1223

Рис. 78. Разбрызгиватели лопастного типа

Lрасстояние от оси распылителя до конца рабочей части ловушки, м\

п— число оборотов распылителя, об/мин;

wQ— окружная скорость на периферии распылителя, м/сек\ R — наружный радиус распылителя, м.

Эти формулы позволяют рассчитывать среднюю плотность орошения и производительность трех типов разбрызгивателей в зависимости от их диаметра и числа оборотов, а также от физи­ ческих свойств диспергируемой жидкости.

Плотность орошения зависит от диаметра разбрызгивателей в значительно большей степени, чем от числа его оборотов:

Так, при увеличении числа оборотов в два раза (плотность орошения возрастает в четыре раза, а при таком же увеличении диаметра разбрызгивателя она повышается в 32 раза.

Производительность конусных разбрызгивателей определена в работе [333].

Несмотря на то что конусные разбрызгиватели гарантируют более тонкое диспергирование цинка, создаваемая ими поверх­ ность конденсации намного меньше, чем лопастных.

Плотность орошения в конденсаторах неравномерна ни в го­ ризонтальном сечении, ни по высоте. Максимум плотности оро­ шения зафиксирован на расстоянии 600—800 мм от оси разбрыз­ гивателя: дальше плотность быстро падает и на расстоянии 1200 мм от оси становится в 20—30 «раз меньше.

Визуальное наблюдение за работой разбрызгивателей и про­ веденные замеры позволяют считать, что максимальная плот­ ность орошения достигается при высоте свода над ванной не бо­ лее двух диаметров разбрызгивателя и длине конденсатора (при одном распылителе) не более четырех диаметров при числе обо­ ротов разбрызгивателя порядка 1000 об/мин.

При установке нескольких разбрызгивателей расстояние меж­ ду их осями должно быть* равно 3—5 d.

При хорошей работе разбрызгивателя максимум плотности

100 т/час, а удельный расход диспергируемого цинка на 1 ткон­ денсируемого в. жидкий металл оказывается равным 285 т/т— намного больше расчетных данных.

Размер капель колеблется от 0,1 до 6 мм, причем крупные капли находятся вблизи разбрызгивателя, а мелкие — дальше от «него. Поверхность конденсации на 1 тконденсируемого цинка равна 178 тыс. м2 и на 1 нм3 конденсирующихся газов составляет около 500 м2.

Процесс конденсации цинковых паров, разбавленных некойденоирующимися газами на каплях диспергированного цинка, определяется теплообменом. Коэффициент теплопередачи при конденсации цинковых паров на каплях цинка достигает 1165 ккал/м3 • час • °С.

Успешное разбрызгивание с помощью одного, двух или трех разбрызгивателей (в зависимости от производительности кон­ денсатора) позволяет решить задачу быстрого поглощения тепла конденсации и физического тепла газов. Это тепло воспри­ нимается цинковой ванной и должно быть столь же быстро отведено с тем, чтобы сохранить температуру ванны постоян­

ной.

Одно из основных условий, вытекающих из анализа процес­ са конденсации цинка,— это 'необходимость охлаждения газовой фазы в конденсаторе от начальной температуры до температуры насыщения, которая была бы меньше, чем время, необходимое для существенного развития процесса конверсии окиси углерода с образованием двуокиси углерода.

Имеется три канала для удаления тепла (помимо тепла с отходящими газами, доля которого невелика): с продуктами конденсации, лучеиспусканием с поверхности и искусственный отвод через зумпфы.

Из предыдущего изложения очевидно, что чем больше плот­ ность орошения рабочего объема конденсатора, тем эффективнее протекает процесс ожижения цинка. Поэтому размеры конден­ сатора определяются его производительностью и не могут быть увеличены произвольно. Соответственно и поверхность охлаж­ дения конденсатора ограничена. Через кладку из шамотного кирпича можно отвести примерно вдвое меньше тепла, чем через кладку из карборунда и графита, хотя и при этих теплопровод­ ных материалах доля отводимого тепла не превышает 20% об­ щего его количества.

между внутренней ванной конденсатора и внешними зумпфами приходится уделять значительное внимание.

По термодинамическим соображениям, температура цинка на выходе из конденсатора должна быть близка к температуре металла, поступающего в него из холодильника. При уменьше­ нии этого перепада требуется увеличение количества цинка для циркуляции между конденсатором и холодильником.

Если на создание этой циркуляции не требуется дополни­ тельной энергии, то для такого сближения нет препятствий. В барботажных конденсаторах эта разность не превышает 15° С, а на малом конденсаторе, испытанном на Беловском заводе,

22° С. При организации принудительной циркуляции необходимо считаться с дополнительной затратой энергии.

Циркуляция может быть тем меньше, чем ниже температура цинка на выходе из конденсатора. Так как в цинке содержится некоторое количество железа, эта температура не должна быть ниже 500° С.

В исследованном конденсаторе циркуляция цинка совер­ шается под воздействием распылителя. При этом металл дви­ жется в горизонтальной плоскости, и чем шире отверстие между конденсатором и зумпфом, тем интенсивнее протекает циркуля­ ция. На интенсивность циркуляции влияет расположение зумп­ фов, их форма, положение, а также тип разбрызгивателя и число его оборотов.

В настоящее время средств для количественного определе­ ния интенсивности циркуляции нет и в случае, если для 'боль­ ших конденсаторов описанной естественной циркуляции окажет­ ся недостаточно, потребуется дополнительное искусственное пе­ рекачивание металла.

Интенсивная циркуляция способствует переносу металла в зумпф, но естественная теплоотдача не может обеспечить до­ статочного теплоотъема.

Достаточная производительность 'конденсатора может быть обеспечена только с помощью холодильников. При использова­ нии для охлаждения воды, пропускаемой через холодильник при водогрейном режиме, тепловой поток от стенки холодильника должен 'быть небольшим. Этого можно добиться только умень­ шением теплового потока от цинка к стенке холодильника или увеличением поверхности холодильника, обращенной к воде. Первое можно достичь теплоизоляцией наружной поверхности холодильника; в качестве такого изолятора была использована графитовая трубка, защищавшая поверхность стального змееви­ ка. При этом теплоотъем составил 87 тыс. ккал/час против 120 тыс. ккал/час, отнимаемых неизолированными холодильни­ ками. Максимальный теплоотъем обеспечивает более сложный

визготовлении ребристый холодильник (280 тыс. ккал/час). Весьма эффективной схемой теплоотъема является сочетание

стационарного холодильника описанной конструкции с подвиж­ ным, периодически погружаемым в цинковую ванну змеевиком, прикрепленным к механизму качания. Импульс на погружение змеевика !в ванну дается от температуры, когда она превышает

заданную.

Такая конструкция успешно работает на заводе Эвонмаут и 'была ранее описана автором. На Беловском заводе этот прин­ цип охлаждения был усовершенствован: после погружения зме­ евика автоматически включается -механизм качания с амплиту­ дой 40 мм и частотой колебаний 44 в минуту. Импульс на подъем

змеевика из цинка дается по температуре отходящей из него воды, когда она 'Превышает величину, грозящую переходом водо­ грейного режима в режим кипения. Такой режим принудитель­ ной конвекции позволяет отнимать на 36% 'больше тепла, чем при естественной конвекции.

Первый опытный промышленный конденсатор для работы на печи мощностью 1000 ква имел наклонно расположенный раз­ брызгиватель, однако от него быстро отказались, и был построен

1960 мм при высоте 1240 мм. Футеровка из шамотного кирпича толщиной 230 мм. На входе паров имеется перевальная стенка, газы удаляются через отверстие в своде и очищаются от пыли в инерционном пылеуловителе. В своде имеются два отверстия для ввода разбрызгивателей. Отверстия прикрыты коническими графитовыми пробками, через которые проходят валы разбрыз­ гивателей. К одной из длинных сторон конденсатора примыкает соединенный с ванной внешний зумпф с внутренними размерами 1440 X 470 мм.

Т абл и ц а 42

Размеры конденсаторов

Впоследствии размеры конденсатора были изменены. Изме­ нилась конструкция. Был построен второй зумпф, служивший для охлаждения. При этом первый зумпф выполнял роль раз­ ливочного. В дальнейшем зумпфы объединили, стены конденсато­ ра выше уровня ванны для увеличения теплоотдачи были выло­ жены из карборундового кирпича. Для этой же цели наружные стены зумпфов были выложены из графитовых блоков и снаб­ жены водоохлаждаемыми карманами.

Одновременно испытывался конденсатор меньших объема и поверхности с целью определения оптимальной конструкции. Об­ щий вид его приведен на рис. 80.

Конденсаторы работали попеременно при постоянном режи­ ме процесса плавки и дистилляции. Ниже приводится сравнение конструкций этих конденсаторов:

Рис. 80. Конденсатор усовершенствованной конструкции:

1 — конденсатор; 2 — ванна цинка; 3 — зумпф; 4 — кессон; 5 — раз­ брызгиватель; 6 ~ змеевик

После уменьшения объема большой конденсатор начал ра­ ботать лучше. Улучшил работу и малый конденсатор после того, как зарос настылями, уменьшившими его объем.

Следует считать, что производительность, близкая к 10—15 т цинка на 1 м3 объема, является оптимальной для струйных кон­ денсаторов описываемой конструкции.

Разбрызгиватель из графита с приводом показан на рис. 81. Замена его в случае порчи производится весьма просто тельфе­ ром, с помощью которого разбрызгиватель убирают вместе с центрирующей пробкой и вместо него устанавливают резервный.

14 М. М. Лакерник

Конденсаторы чистят от настылей один раз в неделю; раз­ брызгиватели, пазы которых зарастали дроссами, приходилось заменять каждые 2—3 суток.

Малый конденсатор, в котором интенсивность орошения бы­ ла выше, работал лучше большого, хотя на каждую единицу его объема приходилось в 1,4 раза больше цинковых паров.

Тепловой баланс промышленного конденсатора приведен в табл. 43.

Т а б л и ц а 43

Тепловой баланс конденсатора

При исследовании факторов, влияющих на степень ожиже­ ния цинка, был выявлен ряд данных, позволяющих регулировать этот процесс.

Было установлено, что одной из причин, вызывающих увели­ чение выхода дроссов, является вынос твердых частиц Шихты из печи в конденсатор [331]. Зависимость между степенью кон­ денсации металлического цинка и выносом кремнезема в кон­ денсатор выражается уравнением

у = 89,50 — 2, U,

где у — степень конденсации цинка в жидкий металл; х — вынос, % от загрузки.

Присутствие в. шихте плавки известняка способствует уве­ личению выхода дроссов главным образом за счет появления в газах свободной двуокиси углерода. Введение известняка в шихту агломерации при получении хорошо пропеченного не со­ держащего пыли агломерата способствует уменьшению выхода дроссов и увеличению выхода жидкого цинка.

В (процессе плавки некоторое количество железа переходит в цинк. Появление металлического железа в конденсаторе мо­ жет быть связано с тремя причинами. Содержащееся в Мелких частицах шихты (вьгносимых из печи в виде пыли) записное железо восстанавливается окисью углерода и частицы металла попадают в конденсатор. Не исключена возможность прЯмого улетучивания закиси железа [334] или образования летучих кар­ бонилов железа.