Конспект лекций для студентов специальности 5В070900 Металлургия Шымкент, 2020 г
жүктеу/скачать 8,06 Mb.
|
| Тема 8. Агломерация концентратов
Лекция 22. Пирометаллургические процессы . Лекция 23. Теоретические основы обжига и агломерации концентратов . Лекция 24. Конструкция и особенности спекательных агломерационных машин, окусковательных агрегатов План темы: 1.Общая характеристика обжига концентратов 2.Конструкции печей для обжига концентратов 3.Расчет печей обжига 4.Агломерационные машины 1.Общая характеристика обжига концентратов Обжигом называется процесс нагрева материалов без расплавления с целью изменения их химического состава и физических свойств. По химизму происходящих процессов различают следующие разновидности обжига: окислительный, сульфатизирующий, кальцинирующий, хлорирующий и восстановительный. По физическому состоянию получающегося обожженного продукта существует два типа процесса: обжиг на порошок и обжиг со спеканием. По характеру промышленного осуществления обжига на порошок известны две его разновидности: обжиг в слое и обжиг во взвешенном состоянии. 2.Конструкции печей для обжига концентратов В соответствии с перечисленными разновидностями процесса обжига для промышленного его осуществления применяются следующие типы обжиговых печей: - многоподовые механические печи; - барабанные вращающиеся печи; - камерные печи для обжига во взвешенном состоянии; - печи для обжига в кипящем состояний; - агломерационные машины; - шахтные печи. В цветной металлургии наибольшее значение имеет окислительный обжиг сульфидных руд, концентратов и полупродуктов, применяющийся в производстве меди, никеля, свинца, цинка, олова, редких и благородных металлов. В производстве легких металлов — алюминия и магния, применяется спекающий и кальцинирующий обжиг. К обжиговым печам, применяющимся для окислительного обжига на порошок, в слое и во взвешенном состоянии, относятся описанные ниже многоподовые и барабанные печи, а также камерные печи для обжига во взвешенном состоянии. Многоподовые печи. Конструкция многоподовых печей показано на рис.8.1. Печь состоит из вертикального цилиндрического железного кожуха, фосонной шамотной футеровки и перегребающего устройства. Кожух печи сварен из котельного железа толщиной 10-12 мм. По высоте кожуха имеется большее количество окон с литыми чугунными дверками, распологаюшиеся по окружности напротив каждого пода. Футеровка состоит из цилиндрического шамотного слоя, выкладываемое из кирпича толщиной 150-180 мм, и слоя теплоизоляции 10-15 мм, расплогаюшееся между футеровкой и кожухом. Обжиговые поды выложены в виде сферических сводов из фасонного шамотного кирпича толщиной 150-250 мм. В подах устроены отверстия пересыпания материала и прохода газов, располагающееся попеременно по центру или по переферии. Число подов варьируется от 6 до 16. Перегребающее устройство представлено центральным стальным пустотелым валом и закрепленным на нем рукоятками с гребками. Число рукояток для каждого пода от 2 до 4, а число гребков на каждую рукоять от 12 до 20. Оно приводится в движение электромотором мощностью 10-24 квт через специальный редуктор, расположенный под печью. INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\Desktop\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\Desktop\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\Desktop\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET Рис 8.1. Многоподовая печь для обжига концентратов Центральный вал и рукоятки охлаждаются обычно воздухом от венти-лятора, а этот воздух нагретый до температуры 150-200 градусов, может использоваться для самого процесса обжига. Шихта поступает в печь сверху через питатели, подающие шихту в верхний под. Печные газы отводятся через газоотводящий патрубок, расположенный в верхней части печи. Обоженный материал выпускается самотеком через отверстие в нижней части печи в бункер или в специальную тару. Во время иаботы многоподовой печи обжигаемые материалы совершают сложный зигзагообразный путь сверху вниз, печные газы проходят встречным потоком снизу в верх. ( рис. 8.1) Барабанные печи. Печь (рис. 3.1) состоит из горизонтального цилиндрического железного кожуха, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом, опорных устройств и привода, головок — топочной и газоотводящей, и холодильника. Кроме этих основных конструктивных элементов, барабанные печи могут иметь перегребающие и теплообменные устройства. Кожух печи обычно по всей длине глухой, сваривается из котельного железа толщиной 10—20 мм. В некоторых печах по длине печи диаметр кожуха изменяется для создания различного поперечного сечения. При большом диаметре печей кожух усиливается кольцами жесткости. Внутренняя поверхность кожуха отфутерована шамотным, магнезитовым или высокоглиноземистым кирпичом с прокладкой около кожуха теплоизоляционного слоя. Толщина футеровки обычно 200—300 мм, толщина теплоизоляции 10—30 мм. На наружной поверхности кожуха закреплены опорные стальные бандажи, опирающиеся на ролики. Печь со скоростью 0,6—2 об/мин вращается электромотором мощностью 40—250 квт через специальный редуктор и открытую зубчатую передачу, заканчивающуюся большой венцовой шестерней, закрепленной на кожухе. Топочная головка печи состоит из топочной камеры, приборов для подачи топлива, приспособления для выгрузки обожженного материала и уплотнительного устройства, перекрывающего щель между вращающимся барабаном печи и неподвижной топочной камерой. Газоотводящая головка печи состоит из газоотводящей камеры, питающего шихтой устройства и уплотнения. Холодильник обычно представляет собой вращающийся железный барабан с теплообменными устройствами, охлаждаемыми водой или воздухом. Перегребающие и теплообменные устройства барабанных печей и их холодильников представлены перегребающими лопастями и полками из жароупорных сплавов или огнеупоров, ячейковыми и цепными завесами. Во время работы барабанной печи обжигаемые материалы двигаются от газоотводящей к топочной головке, а печные газы в обратном направлении. Обожженный материал выгружается через течку в топочной головке, подающую огарок в холодильник. Подогретый в холодильнике воздух обычно подается в топочную головку печи. Печи для обжига во взвешенном состоянии ( рис 8. 2). Конструкция печей для обжига сульфидных материалов во взвешенном состоянии. Печь состоит из вертикального цилиндрического железного кожуха, футерованного изнутри шамотным кирпичом размером 230—250 мм. Между кожухом и шамотной футеровкой проложен слой теплоизоляции 10—20 мм. Обжигаемый материал в виде аэросмеси вдувается в рабочее пространство печи пылевыми горелками, располагающимися в нижней или верхней части камеры. В нижней части обжиговой камеры расположен приемный бункер для обожженного материала. В боковых стенках камеры расположено отверстие для отвода газов, патрубки для подачи вторичного воздуха и лазы для осмотра и очистки печей от настылей. Свод и разгрузочный бункер целесообразно охлаждать водой или воздухом для уменьшения настыле образования. С этой целью указанные части печи иногда выполняются из кессонов или труб. В целом конструкция печей для обжига во взвешенном состоянии значительно проще и дешевле, чем многоподовых и барабанных печей. Обжигаемый материал проходит камеру печи в течение нескольких секунд, все время находясь во взвешенном состоянии, и затем падает в приемный бункер. Наиболее характерным примером для рассмотрения процесса обжига сульфидных концентратов является обжиг цинковых концентратов в печах с кипящим слоем. Кроме того, нелишне отметить, факт эффективности обжига в печах с кипящим слоем, по сравнению с другими агрегатами предназначеннвми для этого пирометаллургического процесса. INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\Desktop\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\Desktop\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\Desktop\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Василий\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\media\\image1.jpeg" \* MERGEFORMATINET Рис 8. 2 Обжиговая печь со взвешанным слоем С этой целью указанные части печи иногда выполняются из кессонов или труб. В целом конструкция печей для обжига во взвешенном состоянии значительно проще и дешевле, чем многоподовых и барабанных печей. Обжигаемый материал проходит камеру печи в течение нескольких секунд, все время находясь во взвешенном состоянии, и затем падает в приемный бункер. Наиболее характерным примером для рассмотрения процесса обжига сульфидных концентратов является обжиг цинковых концентратов в печах с кипящим слоем. Кроме того, нелишне отметить, факт эффективности обжига в печах с кипящим слоем, по сравнению с другими агрегатами предназначеннвми для этого пирометаллургического процесса. 3. Расчет печей обжига. Для получения цинка электролитическим способом, содержащего химически чистого Zn 99%, исходным сырьем, поступающим в электролизные ванны, является сернокислый цинк ZnS04 в виде растворенных в серной кислоте обожженных в печах цинковых концентратов. В связи с этим целью обжига цинковых концентратов является получение соединений цинка, которые легко растворяются в серной кислоте. Находящийся в концентратах цинк в виде сернистого цинка ZnS в процессе обжига окисляется кислородом воздуха по реакции: 2ZnS + 302 = 2ZnO + 2S02. (8.1) Окись цинка ZnO хорошо растворяется в серной кислоте. Часть окиси цинка в процессе обжига переходит в сульфат цинка: ZnO+S03 = ZnS04 (8.2) Сульфат цинка являющийся наиболее ценным продуктом обжига, так как он хорошо растворяется в воде, т. е. для перевода его в раствор не надо затрачивать серную кислоту. Эти две реакции, протекающие со значительным выделением тепла, являются основными в процессе обжига цинковых концентратов. Печи для обжига в кипящем слое отличаются простотой конструкции, отсутствием движущихся частей и малым расходом металла я огнеупоров. Обычно сооружаемые печи состоят из одной или нескольких рабочих камер. Наибольшее распространение в настоящее время в промышленности получили однокамерные печи, схема которых показана на рис 3.3 Независимо от различий в конструктивных деталях все печи имеют стенки, свод и воздухораспределительную решетку или под, замыкающие рабочее пространство (камеру) печи, устройства для загрузки и выгрузки твердых материалов, воздушную коробку и газоходы для удаления газов. Воздух (газ) для реакций и псевдоожижения подается в печь снизу через воздушную коробку и газораспределительную решетку, а газообразные продукты обжига удаляются из верхней подсводовой части печи. Материал загружают большей частью поверх кипящего слоя, готовый твердый продукт выгружают либо с верхнего уровня, либо снизу кипящего слоя; чаще всего загрузку производят в месте, диаметрально противоположном месту выгрузки. Рабочая камера печи в горизонтальном сечении может иметь форму круга, прямоугольника, эллипса или кольца в зависимости от конструктивных соображений и условий протекания процесса. В вертикальной плоскости сечению печи придают форму, отвечающую желаемому характеру распределения скорости газового потока по высоте печи. Если для уменьшения выноса пыли или для увеличения (в соответствии с требованиями кинетики процесса, протекающего во взвешенном состоянии) времени контакта газа с зернами пыли, выносимой из кипящего слоя, целесообразно уменьшить скорость восходящего газового потока, то профилю рабочей камеры печи придают форму расширяющейся кверху трапеции. Ту же форму в вертикальной плоскости придают печи с целью сохранения постоянной скорости газового потока, когда объем газов возрастает в результате реакций, протекающих над кипящим слоем (рис 3.3). Она состоит из цилиндрической обжиговой камеры, пода, через отверстия в котором подается воздух, устройства для загрузки шихты и удаления готовой продукции и газоотводящей системы. Обжиговая камера представляет собой металлический кожух из листового металла, футерованный изнутри шамотным кирпичом. Между кожухом и шамотной футеровкой имеется теплоизоляционная прослойка. Купольный свод камеры футерован шамотным кирпичом, или, как и стены обжиговой камеры, может быть выполнен из жаростойкого бетона. В верхней части камеры имеется газоотвод, через который отходящие газы и мелкие частицы продукта в виде пыли по газопроводам попадают в электрофильтры, расположенные рядом с обжиговой печью. Концентрат загружается в печь (в зону кипящего слоя) через специальный бункер, а обожженный материал удаляется самотеком по трубам через отверстия, находящиеся на уровне кипящего слоя. Нагрев материала до температуры 850—950° С происходит в основном за счет протекающих в печи экзотермических реакций. Для подачи тепла извне печь имеет форсунки или горелки, работающие на жидком или газообразном топливе. Под печи, через отверстия в котором подается воздух (или газ), поддерживает материал в состоянии кипящего слоя. Он выполняется из металлических плит или жаростойкого бетона. Чтобы обжигаемый материал не засорял отверстия в поде, их защищают грибообразными соплами или огнеупорными шарами, укладываемыми в лунки отверстий. Воздух, подаваемый от вентилятора (или нескольких вентиляторов), поступает в специальную воздушную коробку, разделенную на отдельные секции, имеющие самостоятельный подвод воздуха, для обеспечения ровной и устойчивой работы печи. Площадь пода наиболее распространенных печей для обжига в кипящем слое цинковых концентратов, в зависимости от производительности, составляет 20—30 м2. Высота обжиговой камеры 6—10 м, а диаметр 6—8 м. Высота кипящего слоя 800— 1500 мм. Расчет габаритных размеров печи и расхода топлива. Для определения основных размеров печи необходимо принять некоторые данные из практики: 1.Удельная производительность по концентрату b = 0,7 т/м3 сутки 2. Необходимое время пребывания концентрата в печи:z=6 сек Определяем объем рабочего пространства по формуле: (8.3) где А – расчетное количество концентрата -100 кг. Находят скорость падения частичек концентрата по формуле: 𝝎пад = 12 103 ϓ r2 (8.4) для обжига цинкового концентрата ϓ=4г/см3, а r = 0,005 cм Эффективную высоту рабочего пространства печи определяем по формуле: H = 𝝎пад z (8.4) V = (8.5) Расход топлива определяется по формуле: Q = (8.6) Ее значение в этом случае будет отрицательным, что означает расхода топлива нет, значит процесс автогенный. 4.Агломерационные печи. Агломерация – это процесс спекания мелкой руды или концентратов в прочный кусковый и пористый материал – агломерат. Агломерация является самым распространенным способом окускования. При окусковании сульфидных материалов происходит полное или частичное удаление серы, в этом случае агломерация является процессом обжига-спекания. При агломерации материалы шихты претерпевают физико-химические превращения, вызывающие образование легкоплавкой массы. Последняя цементирует и сваривает тугоплавкие компоненты шихты в кусок агломерата. Тепло для нагрева и частичного оплавления шихты получают за счет горения вводимого коксика (агломерация оксидных руд) или за счет окисления сульфидов рудного сырья. Между сульфидами металлов и кислородом происходят экзотермические реакции, приводящие к окислению сульфидов: MeS + 2O2 = МеSO4; (8.7) MeS + 1,5O2 = MeO + SO2; (8.8) MeS + O2 = Me + SO2. (8.9) В цветной металлургии используют спекание на ленточных машинах с прососом или продувом газов. (рис. 8. 3) Обжиг и спекание шихты происходят на колосниковых решетках, расположенных на отдельных спекательных тележках - паллетах. Паллета представляет собой стальной или чугунный прямоугольный короб без торцовых стенок с днищем из чугунных колосников. Каждая паллета опирается на четыре ходовых ролика, которые катятся по направляющему рельсовому пути. Нижние края паллет плотно прижаты к бортам стальной вакуумной камеры, соединенной с эксгаустером, отсасывающим газы. В начале рабочей ветви ленты в желоб, образованный паллетами, загружают с помощью питателей тонкий слой постели (до 20 мм), закрывающий щели между колосниками, затем - слой шихты. Постель, изготовленная из крупных зерен оборотного агломерата (10 - 15 мм), защищает колосники от приваривания к ним спеченной шихты, предотвращая этим уменьшение живого сечения колосниковой решетки и необходимость чистки колосников. При наличии постели агломерат не пристает к паллетам и легко сбрасывается с колосников.
Рис. 8.3. Агломерационная машина
жүктеу/скачать 8,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|