1223

Т а б л и ц а 17

от температуры

Из этих уравнений можно вычислить pZn как функцию Ки К2, т. е. как функцию температуры. Систему упрощают, полагая рсо малой величиной. При этом Pzn = Рсо‘. К\ = Pcoj Р2щ =

= К 1К 2; Pzn = V ~ K K *

С помощью этого уравнения вычислено давление паров цин­ ка в печи при различных температурах, приведенное на рис. 38 и ниже.

На рис. 39 показана зависимость G от температуры и давле­ ния цинка при ело окислении [198]. Нулевой окислительный по­ тенциал соответствует р0 = 1 ат и показан пунктирной прямой.

Рис. 40. Зависимость потенциала окисления углерода от температуры

Диаграмма разделена прямыми на области существования раз­ личных агрегатных состояний цинка и его окиси.

При полном равновесии значение потенциала наименьшее. Твердый или жидкий цинк в присутствии газа может су­ ществовать при значении потенциала, более низком, чем по­ граничное значение на прямой между ZnTB или ZnmJW< и ZnO. Штрих-пунктирной линией обозначена прямая диссоциации оки­

си цинка в вакууме (общее давление равно pzп + Р0 )-

На рис. 40 показана зависимость G от температуры при окислении углерода. Сплошные прямые показывают, какой из двух окислов углерода более устойчив в присутствии углерода.

ствующая рсо = 0,5, является границей между областью твердо­ го углерода и его окисью и представляет наиболее низкое зна­ чение G, которюе может быть достигнуто при этом давлении.

Рис. 41. Диаграмма процесса восстановления, конден­ сации и окисления цинка

При охлаждении газовой смеси потенциал должен изменять­ ся по пограничной кривой. При отсутствии катализаторов распад СО протекает крайне медленно. Кокс, так же как и шихта, всегда содержит железо, являющееся хорошим катализатором для распада СО. Поэтому газовую фазу от шихты следует отде­ лять при высокой температуре, вследствие чего G будет изме­ няться согласно соответствующей прямой у (здесь и далее у —

На рис. 41 видно, что условием достаточно полной конденса­ ции цинка является низкое значение G, иначе говоря, большой избыток С или СО (очень высокое значение у). При у = 100 для смеси, содержащей 50% СО, 49,5% Zn и 0,5% СО2, жидкий цинк конденсироваться не будет, так как кривая лежит вне об­ ласти компактного металла. Даже при У = 1000 условия конден­ сации еще неблагоприятны, так как область существования ZnO достигается уже при t = 600° С, и дальнейшая конденсация не­ возможна.

Только при значении у = 3000 можно ожидать хорошего вы­ хода конденсата, поскольку при этом смесь не окисляется при охлаждении до 550° С. Чем выше значение у, тем больше выход

Максимальное парциальное давление цинка в конденсаторе (Рмакс) определяется величиной константы реакции восстанов­ ления окиси цинка окисью углерода (Ki):

Р м ак с ■— У К 1,

где

к ,= Рмакс * РСР2

Рсо

Поскольку К\ является функцией t, температурные зависи­ мости Рмакс выражаются различными кривыми, часть которых приведена на рис. 42. Ниже этого семейства кривых лежит об­ ласть существования цинковых паров, а выше происходит вто­ ричное окисление. На этом же рисунке нанесена кривая насы­ щенных паров цинка, который в парообразном состоянии может существовать только ниже этой кривой. Точки пересечения кри­ вых представляют температуры и давления паров цинка, в ко­ торых начинается вторичное окисление при конденсации.

Выход жидкого цинка может быть рассчитан на основании данных рис. 42. Если обозначить парциальное давление паров цинка в газах, поступающих из печи в конденсатор, через ре, то в 1 м3 газа содержится ре м3 паров цинка и (1 — ре) м3 других газов. После конденсатора соответствующее количество газов со­ держит X м3 паров цинка, тогда как количество других газов остается таким же (1 — ре ) м3.

Рис. 42. Зависимость давления паров цинка в конден­ саторе от температуры

Рис. 43. Выход конденсата в зависи­ мости от температуры и избытка оки­ си углерода. Состав газов после вос­ становления:

90% СО

Значения у приведены в табл. 18.

Р со

p7

Пока —— меньше, чем К\ (Pzn — давление насыщенных па-

У

ров цинка), конденсация идет беспрепятственно. В условиях электропечи при отводе горячих газов и быстром их охлаждении можно избежать обратного окисления цинка и сконденсировать его в жидкий металл из разбавленных парогазовых смесей.

Глава II

НЕКОТОРЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТА ГЕРМЕТИЧНЫХ РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

1. ФОРМА ПЕЧЕЙ И РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ

Старые небольшие руднотермические печи были очень похо­ жи на однофазные ферросплавные и сталеплавильные печи с ду­ говым нагревом.

При плавке медных и никелевых руд основная масса железа переходит в шлак, количество которого часто приближается к количеству перерабатываемого концентрата. Шлак легкоплавок и электропроводен и его можно успешно нагревать за счет джоулева тепла, поддерживая в ванне постоянный и значительный его слой. При этом состав шлака, помимо соответствия техно­ логическим условиям плавки, должен отвечать и определенным требованиям электропроводности, которые определяют геомет­ рические размеры печи при заданном напряжении.

Принимая во внимание напряжение и силу тока, вычисляют расстояние между электродами и это расстояние вместе с мощ­ ностью, потребляемой печью, в основном и определяет размеры печи.

Некоторые элементы расчета руднотермических печей изло­ жены ниже.

Современные печи питаются трехфазным током и расстояние между электродами обычно равно 3 диаметрам электродов. Для больших промышленных печей, как правило, применяют самоспекающиеся электроды диаметром от 750 до 1400 мм, размеры которых определяются в зависимости от мощности печи и со­ блюдения условия сохранения допустимой плотности тока, рав­ ной 2—3 а/см2.

Развитие техники производства угольных и графитированных электродов позволяет получать их диаметром до 700 мм и в не­ которых случаях, несмотря на то, что такие электроды в несколь­ ко раз дороже самоспекающихся, им следует отдать предпочте­ ние. Для графитированных электродов допустимая плотность тока колеблется в пределах 8—-12 а/см2.