1236

«странство называется электронной пушкой. Высокая энергия пучка

Рис. 29. Схема электронно-лучевой печи:

гоплавких металлов и получения высокоогнеупорных изделий из

релке, называемой плазмотроном.

Устройство одного из плазмотронов показано на рис. 30. Дуга образуется между катодом (вольфрамовым стержнем) и медным охлаждаемым анодом. Газ, подаваемый в горелку, нагревается до температуры, при которой наступает заметная его ионизация. Под воздействием газового потока из отверстия в аноде (сопле) выхо­ дит струя плазмы и поступает в печь.

Схема плазменно-дуговой (плазменной) плавки в кристалла затор показана на рис. 31. Печь представляет собой герметизи­ рованную камеру, в которую сверху вставлен плазмотрон, снизу — водоохлаждаемый кристаллизатор. С одной стороны камеры нахо­ дится устройство для ввода и перемещения расходуемого элект-

Рис. 31. Схема плазменно-дуго­ вой печи:

ще кристаллизатора; 5 — камера печи

рода — переплавляемого материала. Расплавленный материал ка­ пает в водоохлаждаемый кристаллизатор, где образуется слиток. В печи можно плавить порошки и гранулы. В этом случае электрододержатель расходуемого электрода заменяют дозатором. Шихту (металл) можно плавить в плазменно-дуговой печи в инертном газе. Для этого из камеры откачивают воздух и заполняют ее аргоном.

§10. Шлаковозгоночная фьюминг-печь

Внастоящее время в Советском Союзе работает несколько уста­ новок по переработке шлаков свинцового и оловянного производ­ ства в шлаковозгоночной печи — фьюминг-печи.

Фьюминг-печь представляет собой кессонированную шахтную печь прямоугольного сечения (рис. 32). Высота промышленной печи колеблется в пределах 3—10 м. Ниже приведены основные размеры некоторых фьюминг-печей:

Рис. 32. Фьюминг-печь:

Лещадь печи состоит из чугунных плит с залитыми в них труб­ ками, по которым циркулирует вода. На одном из отечественных заводов установлены лещадные кессоны, сваренные из труб. Лещадные плиты установлены на опорах, стоящих на бетонном фун­ даменте. Боковые и торцовые стены печи собраны из кессонов- в два или три ряда, соединенных болтами. Все кессоны стен, свода* и газоотвода печи — сварные, стальные. При этом толщина огне­ вых, обращенных внутрь печи стенок кессонов равна И —12 мм, а остальных частей кессонов 8 мм. Для сохранения образовавше­ гося на стенках кессона гарнисажа к внутренней (огневой) по­ верхности кессонов приваривают штыри диаметром 16 мм и дли­ ной 25 мм и в шахматном порядке с шагом 50—150 мм. В нижнем ряду боковых кессонов по длине печи установлены фурмы в ко­ личестве 12—36 с каждой стороны печи в зависимости от длины печи. Расстояние между фурмами равно 300 мм. По высоте фурмы расположены на расстоянии 190 мм от подины. Внутренний диа­ метр фурм равен 40 мм. Фурмы служат для продувки расплав­ ленного шлака смесью природного газа и сжатого воздуха, холод­ ного, нагретого или обогащенного кислородом. Фурмы оборудо­ ваны по типу конвертерных шариковыми клапанами, позволяю­ щими прочищать их во время работы печи.

Шлак заливают в печь по желобу через отверстие в стенке шихты печи с помощью ковшей или подают периодически из мик­ сера-электропечи. Для выпуска шлака из печи служат два шпура, расположенные в нижнем ряду торцовых кессонов, на 30 мм выше пода печи. Диаметр шпуровых отверстий 80—140 мм.

По окончании цикла возгонки (2 ч) продутый шлак выпускают из печи в электрообогреваемый отстойник емкостью 6 м3. Здесь происходит частичное выделение медного штейна. Шлак после отстаивания гранулируют и направляют в отвал. Фьюминг-печи работают периодически. Такие печи перерабатывают 250—700 т шлака в сутки и в них можно загружать не только жидкий, но и частично твердый шлак.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.По каким признакам классифицируют металлургические печи?

2.Как устроена агломерационная машина?. Как устроены тележкп-паллеты

иуплотняющее устройство?

3.Как происходит движение паллет?

4.Какие устройства применяются для загрузки и зажигания шихты на машине?

5.Как определяются эффективные размеры и производительность агломе­ рационной машины?

6.Как устроена трубчатая вращающаяся печь?

7.Как устроена печь для обжига в кипящем слое (КС)? Опишите устрой­

ство подины печи КС, сопел и их распределение по площади подины.

8.Что представляет собой шахтная печь для плавки руд цветных металлов?

9.Из каких основных частей состоит шихта?

10.Как устроена шахтная печь для плавки медных руд?

11.Как устроена шахтная печь для плавки вторичных медьсодержащих от­

ходов?

12.Как устроена шахтная печь медно-серной плавки? Опишите принцип работы закрытого колошника медно-серной плавки.

13.Как устроена шахтная печь для свинцовой плавки? Опишите принцип работы сифона.

14.Особенность конструкции шахтной печи для плавки окисленных никеле­ вых руд. Как устроен кессон, охлаждаемый водой, и кессон испарительного охлаждения?

15.Опишите устройство фурм и объясните значение понятия «фурменное отношение».

16.Опишите устройство выпускного кессона.

17. Для чего служит наружный передний горн? Каких видов он бывает, как устроен?

18.Как устроен колошник шахтной печи и для чего он служит?

19.Назовите основные операции по обслуживанию шахтных печей.

20.Как определяется удельная производительность шахтной печи?

21.Как определяются размеры печи в области фурм?

22.Как загружается в печь холодная и горячая шихты?

23.Как устроена отражательная печь для плавки концентрата? Основные размеры печи. Как устроен распорно-подвесной свод печи?

24.Как выпускают продукты плавки из отражательной печи? Как происхо­ дит сифонный выпуск штейна?

25.Определение удельной производительности отражательной печи.

26.Как устроен горизонтальный и вертикальный кислородные конвертеры?

27.Особенности устройства отражательной рафинировочной печи. Как за­ гружают отражательную рафинировочную печь?

28.Как устроена наклоняющаяся рафинировочная печь?

29.Электрические печи и их классификация.

30.Как устроена руднотермическая электропечь? Как выпускают продукты плавки из руднотермической печи? Как определяется ее производительность?

31.Как устроена электропечь для плавки закиси никеля?

32.Как устроены вакуумные электропечи гариисажные и шлакового пере­

плава?

33. Как устроены индукционные печи со стальным сердечником и без сер­ дечника?

34.Для чего служит миксер?

35.Как устроена тигельная печь сопротивления?

36.Как устроена печь для плавки во взвешенном состоянии (КФП)?

37.Как устроена печь кивцэтной плавки?

38.Как устроены электронно-лучевая и плазменная печи?

39.Как устроена фьюминг-печь?

§ 1. Основные свойства топлива

Топливом называются углеродистые соединения в различных сочетаниях, явля­ ющиеся главнейшим источником получения тепловой энергии. Топливо имеет большое значение в металлургии, и часто расход его определяет себестоимость извлекаемого металла.

По агрегатному (физическому) состоянию топливо бывает твердым, жидким и газообразным. Кроме того, топливо подразделяется на естественное, исполь­ зуемое в таком виде, в каком оно находится в природе, и переработанное — искусственное, полученное в промышленности тем или иным путем из природ­ ного топлива.

К природному топливу относятся дрова, торф, каменный и бурый угли, сланцы, нефть, газ, к искусственному — кокс, древесный уголь, мазут, бензин, керосин, а также горючие газы: коксовый, доменный и генераторный.

Химический состав топлива. Основными составляющими топлива являются углерод и водород. Углерод и водород в топливе находятся в виде различных

85—90 %. Зола, азот, кислород и связанные с ним водород и вода являются балластом, и чем их больше, тем ниже качество топлива. В топливе сера может содержаться в трех разновидностях: 1) органическая (S0p), связанная с горю­ чими элементами топлива; 2) колчеданная (SH) Ъ виде пирита, колчедана (FeS2); 3) сульфатная SCd> в виде солей серной кислоты (CaS04, FeS04 и др.). Общее содержание трех разновидностей серы принято обозначать при анализах топлива Бобщ. Первые две разновидности серы участвуют в процессе горения топлива с выделением тепла, и их принято называть летучей серой Эл. Суль­ фатная сера в процессе горения не участвует. В твердом топливе различают внешнюю влагу (1ТЯ), удаляемую при естественной сушке без значительного

влагу, называется воздушно-сухим. В состав золы йходят оксиды (например, Si02) и сульфаты металлов (CaS04, FeS04). Иногда в золе некоторых углей встречаются редкие элементы, например ванадий, германий. Каков бы ни был состав золы, она снижает качество топлива.

Элементарный состав топлива и формулы пересчета. Обычно при химиче­ ских анализах твердого и жидкого топлива каждый элемент определяют от­ дельно в процентах по массе; также отдельно определяют содержание в топ­ ливе минеральных веществ в виде золы А и воды W. При этом C+ H + 0 + N-F

4"SO6IU"F-'4T"^==100 %.

Эту совокупность принято называть элементарным составом топлива; она характеризует состав рабочего топлива, применяемого в промышленности. Для сравнения и классификации разных видов топлива часто пересчитывают его эле­ ментарный состав на беззольную и сухую массу, называемую условно горючей массой. Принято также пересчитыватьэлементарный состав топлива на условно органическую массу. Ее определяют пересчетом состава топлива на беззольное, безвлажное и бессернистое.

При записи результатов анализа топлива в том или ином его состоянии пользуются индексами. Так, С° обозначает содержание углерода в органиче­ ской массе топлива, Нг — содержание водорода в горючей массе, А — содержа­

Ос, Nc, Sc0<)i4, А с\ для условно горючей массы-г-Сг, Нг, Ог, Nr, Sr; для условно органической массы — С°, N0, Н°, О0.

При анализе газообразного топлива состав его выражают в объемных про­ центах по содержанию отдельных химических соединений, составляющих топ­

Теплотворная способность топлива. При сжигании топлива выделяется тепло, количество которого зависит от его состава. Количество тепла, которое выде­ ляется при полном сжигании единицы данного топлива, называется его тепло­

шую и низшую теплотворную способность топлива. Теплотворная способность, определенная без учета потерь тепла на испарение воды, содержащейся в топ­

ливе, называется высшей (QJJ), а с учетом этих потерь — низшей (QP). При

сжигании топлива в промышленности приходится иметь дело с низшей тепло­ творной способностью, так как при сжигании топлива водяной пар не конден­ сируется и уносится с продуктами сгорания. Теплотворную способность твердого и жидкого топлива определяют опытным путем или расчетом по формуле Д. И. Менделеева, Q, кДж/кг:

QP = [78,3Cp + 289Hp-26(Op- S p) - 6 ( ir p+9Hp)]4,184 или Qp =

= [78,ЗСР + 289НР - 26(Ор - Sp)] 4,184.

Для сравнения теплотворной способности разных видов топлива введено понятие условного топлива; за условное принято топливо, обладающее тепло­ творной способностью 29 310 кДж/кг. Расход жидкого, твердого и газообразного топлива в металлургии часто определяется в условном топливе. Если топливо, например, имеет теплотворную способность 26 920 кДж/кг, то оно соответствует 26 920:29310 = 0,92 условного топлива; следовательно, 1 т его будет по тепло­ вому эффекту соответствовать 0,92 т условного. Полученная величина 0,92 на­ зывается калорийным эквивалентом. Помножив калорийный эквивалент любого топлива на 29 310, получают его теплотворную способность.

Горение топлива. Горением называют процесс окисления, соединения кисло­ рода с горючими элементами топлива, сопровождающийся выделением тепла. При полном сгорании топлива углерод и водород, входящие в его состав, соеди­

и наряду с С02 образуется СО (например, С+0,5О2=СО). Очень важно при сжигании топлива не допускать образования СО, так как наличие его в про­ дуктах сгорания приводит к потере топлива. Если дать избыточное количество воздуха с целью более полного сжигания топлива, то потери тепла могут воз­ расти за счет подогрева дополнительного количества воздуха, который, уходя горячим в трубу, будет уносить часть тепла. Поэтому при сжигании (горении) топлива необходимо соблюдать правильное соотношение между количеством топлива и поступающим для горения в печь воздухом, обеспечивая также хоро­ шее их смешивание.

Минимальное количество воздуха, необходимое по расчету для полного сжи­ гания единицы топлива, согласно уравнениям горения горючих составляющих топлива, называется теоретическим расходом воздуха. Практически для полного сгорания топлива требуется подвод воздуха в количестве, превышающем теоре­

все тепло от сгорания топлива израсходовано только на нагрев дымовых газов. Калориметрическую температуру tK определяют по формуле

Си С2, С3 — средние теплоемкости в интервале температур 0—tK °С, кДж/(кг-К) или кДж/(м3-К).

Калориметрическую температуру горения можно повысить, подогревая воз­ дух или обогащая его кислородом.

Действительная температура горения всегда ниже калориметрической, так как во время горения топлива часть тепла теряется через кладку печи в окру­ жающую среду и передается нагреваемой в печи шихте (металлу). Кроме того,

с целью определения расхода необходимого для горения воздуха или обогащен­ ного кислородом дутья, а также количества и состава продуктов сгорания. Расчеты ведут по данным элементарного состава рабочей массы топлива, исполь­ зуемой непосредственно для сжигания в промышленных печах. Состав сухого

в воздухе приходится 3,762 кмоль N2.

Предполагается, что температура воздуха и образующихся в процессе горе­

60 кг углерода по реакции С+ 0 2 = С 02.

Молекулярная масса углерода равна 12, кислорода 16X2=32; образуется С02= 12+32=44. На 12 кг углерода, согласно реакции, требуется 32 кг кисло­ рода, а на 60 кг углерода потребуется кислорода х:

1 2 - 3 2

в 0 — JC

х = (60 • 32): 12 = 160 кг 0 2.

Вместе с этим кислородом поступит в топку азот, кг:

160 - 23,3

л:- 7 6 ,7

х = (160 - 7 6,7):23:3 = 526 кг N2.

Содержание в воздухе кислорода составляет 23,3%, азота 76,7%; следо­

В случае применения обогащенного кислородом дутья изменяем соотноше­ ние между количеством азота и кислорода. В техническом кислороде содержится 96-98 % 0 2 и 4 - 2 % N2.

Определим расход воздуха для сгорания 60 кг углерода при использовании дутья, содержащего 32 % (объемн.) 0 2 и 68 % (объемн.) N2. В обогащенном кислородом дутье отношение количества азота к кислороду уменьшится по срав­ нению с воздухом и составит 68:32=2,125. Для горения 60 кг углерода тре­

5+10,625=15,625 кмоль, или 15,625X22,4 = 350 м3.

Таким образом, при увеличении содержания кислорода в дутье уменьшается полный расход дутья. Согласно химическому составу, к горючим элементам каменного угля относятся, кроме углерода, водород и сера. Поэтому-суммарный расход кислорода (воздуха) для горения любого топлива определяют суммиро­ ванием расходов кислорода, потребного для сжигания каждого из горючих эле­

ментов топлива.

Расчеты в молях значительно проще и наглядней, поэтому их широко при­ меняют в металлургии. Для удобства вычислений расчет горения топлива сле­ дует вести для твердого и жидкого -топлива на 100 кг, а газообразного — на 100 м3 топлива.§

§ 2. Твердое топливо

Древесное сырье в настоящее время в металлургии в качестве топлива не используется. Это объясняется его низкой теплотворной способностью и ценностью Аля других отраслей народного хозяйства. Дрова применяют в цветной метал­ лургии только для сушки, разогрева и задувки печей. Содержание золы в дро-

вах составляет 0,3—1,0 %. Теплотворная способность органической массы древе­

жание углерода составляет 55—60 %. Зольность торфа 3—14%. Торф исполь­ зуют как сырье для газификации, в качестве топлива вблизи мест добычи на тепловых электростанциях и в быту.

Бурые угли занимают среднее место между торфом и каменным углем. Бурые угли отличаются от каменных меньшим содержанием углерода (в сред­ нем 69 % С), большим содержанием кислорода (в среднем 25 % 0 2) и более высоким содержанием влаги и золы. Теплотворная способность бурых углей колеблется в пределах 10,5—21 МДж/кг.

Бурые угли хрупкие, поэтому их используют в сравнительно ограниченном районе, прилежащем к месту их добычи.

Каменный уголь. По сравнению с бурыми углями рабочее топливо камен­ ных углей содержит больше углерода (Ср = 70—80 %) и меньше кислорода (Ср = 6—10%). Установлено, что каменный уголь при нагревании без доступа воздуха выделяет газообразные вещества (углероды), называемые летучими (Л). Кроме летучих, образуется твердый остаток. В зависимости от количества (вы­ хода) летучих и качества остатка принято каменные угли разделять (класси­

печей, при горении они образуют длинное пламя. Промежуточные угли по клас­ сификации со средним выходом летучих (18—35%) принято называть жирными Ж и коксовыми К. Коксовыми называются каменные угли, образующие при Hajгревании без доступа воздуха прочный пористый твердый остаток, называемый коксом. Угли марок К и Ж используют для получения кокса. Завершают таб­ лицу классификации угли марки Т, называемые тощими, и марки А, называемые антрацитами. Они содержат 89,5—93,5 % Сг и 9—17 % Л г. Угли марок Т и А при нагревании образуют порошкообразный твердый остаток, т. е. кокса эти

угли не образуют.

Антрацит имеет наибольшую степень минерализации по сравнению с дру­