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

экономичность процесса за счет утилизации тепла для выработки па­ ра, исключается также необходимость сооружения специальной си­ стемы охлаждения.

Одним из перспективных способов охлаждения циклонных агре­ гатов может служить испарительное охлаждение [14]. Использование его позволяет сократить расход воды в 20—30 раз, в результате чего экономически целесообразно для охлаждения применять химически очищенную воду, что увеличит срок службы и надежность камеры. Наконец, для пара, получаемого при испарительном охлаждении (Р= 3—5 атм), легче найти потребителя, чем для большого количества воды, подогретой всего лишь до 50°.

При переработке некоторых материалов не все необходимые фи­ зико-химические превращения завершаются в объеме циклона. В за­ висимости от требований технологического процесса циклонная каме­ ра может компоноваться с копильником, где происходит завершение химических реакций, накопление расплава и разделение его на шлак и штейн, как это, например, может иметь место при переработке суль­ фидных медных концентратов. Непосредственное размещение цикло­ на над ванной расплава и пропуск над ней дымовых газов, как это показано ранее, вызывает вращение расплава, что сопровождается быстрым износом стен копильника и исключает возможность нор­ мального разделения шлака и штейна, происходящего под влиянием гравитационных сил.

Для устранения вращения расплава, вызываемого закрученной струей газов, выходящих из циклона, циклон следует размещать над форкамерой, стенки и подина (порог) которой кессонированы.

Устройство порога, принимающего на себя удар газовой струи и поглощающего значительную часть его кинетической энергии, иск­ лючает вращение расплава, находящегося в отстойнике, улучшает условия его разделения на шлак и штейн и в значительной мере уст­ раняет разъедание футеровки копильника.

При необходимости доработки расплава, например обезмеживания шлаков или отгонки летучих металлов и их соединений (цинк, свинец, редкие металлы), циклонная камера компонуется с электро­ термической печью. В этом случае под циклоном располагается кессонированная камера разделения (рис. 122,а), откуда расплав стекает в электропечь, а газы направляются в газоход, соединенный с утили­ зирующими тепло поверхностями нагрева: котлом-утилизатором и воздушным подогревателем.

Такое компоновочное решение позволяет на выходе из циклон­ ной камеры разделить газовую и жидкую фазы с целью исключения обратных реакций, которые могут протекать между ними в условиях высоких температур.

272

В установках, предназначенных для переработки полиметалли­ ческих концентратов с конденсацией цинка, электротермическая часть должна быть полностью изолирована по газовой стороне от циклон­ ной камеры, так как в электропечи поддерживается восстановитель­ ная атмосфера, а газы, выходящие из циклона, содержат некоторое количество кислорода и окислов серы. Это достигается заглублением

Рис. 122. Схема компоновки циклонной камеры с копильником: а — с камерой разделения и электротермической печью; б — с гранулирующей установкой.

водоохлаждаемои перегородки в расплав и размещением за электро­ печью конденсационной установки, как это осуществляется на опыных КИВЦЭТных установках ВНИИЦветмета.

Наконец, при переработке сырья, расплав которого не содержит ценных составляющих и может рассматриваться как отвальный про­ дукт, циклонная камера может компоноваться непосредственно с гра­ нулирующей установкой (рис. 122,6), в которой используется один из известных способов грануляции (водяной, воздушный и т. д.).

Циклонные камеры с верхним выводом газов при сравнимой скорости дутья характеризуются более высокой сепарационной спо­ собностью, чем камеры с совместным выводом газов и расплава. Они могут быть рекомендованы для пироселекционных процессов, напри­ мер, для возгонки редких металлов.

Подача топлива в циклонную камеру

Для проведения окислительного процесса, например плавки сульфидных медных концентратов, и расчета ожидаемого расхода воздуха суммарный коэффициент избытка воздуха следует прини­ мать сс = 1,05—1,1. При этом учитывается сжигание не только угле­ родистого топлива, но и горючих, содержащихся в шихте.

При осуществлении возгоночного процесса, протекающего в вос­ становительной газовой среде, расход воздуха определяется по за­ данному составу газов, отнесенному к выходу из циклонной камеры. В последнем случае необходимо учитывать также потери тепла с ме­ ханическим недожогом 04 = 3—5 %.

Формирование восстановительной среды, необходимой для про­ ведения восстановительного процесса, достаточно эффективно можно осуществлять за счет использования измельченного угля, добавляе­ мого в шихту в качестве твердого восстановителя.

Вихревая структура газового потока обеспечивает сепарацию угольных частиц в пристенную область и благодаря реакциям гази­ фикации образует здесь восстановительную среду. Одновременно соз­ даются благоприятные условия для протекания восстановительных реакций и в стенке расплава, так как при высоких температурах (£>1000°) твердый углерод более эффективный восстановитель, чем газообразные продукты СО и Нг.

Таким образом, в циклонной камере, согласно терминологии Н. А. Семененко и В. С. Семенова [15], удается создать «химический перекос», характеризуемый относительно высоким содержанием оки­ си углерода в пристенной области при незначительном или полном отсутствии химического недожога на выходе. Содержание продуктов неполного сгорания в дымовых газах определяется составом перера­ батываемого сырья.

В случае отопления циклона угольной пылью ее следует пода­ вать тангенциально через специальные сопла, расположенные за соп­ лами ввода вторичного воздуха.

Транспортировку угольной пыли желательно осуществлять по­ догретым воздухом. Скорость входа аэросмеси в камеру должна составлять 20—25 м/сек.

Жидкое топливо, сжигаемое в камере, следует подавать в воз­ душные сопла (перед циклоном) на некотором расстоянии от их устья. Это обеспечивает предварительное испарение части топлива и хоро­ шее его смешение с воздухом, что позволяет добиться устойчивого воспламенения факела уже на выходе в циклон и развития высокой температуры в верхней части камеры. Указанное обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в плавильных циклонах шихта, за­ гружаемая в рабочее пространство камеры, является балластом при горении факела и может существенно снизить интенсивность тепло­ вого процесса. Такая подача топлива в значительной степени исклю­ чает балластирующее влияние шихты и обеспечивает высокую пол­ ноту тепловыделения в верхней части циклона. Это обусловливает высокий пирометрический уровень начальной стадии процесса и

274

1,5 м. Это ограничение обусловлено наложением друг на друга отно­ сительно холодных потоков, возникающих при многостороннем вводе воздуха и топлива в камеру, что ухудшает воспламенение топлива, в особенности угольной пыли.

Оптимальные скорости ввода воздуха в циклон 120—130 м/сек. Однако сечение воздушных сопл выбирается с некоторым запасом так, чтобы при нормальной производительности камеры и полностью открытых регулировочных задвижках скорость ввода воздуха в цик­ лон находилась в пределах 80—90 м/сек. Конфигурация воздушных

Определение основных габаритов форкамеры

При размещении циклонной камеры над копильником, снабжен­ ным порогом, последний вместе с ограждающими его стенками об­ разует форкамеру. При пироселекции в циклоне под воздействием высокой температуры и соответствующей газовой среды происходит, очевидно, не только сублимация летучих окислов, но и возгонка вос­ становленных металлов. Таким образом, в газовой струе, выходящей из циклона, находятся пары металлов и их окислов, а также мель­ чайшие твердые частицы шихты, на которых благодаря явлениям адгезии и сорбции конденсируются возгоны металлов. Соприкоснове­ ние такой струи с порогом и стенками, покрытыми расплавом, сопро­ вождается дополнительной сепарацией содержащихся в ней взвешен­ ных частиц и протеканием обратных реакций. При этом расплав

276

обогащается металлом, что предопределяет увеличение его потерь со шлаком и снижает технологические показатели процесса возгонки.

Исследования закономерностей распространения закрученных струй [17] и опытные стендовые плавки позволили установить влия­ ние конструктивных параметров форкамеры на технологические по­ казатели циклонного процесса [18]. С увеличением расстояния диа­ фрагмы циклона от порога снижается осевая составляющая средней скорости V г, сила удара газовой струи о порог, а вместе с этим уменьшается и величина потери металла со шлаком. Для различных перерабатываемых материалов допустима разная средняя скорость удара струи о порог V .. Удаление порога от диафрагмы рассчитыва­ ется по заданной величине V2 из уравнения

(4.4)

где Т г— температура газов на выходе из циклона; а.— угол раскрытия газовой струи на выходе из циклона, для

плоской диафрагмы он равен 15—17°.

При расчете необходимо учитывать, что с удалением порога уменьшается дополнительное улавливание уноса из циклона и не­ сколько снижается кратность обогащения возгонов. Поэтому можно рекомендовать оптимальную величину удаления порога от диафраг­ мы в пределах /г = (4ч-5)гід.

Минимальная ширина порога должна составлять величину

Размеры отстойной части копильника определяются по необхо­ димому времени отстаивания и производительности камеры.

Порог и стены форкамеры должны покрываться трубчатым или камерным кессонами. Кессон порога следит укладывать с уклоном (3—5°) в сторону, противоположную стоку расплава, что способству­

• 103 ккал/м2 ■час, для штейна — (30—40) • 103 ккал/м2 ■час.

Схема теплового расчета циклонного плавильного агрегата

Для расчета ожидаемого расхода топлива и соответственно воз­ духа должен предварительно составляться тепловой баланс по урав­ нению [19]

277