Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

—в пристенную область циклона по течкам, расположенным в верхней крышке, с подачей сырья самотеком или воздухом в теневую

часть камеры или вблизи устья сопл в поступающий топливовоздуш­ ный поток;

—тангенциально по образующей циклона непосредственно в топ­ ливовоздушный поток через специальные сопла, расположенные хор­ дально.

Рис. 117. Схема подачи топлива в циклон.

В зависимости от дисперсности, агрегатного состояния перераба­ тываемого сырья и требований технологического процесса возможна комбинация вариантов подачи сырья в циклон, которая, как правило, подбирается в период наладки и освоения агрегата.

Для отопления циклонных камер используется твердое, жидкое или газообразное топливо. Расход топлива предопределяется составом перерабатываемого сырья, а также физико-химическими превраще­ ниями, которые необходимы для осуществления процесса.

Подача топлива в циклон может быть организована следующим образом (рис. 117):

—жидкое или газообразное топливо подается в воздушный по­ ток, поступающий в циклон вблизи устья воздушных сопл (рис. 117, а);

—жидкое топливо или газ подаются в воздухопроводы, подводя­ щие воздух в циклон с таким расчетом, чтобы произошло предвари­ тельное смешение (испарение) топлива с воздухом до их поступления

врабочее пространство циклона (рис. 117,6);

—твердое топливо (угольная пыль) подается через сопла, распо­

ложенные параллельно вводу воздуха (рис. 117, в);

— топливо поступает в циклон в виде предварительно воспламе­ ненной смеси с помощью форкамер или стабилизирующих устройств, размещенных перед циклоном (рис. 117, г);

262

— часть топлива может добавляться в шихту в качестве восста­ новителя и вместе с ней загружаться в циклон.

При осуществлении автогенной плавки, например при переработ­ ке сульфидных концентратов на высокоподогретом дутье, обогащен­ ном кислородом, или техническом кислороде шихта подается непо­ средственно в воздушный поток специальным эжектором или за счет эжекционной способности воздушного потока.

выходную диафрагму, расплав удаляется через летку, газы выходят через диафрагму, газы выходят вверх через горловину, расплав уда­ ляется вниз через летку, газы направляются вверх и затем по полой центральной вставке опускаются вниз, расплав вытекает через летку, расположенную в днище.

В зависимости от технологических особенностей процесса циклон­ ные камеры могут компоноваться с различными дополнительными элементами, в которых осуществляется предварительная или после­ дующая обработка сырья, например, с электроотстойником для дора­ ботки и разделения расплава, грануляционной камерой для гранули­ рования расплава, пылевой камерой для дополнительного улавлива­ ния уноса и предварительного охлаждения газов теплоиспользующи­ ми поверхностями. Аналогичные компоновочные решения исполь­ зуются для циклонных камер, работающих на кислородном дутье.

По аэродинамическим характеристикам циклонные камеры раз­ деляются на два основных класса: на циклонные камеры с совмест­ ным и раздельным выводом газов и расплава. Этой классификацией практически охватываются почти все известные конструктивные ре­ шения по технологическим циклонам. Другие конструкции отличают­

263

ся от описанных лишь некоторыми модификациями, например ци­ линдроконический циклон, циклон с кольцевым стабилизирующим каналом.

Экспериментальные плавильные установки

Изучение циклонного метода переработки различного сырья цвет­ ной металлургии проводилось на стендовой установке производитель­ ностью до 10 г шихты в сутки по сульфидным медным концентра-

Рис. 119. Схема циклонной установки АН КазССР для переработ­

керы шихты с питателем; 23 — воздуходувка; 24 — ввод вторич­ ного воздуха.

там [1], созданной в АН КазССР. В первом варианте испытывались циклонные камеры горизонтального типа (угол к горизонту 8, 12°). Однако такое расположение камер оказалось неприемлемым из-за трудностей, возникающих с эвакуацией образующегося в циклоне рас­ плава.

В связи с этим на стендовой установке была размещена верти­ кальная циклонная камера (І) с плоской диафрагмой (2) взамен кони­ ческого выходного сопла, которое используется в циклонных топках

(рис. 119).

264

Размеры циклонной камеры: Пц = 430 мм, L = 780 мм и йд=

--180 мм. Отапливалась установка (в целях упрощения ее обслужива­ ния) жидким топливом (соляр), которое с помощью топливного насоса подавалось к центробежной форсунке.

Циклонная камера первоначально была неохлаждаемой, футеро­ ванной хромомагнезитовым кирпичом. Она выдерживала всего лишь несколько плавок продолжительностью 6—8 час. Помимо тяжелых термических условий значительный износ огнеупоров обусловлен хи­ мическим и механическим воздействием на них агрессивного распла­ ва. Наиболее чувствительной оказалась выходная диафрагма, поэтому циклонная камера была полностью кессонирована. Изнутри камера оребрена и покрыта хромомагнезитовой обмазкой, замещающейся в процессе работы гарниссажем, который достаточно надежно работает длительное время. Крышка циклонной камеры коническая. В центре ее предусмотрено отверстие для ввода аксиальной форсунки, на рас­ стоянии До= 0,5 R расположена течка для подачи шихты в циклон. В зависимости от перерабатываемого материала положение места вво­ да шихты может несколько изменяться, в частности, для тонкоизмельченных материалов с малой плотностью — приближаться к стенке

(Д0> 0,5 Д ). Следует учитывать, однако, что приближение места ввода к стенке не всегда сопровождается ускорением сепарации материала на стенку. Это зависит от специфики структуры потока в циклонной

камере. Пристенной зоне свойственны пониженные скорости газового потока, вследствие чего частица приобретает низкие скорости, и сепа­ рация ее на стенку происходит медленнее. В качестве шихтового пи­ тателя используется шнек с малым шагом и большим количеством витков, что обеспечивает необходимую плотность, исключающую фильтрацию газов из циклона в бункер, и достаточно равномерную за­ грузку шихты в циклон. Регулирование количества подаваемой ших­ ты в широком диапазоне производительности (от 200 до 500 кг/час) осуществлялось плавным изменением числа оборотов двигателя по­ стоянного тока [22], соединенного со шнеком. Для бесперебойной ра­ боты камеры эти два качества — герметичность и равномерность по­ дачи сырья — определяющие.

Для предотвращения настылеобразования вследствие попадания наиболее мелких фракций в зону ввода воздуха в течку подается не­ которое количество воздуха для увеличения начальной скорости час­ тиц и перемещения их через эту зону. Подача воздуха в течку регули­ руется в зависимости от вида и гранулометрического состава перераба­ тываемой шихты: при увеличении крупности материала количество воздуха, подаваемого в течку, уменьшается, так как в противном случае может увеличиться вынос из циклонной камеры.

265

Основная масса воздуха подается в циклонную камеру танген­ циально. Ввод выполнен таким образом, что можно регулировать пе­ рераспределение воздуха по высоте циклона. Верхняя воздушная шли­ ца располагается ниже края крышки на (0,05—0,07)L для создания

вголовной части циклона «пазухи», способствующей лучшему воспла­ менению и горению. Топливные форсунки, как правило, размещаются

ввоздушных шлицах. Когда в перерабатываемой шихте содержится значительное количество горючих составляющих и в циклоне должен протекать окислительный процесс, форсунки можно располагать ак­ сиально. В этом случае применяются только механические форсунки. Циклонные камеры приспособлены также для отопления их угольной пылью, подаваемой тангенциально через сопла, расположенные па­ раллельно воздушным шлицам со скоростью 15—25 місек. В отстой­ ную камеру вместе с расплавом поступают продукты сгорания, под­ держивая необходимую температуру ванны (1250—1300°). Далее газы по газоходу направляются в воздушный подогреватель, обеспечиваю­ щий подогрев воздуха до 500—550°. Затем они поступают в воздуш­ ные холодильники и рукавные фильтры. Температура газов, посту­ пающих в рукавные фильтры, поддерживается на нужном уровне с помощью клапана разбавления газов. Воздух подается воздуходувкой, создающей напор 4000 мм НгО, газы отсасываются дымососом, обеспе­ чивающим разрежение около 700 мм НгО. В случае переработки мед­ ных шихт продукты плавки некоторое время, необходимое для их разделения на шлак и штейн, выдерживались в отстойной камере пло­ щадью 2,5 м2и выпускались через шлаковое окно и летку.

На этом стенде отрабатывалась плавка различных материалов [2, 6], а также конструкция циклонной камеры и вспомогательных элементов установки, что позволило подобрать оптимальные и геомет­ рические соотношения циклона в зависимости от перерабатываемого сырья. Например, с целью увеличения времени пребывания частиц цинковых кеков для лучшей отгонки цинка была предпринята попыт­ ка увеличить длину циклонной камеры до LjD —2- вместо L/D = 1,7. Однако было отмечено резкое ухудшение работы циклонной камеры, сопровождавшееся сильным ее шлакованием. Одновременно снизи­ лась возгонка цинка. Причиной послужило значительное падение крутки потока, которое наблюдается с возрастанием относительной

длины циклона.

По исходным данным, разработанным Институтом энергетики и ИМиО АН КазССР, Казгипроцветмет выполнил проект циклонной установки для опытного завода ВНИИЦветмета.

Установка состояла из следующих основных узлов:

а) водоохлаждаемой циклонной камеры диаметром в свету 650 лш, высотой 1100 мм, с соотношением диаметра диафрагмы к диа­

266