Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 205
Скачиваний: 0
Перечисленные особенности циклонных топок почти полностью согласуются с требованиями интенсификации пирометаллургической переработки диспергированного сырья. Это дало основание использо вать принцип циклонного способа сжигания топлива для термической переработки мелких руд и концентратов [85] с учетом следующих со ображений :
1. Если загружаемые в циклонную камеру концентрат (шихта) и топливо рассматривать как единое целое, то процессы сжигания и тепловой обработки такой смеси в плавильном циклоне окажутся качественно идентичными о процессами, протекающими в энергетиче ской циклонной топке при сжигании в ней забалластированных золой углей, т. е. условия плавления негорючей части шихты будут анало гичными плавлению минеральной части топлива в энергетическом циклоне. Сказанное позволяет рассматривать циклонную камеру как своеобразный металлургический плавильный агрегат, в котором совме щаются процессы'сжигания топлива, окисления сульфидов и плавле ния пустой породы.
2. Целые классы сырья цветной металлургии (медные и полиме таллические сульфидные руды и концентраты) сами по себе являются
•своеобразным, сильно забалластированным топливом, которое при цик лонном способе может сгорать во много раз интенсивнее, чем в совре менных плавильных печах, и благодаря экзотермическим эффектам способно заменить частично или полностью топливо, расходуемое на плавление шихты.
3.Циклонный принцип позволит резко повысить интенсивность сжигания топлива за счет форсирования процессов тепло- и массообмена, следовательно, ускорить подвод тепла к частицам шихты, что обусловит увеличение удельной производительности плавильного про странства агрегата.
4.Если в энергетических топках тепло, затраченное на расплавле ние золы, относится к потерям, то при сжигании в технологической
циклонной камере топлива, специально «забалластированного» метал лургическим сырьем, тепло, уносимое расплавом, становится полез ным, так как затрачивается непосредственно на нужды технологиче ского процесса, и предельное содержание перерабатываемого «балла ста» ограничивается лишь условиями технологического режима, необ ходимыми для осуществления процесса.
5. Высокий температурный уровень, развиваемый в циклонной камере, в комбинации с быстрым удалением из нее продуктов плавки должен способствовать возгонке редких и рассеянных элементов, со держащихся в шихте, что согласуется с одним из основных требова ний современного металлургического производства — комплексным извлечением ценных составляющих из исходного сырья.
23
6. По сравнению с существующими металлургическими агрегата ми и процессами плавки во взвешенном состоянии циклонные плавиль ные камеры отличаются низким пылевыносом.
Интересуются этим способом и за рубежом [87—91].
Сущность циклонной плавки состоит в том, что в циклонную ка меру 2 (рис. 3), представляющую собой цилиндр с выходным отвер-
Во.зд/’х У1
r<yjö/fsa
утилизацию
телл а
Рис. 3. Схема циклонной плавильной установки.
стием в виде плоской диафрагмы 4, или обращенного сопла, танген циально через соответствующие сопла 3 с большой скоростью (100 м/сек и более) подают воздух. В камере образуется вихрь-циклон, на периферии которого возникает зона повышенного давления, а в центре, как и во всяком циклоне, — пониженное и даже отрица тельное. Такая структура потока обеспечивает интенсивный возврат газов к корню факела, что, в свою очередь, способствует быстрому разогреву и воспламенению подаваемого в циклон топлива и материа ла. Топливо подают в камеру через соответствующее горелочное устройство 1. В верхнюю часть камеры аксиально или танген циально через специальные сопла вместе с воздухом вводят шихту 5„ Частицы топлива и шихты подхватываются вихрем, вовлекаются
24
во вращение и под действием центробежных сил перемещаются
кпериферии.
Вциклонной камере происходит сложный комплекс явлений, что исключает возможность аналитического расчета тепловой работы это го аппарата. Здесь в условиях криволинейного движения горящих
частиц с непрерывно меняющейся массой осуществляется тепло- и массообмен между частицами и вращающейся газовой средой, кото рая претерпевает различные физико-химические изменения (меняется ее аэродинамическая структура, температура, плотность и состав). Уместно напомнить, что даже для обычных центробежных циклоновпылеуловителей, работающих практически в изотермических усло
виях, когда масса движущихся |
частиц остается неизменной, за |
дача криволинейного движения |
потока при высоких значениях |
критерия Рейнольдса не решается. Поэтому мы прибегли к по мощи ЭВМ.
Анализ полученных решений позволил схему рабочего процесса, происходящего в циклонной камере, сформулировать следующим об разом [92].
Поступающее в циклонную камеру топливо, как и технологиче ское сырье, вовлекается во вращение газовоздушным вихрем. Вслед ствие полидисперсности материала происходит сегрегация частиц по размерам: крупные под действием центробежных сил сепарируются на стенку, мелкие, не успев достигнуть стенки, сгорают (топливо) или плавятся (материал) в объеме. Здесь же, в объеме, сгорают летучие, выделившиеся из топлива. Значительная часть коксового остатка сго рает на стенке циклонной камеры, покрывающейся в процессе работы жидкой пленкой шлака или расплава. Образующаяся пленка играет решающую роль в стабилизации процесса горения топлива, обуслов ливая аэродинамическую устойчивость прилипающих к ней частиц. Создается возможность омывания частиц газовоздушным потоком с большой скоростью, что приводит к быстрому их выгоранию или плавлению, а, следовательно, обеспечивает высокие удельные тепловые форсировки камер, в десятки раз превышающих нагрузки обычных факельных топок или камер-шахт печей взвешенной плавки. Посту пающие в периферийную область частицы кокса способствуют проте канию восстановительных процессов.
' Если исходить из сформулированной схемы рабочего процесса и рассматривать его как горение части топлива на цилиндрической поверхности, омываемой вихревым потоком газов, то присущие цик лонным топкам высокие удельные тепловые напряжения, как это бу дет показано ниже, с известным приближением могут быть об основаны.
Таким образом, принцип циклонной плавки позволяет удачно со
25
четать фактор развитой поверхности в период нахождения частиц в объеме циклонной камеры с фактором высокой скорости движения частиц относительно газовой среды во время их перемещения к стенке камеры. Что касается частиц, находящихся на пленке расплава, то они омываются вращающимся газовым потоком, способствующим быстро му их выгоранию или плавлению.
Кроме того, при подаче в циклон сильно подогретого дутья, а так же при работе этого устройства с малым избытком воздуха (а^1,1), уровень развиваемых в нем температур на 200—300° выше, чем в дру гих плавильных агрегатах, например, в отражательной или шахтной печах. Это способствует ускорению и более полному протеканию про цессов испарения и сублимации соединений металлов, характеризую щихся низким давлением паров. Расплавленные продукты, образую щиеся в циклонной камере, поступают в отстойную камеру 6 (см. рис. 3), где продолжается взаимодействие между ними и проис ходит разделение на штейн и шлак. В случае переработки сульфидных медных концентратов расплавленные продукты выпускаются через шлаковое окно 7 и шпуровое отверстие 8. При переработке полиметал лических концентратов циклонная камера компонуется с электро печью, где можно проводить доработку расплава.
В циклонной камере удается вести плавку сульфидных медных концентратов на различные по содержанию меди штейны, вплоть до прямого получения черновой меди. Степень обжига легко регулируется изменением количества воздуха, подаваемого в циклон, и соответст вующей подачей в него углеродистого топлива. Естественно, что высо кая степень десульфуризации позволяет резко сократить расход топ лива на плавку за счет экзотермических реакций окисления суль фидов, а при надлежащем подогреве воздуха и обогащении его кисло родом — проводить процесс автогенно, без затраты углеродистого топ лива. Такой процесс сопровождается уменьшением количества газов и высокой концентрацией в них сернистого ангидрида.
Кроме того, в циклонной камере можно совмещать процессы об жига, плавки и восстановления и перерабатывать различные материа лы в зависимости от потребностей технологии в окислительной или восстановительной среде. В соответствии с этим установки для пере работки различных материалов, а также конструкции циклонной ка меры могут иметь некоторое отличие по геометрическим и режимным параметрам.
Подача топлива в пристенную область камеры позволяет созда вать в периферийной зоне восстановительную газовую фазу с коэф фициентом избытка воздуха на выходе из диафрагмы, равным а ~ 1,0, незначительное количество свободного кислорода и практически пол ное отсутствие окиси углерода. Это обеспечивает высокую полноту
26
тепловыделения и температуру в камере даже при наличии локаль ных зон с восстановительной газовой средой. Такая особенность агрега та выгодно отличается от используемых в настоящее время отража тельных или шахтных печей, так как дает возможность наряду с плав кой эффективно осуществлять возгонку летучих металлов и комплекс но извлекать ценные составляющие исходного сырья.
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
1. Медная промышленность |
капиталистических стран, |
ч. II. Металлургия |
|
меди. М., 1962. |
Современное состояние |
и |
перспективы разви |
2. К р а с и л ь щ и к о в А. К. |
|||
тия медной промышленности в капиталистических странах. |
«Бюлл. ЦИИНЦМ», |
||
1962, № 4. |
|
|
|
3. С м и р н о в В. И. Современное состояние металлургии меди и перспективы |
|||
ее развития в СССР. Материалы совещания по основным |
направлениям развития |
металлургии меди и сопутствующих ей редких и рассеянных элементов. Москва — Свердловск, 1961.
4. Е г о р о в Ф. Р., Б ы X о в с к и й Ю. А. Отражательные печи Балхашского
завода и пути повышения их экономичности. «Цветные металлы», 1947, № 6.
5. Р а ф а л о в и ч И. М., З а б е р е ж н ы й И. И., П о б е д о н о с ц е в Ю. К. Усовершенствование конструкции пылеугольных горелок на отражательных печах
БМЗ. «Бюлл. ЦИИНЦМ», 1954, № ,1 (30). |
И. И. Опыт разогрева отражательных |
6. Ч е р н о в Ф. Г., П е н з и м о н ж |
|
печей при помощи муфельных предтопок. |
«Цветные металлы», 1955, № 4. |
7.В г а n d t D. I. О. Pulsating burner to speed production of copper. — «Steel», 1960, 146, № 4.
8.Ш и ш к и н Б. И. Подвесные своды отражательных печей. «Цветные метал лы», 1939, № 12.
9.З у б а р е в В. И. Изменение конструкции свода алтейка на отражательной печи Красноуральокого завода. «Цветные металлы», 1945, № 2.
10. |
L e n g e n e c k e r L. S. Reverberatory Furnaces. «Canadian Mining Jour |
nal», 1943, 65, № 6. |
|
11. |
Б а л ы к и н M. E. Влияние температуры и площади загрузки на скорость |
плавления и удельный проплав сульфидных и окисленных материалов в отража
тельных печах. «Цветные металлы», 1939, № 2. |
производительности |
отражательных |
||||
12. |
Ш а х н о в с к и й М. А. Повышение |
|||||
печей медной плавки. «Цветные металлы», 1947, № 4. |
|
|
|
|||
13. |
П о б е д о н о с ц е в Ю. К. Конструктивные улучшения отражательных пе |
|||||
чей. «Изв. АН КазССР, серия металлургическая», 1947, вып. 2, № 40. |
|
|||||
14. |
М я с н и к о в П. А., |
Б а ж а н о в Л. Н. Рациональный |
поперечный про |
|||
филь медеплавильной отражательной печи. «Бюлл. ЦИИНЦМ», 1957, № 18. |
||||||
15. |
М я с н и к о в П. А., |
Л ь в о в Д. П. и др. Метод определения рациональ |
||||
ных величин режимных параметров, отражательных печей медной плавки. |
«Цвет |
|||||
ные металлы», 1952, № 2. |
|
|
отражательных пе |
|||
16. |
Сем и к и н И. Д., Ш а б л и М. Д. Тепловая работа |
|||||
чей. «Цветные металлы», 1939, № 3. |
в отражательных |
печах |
медной |
|||
17. |
Р а ф а л о в и ч И. М. |
Теплопередача |
||||
плавки и расчет их производительности. «Цветные металлы», 1948, № 2. |
|
|||||
18. Р а ф а л о в и ч И. М., |
Б ы х о в с к и й |
Ю. А. О методике |
теплового рас |
|||
чета отражательных печей. «Цветные металлы», 1951, № 5. |
|
|
|
27
19. Д а в и д с о н А. М. Расчет теплообмена в отражательных |
печах медной |
|
плавки. «Изв. вузов, Цветная металлургия», 1958, № 4. |
|
|
20. П о б е д о н о с ц е в Ю. К. Пути увеличения мощности металлургического |
||
производства БГМК. Материалы совещания по основным направлениям |
развития |
|
металлургии и сопутствующих ей редких и рассеянных элементов. М., 1961. |
||
21. С а р к и с о в И. Г. Интенсификация отражательной плавки |
на |
Красно |
уральском медеплавильном комбинате. Материалы совещания по основным направ лениям развития металлургии меди н сопутствующих ей редких и рассеянных эле ментов. М., 1961.
22.Г а з а р я н Л. М. Эволюция в практике отражательной плавки и в конст рукции печи. «Цветные металлы», 1945, № 3.
23.С м и р н о в В. И. Отражательная плавка. Изд. третье. М., 1952.
24.А в е т и с я н X. К. Металлургия черновой меди. М., 1954.
25. |
S t e v e n s |
R. |
G. |
Preprint presented at АІМБ Annual Meeting, |
1958. |
|
26. |
В о л ь с к и й |
A. H. Физико-химические условия применения воздуха, обо |
||||
гащенного кислородом |
в металлургии цветных |
металлов. «Цветные |
металлы»,. |
|||
1934, № 4. |
В. И. |
Опыт применения |
кислорода в цветной металлургии. |
|||
27. |
С м и р н о в |
В кн.: «Применение кислорода на металлургических предприятиях Урала». Сверд
ловск, 1960. |
П а д у ч е в |
В. В. Применение кислорода в медеплавильной |
||||
28. |
Д и е в Н. П., |
|||||
промышленности. Там же, с. 117. |
|
кислорода. В кн.: |
«Основы металлургии», |
|||
29. |
К л у ш и н Д. Н. Применение |
|||||
т. 1, ч. П. М., 1961. |
G. Н. |
Oxygen in |
pyrometallurgical |
techniques. «Indian Mi |
||
30. |
H a r r i s o n |
|||||
ning J.», 1957, № 5. |
A. M. |
Об |
эффективности применения подогретого воздуха |
|||
31. |
Д а в и д с о н |
для отражательной медной плавки. «Изв. вузов, Цветная металлургия», 1961, № 5. 32. Г а р е н с к и х А. Д., Б у л а т о в В. Д., Ф е д ч е н к о Ю. П., Р а ф а л о-
в и ч И. М., 3 а б е р е ж н ы й И. И. Подогрев воздуха для промышленных отража тельных медеплавильных печей. «Цветные металлы», 1956, Хе 4.
33.Электроплавка в цветной металлургии. Под ред. Г. Егера. М., 1958.
34.Электроплавка в металлургии цветных металлов. Рефераты. «Бюлл.
ЦИИНЦМ», 1953, |
Хе 2, 7, 8, 9; |
1954, Хе 9, 10; 1955, Хе 4, 9. |
|
35. R о b і е |
11 е A. G. E. |
Electric smelting |
of non — ferrous metals. «Metal |
industry», 1953, 83, Xe 9. |
Ц e й д л e p А. А., |
Ху д я к о в И. Ф., Т и х о н о в |
|
36. С м и р н о в В. И., |
А. И. Металлургия меди, никеля и кобальта. Ч. II. М., 1966.
37.H a g e n Н. — «Tidskrift for kjemi bergvesen og metallurgi», 1941, Xe 1.
38.H e r n e r y d S. D. — «Erzmetall», 1955, 5, 405.
39.Л а к e p и и к M. M. На предприятиях цветной металлургии Швеции. М.,
1957.
40. С и м а к о в К. М. Производство меди на заводе «Роншер» в Швеции. «Бюлл. ЦИИНЦМ», 1960, Хе 3.
41.А п о n S. — «African Mining Eng. J,», 1957, 68, Feb.
42.B r a n d f o r d G. — «Mining Mag.», 1950, 83, Sept.
43.Canadian Mining and Metallurgy Bulletin, 1956, 29, Xe 529.
44.С м и р н о в В. И. Соображения о выборе способа плавки медных концент
ратов. «Бюлл. ЦИИНЦМ», 1960, Хе 11.
45. Г а з а р я н Л. М. Электроплавка на штейн в металлургии меди. «Цветные
металлы», 1955, Хе 1.
46. Г р а н о в с к и й К. П., Д и е в В. И. и др. Электроплавка на штейн а металлургии меди. «Цветные металлы», 1955, Хе 1.
28