1236

§ 3. Жидкое и газообразное топливо

)Кидкое топливо разделяют на естественное и искусственное. К естественному жидкому топливу относят нефть. Нефть может быть использована как топливо, но ввиду большой ценности продуктов переработки нефти для отопления ее не применяют. В процессе переработки нефти — дробной или фракционной пере­

В некоторых марках мазута содержится значительное количество серы (до 0,5— 4%), делающей его непригодным для рафинировочных печей цветной метал­

лургии.

При сгорании мазут образует хорошо светящееся пламя, интенсивно излу­ чающее тепло. Для обеспечения хорошего распыления мазута перед сжиганием его подогревают до 90—100 °С.

Газообразное топливо разделяют на естественное и искусственное. К искус­ ственному газообразному топливу относятся коксовый, генераторный и доменные газы. Их применяют на заводах черной металлургии. В цветной металлургии

Природный газ широко применяют для отопления плавильных и медерафи­ нировочных отражательных печей. Кроме того, природный газ является ценней­ шим сырьем для химической промышленности. В перспективе добыча газа и нефти будет быстро оазвиваться, опережая темпы развития добычи угля.§

§ 4. Способы переработки твердого топлива. Коксование

Методы переработки естественных твердых топлив можно разделить на две группы — механические и химические. Главный вид механической переработки — обогащение и брикетирование. Ко второй группе можно отнести углежжение, коксование, газификацию и сжижение. Коксованию подвергают каменные угли марок К, Ж и Г без доступа воздуха. Запасы коксующихся углей невелики, поэтому для коксования готовят шихту из коксующихся и некоксующихся углей. Сухую перегонку (без доступа воздуха) производят при 1000—1100 °С в коксо­ вых печах, состоящих из прямоугольныхкамер. Эти печи называются коксовыми батареями. Коксовая батарея состоит из 45—100 рабочих камер. Между каме­ рами расположены каналы, по которым циркулируют топочные газы, нагреваю­ щие уголь. Камеры имеют форму параллелепипедов длиной 12—14 м, шириной 0,4 м и высотой 4 м. Емкость каждой камеры — 15 т угля. Перед коксованием уголь предварительно измельчают до крупности 0,3 мм и увлажняют до содер­ жания влаги 8—9 % и загружают в камеры.

При нагревании коксовых углей в камерах из них удаляются влага и лету­ чие вещества: водород, углеводороды, сероводород, азот, которые образуют

мый коксом. Кокс содержит около 82—88 % углерода, 9—12 % золы и до 2 % серы. Теплотворная способность кокса составляет 28 000 кДж/кг.

Очень важными для металлургии свойствами кокса являются его пористость, механическая прочность и высокая температура воспламенения. Кокс, обладаю­ щий этими свойствами, доходит до низа шахтной печи при плавке руд цветных металлов и сгорает там, развивая высокую температуру. В процессе коксования получаются побочные продукты: коксовальный газ, каменноугольная смола, ам­ миак и цианистый водород.

1.Каков элементарный состав рабочего топлива, абсолютно сухого топлива, условно горючей массы и условно органической массы топлива?

2.Как пересчитать состав рабочего топлива на условно органическую массу?

3.Как определяется теплотворная способность топлива, какая разница между

Q I и Q р?

4.Что такое полное и неполное горение топлива?

5.Как определяют расход кислорода и воздуха для горения топлива?

6.Какие виды жидкого и газообразного топлива вы знаете?

7.Как получают кокс и где он применяется?

8.Какие опасности могут возникнуть во время работы с природным газом*

угольной пылью?

У

§ 1. Сжигание твердого кускового и пылевидного топлива

Кусковое твердое топливо для отопления металлургических печей применяют сравнительно редко.

Пылевидное топливо для отопления отражательных печей в последнее время применяется ограниченно. В связи с увеличением добычи в Советском Союзе жидкого и газообразного топлива отражательные печи переводят на природный газ. Следует, однако, отметить, что пылевидное топливо по сравнению с куско­ вым имеет ряд следующих преимуществ:

1)быстрое сгорание угольных частиц (размер 0,05—0,074 мм) при мини­ мальном избытке воздуха, что обеспечивает получение максимальной темпера­ туры в печи;

2)легкость регулирования температуры в печи, так как горение происходит

врабочем пространстве печи;

3)удобство обслуживания топочных устройств.

Пылевидное топливо имеет и недостатки. Угольные частицы горят во взве­ шенном состоянии в рабочем пространстве печи, и зола частично оседает на про­ дуктах плавки и загрязняет их. Кроме того, зола химически воздействует на огнеупорную кладку печи, понижая ее стойкость. Угольная пыль подвержена самовозгоранию, поэтому во избежание взрыва и пожаров не следует допускать ее накопления при хранении.

Для отопления отражательных печей рекомендуется применять уголь с золь­ ностью не более 8—12% и высоким содержанием летучих веществ (25—35 %), от которых зависит скорость воспламенения и горения угля.

Турбулентная пылеугольная горелка. Горение угольной пыли, как уже от­ мечалось, должно полностью закончиться при взвешенном состоянии частиц угля в рабочем пространстве печи. Для этого необходимо, чтобы пылевоздушная смесь обладала достаточной скоростью воспламенения. Практически скорость воспламенения достигает 13 м/с. Поэтому во избежание втягивания пламени внутрь горелки скорость выхода смеси из горелки должна быть больше скорости воспламенения смеси и составлять 15—20 м/с.

На рис. 33 показана турбулентная пылеугольная горелка производитель­ ностью по углю 1—1,2 т/ч, применяющаяся на некоторых отечественных меде­ плавильных заводах. Для лучшего смешивания пыли и воздуха в конце трубы горелки установлены подвижная насадка и конус-рассекатель. Горелка закан­ чивается чугунным диффузором. Пыль в смеси с первичным воздухом поступает по центральной трубе, а вторичный воздух подается через улиточный подвод. Давление первичного воздуха составляет 26,6 Па, вторичного 13,3—19,99 кПа. Скорость смеси (аэросмеси) на выходе из горелки равна 30 м/с. Максимальная

температура в рабочем пространстве печи достигает 1500—1600 °С. Для повыше­ ния температуры факела с успехом применяют вторичный воздух, обогащенный кислородом или подогретый до 400 °С. Коэффициент избытка воздуха а при сжигании пылевидного угля поддерживается около 1,2—1,25.

Меры безопасности при работе пылеугольных установок. При работе с уголь­ ной пылью надо всегда учитывать ее взрывоопасность. При взрыве угольная пыль интенсивно горит, при этом мгновенно возрастают температура и давление,, вследствие чего разрушается аппаратура. Опыт показал, что очаги горения об­ разуются в результате воспламенения отложения пыли вследствие нагрева ее горячим воздухом. Для предупреждения взрыва не следует допускать отложений пыли в пылепроводах. Для уменьшения интенсивности взрыва необходимо уста­ навливать в них предохранительные клапаны.

§ 2. Сжигание жидкого топлива

Жидкое топливо имеет определенные преимущества по сравнению с пылеуголь­ ным. При использовании жидкого топлива отпадает необходимость в сложной системе подготовки и транспортировке его. Жидкое топливо обладает высокой теплотворной способностью, сжигается почти без остатка и может перекачи­ ваться по трубопроводам.

Для отражательных плавильных, рафинировочных и нагревательных печей в качестве жидкого топлива применяют мазут. Для приема и хранения его пере­ качивают в стальные баки. Для предохранения от пожара баки лучше всего располагать на соответствующем расстоянии от заводских зданий. Из этих баков мазут перекачивается в небольшой бак, расположенный в цехе. Из бака подо­

лить струю мазута до мельчайших капелек (диаметр капелек 0,04 мм), хорошо смешать капельки мазута с воздухом и подать топливо-воздушную смесь в ра­ бочее пространство печи. В зависимости от способа распыления форсунки можно разделить на две группы: механические и с воздушным распылением. В меха­ нических форсунках мазут распыляется в результате выхода через небольшие отверстия наконечника форсунки под значительным давлением. Механические форсунки для печей цветной металлургии не применяют, поэтому здесь они не рассматриваются.

Форсунки с воздушным распылением делятся в свою очередь на две группы: низкого и высокого давления. В форсунках низкого давления распылителем слу­ жит вентиляторный воздух с давлением 104 Па, и весь воздух для горения по­ ступает через форсунку. Применяют их для низкотемпературных печей с огра­ ниченными размерами рабочего пространства. В цветной металлургии они не нашли широкого применения и поэтому тоже не рассматриваются.

Форсунки высокого давления применяют для отопления плавильных и рафи­ нировочных печей. Для распыления используют компрессорный воздух в количе­ стве 10—15% от воздуха, необходимого для сжигания мазута. Вторичный воздух (85—90 %) через форсунки не проходит, и его подают через короба, располо­ женные над форсунками или окружающие их. Если распылителем является пар, то весь необходимей для горения воздух подают в виде вторичного. Поскольку вторичный воздух подают по особым каналам, его можно подогреть до 600— 1000 °С или обогатить кислородом, что позволит повысить интенсивность горения топлива.

Типичной является форсунка конструкции В. Г. Шухова, у которой распы­ ление происходит не в самой форсунке, а вне ее, близ носика. Форсунка Шу­ хова (рис. 34, а) состоит из двух трубок: внутренней мазутной и наружной воз­ душной (паровой). Выходное отверстие для прохода мазута имеет постоянное сечение. Величина кольцевой щели для прохода сжатого воздуха (пара) в за­ висимости от производительности форсунки регулируется перемещением мазут­ ной трубки, для чего нужно ослабить гайку. Расход мазута регулируют венти­

3—400 кг/ч. Расход сжатого воздуха, необходимого для распыления 1 кг мазутаг составляет 0,6—0,8 м3/кг, а расход пара изменяется от 0,4 до 0,6 м3/кг.

На рис. 34,6 показана плоскощельная форсунка высокого давления, приме­ няемая для отопления рафинировочных печей. Мазут в этой форсунке поступает по нижнему каналу под давлением 0,3—0,35 МПа и выходит из нее в вертикаль­ ном направлении. По верхнему каналу форсунки в направлении, перпендику­ лярном струе мазута, подают компрессорный воздух давлением 0,4—0,5 МПау

Мазут

Рис. 34. Газомазутные форсунки высокого давления:

распыл'яющий мазут в виде плоского веерообразного факела, обеспечивая хоро­ шее смешивание мазута с воздухом. Плоскощельная форсунка дает возмож­ ность регулировать не только подачу мазута в пределах 300—700 кг/ч, но и ее производительность, что имеет большое значение для работы рафинировочных печей. Расход компрессорного первичного воздуха-распылителя составляет около 5—10 % от воздуха, необходимого для горения топлива. Вторичный воздух подают вентилятором низкого давления через сопло, которое охватывает фор­ сунку.

На отечественных предприятиях успешно используют и другие конструкции: форсунок.

§3. Сжигание газообразного топлива

Впоследние годы непрерывно возрастает доля использования природного газа для отопления отражательных печей. Газ просто и легко транспортируется по трубам к потребителю. Его легко смешивать с воздухом.

ВСоветском Союзе газ является наиболее дешевым видом топлива; 1000 м3

природного газа стоят 18—26 руб. в зависимости от района, 1 т мазута 26— 34 руб.

Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с пылевидным и жид­ ким топливом: Полностью сгорает в печи с минимальным избытком воздуха; не дает золы, высококалориен; позволяет полностью автоматизировать процесс го­ рения.

Наряду с указанными преимуществами природный газ по сравнению с твер­ дым и жидким топливом имеет недостатки. Практикой подтверждено положение о низкой светимости газового факела и пониженной теплоотдаче от факела к шихте. Последнее обстоятельство имеет большое значение для отражательной плавки, так как за счет теплопередачи излучением шихта получает до 80 % всего тепла. В природном газе нет мельчайших частиц пыли или смол, которые определяют лучеиспускание факела. Для повышения светимости факела требуется предварительна*! карбюрация природного газа (разложение газа при 400—800 °С происходит с выделением сажи) или комбинированное газомазутное отопление.

Ряд предприятий медной промышленности с целью интенсификации тепло­

передачи от газового факела к шихте использует для сжигания смесь газа и мазута.

За последнее время процесс сжигания топлива на отечественных заводах -интенсифицируется за счет обогащения дутья кислородом или подогрева дутья. По мере обогащения дутья кислородом температура в печи возрастает пропор­ ционально содержанию кислорода в дутье. Температура факела при воздушном

.дутье равна 1460 °С, а при обогащении дутья кислородом до 40% 1720 °С. Обогащение дутья кислородом на отечественных заводах до 24—30 % позволило повысить проплав и сократить расход топлива на 22—25 %. Подсвечивать факел мазутом при обогащении дутья кислородом не обязательно.

Установлено также, что чем выше температура подогрева воздуха, тем нижа расход топлива. Внедрение подогретого дутья для эффективного сжигания топ­ лива в отражательных печах — один из основных'путей дальнейшего усовер­ шенствования процесса сжигания жидкого и газообразного топлива.

Смесь газа с воздухом взрывоопасна, при некоторых обстоятельствах при­ родный газ ядовит. Поэтому при эксплуатации установок, работающих на газо­ образном топливе, необходимо строго выполнять правила техники безопасности.

Существующие конструкции горелок для сжигания газообразного топлива различают по месту смешивания воздуха и газа: горелки с предварительным смешиванием до поступления в горелку, со смешиванием в самой горелке Я лосле выхода из горелки. Если газ и воздух смешиваются в самой горелке при сильном завихрении смеси, то такая горелка называется турбулентной. Еслй газ подают под большим давлением и он выходит из сопла с большой скоро­ стью, всасывая в горелку воздух, горелка называется инжекционной.

По форме выходных отверстий горелки бывают круглые и щелевидные. Горелки, в которых смешивание газа и воздуха перенесено в рабочее простран­ ство печи, называются пламенными или факельными. Если смешивание газа и воздуха происходит заранее, то такая смесь горит очень быстро, без видимого пламени, с коротким факелом. Поэтому такие горелки носят название горелок беспламенного горения.

В настоящее время на отечественных отражательных печах для плавки шихты применяют два типа горелок: турбулентные газомазутные внешнего сме­ шивания и газовые двухпрбводные внутреннего смешивания.

§ 4. Газомазутные горелки

Газомазутные горелки (рис. 35, а) работают на смешанном топливе — природном тазе и мазуте. Расход природного газа при давлении 0,25 МПа может изме­ няться в пределах 0—1500 м3/ч, а расход мазута при давлении 0,3 МПа — до

Рис. 35. Газомазутные горелки отражательных печей:

■а — турбулентная газомазутная; б — двухпроводная (в качестве резервного топлива — мазут)

1600 кг/ч. Газовые двухпроводные горелки внутреннего смешивания (рис. 35,6) могут работать на дутье, обогащенном кислородом.

Характеристика турбулентной газомазутной горелки следующая: расход газа 1400 м3/ч, мазута 530 кг/ч, вентиляционного воздуха 19 300 м3/ч, конвертерного

К 70-м годам XX столетия сложилась следующая технология производства меди по главным этапам: плавка концентрата (иногда руды) с получением богатого медью сплава сульфидов —

разных заводах наиболее различаются способы плавки концент­ рата.

Значение и применение меди в народном хозяйстве. Важней­ ший потребитель меди — электротехническая промышленность (50—60 % всей меди). В чистом виде применяют медь для соору­ жения линий электропередач. Из медного проката (листы, бруски, трехгранные прутки) монтируют токоподводы в цехах электро­ лиза в производстве алюминия, меди, цинка и никеля. Чистую медь расходуют и в автомобилестроении (радиаторы, оснащение двигателей, как подслой при хромировании и др.). В машино­ строении медь применяют в сплавах с цинком (латуни) и оловом (бронзы). Некоторое количество меди употребляется для изго­ товления художественных изделий.

Из солей меди большое значение имеет медный купорос, при­ меняемый в производстве искусственного шелка и в сельском хо­ зяйстве для защиты виноградников и других плодовых культур ■от вредителей.§

§ 2. Краткие сведения о добыче медных руд

В настоящее время медной рудой считают породу, в которой содержится примерно 0,6 % меди.

По характеру залегания в месторождении медные руды де­ лятся на сплошные в виде горизонтальных или падающих под тем или иным углом рудных тел и жильные, залегающие во вме­ щающей породе в виде жил различной мощности. Сплошные руды можно добывать открытым и подземным способом, для чего в по­ роде проходят шахты или штольни.

Добыча руды открытым способом экономически целесообразна, если отношение массы или объема выемки отработанной породы к массе или объему добываемой руды — коэффициент вскрыши — не превышает предела, при котором добытая руда получается дороже руды, добытой подземным способом. При небольшом ко­ эффициенте вскрыши, когда рудное тело выходит близко к земной поверхности, открытый способ добычи обеспечивает высокую про­ изводительность труда и получение дешевой руды. В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на

1981—1985 годы и на период до 1990 года предусматривается уве­ личение доли руды, добываемой открытым способом.

Количество добываемой медной руды на крупном современном руднике достигает десятков миллионов тонн в год. Если руда добывается открытым способом, то на руднике имеется один или больше карьеров, которые отрабатываются мощными экскавато­ рами с ковшами емкостью до 8 м3 и иногда более. Породу (вскрышу) отводят в отвал в саморазгружающихся железнодо­ рожных вагонах-думпкарах грузоподъемностью 60—90 т; руду же доставляют на обогатительную фабрику или завод в саморазгру­ жающихся железнодорожных вагонах грузоподъемностью 60 т. На многих рудниках с открытым способом работ породу и руду отвозят в самосвалах, способных перевозить за один рейс 25—45 т, а в некоторых случаях 75—120 т. Перевозка горной массы (руды и породы) самосвалами обходится часто дешевле перевозки железнодорожными вагонами. Выбор способа перевозки руды на карьерах необходимо каждый раз обосновывать технико-экономи­ ческим расчетом.

В настоящее время большая часть медной руды добывается открытым способом. Добыча медной руды подземным способом составляет в нашей стране около 30 % от всей добываемой руды. Крупное дробление руды производится на руднике непосредст­ венно под землей, для чего в специальной камере вблизи подъем­ ных устройств шахты имеются дробилки.

Сырьем для производства меди стали концентраты, получае­ мые флотационным способом. Доля меди, выплавляемой в разви­ тых странах непосредственно из богатых кусковых руд, в послед­ ние годы составляет примерно 4—8 %. В Советском Союзе плавка руды сохранилась только на старых уральских заводах. Значение ее будет еще снижаться.

Таким образом, на металлургические заводы поступают два вида сырья: бедное рудное и богатое (концентраты). Руда, бога­ тая сульфидами железа, пиритом и пирротином, содержит 2—4 % меди, до 15—20% кварца и силикатов, 1—2% цинка, 30—40 % серы. Главный медный минерал — халькопирит (CuFeS2).

Наиболее часто встречаются следующие три типа концент­ ратов:

1)халькопирит-пиритные (иногда с пирротином), характер­ ные для Урала, содержат 16—20% меди, по 30—35 % серы и железа, цинк и пустую породу. Аналогичный состав имеют алмалыкские и некоторые концентраты Казахстана;

2)халькопиритные концентраты, получаемые из медно-нике­

левых руд. Эти концентраты содержат 24—28 % меди, примерно по 30—35 % серы и железа и 1—2 % никеля;

3) халькозин-борнитовые концентраты, выделяемые из пластовых руд, преимущественно песчаников. Эти концентраты харак­ терны для Джезказгана (Казахстан) и в перспективе для Удокана (Восточная Сибирь). Они содержат до 40% меди, по 10—12% серы и железа, остальное — кварц и алюмосиликаты.

пирит (по 50 %)

Минеральный состав медьсодержащего сырья. Минеральный состав руды или концентрата определяет, если не приняты особые меры, степень удаления серы и содержание меди в выплавленных сульфидах. Дело в том, что при нагревании сульфидных минера­ лов меди в нейтральной атмосфере они, кроме меди, выделяют часть серы уже при 650—800 °С, находясь еще в твердом виде. Происходит термическая диссоциация. При температуре плавле­ ния выделение серы заканчивается, в расплавленном состоянии находятся только простые сульфиды: Cu2S и FeS. Сульфиды •основных примесей, т. е. цинка и свинца, при нагревании практи­

нагревании смесей халькозина с борнитом может составить всего 5—8 %. Степень удаления серы, которую принято называть десуль­ фуризацией,— очень важный показатель в металлургическом про­ цессе. От нее зависит состав газов и тепловой баланс. Содержание серы в сырье определяет его теплотворную способность и способ подготовки к плавке. Данные о содержании меди в остатке после расплавления основных медных минералов приведены в табл. 7.

Таким образом, минеральный состав концентрата отчасти опре­ деляет содержание меди в получающемся расплаве и его плав­ кость.

§ 3. Цена и себестоимость меди

На цветные металлы установлены цены, обеспечивающие рента­ бельную работу предприятий. Ниже приведено соотношение цен

н а ц в е т н ы е и ч е р н ы е м е т а л л ы (п о п р е й с к у р а н т у о п т о в ы х ц е н н а