книги из ГПНТБ / Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление)

81. М е д в е д к о в с к и х Ю. Г., Е с я н О. А., Б а р м и н Л. Н, Кинетика вы­ горания серы из расплавленного сульфида меди. Тр. Всесоюзной межвузовской науч­ ной конференции по теории процессов цветной металлургии. Алма-Ата, 1971.

металлических сульфидных материалов во взвешенном состоянии. В сб.: «Комплекс­ ная переработка полиметаллического сырья». Алма-Ата, 1962.

фидов в дисперсно-взвешенном состоянии. В сб.: «Циклонный принцип и его приме­ нение к технологическим процессам». Алма-Ата, 1962.

рита при факельном сжигании его в прямоточной горелке. В сб.: «Физико-химиче­ ские исследования штейно-шлаковых расплавов». Алма-Ата, 1967.

93. Щ у р о в с к и й В. Г., П е н з и м о н ж й . И., Ц е ф т А. Л. Изучение ско­ рости и степени окисления (горения) сернистого железа при факельном сжигании. В сб.: «Циклонно-электротермические способы переработки медного и полиметалличе­ ского сырья». Алма-Ата, 1968.

94. К а ш п о р о в П. Я. Исследование процесса горения одиночных частиц твердого топлива. Материалы 7-ой республиканской межвузовской конференціи! по вопросам испарения, горения и газовой динамики дисперсных систем. Одесса, 1967.

95. R o b e r t s О. С., R o b e r t s o n G. С. and G e n k i n А. Е. — «Trans. Met. Soc. ASME», 1969, 245, N° 11.

96. Р е з н и к о в А. Б. К вопросу теории окислительной плавки во взвешен­ ном состоянии. «Изв. АН КазССР, серия энергетическая», 1958, вып. 1.

97. Б а с и н а И. П., Т о н к о н о г и й А. В. Задача о движении горящих час­ тиц в циклонной камере. В сб.: «Циклонный принцип и его применение к техноло­ гическим процессам». Алма-Ата, 1962.

98. Г р и ш а н к и н а Н. С. Исследования поведения сернистого железа приме­ нительно к условиям плавки медного сульфидного сырья в распыленном состоянии. Автореф. дисс. Алма-Ата, 1971.

99. Т у м и н Н. А., Б р ю к в и н В. А., З е л и к м а н А. Н. Непрерывный ме­

130

тод изучения кинетики окисления сульфидов. «Изв. вузов, Цветная металлургия»,

фида меди. «Изв. АН КазССР, серия металлургии, обогащения и огнеупоров», 1958,

ленных сульфидов и кинетики их взаимодействия с окислами, растворенными в шла­ ке. Автореф. дисс. Свердловск, 1965.

105. К о ж а х м е т о в С. М., Р е б р е е в Г . И. и др. Автоматическая лаборатор­ ная установка для исследования кинетики гетерогенных физико-химических процес­ сов. В сб.: «Окисление и восстановление сульфидов металлов». Алма-Ата, 1972.

106. К о ж а х м е т о в С. М., О н а е в И. А. и др. Кинетика взаимодействия сульфида и закиси меди. В сб.: «Окисление и восстановление сульфидов металлов». Алма-Ата, 1972.

107.А в е т и с я н X. К. Металлургия черновой меди. М., 1954.

108.М а й е р К. Плавка цинка с точки зрения химии и термодинамики. М.,

1933.

wesen», 1954, 7, No 9.

111.F i s c h e r G. — «Freiberger Forschungs Hefte», 1958, B. 29.

112.F i s c h e r G. — «Bergakademie», 1957, v. 12, No 9.

113.О к у н е в А. И. Термодинамика и кинетика взаимодействия сульфида и

окиси свинца. «Цветные металлы», 1953, № 4.

114.О к у н е в А. И., П о п о в к и н а Л. А. Экспериментальное изучение усло­ вий равновесий при взаимодействии окиси цинка с его сульфидом. «Докл. АН СССР», 1956, 107, № 1.

115.О ку не в А. И. Некоторые особенности поведения цинка при бессемировании медных штейнов. «Цветные металлы», 1956, № 1.

116. В е т р е н к о Е. А., К а ш и н А. И. Об улетучивании цинка из сульфи­ дов. В сб.: «Комплексное использование медно-цинковых руд и концентратов». Сверд­ ловск, 1960.

117.Б о ч к а р е в Л. М., Ш у м и л о в а О. IL Изучение условий отгонки цинка полиметаллических концентратов применительно к процессу кислородной плавки- в распыленном состоянии. «Цветные металлы», 1965, № 2.

118.Ф р е н ц Г. С. Окисление сульфидов металлов. М., 1964.

рости реакции взаимодействия сульфида цинка с его окисью в зависимости от темпе­ ратуры состава газовой фазы. В сб.: «Окисление и восстановление сульфидов метал­ лов». Алма-Ата, 1972.

123. К о ж а х м е т о в С. М. Возгонка свинца, цинка и кадмия из полйметал-

131

лического сырья в условиях новых процессов плавки в распыленном состоянии. Автореф. дисс. Алма-Ата, 1966.

124. Т у м а р б е к о в 3. Т. Изучение кинетики и химизма процессов термиче­ ского разложения и окисления двусернистого рения. Автореф. дисс. Алма-Ата, 1971.

125. К о ж а х м е т о в С. М., П е н з и м о н ж И. И., Т у м а р б е к о в 3. Т. О поведении летучих металлов в условиях циклонной плавки сульфидного полиме­ таллического сырья. В сб.: «Циклонно-электротермические способы переработки медного и полиметаллического сырья». Алма-Ата, 1968.

126. К о ж а х м е т ов С. М., П е н з и м о н ж И. И., Ц е ф т А. Л., Т у м >а р б е- к о в 3. Т. Скорость улетучивавши сульфидов свинца в различных газовых атмосфе­ рах при 1000—1400°. «Вестник АН КазССР», 1965, № 4.

127. К о ж а х м е т о в С. М., П е н з и м о н ж И. И., Т у м а р б е к о в 3. Т. О скорости улетучивания сульфида цинка. «Изв. АН СССР, Металлы», 1965, № 2.

128. Н е с т е р о в В. Н., П о н о м а р е в В. Д. Давление пара зернистого цин­ ка в системе при 1200—1400°. «Изв. АН КазССР, серия металлургии, обогащения и огнеупоров», 1960, выл. 3 (9).

129. Б о ч к а р е в Л. М., Ш у м и л о в а О. П. Изучение условий отгонки цин­ ка из полиметаллических концентратов применительно к процессу кислородной плав­ ки в распыленном состоянии. «Цветные металлы», 1965, № 2.

130.Ц ы г о д а И. М., П о н о м а р е в В. Д. О летучести сульфидов цинка. Тр. ИМиО АН КазССР, т. 11, 1965.

131.F i s c h e r G. — «Bergakademie», 1957, XII, 9.

132. К о ж а х м е т о в С. М., П е н з и м о н ж И. И. и др. Скорость улетучи­ вания сульфида кадмия при 1000—1400°. «Изв. АН СССР, Металлы», 1967, № 2.

133. П е н з и м о н ж И. И., Т у м а р б е к о в 3. Т., К о ж а х м е т о в С. М. О термическом разложении двусернистого рения. В сб.: «Циклонно-электротермические способы переработки медного и полиметаллического сырья». Алма-Ата, 1968.

134. Ис а к о в а Р. А., П о н о м а р е в В. Д. Давление пара и давление диссо­ циации сульфидов рения. «Изв. АН СССР, серия металлургии и обогащения», 1969, вып. 3 (9).

135. Р у м я н ц е в Ю. В., Х в о р о с т у х и н а Н . А. Физико-химические осно­ вы пирометаллургии индия. М., 1965.

136. Д е е в В. И. О поведении рения, индия и таллия в процессах пирометаллургической переработки сульфидных концентратов с применением кислорода. Автореф. дисс. Свердловск, 1962.

137. Ф у к с Ю. Б., К о ж а X м е т о в С. М. и др. Кинетика испарения сульфи­ да олова из чистого сульфида и сплавов его с сернистым железом при высоких тем­ пературах. В сб.: «Окисление и восстановление сульфидов металлов». Алма-Ата, 1972.

138.Т у м а р е в А. С., Ф и л и н а Л. Н. Кинетика возгонки моносульфида оло­ ва. «Изв, вузов, Цветная металлургия», 1965, № 3.

139.П у ш к а р е в а Л. Н. Исследование сплавов системы ZnS—FeS «Изв. ву­

КИВЦЭТном агрегате. В сб.: «Энерготехнологические циклонные процессы и установ­ ки». М., 1970.

142.М у р а ч Н. Н. Вытеснение олова из шлаков. М., 1939.

143.В а н ю к о в В. А. К вопросу о сродстве элементов. М., 1916.

Ш

метода получения меди и свинца без расплавления шихты. Юбилейный сб. МИЦМиЗ. М.—Л., 1940.

148.В о л ь с к и й А. Н. Рациональный анализ соединения никеля в отвальных шлаках никелевой плавки и влияние состава шлака на содержание в них никеля. Тр. МИЦМиЗ, № 17, 1947.

149.В о л ь с к и й А. Н. Рациональный анализ соединения никеля в отвальных

шлаках в никелевой плавке. «Изв. АН СССР, серия металлургии и горного дела», 1963, № 4.

150.В о л ь с к и й А. Н. Влияние состава в отвальных никелевых шлаках н? содержание в них никеля. «Изв. АН СССР, серия металлургии и горного дела», 1964, № 4.

151.А в е т и с я н X. К. Металлургия черновой меди. М., 1954.

152.Л о с к у т о в Ф. М. Пути снижения содержания меди в отвальных шла­

Metallurgy». March. C 75, 1966.

164.И с а к о в а P. А., Ц e ф т А. Л. Результаты лабораторного исследования реакционной плавки джезказганского медного концентрата. «Металлургическая и химическая промышленность Казахстана», 1962, № 2.

165.К о л о с о в а В. С. Изучение физико-химических свойств продуктов кон­ вертирования. Автореф. дисс. М., 1968.

133

177.Ф р е н ц Г. С. Окисление сульфидов металлов. М., 1964.

178.А в д е е в М. А. Полиметаллические штейны и их конвертирование. Ал­

и др. Циклонная плавка джезказганского медного концентрата непосредственно на

ками. «Изв. вузов, Цветная металлургия», 1958, № 5.

185. С м и р н о в В. И., М и ш и н В. Д. Изучение форм меди в шлаках мед­ ной плавки. Тр. Уральского индустриального института, вып. 14, 1940.

186. Ц е й д л е р А . А. Металлургия меди и никеля. М., 1958.

187. К в я т к о в с к и й А. Н., О н а е в И. А., Ц еф т А. Л. Исследование из­ менения состава шлака и штейна от парциального давления сернистого ангидрида в газовой фазе. «Изв. АН КазССР, серия хим.», 1965, № 2.

188. В о л ь с к и й А. Н., А г р а ч е в а Р. А., С е р г и е в с к а я Д. М. Влия­ ние состава отвальных никелевых шлаков на содержание в них никеля. «Изв. АН

СССР, Металлургия н горное дело», 1964, № 4.

189. X л ын о в В. В., Е с и н О. А. Извлечение сульфидных включений из расплавленных шлаков при помощи электрического поля. «Докл. АН СССР», 1958, т. XXIII, № 2.

190. К в я т к о в с к и й А. Н., Е с и н О. А., С и з о в Ю. М., А в д е е в М. А. Снижение потерь меди в шлаках свинцового производства электрохимическим ме­ тодом. «Изв. АН СССР, Металлургия и топливо», 1962, № 4.

ном использовании электрической энергии электротермических процессов цветной металлургии. «Металлургическая и химическая промышленность Казахстана»,

1961, № 3.

Г Л А В А 3

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИКЛОННОГО СПОСОБА ПЛАВКИ

АЭРОДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТОВ ЦИКЛОННОГО АГРЕГАТА

Общая структура движения газов в циклоне

I енденция использования вращающихся потоков в различных об­ ластях техники не ограничивается огнетехническими устройст­ вами. Так, центробежные циклоны-уловители успешно используются еще с 80-х годов прошлого столетия. Гидроциклоны широко распро­ странены на обогатительных фабриках металлургического производст­ ва, так как их эффективность и удельная производительность значи­ тельно выше, чем различного рода отстойников и прямоточных

устройств.

Одним из распространенных приемов интенсификации процессов тепло- и массообмена, как известно, является закручивание воздуш­ ного потока с помощью регистров или тангенциального подвода газо­ вого потока к камере цилиндрической формы.

Особенности аэродинамики вращающегося потока — основные факторы, обеспечивающие устойчивую работу циклонных камер и определяющие эффективность протекающих в них процессов. Правиль­ но оргнизованная аэродинамика газовой среды способствует стабиль­ ному воспламенению и горению топлива, высокой степени улавлива­ ния перерабатываемого сырья в пределах рабочего объема циклона, интенсивной термической обработке частиц материала, а также осу­ ществлению требуемых реакций.

135

Аэродинамика закрученного потока выяснена в общих чертах в исследованиях работы циклонов-пылеуловителей [1—3]. Детальные же исследования стали проводиться лишь с развитием циклонных то­ пок в конце 40-х годов [4—10]. Характерной особенностью сильно закрученных потоков в цилиндрической камере является пространст­ венное поле скорости. В цилиндрической системе координат главный

Рис. 52. Схема распределения скоростей и давлений во вра­ щающемся потоке.

вектор скорости в любой точке такого потока можно разложить на три составляющие: вращательную Ѵ?, осевую или расходную Ѵг и ра­ диальную Ѵт.

Основным движением газов в циклонной камере является враща­ тельное движение, скорость которого возрастает от периферии к цент­ ру, достигая максимального значения на некотором расстоянии от центра, практически совпадающего с радиусом выходного сопла.

Приближенная зависимость изменения скорости по радиусу в пе­ риферийной зоне может быть получена, если закрученный газовый по­ ток рассматривать как потенциальное движение идеальной жидкости. Исходя из того, что центробежная сила выделенного элементарного объема во вращающемся потоке (dr-dS-1) (рис. 52) равна изменению’ давления

Для потенциального движения с учетом закона сохранения энергии следует

136

В соответствии с этим периферийную зону принято называть зо­ ной квазипотенциального движения. В центральной области вихрево­ го ядра течение подчиняется закономерности квазитвердого враще­ ния)

-^-=const. (3.5)

В общем виде закономерность изменения скорости Ѵѵ описывает­ ся уравнением

справедливым для обеих зон.

При этом для приосевой зоны га<;0, а периферийной п > 0. Для периферийной зоны предельное значение п = 1, что соответствует дви­ жению жидкости без потерь [11].

В реальных условиях в зависимости от геометрических парамет­ ров циклонной камеры значение показателя степени, как правило, находится в пределах 0,5—0,8, лишь в некоторых случаях л > 1 [12].

Потери энергии, связанные с внутренним трением в потоке реаль­ ной жидкости, вихреобразованием, неравномерностью полей скорости на входе и другими факторами обусловливают снижение величины показателя степени п до указанных значений.

В непосредственной связи с вращательным движением газов на­ ходится поле статического давления в циклонной камере (см. рис. 52). Наибольшего значения оно достигает у стенок камеры и уменьшается к оси. На некотором радиусе г0г=7гс, Рст =0. В приосевой зоне при 7'<го находится зона разрежения, наиболее резко выраженная в се­ чениях, удаленных от выхода. Близ выхода профиль отрицательных давлений выравнивается за счет осевого обратного тока.

Распределение давления по сечению циклонной камеры можно

Потенциальная энергия потока Ро (статическое давление на вхо­ де) по мере приближения к центру превращается в кинетическую энер­ гию. На расстоянии гс от центра, соответствующем центральной зоне, на поверхности которой избыточное давление равно нулю, превраще­ ние завершается полностью. Здесь появляются обратные токи, интен­

137

сивность которых определяется давлением, возникающим в этой обла­ сти и зависящим от давления в пространстве, с которым зона сооб­ щается. Интегрируя уравнение (3.8) в пределах от г до го, получим

Рг 2

Осевая составляющая скорости V г (рис. 53) меняет в зависимости от радиуса как ве­ личину, так и знак. В результате в камере возникают обратные циркуляционные токи, что значительно усложняет изучение струк­ туры потока в циклоне.

Авторы работы [5] различают четыре концентрических зоны, границы которых определяются изменением знака V z.

Приосевую зону камеры заполняет бе­ рущий начало вне камеры слабо закручен­ ный осевой обратный ток. Он, во-первых, уменьшает разрежение в сечениях, близких к выходному соплу, и, во-вторых, тормозит вращательное движение газов в тех же сече­

ниях. Осевой обратный ток по мере продвижения в глубь камеры за счет интенсивного турбулентного обмена моментом количества движе­ ния с окружающим его сильно закрученным потоком постепенно во­ влекается в общее вращательное движение. С удалением от выхода

•кривая V9=f(r) в приосевой зоне постепенно растет и в каком-то се­ чении приобретает вид, характерный для квазитвердого вращения.

Вторая кольцевая зона — «выходной вихрь», где осевая состав­ ляющая скорости направлена к выходу. С «выходным вихрем» камеру покидают газы, введенные через входные сопла, и газы, поступившие с осевым обратным вихрем.

Третья концентрическая зона — кольцевой обратный ток, слабо выраженный в камерах с плоской выходной диафрагмой.

138

В периферийной части камеры находится примыкающая к стен­

Радиальная составляющая скорости Ѵт в большей части камеры пренебрежимо мала по сравнению с Ѵ? и V г . Исключение составляют области вблизи торцевых стенок, в которых Ѵт резко растет [13]. Зна­ чение этой величины составляет более 50% от И8Х , а на расстоянии 1—1,5 мм от торцевой крышки она в десятки раз больше, чем в объеме камеры.

Измерения не показывают заметных радиальных скоростей на трани внешнего потока и вихревого ядра, поэтому ядро считается замкнутым циркуляционным течением, обменивающимся с окружаю­ щими слоями только за счет интенсивной турбулентности [10, 13].

Как показывают опыты, течение газов в циклонной камере автоыодельно относительно числа Е,е и определяется лишь геометрически­ ми соотношенями основных размеров камеры. Это дает возможность обрабатывать результаты аэродинамических исследований в относи­ тельных величинах, принимая за масштаб скоростей Ѵ„х , давлений —

Ѵ!

„ ¥ ВХ

динамический напор на входе р - у - , геометрических размеров — диа­

метр циклонной камеры Лц.

Уровень вращательных скоростей в объеме и вблизи стенок цик­ лонной камеры оказывает решающее влияние на условия ее работы. С одной стороны, он обусловливает сепарационную способность цик­ лонного потока, с другой — существенно сказывается на гидравличе­ ском сопротивлении камеры.

Кроме того, скорость газов на входе в циклон определяет турбу­ лентность вращающегося потока, а следовательно, и интенсивность процессов массо- и теплообмена и сжигания топлива в циклонной камере.

В реальных условиях равенство Ѵ9 г = Ѵ вх • гвх не имеет места. Поэтому вводится так называемый коэффициент сохранения скорости или коэффициент сохранения начального момента вращения [7, 13]:

Этот коэффициент характеризует снижение общего уровня скоростей, вызванного расширением струи, входящей в циклонную камеру, и перестройкой ее поля скорости, а также вихреобразованиями и потерями на трение о стенки. Значение коэффициента S зависит ст геометрических параметров циклонной камеры — относительной

139