Ванна піч для одержання розплаву із гірських порід

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности - плавильным агрегатам для получения расплава из горных пород. Известна стекловаренная печь содержащая бассейн, зоны стеклообразования и гомогенизации [Авт.св. СССР № 881009, кл. С 03 В 5/04, 1981]. Недостатком такой печи является непригодность ее для получения расплава из горных пород, поскольку из-за плохой теплопрозрачности расплава из горных пород эффективная передача тепла для его расплавления происходит в слое толщиной 50-100 мм, в то время как известная стекловаренная печь имеет гораздо большую глубину бассейна варочной части. Известна также стекловаренная печь, содержащая варочный, выработочный бассейны и горелки. Данная конструкция печи позволяет улучшить химическую и термическую однородность стекломассы и повысить ее качество [Авт.св. СССР №659534, кл. С 03 В 5/04, 1979]. Недостатком данной конструкции печи является то, что при уменьшении габаритов печи путь движения расплава стекла однако удлинен за счет лабиринтных перегородок для того, чтобы успеть по времени провести процесс варки и осветления стекломассы по лабиринту через пережимы, что увеличивает площадь соприкосновение потока с огнеупором и в процессе эксплуатации неизбежно вызовет загрязнение стекломассы продуктами разрушения огнеупора, и тем больше, чем больше суммарная длина контактной зоны расплава с огнеупором. К тому же, применение боковых горелок не обеспечивает равномерный температурный нагрев по всей зоне из-за различных температурных характеристик строения факела и затрудняет выход газовых пузырей из-за относительно повышенного давления в газовом пространстве каждой из секций, образованных вертикальными поперечными перегородками. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стекловаренная печь, включающая бассейн с выработочным каналом фидера, свод, горелки [Авт.св. СССР №874673, кл. С 03 В 5/00, 1981]. Недостатком такой конструкции печи является невозможность повышения качества расплава из-за больших глубин зон, При этом требуются значительные затраты тепловой энергии для прогрева стекломассы. Расплав из горных пород обладает низкой теплопрозрачностью, поэтому при больших глубинах зон вязкость расплава из горных пород, как показывает опыт, резко возрастает по сравнению со стекломассой. В основу изобретения поставлена задача создания ванной печи для получения расплава из горных пород, в которой новое выполнение глубин зон бассейна обеспечивает повышение качества расплава и снижение затрат тепловой энергии. Поставленная задача решается тем, что в ванной печи для получения расплава из горных пород, включающей бассейн с выработочным каналом фидера, свод, горелки, согласно изобретению бассейн выполнен в виде зон, расположенных ступенчато относительно друг друга по отношению к верхней плоскости огнеупора стен бассейна с соотношением их глубин + 2,5: - 3: - 2: - 0,5: - 1,5, при этом первая зона выполнена в виде площадки, поднятой над верхней плоскостью огнеупора стен бассейна с углом наклона 7-10° к продольной плоскости поверхности огнеупора бассейна. Поставленная задача решается также тем, что сливной торец площадки скошен под острым углом. Выполнение первой зоны бассейна в виде площадки поднятой на 250мм над верхней плоскостью огнеупора стен бассейна с углом наклона 7-10° к продольной плоскости поверхности огнеупора бассейна обеспечивает качество плавления сырья за счет легкого удаления газовых включений и первичного перемешивания расплава с одновременным уменьшением затрат тепловой энергии. Для того, чтобы стекающий расплав из-за большого угла смачивания материала площадки не "расползался" по поверхности сливного торца площадки и не загрязнялся включениями огнеупора, сливной торец площадки скошен под острым углом. Угол наклона площадки 7-10° является оптимальным для стекания высоковязкого расплава. При меньшем угле наклона тонкий слой расплава на площадке увеличивается, что затрудняет расплавление материала. При угле наклона больше чем 7-10° возможно попадание нерасплавившихся частиц материала в расплав, что снижает его качество. Остальные зоны бассейна выполнены с заглублением дна от верхней плоскости огнеупора стен бассейна соответственно на 300, 200, 50 и 150 мм, что обеспечивает качественную гомогенизацию расплава по химической однородности и термической вязкости и снижение затрат тепловой энергии. Плоскопламенные горелки, расположенные вдоль продольной оси свода улучшают газовыделение израсплава за счет относительного понижения давления в зоне действия горелок, в связи с чем качество расплава повышается. Глубина каждой зоны с учетом оптимальной толщины слоя расплава, его теплопроводности, теплопрозрачности, нарастанием вязкости по глубине и других реологических параметров конкретного сырья, позволяет улучшить качество расплава и снизить затраты тепловой энергии. Если соотношение глубин зон больше, чем + 2,5: - 3: - 2: - 0,5 · - 1,5, то вязкость расплава повышается, что затрудняет газовыделение, снижает качество расплава и увеличивает затраты тепловой энергии. В случае, если соотношение глубин зон меньше, чем + 2,5: - 3: - 2: - 0,5: - 1,5, то ухудшается конвективное перемешивание расплава, в связи с чем качество его снижается из-за неоднородности слоев по термической вязкости. Таким образом, ванна печь для получения расплава с разноглубинными зонами бассейна, поднятой площадкой для плавления сырья с углом наклона 7-10° к продольной плоскости поверхности огнеупора бассейна и сливным торцом, скошенным под острым углом и горелками обеспечивает повышение качества расплава и снижение затрат тепловой энергии. На чертеже изображена ванная печь, продольный разрез. Ванная печь для получения расплава из горных пород содержит бассейн 1 с выработочным каналом фидера 2, свод 3, горелки 4, загрузочный карман 5 для загрузки крошки горных пород, наклонную площадку 6 для расплавления горных пород в тонком слое, накопительную ванну 7 для сбора расплава, противопенный мост 8, площадку 9 с встроенными в нее соплами барботажа для гомогенизации и дегазации расплава, площадку стабилизации расплава по термической однородности 10. Указанные позиции 6-10 имеют различную глубину по отношению к верхней плоскости огнеупора 11 бассейна 1. Крошка горных пород через загрузочный карман 5 поступает в печь и плавится под действием горелки 4 в тонком слое на наклонной площадке 6, поднятой над верхней плоскостью огнеупора 11 бассейна 1. Здесь же происходит первичное удаление газовых включений. Затем расплав стекает с площадки и отвесно падает в накопительную ванну 7, заглубленную по отношению к верхней плоскости огнеупора 11 бассейна 1. При падении расплава происходит первичное перемешивание. Проточный противопенный мост 8 удерживает возможные пенные включения в накопительной ванне. Крупные частицы горных пород в расплаве тонут из-за меньшего удельного веса расплава, получающегося в результате термодеструкции горных пород. Поэтому дно накопительной ванны приподнято с целью задержания придонных слоев расплава и пропускания средней части расплава. Далее расплав тонким слоем поступает в зону окончательной гомогенизации и дегазации расплава, выполненной в виде плоской площадки 9, и заглубленную по отношению к верхней плоскости огнеупора 11 бассейна 1. Здесь также применяется эффект плоскопламенных горелок 4, заключающийся в том, что такие горелки позволяют улучшить газовыделение из расплава за счет относительного понижения давления в центральной части действия пламени горелки. Затем расплав попадает на площадку 10, заглубленную по отношению к верхней плоскости огнеупора 11 бассейна 1 и предназначенную для накопления и стабилизации рабочего потока расплава по термической однородности за счет теплодиффузий слоев. После этого расплав поступает в выработочный канал фидера 2. В первой зоне угол наклона площадки расплавления базальтового сырья выбран так, чтобы скорость образования расплава компенсировала расход расплава на выработочных узлах, и составляет 7-10°. При этом в зоне 1 вязкость расплава регулируется температурой в пределах, необходимых для создания непрерывного тонкослойного потока. Кроме этого, в зоне 1 достигается расплав сырья в тонком слое и первичное удаление газовых включений. Конец плиты зоны 1 устроен так, чтобы тонкий слой расплава падал отвесно в накопительную ванну зоны 11, толщина слоя падающей ленты составляет 2-3 мм, высота падения 150 мм. Сливной торец площадки выполнен из огнеупора и скошен под острым углом и покрыт жаропрочным и химически стойким материалом для защиты огнеупора от разрушения падающей лентой базальтового расплава в процессе эксплуатации. При падении базальтового расплава в тонком слое происходит первичное перемешивание расплава, падающего в накопительную ванну зоны II. Зона III выполнена в виде проточного противопенного моста с целью удержания возможных пенных включений в накопительной ванне и с подъемом дна для пропуска средней части качественно усредненного расплава из накопительной ванны, оставляя в накопительной ванне придонные слои расплава. Величина углубления моста выбрана с учетом теплопрозрачности при рабочих температурах. С целью предупреждения интенсивного разрушения заглубленной части моста из-за химического воздействия расплава и увеличения скорости прохождения расплава в суженном протоке нижняя часть заглубленного огнеупора защищена жаропрочным и химически стойким к расплаву материалом. Зона IV предназначена для окончательной гомогенизации и дегазации расплава и выполнена в виде плоской площадки, покрытой слоем расплава 50 мм, оптимальным для конвективного перемешивания и теплообмена для теплонепрозрачного расплава. С целью интенсификации гомогенизации расплава площадка расположена в зоне максимума температур, и в площадку встроен ряд сопел барботажа, расположенных друг от друга на расстоянии 100-150 мм. Для защиты материала площадки от интенсивного разрушения в зоне максимальных температур, высокой скорости прохождения расплава в тонком слое, эффекта барботажа, площадка покрыта жаропрочным и химически стойким к расплаву материалом. Зона V предназначена для накопления и стабилизации рабочего потока расплава по термической однородности за счет теплодиффузий слоев. Расположение зон по отношению к верхней плоскости огнеупора 11 бассейна 1 обозначены знаком (+), если зона поднята над верхней плоскостью огнеупора и знаком (-), если зона заглублена по отношению к верхней плоскости огнеупора бассейна, а (:) обозначает разделение зон. Пример 1. Изготовлена ванная печь для получения расплава из горных пород, бассейн которой выполнен в виде зон, расположенных ступенчато относительно друг друга по отношению к верхней плоскости огнеупора стен бассейна. Первая зона бассейна выполнена в виде площадки, поднятой (+) на 250 мм над верхней плоскостью огнеупора стен бассейна с углом наклона 8° к продольной плоскости поверхности огнеупора бассейна. Сливной торец площадки скошен под углом 80°. Остальные зоны бассейна выполнены с заглублением (-) дна от верхней плоскости огнеупора стен бассейна соответственно на: II зона - I 2 = 300 мм III зона - І 3 = 200 мм IV зона - I 4 = 50 мм, V зона - I 5 - 150 мм, что соответствует соотношению I 1: І 2: І 3: I 4: I 5= + 2.5: - 3: - 2: -0,5: -1,5. За точку отсчета глубин зон принята верхняя плоскость огнеупора стен бассейна минус 50 мм. Плоскопламенные горелки расположены вдоль продольной оси свода печи на высоте 500 мм от верхней плоскости огнеупора стен бассейна. Пример 2. Изготовлена ванная печь для получения расплава из горных пород, бассейн которой выполнен в виде зон, расположенных ступенчато относительно друг друга по отношению к верхней плоскости огнеупора стен бассейна. Первая зона бассейна выполнена в виде площадки, поднятой (+) на Ι 1=125мм над верхней плоскостью огнеупора стен бассейна с углом наклона 7° к продольной плоскости поверхности огнеупора бассейна. Сливной горец площадки скошен под углом 75°. Остальные зоны бассейна выполнены с заглублением (-) дна от верхней плоскости огнеупора стен бассейна соответственно на: II зона - Ι 2 = 150 мм III зона - І 3 = 100 мм IV зона - І 4 = 25 мм V зона - l5 = 75 мм, что соответствует соотношению I 1: І 2 : I 3: I 4: I 5 = +2,5: - 3: - 2: -0,5: -1,5. За точку от счета глубин зон принята верхняя плоскость огнеупора стен бассейна минус 50 мм. Плоскопламенные горелки расположены вдоль продольной оси свода печи на высоте 500 мм от верхней плоскости огнеупора стен бассейна. Исследование технологических процессов, моделирование и конструирование ванных печей позволили выбрать оптимальные параметры конструкции печи для базальтов различных месторождений. Глубины зон печи в зависимости от реологических свойств расплавов приведены в таблице. Приведенные в таблице глубины зон учитывают реологические свойства расплавов (температура плавления, вязкость, кристаллизация), являются оптимальными, позволяют получить расплав высокого качества и снизить затраты тепловой энергии. Однородность расплава по химическому составу, вязкости и температуре обеспечивает устойчивость процесса выработки базальтовой непрерывной нити, стабильность ее диаметра и физико-химических параметров.