Файл: Басов, А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов учебник.pdf

материала не позволяет эффективно использовать огромную поверх­ ность мельчайших частиц флотационных концентратов. ,

Вследствие несовершенной технологии обжига и разубоживания обжиговые газы содержат сравнительно малое количество сернистого газа в пределах 4—5%, что снижает степень их использования для выпуска серной кислоты., К числу технологических недостатков

относятся необходимость постоянного подогрева нижних подов (дополнительный расход топлива) и повышенное количество в огарке крупной фракции. Конструкция печи громоздка, сложна в изгото­ влении, монтаже и эксплуатации вследствие тяжелых вращающихся частей и многочисленных подов с малым расстоянием между ними (рабочая высота 380 мм), находящихся в условиях высоких темпе­ ратур и агрессивных газов.

В процессе длительной эксплуатации на предприятиях техноло­ гия и конструкция печей во многом усовершенствованы, но устранить перечисленные недостатки не удалось, поэтому эти печи применяют только на старых нереконструированных отечественных и зарубеж­ ных заводах.

§ 71. Печи обжига во взвешенном состоянии

Эти печи созданы на базе многоподовых печей с механическим перегребанием материала. Поэтому их конструкция представляет собой некоторое сочетание элементов этих печей. Корпус печи 7 (рис. 210) — стальной цилиндрический с огнеупорной футеровкой. Внутри его выложены два пода 1 и установлен укороченный пусто­ телый вал 4 с перегребающими лапами 2. Вал опирается на подпят­ ник 10 и вращается через коническую передачу 9.

В камеру сгорания 5 вдувается тонко измельченный концентрат,

прошедший предварительную глубокую сушку до остаточной влаж­ ности 0,5%. Форсунки 3 расположены под некоторым углом. Вду­

ваемые частицы материала интенсивно перемешиваются и хорошо контактируют с кислородом горячих газов. Обожженный материал

395

захватывается гребками и транспортируется из печи через отвер­ стие 8. На подах происходит окончательное обжигание частиц,

неполностью обожженных во взвешенном состоянии. Наиболее мелкие частицы огарка уносятся выходящими из печи газами в га­

зоход 6.

Имеются печи, сушка концентрата в ко­ торых осуществляется на двух верхних или двух нижних подах. Подсушенный та­ ким образом концентрат измельчается в шаровых мельницах и форсунками вду­ вается в камеру сгорания печи. Темпера­ тура в печи поддерживается в пределах 950—1025° С. Окончательный обжиг про­ исходит также на нижних подах печи.

Печи обжига во взвешенном состоянии имеют ряд преимуществ перед многоподо­ выми печами: примерно в 2—3 раза боль­ шая удельная производительность, луч­ шее качество огарка и большее содержа­ ние сернистого газа в топочных газах. Не­ достатки печей: большая трудоемкость и высокая стоимость подготовки концентрата для обжига, чрезмерно высокий унос мел­ кого огарка с газами (до 40%), высокий

удельный расход электроэнергии, тонкоизмельченный концентрат усложняет и ухудшает процесс выщелачивания. По этим причинам процесс обжига концентратов во взвешенном состоянии не нашел применения на отечественных заводах. Широкое распространение имеет более совершенный и экономичный процесс обжига в кипящем слое.

§ 72. Печи обжига в кипящем слое

Сущность процесса состоит в том, что горячий толстый слой обжигаемого материала непрерывно и равномерно продувается снизу вверх по всей площади сжатым воздухом или смесью воздуха с кисло­ родом. При определенной скорости дутья, называемой критической, материал становится легкоподвижным, похожим на вязкую жидкость, совершает непрерывное движение, похожее на кипение. Частицы концентрата легко перемешиваются, хорошо соединяются с кисло­ родом воздуха и свободно без применения механизмов передвигаются в горизонтальной плоскости к разгрузочному отверстию. Процесс этот совершается в печах, называемых печами кипящего слоя (пе­ чами КС). Применяемые на цинковых и медноникелевых заводах печи КС имеют общий принцип действия, различаются они лишь конструкцией отдельных частей. Все печи имеют круглое поперечное сечение. Это позволяет рациональнее использовать площадь, умень­ шить завихрения в рабочем пространстве, повысить жесткость кор­ пуса и его футеровки.

396

На рис. 211 показана печь площадью 35 м2 для обжига цинковых концентратов. Рабочее пространство печи — цилиндрическая шахта, образованная подиной 1, боковыми стенками корпуса 4 и сводом 5.

Подина отечественных печей изготовлена из жаропрочного бетона толщиной 250—300 мм, выложенного на стальном горизонтальном

листе толщиной 14—30 мм. По всей площади подины равномерно (с шагом около 200 мм) расположены воздухораспределительные сопла 10. Дутье к подине подводится от воздуходувной станции через воздушную коробку 11. В зарубежной практике применяют

подины, выложенные из нескольких слоев огнеупорного кирпича. Печи загружают через крутонаклонный патрубок 14, а выгружают огарок через порог разгрузочной камеры 3. Высоту порога, равную

высоте кипящего слоя, принимают в пределах 1000—1200 мм. Раз­ грузочную камеру делают отъемной или же заодно с корпусом печи..

397

Учитывая высокую температуру огарка (около 750—800° С), камеру делают жаростойкой, облицованной стальными или чугунными жаро­ прочными плитами пли футерованной огнеупорами.

Внутреннюю поверхность корпуса тщательно футеруют: обклады­ вают асбестовым листом, между которым и кладкой предусматривают компенсационный изоляционный слой. Толщина кладки внизу печи обычно больше на кирпич-полтора толщины верхней части. Для уменьшения теплопотерь и снижения температуры воздуха в цехе в современных конструкциях печей применяют наружную тепло­ изоляцию толщиной 60—75 мм и обшивку поверхности печи алюми­ ниевым листом.

Очень тщательно выкладывают концентрическими замкнутыми кольцами купольный свод печи. Толщина шамотного свода составляет полтора кирпича. Сверху кирпичей укладывают два слоя асбеста на жидком стекле или слой огнеупорного бетона, защищенные сталь­ ным листом.

Воздушная камера состоит из пяти отдельных секций (в некоторых печах камеру делают односекционной), предусмотренных для регу­ лирования подачи воздуха по площади подины и в загрузочных камерах (форкамерах). Форкамер обычно две, одна из них — резерв­ ная. При выборе и монтаже воздушных камер учитывают необхо­ димость более или менее свободного доступа к решетке подины и соплам.

В печах обжига никелевых концентратов (рис. 212) огарок раз­ гружают с уровня подины, без порога. При разгрузке через порог на подине скапливается крупная фракция материала (спеки и др.), которая не может быть поднята сжатым воздухом. В результате этого нарушается процесс обжига, и печь останавливается. Высота слоя кипения достигает 1500 мм. Дутье подается через две коробки — раздельно в подину и форкамеру.

Вследствие высокой температуры обжига, достигающей 1100— 1150° С, толщина подины увеличена до 300 мм. Футеровка нижней части печи также утолщена. Разгрузочная камера 10 зафутерована

кирпичом.

Шахты печей КС строят большой высоты, с большим объемом рабочего пространства. Этим достигается более полное обжигание материала, так как поднятые воздушным потоком мельчайшие частицы обжигаются во взвешенном состоянии, а также уменьшение выноса мелкого огарка (пыли) с. отходящими газами. Отношение объема рабочего пространства к площади подины характеризует время пребывания материала в печи. Установлено, что при увели­ чении этого отношения с 3 до 9,5 вынос пыли при обжиге цинкового концентрата уменьшается с 60—70 до 30%.

В рассматриваемой печи заметно резкое превышение площади газовой зоны над площадью подины. Корпус усилен тремя ребрами жесткости. Наиболее массивное кольцо жесткости 6 установлено

против пяты свода, где создаются неибольшие распорные усилия. При обжиге высокосернистых концентратов (цинковых, медных)

создаются чрезмерно высокие температуры в зоне кипящего слоя,

398

нарушающие нормальное протекание процесса. Для отвода избыточ­ ного тепла устанавливают водоохлаждаемые кессоны в виде сталь­ ных коробок, наполненных водой (устаревший метод), или — в виде

изогнутых стальных труб. Кессоны закрепляют по периметру печи в специальных гнездах. Наиболее эффективны и удобны трубчатые кессоны. Концы кессонов заходят в зону кипящего слоя.

Широкое распространение получает испарительное охлаждение печей. В зоне кипящего слоя вместо кессонов устанавливают труб­

3 5 9

чатые змеевики 3 (рис. 213), в которые непрерывно подают химически

очищенную воду. Образующаяся в змеевиках паро-водяпая эмульсия поступает в сепаратор, из которого в виде насыщенного пара напра­ вляется на нужды производства. Испарительное охлаждение счи­ тается наиболее эффективным способом отбора' тепла, так как при испарении воды отбирается от кипящего слоя примерно в 10 раз больше тепла, чем при обычном нагреве ее в водоохлаждаемых кессонах.

Подина в сочетании с соплами во многом определяет процесс кипения, аэродинамику кипящего слоя, производительность печи

Рис. 213. Элементы печи КС:

а — горелка и люк; б — змеевик; 1 — люк; 2 — газовая

агорелка; 3 — змеевик; 4 — коробка змеевика

икачество огарка, а также длительность кампании печи. От кон­ струкции и работы сопел зависит равномерность подачи дутья в слой материала, эффективность использования воздуха, степень выноса пыли и образование в слое застойных мест. Вследствие отсутствия теоретических расчетов сопел на заводах используют сопла местной конструкции применительно к особенностям процесса обжига и свой­ ствам перерабатываемого концентрата. Распространены сопла с го­ ризонтально, вертикально и наклонно расположенными отверсти­

стиями (рис. 214, а). Сопло состоит из чугунного литого стакана 2, чугунной решетки 1 с десятью отверстиями диаметром 4 мм. Диск 3 препятствует просыпанию огарка. Шпилька 4 из жаростойкой стали и подкладка 5 служат для закрепления и замены решетки 1\ при

этом стакан не разбирают. Стаканы устанавливают в отверстия по­ дины и закрепляют, а промежутки между ними аккуратно запол­ няют раствором железобетона.

Сопло с горизонтальными отверстиями (рис. 214, б) имеет очень

простую конструкцию, состоящую из одной чугунной детали, на­

400

винчиваемой на кольцо. Головка сопла направляет вдуваемый воз­ дух соответствующим образом. Недостатки сопла: низкая жаро­ стойкость и сложность замены; плоская головка подвержена быстрому разрушению (прогоранию, истиранию) под действием обратных токов газа, возникающих над соплами. Улучшенная конструкция этого типа сопла состоит из жаропрочной трубки с навинченной жаропрочной головкой конусообразной формы. Стойкость сопла

вэтом случае в 3—4 раза выше.

Впечах КС никелевого производства внедрены сопла со съем­ ными литыми жаропрочными головками (рис. 214, в) и отверстиями диаметром 5—6 мм. Головки 1 навинчены на жаропрочные трубки 2,

закрепляемые на решетке подины. Собранное сопло вставляют внутрь приваренной жаропрочной трубки 3. Конструкция сопла

позволяет заменять головки, сохраняя трубки и не нарушая подины. Более высокая конусная головка и жаропрочность металла позво­ лили в несколько раз повысить стойкость сопел, а следовательно, удлинить кампанию подины.

Выбор конструкции сопла зависит от характера технологического процесса обжига, физических свойств обжигаемого материала, тем­ пературного и воздушного режимов. При обжиге медных концен­ тратов на Средне-Уральском медном заводе успешно применяют сопла направленного дутья. Головка 1 (рис. 214, г) — съемная

чугунная с 5—6 отверстиями диаметром 6 мм, направленными в сто­ рону движения материала в кипящем слое под углом 15° к горизонту. Кольцевая заточка предохраняет головку от смещения под действием реакции воздушных струй, выходящих из сопла. В трубке 2, при­ варенной к подине 3, сопло закреплено болтом и пластинкой 5.

Представляет интерес конструкция сопла канадского завода

«Фолконбридж» (рис. 214, д). Головка 1 литая, конусообразная

из жаропрочной стали со стенками толщиной около 7 мм. Внутрь головки под углом 45° ввинчены ниппели 2 с трубками 4 диаметром

1/4". Для стабильного направления воздушных струй трубки глубоко введены внутрь головки. По данным фирмы, тонкая стенка способ­ ствует лучшему отбору тепла, так как воздушный поток, выходя­ щий из трубки 3, ударяет сразу в верхнюю часть головки.

Число устанавливаемых сопел и скорость воздуха при выходе из сопел для различных процессов различны. При обжиге цинка общая площадь живого сечения (отверстий) сопел составляет 0,75—• 0,9% от площади подины; скорость воздуха при выходе из сопел равна 10—12 м/с; скорость воздуха в кипящем слое находится в пре­ делах 0,45—0,75 м/с. При обжиге никелевых концентратов эти величины соответственно равны: 1—1,16% площади подины, 13— 17 м/с и 0,9—1,0 м/с.

Вдуваемого воздуха должно быть достаточно для обеспечения нормального кипения слоя и окисления материала кислородом. При чрезмерном количестве повышается вынос пыли, разубоживаюгся газы и снижается качество огарка. Расход воздуха при обжиге цинкового концентрата составляет 2000—2100 м3 на 1 т концентрата, или 6,7—8,2 м3/мин на Г м2 подины; при обжиге никелевого кон-