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

Трубчатые печи устанавливают под углом 2—5° к горизонту, с наклоном в сторону разгрузки перерабатываемого материала. Скорость вращения барабана находится в пределах 0,5— 1,5 об/мин. Печи обжига, спекания и вельцевания работают по противоточной схеме: с верхнего конца барабана перемещается материал, а нав­ стречу ему с нижнего конца движутся горячие газы. Принцип дей­ ствия печей рассмотрим иа примере вельц-печи (рис. 219).

Предварительно раздробленная и перемешанная шихта, содержа­ щая промпродукты: цинк-свинцового производства, коксик и уголь, подается в печь по крутонаклонной водоохлаждаемой воронке 1.

Внутри вращающегося барабана шихта непрерывно перекатывается, постепенно перемещаясь к разгрузочному концу. На первой трети длины барабана шихта подсушивается, прогревается и испаряется. Во второй зоне протяженностью около половины длины барабана происходит основная реакция процесса. В результате непрерывного контакта свинцово-цинковых соединений с коксиком при 1200— 1400° С образуются возгоны (пары) металлов. Вместе с газами воз­ гоны уносятся в пылеуловительную камеру или циклоны, где улав­ ливается крупная фракция пыли. Отсюда газы направляются на тонкую очистку в электрофильтры или рукавные фильтры. Крупная (оборотная) пыль подается на вторичное вельцевание, а тонкая, содержащая 65—70% цинка, идет в выщелачивательное производ­ ство.

Температура выходящих из печи газов составляет 300—500° С. Воздух или смесь воздуха с кислородом, необходимая для процесса окисления, вдувается вентилятором, установленным у нижнего конца печи. Твердые остатки обожженной шихты (клинкер) выходят из барабана с температурой 700—800° С и через отверстие в головке 6

падают в желоб, с которого смываются в зумпф. На нижней головке устанавливают газовые горелки или нефтяные форсунки для разо­ грева и подтопки печи.

Бокситовую шихту подают в печь спекания специальными фор­ сунками, а нефелиновую шихту — наливом, через пульповую трубу ковшовым дозатором. Гидрат окиси алюминия (порошок) загружают в печи кальцинации шнеками.

Барабан печи изготовляют из углеродистой стали обычно марок СтЗ и М16С толщиной 16—50 мм в зависимости от диаметра барабана. В последнее время применяют легированные стали20ХГСАи 25ХГСА. Барабан сваривают из отдельных обечаек. Торцы их тщательно разделывают — обрабатывают на станке, так как от качества разделки зависит трудоемкость и точность сборки барабана. Для усиления жесткости и прочности барабана в местах посадки бандажей и зуб­ чатого венца устанавливают дополнительные обечайки жесткости.

Барабан должен быть достаточно жестким, чтобы сохранять в про­ цессе работы форму правильного цилиндра. Ось корпуса должна быть строго прямолинейна— при незначительных искривлениях резко возрастают напряжения в сечении барабана и потребляемая мощ­ ность. Деформация барабана приводит к преждевременному разру­ шению футеровки.

410

Барабан по всей его длине футеруют огнеупорными кирпичами. Толщина футеровки обычно равна длине кирпича (230 мм). Печи глиноземного производства в зоне подсушивания материала футе­ руют жаростойким бетоном. В зонах наиболее высоких температур футеровку выполняют хромомагнезитовым кирпичом, в остальных зонах — шамотным.

В зависимости от длины барабана печи бывают двух-, трех- и многоопорными. Число опор определяют расчетом. В печах вельцевания длиной 40—50 м обычно имеется три опоры. Опыт эксплуа-

Рис. 220. Способы крепления бандажей:

а — свободная посадка на сварных башмаках: б — жесткое крепление за­ клепками; в — свободная посадка на литых башмаках

тации двухопорных печей длиной 40 м показал недостаточную надеж­ ность и жесткость барабана. В самых длинных 185-м печах уста­ новлено восемь опор.

Каждая опора состоит из бандажа и двух опорных роликов. Бан­ даж — наиболее нагруженный элемент печи, так как воспринимает нагрузку от веса барабана. Бандажи бывают двух видов: с прямо­ угольным поперечным сечением (кованые) и коробчатые (литые), стальные. Коробчатые бандажи закрепляют на барабане жестко (болтами, заклепками), прямоугольные имеют свободную посадку с небольшим зазором. Величину зазора устанавливают расчетом, исходя из наружной температуры расширения.

Наибольшее распространение имеет свободная (плавающая) по­ садка бандажей (рис. 220, а и в) при помощи башмаков 4 и регулиро­ вочных подкладок 5. Башмаки бывают стальные литые или сварные. Для рассредоточения нагрузки на бандажи 2 и барабан 1 башмаки

устанавливают почти вплотную с центральным углом между ними около 15°. Толщина башмаков должна быть одинаковой. Смещение бандажей предотвращается упорами 3 и 6. Литые бандажи устанавли­

вают головками в разные стороны. После окончательной проверки правильности установки бандажей (концентричности, величины

411

зазора) прокладки можно приваривать к барабану пли к усиливаю­ щей царге 7.

В процессе работы сопряженные поверхности бандажей и башма­ ков обминаются, и величина зазора между ними возрастает. Поэтому вначале бандажи сажают вплотную без зазора. При чрезмерном увеличении зазора может возникнуть необходимость в дополнитель­ ных прокладках или замене башмаков. Нормальная величина за­ зоров колеблется в пределах 1,5—2 мм в зависимости от диаметра печей. Крепят башмаки болтами или заклепками.

При жестком креплении (рис. 220, б) бандажей также устанавли­ вают регулировочные прокладки 8. Во всех случаях прокладки долж­

ны быть отвальцованы по радиусу сопряженной поверхности, по­ верхности — очищены, а заусенцы — сняты. После проверки уста­ навливают упорные кольца 9.

Жесткое закрепление исключает возможность проскальзывания или продольного смещения бандажа на барабане, но подвергает их дополнительным напряжениям от температурного расширения барабана, так как температуры нагрева барабана и бандажа раз­ личны. Свободная посадка более надежна, удобна и менее сложна, но требует сравнительно точного определения размера зазора между бандажом и башмаками.

В печах малых размеров находит применение посадка бандажей при помощи шлиц. На внутренней поверхности бандажа предусма­ тривают несколько пазов, в которые заходят соответствующие вы­ ступы стальных башмаков, жестко закрепленных на барабане. В шли­ цевом соединении сохраняются зазоры для компенсации темпера­ турного расширения. Шлицевая посадка позволяет устранить вза­ имное влияние деформаций бандажа барабана и исключить проскаль­ зывание их относительно башмаков, но значительно снижает проч­ ность и надежность бандажей.

Опорные ролики 2 обычно выполняют стальными литыми с прес­ совой посадкой на вал 6 (рис. 221, а, б). Диаметр ролика принимают

в пределах 0,25—0,3 диаметра бандажа. Ширину ролика — бандажа выбирают из расчета удельного давления 20—25 кН/см ширины (2000 2500 кгс/см). Общую ширину ролика принимают на 40—80 мм больше ширины бандажа для предотвращения схода бандажа с ролика при тепловом расширении.

Для крупных печей применяют подшипники скользящего трения, одна из конструкций которых приведена на рис. 221, б. Вкладыш подшипника 10 отлит из бронзы. Подшипник 12 имеет каналы 11

для циркуляции охлаждающей воды и масляную ванну. Масло из ванны подается черпаками 8, закрепленными на торце вала. При

верхнем положении черпака масло выливается из него на желобок 7, по которому подается вдоль цапфы вала. Верхняя половина цапфы — открытая, так как вкладыш установлен только на нижней половине подшипника, воспринимающей давление от бандажа.

В последних конструкциях печей опорные ролики устанавли­ вают на подшипниках качения (рис. 221, а). Сферические ролико­ подшипники 4 расположены в корпусе 3, имеющем выступы для пе-

412

Ф600

б

а — на подшипниках качения; б — на подшипниках скольжения; о — цельнолитой

ремещения на опорной раме 1. Осевые усилия, возникающие при

температурном расширении и движении барабана, воспринимаются сдвоенным упорным шарикоподшипником (подпятником) 5. В под­ шипнике (рис. 221, б) эти усилия воспринимаются упорными коль­ цами 9 и торцом вкладыша 10. Учитывая большую нагрузку, а также

расположение подшипников около горячего барабана (температура снаружи барабана может достигать 400° С), в подшипниках преду­ сматривают водяное охлаждение. Смазка — густая, теплостойкая, подается от автоматической станции.

Подшипники качения позволяют в несколько раз снизить потерн мощности на трение в цапфах валов и повысить герметичность кон­ струкции, однако качество их изготовления должно быть более вы­ соким, кроме того они усложняют эксплуатацию роликов.

Оригинальную конструкцию имеют ролики в печах фирмы «Кен­ неди» (рис. 221, в). Ролик выполнен заодно вместе с цапфами из ле­

гированного стального литья. Внутрь ролика подается непрерывно охлаждающая вода. При 50—60° С вода выходит из ролика через торцовые отверстия и попадает на рабочую поверхность ролика и к месту его контакта с бандажом. Такой способ охлаждения поз­ воляет интенсивно отводить тепло и очищать рабочие поверхности от пыли. Недостаток цельнолитых роликов — сложность изготовле­ ния отливки и необходимость в случае поломок заменять весь ролик целиком. Для повышения теплопередачи и прочности внутри ролика имеется шесть ребер. Места перехода с одного диаметра на другой выполняют с возможно большим радиусом закруглений во избежа­ ние концентрации напряжений.

Ролики этой конструкции работают в печах размером 2,5 X 41 м на цинковых заводах Союза с 1952 г.

Давление, воспринимаемое опорными роликами, складывается из веса барабана с бандажами и зубчатым венцом, футеровки бара­ бана и веса образующихся внутри него настылей и гарниссажа.

Под давлением вертикальной составляющей подшипники ролика прижимаются к плите, а под действием горизонтальной составляю­ щей стремятся отодвинуться от печи, преодолевая силу трения F,

которая равна

F = P J = 0,22-0,5 Q = 0,11Q.

Коэффициент трения чугунного подшипника по чугунной плите при сухих соприкасающихся поверхностях f — 0,22.

414

Для предотвращения сдвига и регулировки положения роликов предусматривают упорные болты (на каждый подшипник по два болта). Они упираются в обработанный торец подшипника опорного ролика.

Во всех моделях современных печей привод состоит из электро­ двигателя, редуктора и открытой зубчатой передачи. Мощность двигателя расходуется на поднятие и перемешивание материала внутри печи; преодоление сопротивления от трения материала о фу­ теровку, в цапфах опорных подшипников от вертикальной и осевой нагрузки, качения между бандажами и роликами, скольжения

Р и с . 2 2 2 . С хе м а к р а с ч е т у у с и л и й и м о щ н о с т и д в и г а т е л я

в уплотнениях и упорных роликах, а также от трения в приводном механизме (подшипниках, зацеплениях).

Мощность, необходимую для вращения барабана печи, ориенти­ ровочно можно подсчитать по эмпирической формуле

N = -rj- (0,288nR3L + 6,4frGn) л. с.,

0,92 для привода с закрытым редуктором. Коэффициент скользящего трения между стальной цапфой и брон­

зовым вкладышем при непрерывной жидкой смазке и надежной за­ щите от попадания пыли и грязи принимают в пределах 0,03— 0,05. Для подшипников качения при нормальной смазке и надежном уплотнении принимают равным 0,003—0,005.

Полезная работа двигателя печи состоит в подъеме, перемешива­ нии и перемещении материала внутри барабана. На основе эксплуа­ тации считают, что она составляет около 50% от общей требуемой мощности.

415