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

восприятия поверхностей циклонной камеры и, следовательно, потерь тепла с водой, охлаждающей стенки циклона.

Как было показано, конвективная составляющая в циклонной камере достигает 30% и более от общего теплообмена между факелом и стенкой. Поэтому тепловой поток от воздушного вихря к ограждаю­ щим поверхностям циклона необходимо рассчитывать как сумму кон­ вективного и лучистого теплообмена.

Удельный тепловой поток к стенкам циклонной камеры за счет конвекции определяется по зависимости

£эф— эффективная температура в циклоне; taф= ]' Т т• Твых —

-273;

Т т— теоретическая температура горения, °К; Nu4— рассчитывается по уравнению (3.107).

Расчет лучистого теплового потока можно вести методом, пред­

тепловой эффективности і}> ошипованных стен циклона, учитываю­ щий обратное излучение поверхности жидкой пленки:

По величине принятого избытка воздуха а находится коэффици­ ент ß, учитывающий замену эффективной температуры излучателя теоретической ß= 0,2 + 0,7а; по температуре газов на выходе из цик­ лона ТВЬІХ — коэффициент ослабления

твых

* = 1,6 0,5. (4.10)

1000

Длина светового луча в камере [21]

Оф = л г ( 1 — е ~ к Р 1 ) ,

280

где тп— коэффициент заполнения камеры факелом, который для циклонных камер можно принять равным единице;

Р — давление в камере.

Степень черноты камеры находят по (4.9) и (4.11):

аф

'"г Оф+(1— Оф)4

По формулам (4.9)—(4.12) и величине теоретической темпера­ туры горения Т,г рассчитывается удельное тепловосприятие стен цик­ лона за счет лучистого теплового потока

В исследованиях по переработке различного сырья на стендовых полупромышленных и опытно-промышленных циклонных установках нами изучался также тепловой баланс при отоплении твердым и жид­ ким топливом в условиях различных тепловых форсировок камер. Установлено, что удельное восприятие ошипованной поверхности цик­ лона находится в пределах (80—120) ■103 ккалім2 ■час, что хорошо согласуется с суммарным тепловым потоком, рассчитанным для кон­ вективного и лучистого теплообмена. Поэтому в пределах указанных величин значение Q5 может быть рекомендовано для расчета. Верх­ ний предел следует принимать при переработке тугоплавких мате­ риалов, когда температура газов, уходящих из циклона, должна под­ держиваться на уровне 1500—1550°.

ботки руд Центрального Казахстана. Тр. Карагандинской сессии АН КазССР. Алма-

Ата, т. 4, 1959.

3. Т о н к о н о г и й А. В. Циклонный процесс сжигания измельченных топлив и плавки мелких руд и концентратов. Тр. Института энергетики АН КазССР, т. 2,

281

ГЛАВА 5

ЦИКЛОННАЯ ПЛАВКА СУЛЬФИДНЫХ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

УКРУПНЕННЫЕ ОПЫТЫ

пыт освоения и эксплуатации циклонных топок, а также пред­ варительные лабораторные исследования [1, 2, 3] в совокупно­ сти с некоторыми теоретическими предпосылками позволили выра­

ботать ряд рекомендаций по выбору рациональных конструктивных решений и приближенных режимных параметров циклонного про­ цесса. Результаты этих работ с учетом некоторых особенностей, при­ сущих пирометаллургической переработке сульфидных материалов, заложены в основу компоновки циклонной камеры в сочетании с ко- пильником-отстойником, необходимым для полного разделения про­ дуктов плавки.

В 1954 г. в Академии наук Казахской ССР была создана цик­ лонная опытная установка [4—6] для проверки конструктивных и технологических ее параметров при переработке как сульфидного, так и окисленного металлургического сырья. В качестве пробного исходного материала для плавки циклонным способом был взят суль­ фидный медный концентрат (шихта) Балхашского горно-металлурги­ ческого комбината (БГМК) следующего состава: 20,0% Си; 20,3 Fe; 26,7 S; 17,0 SiCb; 4,7 А1о03; 8,3 CaO и 0,4 MgO при влажности

2,5—3,0%. С целью получения расчетного состава продуктов плав-

283

284

Таблица 15

Результаты фазового анализа шлака на формы меди и железа

С целью установления влияния длительности отстаивания и сте­ пени десульфуризации шихты на содержание меди в шлаках послед­ ние выборочно подвергались дополнительному отстаиванию при спокойном состоянии ванны циклонной установки (табл. 16), а также в лабораторных условиях при подаче на поверхность жидкого шлака сульфидных материалов.

Из таблицы 16 видно, что простое отстаивание шлака в отстойной камере по времени приводит к некоторому снижению содержания меди в шлаке в основном за счет оседания механически запутавших­ ся корольков штейна и частично за счет взаимодействия окислов меди с ее сульфидом по реакции

C112S + 2Cu205=±6Cu + SO2.

Лабораторные исследования по обеднению шлаков с помощью пирита и пирротина также дали положительные результаты, показав возможность снижения в них содержания меди и магнетита, но ока­ залось, что процесс взаимодействия окисленных металлов шлака с сульфидами железа протекает лишь в верхних слоях расплава. Для

286

того, чтобы получить некоторый эффект от добавки пирита, следует осуществить длительное отстаивание или же изыскать достаточно надежный способ перемешивания шлака с пиритом и пирротином, например вдувание их в расплав.

Важной в циклонном процессе является проблема снижения за­ пыленности отходящих газов. На опытной циклонной установке за­ пыленность газового потока непосредственно за отстойной камерой не превышала 2—5 г/нм3, что соответствует величине пылеуноса — 2,5—4% от веса шихты.

Учитывая напряженные условия работы циклонной камеры,

впроцессе высокотемпературной плавки были предприняты попытки футеровки внутренней поверхности камеры высокостойким огнеупо­ ром, в частности хромомагнезитом, но от этого пришлось отказаться, так как футеровка быстро размывалась вплоть до полного прогара при более или менее длительной форсированной работе камеры. Эти испытания показали, что срок службы огнеупоров любого вида весь­ ма ограничен, поэтому, наиболее рациональной является водоохлаж­ даемая камера, работающая только на гарниссаже.

При циклонной плавке медных концентратов существенным яв­ ляется получение шлака оптимального состава, обеспечивающего минимальные потери ценных металлов. Следует отметить, что эта задача на данном этапе испытания циклонного процесса нами прак­ тически не решалась из-за малых габаритов установки. Можно лишь предположить, что практическое решение вопроса обезмеживания шлаков будет осуществлено путем дополнительного отстаивания про­ дуктов плавки в самостоятельном отстойнике или же непосредственно

вотстойной части циклонной установки, как это практикуется на других заводах, перерабатывающих сульфидные материалы в распы­ ленном состоянии.

Опыты показали также, что при достаточно высокой степени десульфуризации шихты, а следовательно, и значительном снижении расхода топлива, отходящие газы вполне могут быть использованы для сернокислотного производства.

Обобщая полученные данные по переработке медных шихт на первой огневой модели циклонной установки, можно сделать заклю­ чение, что процесс плавления медных шихт в циклонной камере осу­ ществляется достаточно интенсивно. Выявлены и другие техноло­

гические показатели нового метода и установлены в первом прибли­ жении основные конструктивные и режимные параметры циклонной камеры, необходимые для дальнейшей разработки этого метода в укрупненном масштабе и в промышленных условиях.

Поскольку полученные результаты убедительно доказали эффек­ тивность циклонного процесса при переработке сульфидных материа­

28?

лов, дальнейшая проверка его проводилась в полупромышленном масштабе на БГМК для плавки сульфидных медных концентратов и на опытном заводе ВНИИЦветмета.

ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫЕ ОПЫТЫ

Исследования проводились на специально сооруженной полупро­ мышленной циклонной установке Балхашского горно-металлургиче-

ского комбината производительностью 100 г шихты в сутки (рис. 124) [7 - 9 ] .

В основу проектирования и строительства установки положены данные укрупненных опытов, проведенных на циклонной опытной установке Академии наук Казахской ССР. В качестве исходных дан­ ных были приняты:

1. Циклонная камера вертикального типа при двустороннем подводе воздуха с водяным охлаждением (размеры циклонной ка­ меры; диаметр £> = 1,0 м; высота Л =1,7 м; диаметр выходной диаф­ рагмы d = 0,35—0,45 м).

288

6час.

4.Возможность работы полупромышленной установки на жид­ ком (мазут) и твердом (угольная пыль) топливе.

На этой установке перерабатывалась рядовая медная шихта

БГМК — смесь балхашского и джезказганского медных концентратов в обычном для отражательной плавки соотношении с влажностью

■3—5% [10, 11].

Управление технологическим процессом циклонной плавки сво­ дилось к поддержанию заданного для данной шихты и соответствую­ щих ей продуктов плавки соотношения шихта — топливо — воздух, а также контролю заданного температурного режима в циклонной, отстойной камерах и по газовому тракту. Расход шихты определялся по ленточным весам, которые дублировались систематической тари­ ровкой питателя шихтового бункера.

Запыленность газов и их вещественный состав устанавливалась путем непрерывного отсоса газов через специальный рукавный пыле­ уловитель. Пыль, осевшая в пылевой камере, взвешивалась, и ее ко­ личество суммировалось при определении общего пылеуноса. Расход топлива учитывался по показаниям счетчика-мазутомера или же та­ рировкой питателя угольной пыли. Температура воды на входе и вы­ ходе из циклонной камеры, а также других водоохлаждаемых дета­ лей измерялась ртутными термометрами. Газ для анализа отбирался через свод из отстойной камеры за циклоном. Анализ проводился на О2, СО2, SO2. Содержание SO2 в газах изменялось от 4,8 до 7,0%.

Полупромышленная циклонная установка БГМК проработала Е общей сложности более 3500 час на рядовой медной шихте отра­ жательных печей комбината, составленной, как упоминалось выше, из смеси медных концентратов Балхашской и Джезказганской обога­ тительных фабрик с соответствующими флюсующими добавками. На ней было проплавлено около 6000 т шихты. При этом содержание основных компонентов шихты изменялось в широких пределах:

Си—15,37—26,2%; Fe—14,2—25,6% ; S—12,3—33,3% ; Si02—10,5— 19,5% и CaO—2,3—7,9% (табл. 17).

Из данных таблицы следует, что при стабильном составе пере­ рабатываемой шихты на циклонной установке можно достичь более устойчивых результатов. Большинство показателей получены при относительно длительной работе установки продолжительностью от 3 до 10—15 суток и с учетом некоторых кратковременных перерывов, связанных с неполадками в различных узлах установки.

Примечание. Данные по расходу и температуре вторичного воздуха взяты сред­ ними за фактическое время плавки.

Среднесуточная производительность изменялась от 50 до 90 т/сутки, а в отдельные периоды до 105 тісутки.

По тем же причинам, что и в случае с укрупненными опытами на циклонном стенде АН КазССР, на полупромышленной установке не были достигнуты удовлетворительные результаты по содержанию меди в отвальных шлаках. Как видно из таблицы 18, содержание меди в шлаке зависит не только от времени отстаивания и состава газовой фазы, но и в значительной мере от соотношения шлакооб­ разующих компонентов. При относительно постоянном содержании в шлаке СаО на переход меди в шлак влияет соотношение кремнезема и закиси железа: чем выше содержание кремнезема, тем ниже кон­ центрация меди в шлаке. Как показал минералогический анализ, примерно половина меди в шлаках находится в окисленной форме. Опытами подтверждена также возможность получения штейна задан­ ного состава за счет изменения степени десульфуризации шихты.

290