 |
Особенности тепловой работы
|
|
|
|
Содержание
Задание ……………………………………………………………………3
1 Шахтные печи цветной металлургии.....................................4
1.1 Особенности тепловой работы...................................................4
1.2 Особенности теплообмена в слое ……………………………….…6
2 Конструкция и основные показатели работы ………………………11
2.1 Устройство печи ……………………………………………………12
Список использованных источников …………………………………16
Шахтные печи цветной металлургии
Особенности тепловой работы
Тепловая работа шахтных печей цветной металлургии отличается рядом особенностей, обусловленных видом и параметрами протекающих в них технологических процессов. Шахтные печи широко применяют на заводах цветной металлургии для плавки кусковой руды, брикетов, агломерата и различных промежуточных продуктов металлургического производства, имеющих кускообразную форму. Помимо этого шахтные печи используют для переплавки вторичных металлов и катодной меди. Конечным продуктом шахтной плавки в зависимости от вида технологического процесса могут быть штейн или черновой металл и шлак. При плавке кусковых материалов в печь сверху загружается шихта вместе с твердым топливом, роль которого обычно выполняет высококачественный кокс.
В зависимости от вида перерабатываемого материала топливные шахтные печи могут иметь два принципиально различных режима работы, основанных на газогенераторном и топочном процессах. Печи, работающие на базе газогенераторного процесса, применяют для плавки окисленных руд и аналогичных им по составу шихтовых материалов. В них на участке сжигания топлива, наряду с генерацией тепла, протекают процессы образования газообразной восстановительной среды, содержащей большое количество оксида углерода (СО). Оксид углерода, образующийся в результате газогенераторного процесса, используется при плавке как реагент для так называемого непрямого восстановления оксидов металлов, содержащихся в шихте. Прямым восстановителем является кокс. Однако энергозатраты на восстановление окислов при использовании в качестве реагента кокса, отнесенные к килограмму углерода, в 2,45 раза выше, чем в случае применения оксида углерода.
|
|
|
Шахтные печи с режимом работы на базе топочного процесса применяют для переработки сульфидных материалов и переплавки вторичных металлов и катодной меди. В печах для плавки сульфидов кислород дутья используется при горении топлива и как реагент для окисления части сульфидов железа и элементарной серы, выделившейся при термическом разложении минералов. В печи, таким образом, поддерживается окислительная атмосфера. В шахтных печах, применяемых для переплавки вторичных металлов и катодной меди, газовая фаза не является реагентом технологического процесса. Для того чтобы предотвратить угар металла, в рабочем пространстве печи обычно поддерживается восстановительная атмосфера. Однако образование больших количеств оксида углерода в процессе горения топлива является нежелательным явлением, так как оно сопровождается значительным потреблением тепла.
Шахтные печи цветной металлургии являются агрегатами непрерывного действия с режимом работы, характеризующимся неизменностью во времени основных параметров теплового и температурного режимов плавки. Конкретные значения параметров находятся в непосредственной зависимости от вида протекающего в печи технологического процесса и состава перерабатываемого сырья. В качестве примера рассмотрим процессы, осуществляемые в наиболее распространенных шахтных печах, применяемых на никелевых и свинцовых заводах.
|
|
|
Тепловая работа шахтных печей для плавки никельсодержащего сырья отличается крайней сложностью, и ее количественная оценка базируется на анализе теплового баланса процесса. Примерно 95—97 % тепла, используемого в зоне технологического процесса, поступает в нее при горении твердого топлива и 3—5 % в процессе шлакообразования. Эта энергия распределяется среди продуктов плавки следующим образом: примерно 40—45% расходуется на нагрев и расплавление шихты; 12—14 % — на осуществление эндотермических реакций и 21—22 % отводится с газообразными продуктами сгорания топлива и техническими газами. Потери тепла на нагрев воды в кессонах составляют около 22 – 24 %.Температурный режим плавки пока еще не поддается расчету и выбирается опытным путём. При определении его параметров необходимо учитывать, что протекающие в печи процессы нагрева и расплавления шихты сопровождаются многочисленными экзотермическими реакциями. К экзотермическим реакциям относятся, в основном, углерода и шлакообразование.
Эндотермические реакции протекают в широком диапазоне температур и могут быть условно разделены на три группы, к которым относятся: образование газообразного реагента-восстановителя, состоящего из оксида углерода; диссоциация содержащихся в шихте основных флюсов и сульфидирующих компонентов; восстановление оксидов и сульфидирование переходящих в штейн металлов.
Газообразные продукты сгорания топлива, фильтруясь через слой шихтовых материалов, поднимаются вверх по шахте и постепенно охлаждаются за счет того, что в процессе теплообмена передают тепло шихте и активно участвуют в эндотермических реакциях. Восстановление диоксида углерода (СО2) начинается сразу же после выхода газов из зоны горения и продолжается до тех пор, пока они не охладятся до 700 °С. Образующийся в этих условиях оксид углерода взаимодействует с оксидами содержащихся в шихте металлов. Наиболее интенсивно протекает восстановление оксида никеля, начинающееся при 250—300 °С. Для восстановления магнетита до оксида железа, имеющего большое значение в процессах формирования шлака, необходимы температуры свыше 900 °С и концентрация оксида углерода в газовой фазе не менее 23 %.
|
|
|
Тепло, полученное материалом слоя в процессе теплообмена, расходуется на нагрев и плавление шихты, а также на диссоциацию и сульфидирование. Диссоциация известняка и сульфидирующих реагентов типа пирита происходит при температурах свыше 600—650 °С. Реакции сульфидирования металлов идут в широком интервале температур от 800 до 1300 °С.
В нижней части шахты, где накапливаются жидкие продукты плавки, температурный режим определяется условиями наиболее полного разделения шлака и штейна. Температура шлака, как правило, поддерживается на уровне 1400 °С, температура штейна во многом зависит от его состава. С уменьшением содержания серы в штейне его температура должна увеличиваться, чтобы избежать настылеобразования, связанного с выпадением кристаллов ферроникеля. Например, при концентрации серы в штейне около 15 % выделение кристаллов ферроникеля начинается при 1250 0С, а для штейна, содержащего 21 % серы — при 1100°С.
В шахтных печах свинцовых заводов плавят сырьевые материалы (агломерат), содержащие свинец в форме легковосстановимых оксидных соединений. В результате их переработки получают черновой металл, в который переходят также медь, олово, висмут, золото, серебро и некоторые другие компоненты шихты. Трудновосстановимые оксиды, например, железа и цинка, соединяясь с диоксидом кремния, переходят в шлак. Помимо оксидов металлов в шихте содержится небольшое количество сульфидных соединении, которые при плавке могут образовывать самостоятельную фазу — штейн и шпейзу.
Восстановление оксида свинца начинается практически сразу после того, как шихта попадает в печь при температуре 160 - 180 0С. Интенсивность этого процесса нарастает по мере прогревания шихты, достигая максимального значения при температурax порядка 750—1000 °С. Плавление шихты начинается задолго завершения процессов восстановления. Эвтектики сплав свинца и меди плавятся при 550 °С, смесь оксидов свинца и сурьмы при 550 °С, ферриты свинца при 752 °С и т. д.
Легкоплавкая жидкая фаза образуется уже в верхних частях шахты и движется вниз гораздо быстрее, чем слой твердого материала. На своем пути она вступает в многочисленные технологические реакции с твердой шихтой и коксом. В результате в центральной части печи слой в основном состоит из кокса и остатков нерасплавившейся шихты. Между ними идет интенсивное взаимодействие, протекающее с. потреблением большого количества тепла, и поэтому температура на этом участке зоны технологического процесса невелика и составляет примерно 1300—1350 0С. То, что значительная часть оксидов восстанавливается непосредственно углеродом, влечет за собой некоторый перерасход кокса. В нижних частях шахты, где в зону технологического процесса подается газообразный окислитель (воздух, или дутье, обогащенное кислородом), до 75 % площади поперечного сечения печи занято коксом, свободным от шихты (коксовая постель). Температура здесь достигает 1400—1450 °С. Жидкие продукты плавки на выходе из печи имеют существенно более низкую температуру: шлак порядка 1200 °С, штейн 1000—1050 °С.
|
|
|
|
|
|
