической или химико-термической обработке. 2) Плавильная печь (главным образом пламенная), рабочее пространство которой вытянуто в горизонтальном направлении и имеет вид ванны (напр., двухванная печь, мартеновская печь, отражательная печь).

-по режиму работы: переодическая и непрерывная

-по направлению движения пламени: продольное, поперечное, подковообразн.

-по способу подогрева воздуха: регелераторный и рекуператорный

Теплообмен в пламене происходит по следующей схеме- горящий факел излучает теплоту на футеровку печи. Часть тепла поглощается и часть отражается .

Максимальная температура факела 1600-1750 на входе, на выходе 1450-1550.

Достоинства: однородный расплав; высокая степень автоматизации процесса.

Недостатки: больше требуемой площади (в 3-4 раза больше вагранки); удельный расход топлива больше.