книги из ГПНТБ / Эйдензон М.А. Металлургия магния и других легких металлов учеб. пособие

тельной решеткой служит система, датчиком которой является термопара типа ТХА (на схеме Т{).

Термопара присоединена к электронному потенциометру ЭПД (на схеме Э{)

со встроенным пневматическим регулятором типа 04 с задатчиком для установки на заданную температуру (на схеме Р х). При отклонении температуры от заданной регулятор Р г посредством пневмопривода изменяет положение регулирующей

заслонки (на схеме Д-,) на топливном газопроводе. Расход топлива (газа) изме­ няется и температура под решеткой восстанавливается до заданной величины.

Расход первичного воздуха измеряется с помощью дисковой диафрагмы с дифманометром. Так как строгого соответствия между количествами горючего газа

Рнс. 17. Принципиальная схема автоматического контроля и регулирования процесса обезвоживания карналлита в печи КС:

1 — питатель: 2 — печь КС; 3 — топка; 4 — камера смешения; 5 — циклон; 6 — дымо­ сос; 7 — измерение и регулирование расхода карналлита; 8 — измерение и регулирование температуры в газораспределительноЯ камере; 9 — измерение и регулирование общего

и первичного воздуха нет, а первичный воздух подается в топку с большим избыт­ ком, то нет необходимости в автоматическом регулировании его количества. При необходимости положение регулирующей заслонки Д 2 на трубопроводе первич­

ного воздуха изменяют дистанционно вручную посредством пневматической си­ стемы.

Общий расход воздуха автоматически стабилизируется пневматической си­ стемой на основе приборов АУС. Датчиком, измеряющим расход воздуха, служит дисковая диафрагма с дифманометром типа ДМПК-4 (на схеме соответственно Д Ф г и Д М Х). Дифманометр связан с регулятором типа 4РБ-32А с задатчиком расхода воздуха (на схеме Р 2)■ При отклонении расхода воздуха от заданного

регулятор посредством рычажного пневмопровода изменяет положение регули­ рующей заслонки Д 3 на общем воздуховоде, не отвечающее заданному расходу

воздуха. Вторичный прибор типа ЗРЛ-29В (на схеме не показан) указывает рас­ ход воздуха и записывает его на ленточной диаграмме.

Датчиком расхода сырого карналлита служит ленточный весоизмеритель типа ВЛ-1058 (на схеме В). Проходящий по нему карналлит непрерывно взвеши­ вается, а вторичный прибор В х указывает мгновенный расход карналлита. Вто­

ричный прибор имеет реостатный датчик, включенный в схему автоматического регулятора типа ИРМ-240 (на схеме Ра). Сигнал регулятора посредством испол­

40

нительного механизма ИМ управляет приводом реостата в цепи возбуждения двигателя постоянного тока, который приводит в движение скребковый питатель 1.

При отклонении расхода карналлита от заданного весоизмеритель подает сигнал на вторичный прибор. Прибор показывает и регистрирует новую величину расхода, а регулятор в соответствии с новым положением реостатного датчика выдает импульс на исполнительный механизм. Последний начинает вращаться и поворачивает на некоторый угол реостат возбуждения, в результате чего изме­ няется число оборотов двигателя и соответственно скорость движения питателя карналлита до того момента, пока расход карналлита не становится равным за­ данному.

Разрежение под сводом печи также регулируется автоматически. Изменение разрежения достигается перемещением направляющего аппарата дымососа с по­ мощью поршневого пневмопривода П. В качестве датчика используется диафрагма ДФ 2 в комплекте с колокольным дифманометром Д М 2, соединенным с вторичным прибором ЭПИД (на схеме Э2) с пневморегулятором 04 (на схеме Р4). Работа

этой системы аналогична описанным выше.

Периодически приходится корректировать вручную работу систем регули­ рования, изменяя задание на регуляторах. Такая необходимость вызывается нарушением теплового баланса печи вследствие колебаний влажности и темпе­ ратуры карналлита и воздуха, температуры и теплотворной способности топлива.

'6 . СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЧЕЙ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КАРНАЛЛИТА

Обобщающие показатели для сравнительной оценки печей КС и вращающихся печей — это капитальные затраты на сооружение цехов одинаковой производственной мощности, производитель­ ность труда и себестоимость обезвоженного карналлита. Согласно литературным данным, применение печей КС дает значительную экономию на капиталовложениях и эксплуатационных расходах.

Существующий уровень техники позволяет в одинаковой сте­ пени механизировать и автоматизировать процессы в цехах с пе­ чами обоих типов. Однако сравнение многих других показателей приводит к выводу о преимуществе печей КС. В них процесс про­ текает интенсивнее; единичная производительность печи КС

в1,5—2 раза больше, чем вращающейся печи барабанного типа.

Вотличие от вращающихся печей, работа которых характеризуется противотоком горячих газов и карналлита, в печах КС осуще­ ствлен перекрестный ток. Наличие трех топок и перекрестного тока материалов позволяет точнее поддерживать оптимальный температурный режим обезвоживания. Поэтому в печи КС сте­ пень обезвоживания на 4—5% выше и степень гидролиза на 2—3% ниже, чем во вращающейся печи. Как видно в табл. 4 (см. ,с. 31), качество продукта из печей КС выше, чем из вращающихся.

Весьма серьезным доводом в пользу печей КС является воз-, можность получения в них практически безводного малогидрализованного карналлита. Опытами на печи промышленных раз­ меров показано, что при подаче в зоны дегидратации газа, содер­ жащего избыток хлористого водорода, можно почти полностью устранить гидролиз и получить обезвоженный карналлит, со­ держащий 0,4—0,6% Н 20 и 1,0—1,3% MgO. Это открывает новые возможности для дальнейшей рационализации электролитического получения магния (см. с. 159),

41

7. ТЕХНОЛОГИЯ ОКОНЧАТЕЛЬНОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КАРНАЛЛИТА В ПЕЧИ СКН

Окончательное обезвоживание карналлита с расплавлением проводят в стационарной печи непрерывного действия (печь СКН)

Рис. 18. Аппаратурно-технологическая схема окончательного обезвожива­ ния карналлита;

или хлораторе. Аппаратурно-технологическая схема второй ста­ дии обезвоживания карналлита приведена на рис. 18.

Устройство печи СКН

Агрегат печи СКН состоит из собственно печи, двух миксеров и скруббера для промывки отходящих газов. В комплект основного оборудования установки входят также печные трансформаторы. Трансформатор имеет несколько ступеней напряжения; переклю­ чением на ту или иную ступень можно изменять его мощность.

Печь (рис. 19) представляет собой ванну из огнеупорного кир­ пича, заключенную в кожух, изготовленный из толстой листовой стали. На боковую кладку печи и металлический каркас опира­ ется свод, через который пропущены в печь два стальных электрода, а также загрузочный патрубок. Алюминиевыми шинами элек­ троды присоединяются к зажимам печного трансформатора на стороне низкого напряжения. В торцовых стенках печи имеются окна для выгрузки шлама и для выхода отходящих газов. В отвер­ стии одной из продольных стенок установлена чугунная летка для выпуска расплавленного карналлита. К летке присоединена труба или желоб, по которому расплав перетекает в миксер.

42

в

1-Д4-

5 2

Рис. 19. Печь СК.Н;

а «=■продольный разрез; б — поперечный разрез; / — кожух; 2 — ванна; 3 — кладка; 4 — рассечка; 5 — перегородка; 6 — свод; 7 — каркас; 8 — загрузочное отверстие; 9 — электрод; 10, 11 — окна; 12 — летка

43

Миксер (рис. 20) устроен в виде стального цилиндрического сосуда, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом. Сквозь шамотную кладку пропущены два стальных электрода, которые присоединены к трансформатору так же, как электроды печи.

К цилиндрической части миксера примыкает летка. С помощью гидравлического подъемника миксер можно поворачивать вокруг оси, расположенной на одной линии с носком летки. По принципу действия печь и миксер представляют собой электрические печи сопротивления, в которых нагревательным элементом служит расплавленный карналлит.

Пуск печи и миксера

Агрегат тщательно проверяют и приводят в рабочее состояние. Кладку печи и миксера просушивают а затем разогревают до 300—400° С переносными электрическими нагревателями. После этого в печь заливают расплавленный карналлит, перегретый до 750—800° С, и, когда электроды окажутся погруженными в расплав, их включают в электрическую цепь.

После заливки в холодную печь расплав быстро охлаждается. После включения электродов температура расплава повышается до 650—700° С, и тогда начинают загружать в печь обезвоженный карналлит. Когда уровень расплавленного карналлита достигнет отверстия летки, расплав начинает перетекать в миксер.

44

Процессы, протекающие в печи и миксере

Обезвоженный карналлит непрерывно и равномерно загружа­ ется шнеком-питателем в печь. Температура в рабочем простран­ стве печи около 500° С, т. е. на 50—70° С выше температуры плав­ ления обезвоженного карналлита. Немедленное расплавление карналлита по мере его загрузки в печь служит признаком нор­ мального хода процесса. Одновременно с расплавлением карнал­ лита идет его обезвоживание, которое сопровождается гидроли­ зом. Пузырьки из смеси водяного пара и хлористого водорода, выделяющихся в расплаве, проходят сквозь его толщу на по­ верхность. Отходящие газы отсасываются вентилятором и после промывки в скруббере удаляются в атмосферу через' дымовую трубу.

Окись магния, которая образовалась при гидролизе, а также попавшая ранее в печь в составе обезвоженного карналлита, находится во взвешенном состоянии в расплаве. Некоторая часть наиболее тяжелых частиц окиси магния и других твердых приме­ сей осаждается на подине печи.

Уровень расплава в печи поддерживается постоянным. По мере загрузки и расплавления карналлит непрерывно перетекает по

В миксере карналлит окончательно обезвоживается и очища­ ется от значительной части твердых примесей. Для удаления оста­ точной воды из расплава карналлита его нагревают в миксере до 820—860° С и выдерживают 1,5—2,0 ч при этой температуре. Для разложения находящегося в карналлите сульфата в расплав добавляют молотый древесный уголь или нефтяной кокс. Углерод при указанной температуре взаимодействует с сульфатом магния:

2MgS04 + С = 2MgO + 2S02 + С 02, MgS04 + 2С = MgS + 2С02.

Таким способом удается удалить из карналлита до 90% содержа­ щейся в нем связанной серы.

После прогрева расплава выключают ток и выдерживают расплав в миксере 1,5—2,0 ч. Окисьмагния и другие твердые примеси (соединения алюминия,1железа, кремния, серы и др.), которые находятся в расплаве во взвешенном состоянии, осажда­ ются на дно миксера. Осветленный безводный карналлит сливают в ковши и. перевозят к месту потребления. Твердые примеси, осев­ шие на дно печи и миксера, удаляют из этих аппаратов вместе с некоторым количеством расплавленного карналлита в виде так называемого шлама. Выход шлама составляет около 100 кг на 1 т безводного карналлита.

45

Загрузка обезвоженного карналлита в печь и выпуск из нее расплава происходят непрерывно. Миксеры же работают циклично: пока один из них наполняется расплавом и прогревается, в другом отстаивается безводный карналлит.

8. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В ПЕЧИ СКН

Ниже приведены основные показатели процесса и нормы тех­ нологического режима работы агрегата СКН:

При постоянной скорости загрузки обезвоженного карналлита

впечь температуру в рабочем пространстве регулируют, изменяя силу тока, проходящего через расплав, путем переключения пер­ вичного трансформатора (автотрансформатора) на необходимую ступень напряжения. Изменением силы тока обычно регулируют температуру расплава печи во время ее пуска, а также температуру

вмиксере.

Производительность печи зависит от скорости расплавления и обезвоживания карналлита. При заданных мощности, напряже­ нии на электродах и силе тока, проходящего через расплав, про­ изводительность обратно пропорциональна содержанию остаточ­ ной воды в загружаемом карналлите. «При постоянном составе карналлита производительность печи прямо пропорциональна количеству электрической энергии, потребляемой в единицу вре­ мени.

Производительность печи максимальна, когда трансформатор включен на наивысшую ступень напряжения, а сила тока пре­ дельна для данного трансформатора. Температуру расплава в печи при таком режиме поддерживают постоянной и регулируют ее изменением скорости загрузки карналлита в печь в зависимости от колебания содержания в нем воды.

Об автоматизации контроля и регулирования процесса в агре­ гате СКН см. с 51.

46

9. ТЕХНОЛОГИЯ ОКОНЧАТЕЛЬНОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КАРНАЛЛИТА В ХЛОРАТОРЕ

Устройство хлоратора

Хлоратор (рис. 21)— это аппарат для получения безводного карналлита хлорированием карналлита в расплаве в присутствии углерода. В хлораторе совмещены процессы: расплавление и частичное обезвоживание карналлита, хлорирование остаточной воды и окиси магния, а также очистка безводного карналлита от твердых примесей. Хлоратор состоит из трех отделений: пла­ вильника А, первой и второй реакционных камер Б -I, Б-П и миксера В, размещенных в одном кожухе.

Плавильник расположен в верхней части хлоратора и отделен от реакционных камер сплошным наклонным перекрытием и гори­ зонтальной перегородкой с отверстиями. От миксера плавильник отделен вертикальной стенкой. Сверху в плавильник введены стальные электроды, там же находится загрузочное отверстие.

Реакционные камеры отделены одна от другой вертикальной стенкой, в которой имеется соединительный канал. Поперек ка­ мер лежат решетчатые полки, которые разделяют камеры на верх­ нюю и нижнюю зоны, соединенные между собой переточными ка­ налами. В нижней зоне имеется выпускное отверстие с леткой.

Сдвух сторон в камеры введены электроды и хлорные фурмы. Миксер соединен с реакционной камерой переливным каналом.

Сверху в миксер введены стальные электроды, внизу миксера имеется выпускная летка. Электроды каждого из отделений под­ соединены к печным трансформаторам.

Пуск хлоратора

Просушив и разогрев рабочее пространство, заливают в реак­ ционные камеры расплавленный (700—750° С) карналлит, одно­ временно включая печной трансформатор. Затем постепенно повышают уровень расплава, подогревая его электрическим то­ ком, заливают расплав в плавильник и включают определенный трансформатор. После этого начинают загружать в плавильник твердый обезвоженный карналлит и нефтяной кокс и одновременно подавать хлор в реакционные камеры.

Пуск хлоратора считается законченным, когда расплав в реак­ ционных камерах поднимется до такого уровня, что начнет перетекать в миксер хлоратора, а качество безводного карналлита, выпущенного из миксера, будет удовлетворять технологическим нормам.

Процессы, протекающие в хлораторе

Твердый обезвоженный карналлит и тонко измельченный неф­ тяной кокс непрерывно загружают в плавильник. Карналлит расплавляется и теряет основную часть воды. Одновременно с расплавлением протекает частичный гидролиз карналлита,

47

в

6

Рис. 21. Хлоратор:

а — продольный разрез; б — поперечный разрез; / —кожух; 2 — кладка; 3 , 5 , 6 — электроды; 4 — загрузочное отверстие; 7, 14 — летки; 8 — фурмы; 9 — решетчатые полки; 10 — переточный канал; 11 — газо­

ход; 12 — охлаждающее устройство; 13 — переточные каналы; 15 — порог; А —плавильник; Б -I, Б - П — реакционные камеры; В —миксер

. 48 ,

вследствие которого содержание окиси магния в карналлите несколько увеличивается. В плавильнике поддерживается постоян­ ный уровень расплава — по мере загрузки и расплавления кар­ наллита расплав непрерывно переливается через порог в верх­ нюю зону первой реакционной камеры. Незначительная часть окиси магния осаждается на дно плавильника, а основное ее коли­ чество остается во взвешенном состоянии в расплаве и переходит вместе с ним в реакционную камеру. Хлористый водород удаляется вместе с водяным паром в составе отходящих газов.

В расплавленном карналлите, поступающем в первую реак­ ционную камеру хлоратора, содержится до 4% окиси магния, 0,3—0,5% воды и весь нефтяной кокс, который был загружен с карналлитом. . По переточным каналам расплав перетекает из верхней зоны в среднюю, из нее — в нижнюю зону первой реак­ ционной камеры, потом по вертикальному соединительному каналу поступает в верхнюю зону второй реакционной камеры, а затем в среднюю и нижнюю зоны этой камеры. Направление движения расплава от плавильника по зонам обеи){ камер показано на рис. 21 сплошными линиями со стрелками.

В нижнюю зону каждой из реакционных камер через фурмы поступает под давлением хлоро-воздушная смесь — анодный газ магниевых электролизеров, содержащая 65—75% хлора. Мелкие пузырьки хлора проходят сквозь расплав нижней зоны, а затем через отверстия в решетчатых полках. Хлор перемешивает рас­ плав и тесно соприкасается с частицами окиси магния, воды (точ­ нее— водородсодержащих соединений) и нефтяного кокса, находя­ щихся в расплаве. Направление движения хлора показано на рис. 21 пунктирными линиями со стрелками.

Вхлораторах некоторых конструкций вертикальный соедини­ тельный канал отсутствует, а расплав поступает из первой реак­ ционной камеры во вторую через переточное окно в нижней части камер.

Вреакционных камерах хлор взаимодействует с водой и

окисью магния, которые находятся в расплаве. После хлориро­ вания в расплаве практически не остается воды. Но окись магния хлорируется лишь частично, примерно на 75%. Можно так отре­ гулировать скорость загрузки карналлита и подачи хлора, чтобы хлорирование окиси магния происходило значительно полнее. Однако это нецелесообразно, так как степень использования хлора с уменьшением концентрации окиси магния в расплаве резко уменьшается. Поэтому расход хлора регулируют так, чтобы сте­ пень его использования была приемлемой (не менее 50%). Но при этом в расплаве остается 0,6—0,8% окиси магния, которая играет положительную роль в процессе, так как она подавляет хлори­ рование других окислов, обычно присутствующих в карналлите, в частности Fe20 3 (см. с. 27), и тормозит образование вредных для электролиза растворимых примесей хлоридов железа, крем­ ния и др. Некоторое количество окиси магния осаждается в мик-