Шахтная восстановительная плавка
Основные части шахтной печи: горн, шахта и колошник. Вся печь опирается на соответствующий фундамент.
Шахтная печь для свинцовой плавки при заполнении ее шихтой оказывает на грунт большое давление. Поэтому фундамент делают глубиной не менее 1м из бетона или камня, заливая котлован под фундамент жидким отвальным шлаком.
Внутренние размеры горна (длина, ширина) равны соответствующим размерам печи в области фурм. Глубина горна зависит от содержания свинца в проплавляемой шихте и колеблется от 0,5 до 0,75м. Если шихта бедна свинцом, то в единицу времени в горн поступает сравнительно мало свинца и он более подвержен охлаждению; в этих условиях горн делают меньшей емкости, глубиной 0,5м, а иногда и меньше. При плавке шихты, богатой свинцом, горн делают глубже.
Шлак и штейн удаляют из печи через специальный выпускной кессон или через отверстие в кессоне, которое расположено обычно в торцах печи немного ниже фурм. По чугунному желобу эти продукты плавки поступают во внешний приемник, называемый отстойником или передним горном.
В отстойнике из-за разной плотности штейна и шлака они разделяются. Штейн по мере накопления периодически выпускают через шпуровое отверстие в нижней части отстойника, а шлак из отстойника выпускают по грануляционному желобу.
Черновой свинец выпускают из горна через отверстие, расположенное по длинной стороне печи. Обычно свинец выпускают по сифону, представляющему собой канал небольшого сечения, соединяющий внутренний горн печи с маленьким наружным приемником.
При непрерывном выпуске свинца через сифон на дне горна (лещади) можно держать значительный слой свинца (рис.4). В этом большое преимущество непрерывного выпуска свинца перед периодическим через шпур.
Несмотря на указанные преимущества сифонного выпуска свинца, им не всегда можно успешно пользоваться. Если шихта шахтной плавки слишком бедна свинцом (менее 15% РЬ), то из-за медленного замещения свинца в горне канал сифона может замерзнуть. При плавке медистой шихты на богатый штейн, содержащий более 15—20°/о Сu, получается медистый свинец. Когда медистый свинец проходит по каналу сифона, он охлаждается; при этом из него выделяются кристаллы меди, постепенно закрывающие проход для свинца. В таких случаях затруднительно применять сифон, и свинец выпускают периодически через шпур.
Производительность шахтной печи определяется площадью ее горизонтального сечения в области фурм. Это сечение называется эффективным сечением печи.
Производительность круглой печи зависит от ее диаметра. Печи строят диаметром 1,0—1,5м, редко до 2м.
Главное и почти единственное топливо для шахтной свинцовой плавки — кокс.
Кокс должен быть крупнокусковый. Коксовая мелочь (20 мм и меньше) вредна, так как уплотняет шихту (резко снижает газопроницаемость), способствует образованию настылей; запутываясь в шлаке, она повышает его вязкость и ухудшает отстаивание от других жидких продуктов плавки. Но очень крупные куски кокса (более 200 мм) медленно горят у фурм, отчего растягивается фокус печи и в нем снижается температура.
Механическая прочность кокса должна быть такой, чтобы на всем пути продвижения по шахте печи он не истирался в порошок под действием тяжелой свинцовой шихты.
Расход кокса зависит от содержания свинца в агломерате. Чем оно выше, тем меньше требуется топлива на само плавление, так как сокращается выход шлака при плавке — наиболее тугоплавкого продукта. Но вместе с тем возрастает расход топлива на восстановление металлических окислов. Кроме того, при повышении содержания свинца в агломерате увеличивается eгo способность уплотняться в печи (больше легкоплавких силикатов свинца), отчего уменьшается газопроницаемость шихты.
Для нормальной работы шахтной печи требуется подавать в нее определенное и постоянное количество воздуха в единицу времени, которое принято выражать в кубических метрах в минуту или в кубических метрах в минуту на квадратный метр сечения печи в поясе фурм.
Расход воздуха зависит от размеров печи (площади сечения печи в области фурм) и от количества кокса, расходуемого на плавку.
Интенсивность плавки зависит от количества воздуха, подаваемого в печь. При подаче воздуха в количестве 23— 25 м3/м2*мин удельный проплав печи составляет 45—55 т шихты. С увеличением подачи воздуха до 37—40 м3/м2 *мин удельный проплав шихты возрастает до 80—90 т.
В последнее время все более широко применяется обогащение подаваемого в печь дутья кислородом, который подают на всас воздуходувок шахтных печей.
Обогащение дутья кислородом до 30% не требует изменений в конструкции фурм и фурменной части кессонов. Необходимо только более тщательное уплотнение фурменного рукава и коробки для уменьшения потерь кислорода.
При повышении содержания кислорода в дутье до 26,5% производительность печи возрастает на 27%. При сохранении постоянного проплава повышение содержания кислорода до 26,5% позволяет сократить расход дутья на 34%, уменьшив соответственно количество проходящих газов и сократив расходы на их очистку. Расход кокса снижается на 10—13%.
Существуют два способа снабжения печей воздухом: 1) каждая печь имеет свою воздуходувку; 2) печи снабжаются воздухом от общего воздухопровода, в который подается сжатый воздух от нескольких воздуходувок
На свинцовых заводах часто применяют: 1) турбовоздуходувки производительностью 500–550 м3/мин при давлении 1,3–1,36*105 Н/м2; 2) ротационные воздуходувки производительностью 250 м3/мин при давлении 1,2 *105 Н/м2 и др.