Ватер-жакет и отражательная печь

А. ЦЕЙДЛЕР

Обе эти металлургические печи — ватер-жакет и отражательная печь — играют ведущую роль в цветной металлургии.

При выплавке свинца, меди, никеля и олова эти печи имеют примерно то же значение, что и доменная печь в черной металлургии.

Ватер-жакет — английское слово, в буквальном переводе означающее — водяная рубашка. Это название весьма точно характеризует основную особенность ватер-жакета. В противоположность обычным металлургическим печам стены ватер-жакета сложены не из огнеупорного кирпича, а из «водяных рубашек», т. е. из плоских длинных железных ящиков (кессонов), заполненных водой. В процессе работы вода в эти насосы все время подается холодной, а горячая отводится на охлаждение.

Ватер-жакет поэтому может нормально работать только до тех пор, пока обслуживающий его мощный водопровод работает нормально.

По внешнему виду ватер-жакет подобно всем так называемым шахтным типам печей представляет собой вертикальную шахту, иногда круглую, но чаще продолговатую четырехугольную, высотой около 6 м. Ширина этой шахты внизу, в том месте, где через специальные отверстия (фурмы) вводится воздух — 1,2—1,4 м, вверху, где загружается руда, около 2 м. Длина в прямоугольных печах колеблется весьма сильно, доходя до 10 м (Карабашский завод).

Если смотреть в пустой, только что отремонтированный большой ватер-жакет с площадки для загрузки руды, то он кажется большим и узким железным ущельем, внизу вдоль стен которого расположена масса дыр. Это и есть фурмы, через которые вдувается воздух. Иногда, а при свинцовой плавке всегда, верхняя часть этой шахты делается из огнеупорного кирпича. Сверху в ватер-жакет загружается так называемая шихта, смесь руды, флюсов, кокса и оборотных шлаков. Руда не всегда загружается в ватер-жакет сразу сырой, в том виде, в каком она получается с рудников, а иногда загружается после предварительной обработки — дробления, обжига, спекания и т. д. Флюсы — материал, добавляемый к руде для того, чтобы вся руда в ватер-жакете под влиянием жара, развиваемого горящим коксом, могла бы превратиться в жидкость. Так как руда неоднородна, то и расплавленная жидкая масса будет неоднородной. При отсутствии необходимой жидкой смеси она разделяется на два или три слоя совершенно так же, как вода и масло отделяются друг от друга, если дать смеси воды с маслом отстояться.

Верхний слой, обычно наиболее больший по объему, составляет шлак — разносортную массу, почти не содержащую ценных металлов и поэтому выбрасываемую на отвал. Для поддержания горения кокса внизу печи в нее вдувается воздух через отверстия (фурмы).

Ватер-жакет может нормально работать только до тех пор, пока все, что загружается в него сверху, вытекает внизу в жидком виде через специальное (шнуровое) отверстие, расположенное ниже фурмы, в продольной стене ватер-жакета, приблизительно в середине по его длине. В противном случае печь будет загромождена твердым металлом, плавка прекратится, и получится так называемый «козел».

Слив шлака из ватер-жакетных печей в тележки (Калатинский медеплавильный завод).

Поэтому так важна правильная «шихтовка», т. е. правильное составление смеси всех загружаемых материалов в расчете на получение жидких продуктов плавки.

При плавке медных руд из ватер-жакета выпускается, кроме шлака, еще полупродукт — штейн, состоящий, главным образом, из сплава полусернистой меди и сернистого железа. Штейн идет на дальнейший передел в черную медь.

При плавке свинцовых руд из ватер-жакета получают грязный свинец, называемый на заводе «веркблей», шлак и штейн (последний не всегда).

Больше всего над усовершенствованием конструкций ватер-жакета работал коллектив Калачинского комбината. При постройке нового (третьего) ватер-жакета один из молодых инженеров завода попробовал подойти к конструированию всех частей ватер-жакета не по старинке, а решил применить формулы курса «сопротивления материалов», науки, изучающей расчет допустимой нагрузки на разные части машин, сооружений и т. д. В результате получился ватер-жакет, выдержавший 28 месяцев беспрерывной работы вместо прежних 5—6 месяцев «нормальной» кампании ветер-жакета (кампания — срок работы между капитальными ремонтами).

*

Отражательная печь является более новым аппаратом, конкурирующим с ватер-жакетом. По внешнему виду она напоминает мартеновскую печь, но обычно (особенно в металлургии меди) больших размеров и без регенераторов.

По внешнему виду отражательная печь представляет собой громадную горизонтальную камеру, сложенную из огнеупорного кирпича, длиной около 30 м, шириной до 5 м и высотой внутри от пола (пода) до потолка (свода) около 2 м. В одной торцовой стене этой камеры проделано 5—7 отверстий для форсунок, сжигающих внутри этой печи топливо (нефть, мелкоразмолотый пылевидный уголь или газ). Вдоль боковых стен в своде имеется целый ряд отверстий, через которые в печи сверху засыпают шихту. Шихта в отражательной печи может состоять из мелкой пыли, так как плавка шихты идет в кучах, лежащих вдоль стен печи за счет факела горящего топлива, находящегося посредине между кучами. Для лучшего использования теплоты горящего топлива все плавильное пространство перекрыто сводом, который и отражает жар горящего пламени вниз на кучи. От этого и произошло само название — отражательная печь.

Газы сгоревшего топлива (дым) уходят весьма горячими с противоположного от форсунок торцового конца печи. Так как они уносят с собой большое количество тепла, то для использования этой теплоты за отражательными печами ставят паровые котлы, куда газы отдают свою теплоту и дают пар, идущий на производство электроэнергии.

При плавке в отражательной печи происходят примерно те же явления, что и при плавке в ватер-жакете. В результате плавки образуются шлак и полупродукты соответственно загруженной шихте. Конечно, и здесь нужно следить, чтобы все загруженные в печь материалы превращались в жидкость и выпускались своевременно из печи, иначе печь будет загромождена твердым материалом и работать больше не сможет. Для этого состав шихты должен рассчитываться и точно взвешиваться.

Часть отражательной печи медеплавильного цеха Калатинского завода.

Итак, главная разница между ватер-жакетом и отражательной печью лежит в характере плавки. В ватер-жакете топливо смешивается с шихтой, и воздух продувается сквозь нее. В отражательной печи горючее горит рядом с кучами шихты, воздух и газы не проходят через шихту. Поэтому ватер-жакет хорошо работает только на кусковом материале и с коксом, а отражательная печь может работать на любом материале и поглощать разные виды топлива.

В заграничной практике старые ватер-жакеты остались в свинцовой плавке. Там они имеют преимущества перед отражательными печами, давая сразу конечный продукт, но в медеплавильном деле ватер-жакеты были вытеснены отражательными печами.

*

В СССР отражательные печи в медной плавке начали применяться в 1914 г. (Кара-баш, Пышма, не работающая в настоящее время, и Баймак). Долгое время (до 1925 г.) они занимали второстепенное положение на наших заводах. Виной этому консерватизм наших работников и некоторые особенности русской медеплавильной промышленности; Только с приходом в цветную промышленность молодых кадров, с внедрением новых американских методов работы разгорелась борьба между ватер-жакетом и отражательной печью. Молодежь в основном стояла за отражательную печь, а «старики» — за ватер-жакет. Дело осложнялось тем, что русская медная руда содержит в себе топливо пирит, позволяющее экономить при плавке в ватер-жакете кокс. Борьба особенно разгорелась в 1927 г. при обсуждении вопроса — строить на новом Красноуральском заводе ватер-жакет или отражательную печь.

«Старики», главным образом, уральцы, были за ватер-жакет, однако, молодежь не без основания доказывала, что пирит руды нужно отделять до плавки и отправлять химической промышленности для производства серной кислоты, а не сжигать, как кокс.

Для решения спора был приглашен крупнейший американский специалист, который после детальных расчетов встал на сторону молодежи. В результате на Красноуральском заводе построили отражательные печи. Молодым инженерам пришлось провести громадную работу по налаживанию производства на этих печах и обучению кадров. Сейчас уже никто не сомневается в преимуществах отражательной печи перед ватер-жакетом для медной плавки, и наши новые медеплавильные заводы запроектированы исключительно с отражательными печами. Кроме того и наши старые заводы — Калатинский и Карабашский — построили отражательные печи и постепенно переходят на работу исключительно в отражательных печах.