10. Особенности сжигания кокса при восстановительной шахтной плавке свинцовых агломератов.

Кокс в шахтной печи выполняет две функции: он одновременно является топливом и восстановителем. Для обеспечения необхо¬димых восстановительных условий в печи соотношение между СО и СО2 в реакционной зоне печи должно быть близко к единице. Температура плав-ления шлаков шахтной свинцовой плавки различных заводов находится в пределах 1080—1200°С. Энтальпия свинцового агломерата при 1200°С равна 836 кДж/кг, а шлака 1340 кДж/кг. Используя эти данные, можно дать оценку дутьевому режиму, необходимому для поддержания в печи заданных условий. При взаимодействии кислорода дутья и кокса в печи могут протекать следующие режимы:

С+O2=СO2+Q3 1

С+1/2O2=СО+Q1 2

С+СО2=2СО–Q2 3

СО+1/2O2=СO2+Q4 4

Значение ΔG у этих реакций отрицательно в широком интервале темпе-ратур.

Q3>Q1>Q4>Q2.

В области фурм кисло¬род воздуха проникает в глубь печи на расстояние до 600 мм. Однако ос¬новное его количество расходуется главным образом на горение кокса на расстоянии ~350 мм. Этой узкой области отвечает наиболее высокая концентрация СО2 в газах и наивысшие температуры. Сгорание углерода кок¬са в этой зоне преимущественно осуществляется по реакции 1 с наи¬большим значением Q3/ Это так называемая окислительная зона или зона фокуса. По мере заглубления струи газов в глубь печи концентрационная кривая СO2, так же как и температурная кривая, проходит через макси¬мум/ Следует отметить совпадение этих максимумов по ши¬рине печи. Очевидно, что за кислородной зоной горение кокса происходит главным образом по реакциям 2 и 3. В этой же зоне наблюдается; резкое повышение концентрации СО в газовой фазе. Эту зону шахтной пе¬чи можно назвать восстановительной. С переходом на более высокие горизонты в газовой фазе наблюдается снижение концентрации СО и возрастание кон¬центрации СО2. Это явление связано с развитием восстановительных реакций. Восстановительная зона простирается почти на 3,5 м выше уровня фурм.

Обогащение дутья кислородом, которое сейчас применяется на боль-шинстве свинцовых заводов, приводит к увеличению содержания СО2 в продуктах горения и повышению температуры фокуса. Кислород дутья используется в реакционной зоне почти цели¬ком во всех рассмотренных случаях. Обычно колошниковые газы до раз¬бавления содержат около 1% О2, а сумма СО и СО2 в них превышает 30%.

При обогащении дутья кислородом горение кокса в зоне фокуса в большей степени, чем при воздушном дутье, контролируется реакцией 1. При этом происходит повышение содержания СО2 в газовых продуктах горения и увеличение температуры в зоне фокуса. Характерно, что использование дутья, обогащенного до 21,5% кислородом, вызывает некоторый сдвиг зоны наиболее высоких температур к стенке кессона. Кислород дутья оказывается полностью израсходованным уже на расстоя¬нии 450 мм от среза фурм.

Нагрев воздушного дутья до 400°С также ин¬тенсифицирует процесс горения кокса по реакции 1. Соотношение между расходом кокса и количеством кислорода, подаваемого в печь, выбирают на практике опытным путем в зависимости от физических и физико-химических свойств шихты и кокса. Обычно расход кокса от массы шихты составляет 8-15 %. Удельный расход воздуха ко¬леблется от 21 до 32 м3/м2 площади фурм в минуту при скорости сжига¬ния углерода кокса от 6 до 10 т/(м2-сут). Давление дутья находится в пределах 14,7-19,6 кПа.

Большинство технологических показателей, таких как удельный про¬плав, расход кокса, пылевынос и др., улучшается при использовании подо-гретого дутья и воздуха, обогащенного кислородом.

В то же время использование интенсификаторов процесса в шахтной плавке свинцового сырья приводит и к некоторым отрицательным момен-там. Важнейшим из лих надо считать увеличение содержания свинца и ме-ди в печных шлаках. Повышение перехода цветных металлов в шлак при обогащении дутья кислородом или подогреве дутая может быть обусловлено несколькими причинами. Во-первых, повышение окислительного по¬тенциала газовой фазы в зоне фокуса может привести к реокислению час¬ти восстановительных в верхних горизонтах печи цветных металлов. Во-вторых, интенсификация проплава может привести к снижению восстано¬вительной способности печи. Часть шихты, не успев восстановиться в твер¬дом состоянии, может перейти в жидком состоянии в горн печи, где усло¬вия для восстановления РbО значительно хуже. И, наконец, в случае обога¬щения дутья кислородом уменьшается объем отходящих газов, а, следова¬тельно, ухудшаются условия для равномерного распределения газов по всему сечению печи. При обычной шахтной плавке на холодном дутье почти три четверти тепла приходит е печь от сжигания углерода кок¬са. При использовании нагретого до 400°С дутья около 10 % тепла вносит¬ся в печь с подогретым воздухом. В расходной части баланса показано, что примерно половина тепла уносится из печи отходящими газами и шлаком, до 15 % тепла уходит на охлаждение кессонов.

Металлургический кокс — наиболее дорогое и дефицитное топливо.

1 1. Конструктивные особенности шахтных печей восстановительной плавки свинцовых агломератов.

1-горн;

2-фурмы;

3-шахта печи;

4-загрузочные люки;

5-колошник;

6-газоход;

7-агломерат;

8-кокс;

9-фокус печи;

10-шлак;

11-сифон для выпуска свинца;

12-свинец;

Шахтная печь представляет собой агрегат с вертикальным рабочим пространством, в которое сверху загружают специально подготовленную шихту и кокс, а снизу через фурмы вдувают воздух. В шахте происходит нагрев и расплавление шихты, сопровождаемое химическими реакциями, в результате чего получают черновой металл и шлак. Шахтная печь свинцовой плавки состоит из следующих основных частей: внутреннего горна с сифонами, шахты с фурмами, колошника с загрузочным устройством, отстойника.

Площадь сечения печи в области фурм 2-5 м2. В нижней его части собирается свинец, а в верхней - шлак. Свинец из горна выпускают непрерывно через сифон. Шлак выпускается из внутреннего горна периодически через специальное отверстие (шпур), которое расположено в торце печи немного ниже фурм, или непрерывно через сифон.

Шахта печи выполнена из стальных водоохлаждаемых кессонов.

Воздух в печь подают через специальные устройства - фурмы, охлаждаемые водой.

Колошник служит для загрузки шихты и отвода газов из печи. Он представляет собой металлический водоохлаждаемый каркас, заполненный огнеупорным кирпичом. Иногда колошник кессонируют. Загрузку материала в печь производят через окна в колошнике

Отходящие из печи газы имеют высокую температуру и содержат значительное количество пыли. Эти газы проходят через колошник и идут на пылеочистки. После пылеочистки в циклонах и рукавных фильтрах их выбрасывают в атмосферу.