Зміст
Введення.
1 Печі для автогенного плавки.
1.1 Загальні відомості.
1.2 Принцип роботи печей для плавки на штейн.
1.3 Тепловий і температурний режими роботи печей для плавки на штейн.
1.4 Принцип роботи печей для плавки на чорнову мідь.
Висновок.
Список використаних джерел.
За технологічним призначенням металургійні печі ділять на плавильні та нагрівальні.
Плавильні печі призначені для отримання металів з руд і переплавлення металу з метою перекази йому необхідних властивостей. У цих печах метали змінюють своє агрегатний стан.
Нагрівальні печі застосовують для нагрівання матеріалу матеріалів з метою випалу і сушіння, а також для додання металу пластичних властивостей перед обробкою тиском, для термічної обробки, щоб змінити внутрішню будову і структуру металу. У нагрівальних печах метали і матеріали не змінюють свого агрегатного стану.
За схемою роботи печі діляться на печі-теплообмінники, засвоєння тепла оброблюваним матеріалом в зоні технологічного процесу залежить від теплопередачі із зони теплогенерації; і печі-теплогенератори, тепло як виникає, так і засвоюється безпосередньо в зоні технологічного процесу.
У кольоровій металургії все більш широко використовуються печі-теплогенератори, в яких здійснюється теплогенерація за рахунок вигорання сірки, що міститься в роздрібнених шихтових матеріалах, видувається в робочий простір печі. Протікають при цьому процеси називаються автогеном.
1 Печі для автогенного плавки
За принципом роботи розрізняють три основних типи агрегатів для автогенного плавки на штейн:
1) печі для плавки концентратів в підвішеному стані в потоці попередньо нагрітого повітря або дуття, збагаченого киснем, іменовані печами зваженої плавки (ПВП);
2) печі для плавки концентратів в підвішеному стані в потоці технічно чистого кисню, які іноді називають печами киснево-зваженої плавки (КВП);
3) печі для плавки шихтових матеріалів у середовищі барботируемого газоподібним окислювачем шлакового розплаву, більш відомі під назвою печей для плавки в рідкій ванні (ПЖВ).
Печі для зваженої плавки мають різне конструктивне оформлення, залежне від характеру застосовуваного окислювача і складу сировини. Використання попередньо нагрітого повітряного дуття дозволяє варіювати в широкому діапазоні співвідношення між інтенсивностями протікають в печі тепло-генераційних і теплообмінних процесів і тим самим створює можливість переробляти в ній шихтові матеріали різного складу. У цьому випадку в печі утворюється велика кількість технологічних газів, що рухаються в робочому просторі агрегату g високими швидкостями. Тому з метою зниження пило-винесення в печах зваженої плавки на повітряному і збагаченому киснем дуття зазвичай застосовують вертикальне розташування технологічного факела, укладаючи його в спеціальну реакційну камеру, З тією ж метою відведення газів з печі здійснюється через вертикальний газохід шахтного типу.
При використанні кисневого дуття можливості агрегату з точки зору зміни його теплотехнічних параметрів в ході плавки значно нижче, ніж при повітряному дуття. Однак порівняно невелика кількість технологічних газів, що утворюються в процесі окислення сульфідів, дає можливість застосувати більш компактну конструкцію агрегату про горизонтальним розташуванням технологічного факела.
1 - фурми; 2 - пристрій для завантаження шихти; 3 - вертикальний газохід; 4 - звід; 5 - пристрій для випуску штейну; 6 - пристрій для випуску шлаку
Рисунок 2 - Схема печі для плавки в рідкій ванні
При аналізі роботи цих агрегатів в якості печей-теплообмінників необхідно враховувати, що в тій частині робочого простору печі, де відбувається інтенсивне окислення сульфідів киснем дуття, переважають процеси переносу тепла конвекцією і випромінюванням. У ванні, де відбувається завершення процесів формування розплаву і його поділ на штейн і шлак, передача тепла здійснюється в основному теплопровідністю через шлак і конвекцією за рахунок осадження штейну.
Закономірність тепло-і масопереносу в печах для автогенного плавки відрізняються крайнім розмаїттям і складністю. На жаль, через відносну новизни процесу поки відсутні надійні експериментальні дані про теплову роботі розглядаються печей, що значною мірою ускладнює теоретичні розрахунки в цій області. У реальній практиці оцінка режимних параметрів агрегату здійснюється, як правило, на основі аналізу матеріального і теплового балансів протікає в ньому технологічного процесу.
Печі для автогенного плавки є агрегатами безперервної дії з відносно незмінними в часі параметрами теплового і температурного режимів роботи. При складанні теплового балансу протікає в печі технологічного процесу можуть бути використані поняття теплових еквівалентів сировинних матеріалів та продуктів плавки. У цьому випадку рівняння теплового балансу плавки набуває вигляду
де А - продуктивність агрегату за проплавляються шихті, т / год;
n - коефіцієнт, що дорівнює відношенню маси штейну до маси переплавляється шихти;
Q ш, Q д - відповідно теплоспоживання шихти та дуття, що йде на її окислення, кДж / кг шихти;
Q пот - втрати тепла через огорожу печі, кВт.
З рівняння (1) випливає, що інтенсивність теплообміну в робочому просторі печі (величина теплового потоку
Q п = 0,28 A (
Її величина повинна відповідати технологічним параметрам процесу, які вибираються таким чином, щоб у печі були створені умови для найбільш повного поділу продуктів плавки. Відомо, що підвищення середньої температури в зоні технологічного процесу з одного боку веде до зниження в'язкості шлаку і тим самим сприяє прискоренню поділу продуктів плавки, з іншого - до збільшення розчинності штейну в шлаку і (в окислювальному середовищі) до зростання так званих хімічних втрат міді з шлаком.
У випадку переробки конкретного сировини в зоні окислення сульфідів, як правило, прагнуть підтримувати оптимальну температуру, значення якої визначається експериментально. Так як з'єднання, отримані в результаті окислення сульфідів, є одночасно продуктами плавки, то їх дійсна температура повинна бути дорівнює середній температурі зони технологічного процесу. З визначення теплового еквівалента шихтових матеріалів випливає, що ця умова дотримується, коли потік тепла, що відводиться від продуктів окислювальних реакцій, досягає свого максимального значення і дорівнюватиме, кВт
де Q х.ш Q х.пр - відповідно теплота згоряння шихти і продуктів плавки, кДж / кг.
Розрахунки величин, що входять в рівняння (2), здійснюються за даними матеріального і теплового балансів плавки. Для наближених розрахунків можуть бути використані значення теплових еквівалентів шихти і штейну, кВт
де S, Сu - відповідно вміст сірки і міді в шихті,%;
Т 0 - задане значення середньої температури в зоні технологічного процесу, К;
О 2 - вміст кисню в дуття,%.
Фізичний сенс розраховується за формулою (3) величини полягає в тому, що вона показує, яка кількість тепла за одиницю часу має бути відведено в процесі теплообміну від продуктів окислення сульфідів з тим, щоб уникнути їх перегріву щодо середньої температури процесу.
При визначенні інтенсивності теплообміну в робочому просторі печі, відповідної заданим параметрам технологічного процесу, необхідно також враховувати характер протікання реакцій окислення сульфідів. У реальних умовах це надзвичайно складний багатостадійний процес. Однак, для його енергетичної оцінки можна скористатися спрощеною двохстадійної моделлю, яка описується такими рівняннями
1 2Cu 2 S + ЗО 2 - 2Cu 2 O + 2SO 2 + 2015 кДж
Cu 2 S + 2Cu 2 O = 6Cu + SO 2 - 304 кДж
2 Cu 2 S + 2Cu 2 O = 6Cu + SO 2 - 304 кДж
Cu 2 S + О 2 = 2Cu + SO 2 +1711 кДж на 1 кг міді
3 9FeS + 15O 2 = 3Fe 3 O 4 + 9SO 2 + 9258 кДж
FeS + 3Fe 3 O4 = l0FeO + SO 2 - 896 кДж
4 FeS + 3Fe 3 O4 = 10FeO + SO 2 - 896 кДж
FeS + 1,5 O 2 = FeO + SO 2 + 8389 кДж на 1 кг заліза
З аналізу рівнянь реакцій 1-4 випливає, що при багатостадійному характері процесу величина, що характеризує кількість тепла, що виділився в зоні окислення сульфідів, може істотно відрізнятися від свого середнього значення, розрахованого за даними теплового балансу процесу (тобто за сумарними тепловим ефектів реакцій ). У даному випадку для завершення другої стадії хімічних перетворень, передбачених прийнятою технологією, необхідно, щоб «додаткове» (у порівнянні з середніми балансних характеристиками) тепло, отримане на першій стадії окислення сульфідів, в процесі теплообміну надійшло в зону протікання ендотермічних реакцій. Інтенсивність теплообміну (тепловий потік
Тепло, яке надходить у зону технологічного процесу за рахунок теплообміну (відводиться від продуктів окислення сульфідів), витрачається в робочому просторі печі на нагрівання і плавлення сульфідних сполук, що утворюють штейн, флюсів і породоутворюючих компонентів шихти, а також на компенсацію втрат тепла через огородження печі в навколишнє середовище.
Знаючи склад шихти і продуктів плавки і задаючись продуктивністю печі, неважко визначити, яка кількість тепла в одиницю часу необхідно підвести до компонентів шихти, що не бере участі в екзотермічних реакціях, для того, щоб нагріти їх до середніх температур процесу. Для наближених розрахунків можуть бути використані наступні формули
де
Розрахунки за формулами (5) - (7) дозволяють встановити взаємозв'язок між основними параметрами технологічного, теплового та температурного режимів роботи печей для автогенного плавки, а також можуть бути використані при кількісній оцінці експериментальних даних, отриманих в процесі їх експлуатації.
Як приклад можливого застосування запропонованої розрахункової моделі може бути розглянута типова виробнича ситуація, яка виникає при необхідності підвищення концентрації міді в штейні з метою зменшення кількості надходить на конвертування матеріалу. З формули (1) випливає, що зростання ступеня десульфурації (зниження величини коефіцієнта п) за інших рівних умов веде до збільшення теплового навантаження агрегату і поліпшення його теплового балансу. У цьому випадку, якщо відповідно до рівнянь (5) і (7) збільшення теплового навантаження супроводжується інтенсифікацією теплообміну в зоні технологічного процесу, створюються сприятливі умови для скорочення енерговитрат на виробництво чорнової міді за рахунок зниження температури дуття або концентрації міститься в ньому кисню.
Зміна технологічних параметрів процесу без відповідної корекції його енергетичних характеристик тягне за собою, як показав досвід роботи промислових печей, значне погіршення теплової роботи агрегату, пов'язане з серйозними порушеннями температурного режиму плавки. Наприклад, при переробці типового концентрату, що містить 35% і 19% Сі, в печі зваженої плавки на кисневому дуття зміна концентрації міді в штейні з 35 - 40 до 45 - 50% веде спочатку до виникнення проміжного магнетитового шару між шлаком і штейном, а потім до інтенсивного утворення охолодей на подині печі, що представляють собою суміш застиглого шлаку і штейну з великим вмістом магнетиту.
Поява магнетитового шару можна пояснити тим, що В підвищенням ступеня десульфурації у технологічному факелі стало більше окислюватися сульфідів заліза. Насичення ванни розплаву магнетитом спричинило за собою збільшення швидкості ендотермічних реакцій і як наслідок охолодження і затвердіння шлак-штейнового розплаву в області їх перебігу. Оцінка цього явища за допомогою розрахункових формул (4) і (6) показала, що перехід до отримання багатих штейнів в розглянутому випадку повинен був супроводжуватися інтенсифікацією теплообміну в зоні окислення сульфідів на 30%, а в зоні протікання ендотермічних реакцій у півтора рази.
У печах зваженої плавки на штейн інтенсифікація процесів теплообміну у ванні розплаву являє собою складну науково-технічну задачу. Тому при підвищенні ступеня десульфурації відповідність параметрів теплового режиму плавки і її технологічних показників досягається передусім за рахунок зменшення продуктивності печі. Питома продуктивність сучасних печей зваженої шавки на штейн у залежності від складу сировини, що переробляється коливається в межах 4,5 - 15 т / м 2 на добу, тобто знаходиться приблизно на тому ж рівні, що і питома продуктивність відбивних печей, віднесена до одиниці площі дзеркала ванни, розташованої між укосами.
Для цілого ряду шихтових матеріалів зниження продуктивності агрегату веде до різкого погіршення його теплового балансу. У цих випадках стає необхідним спалювання у робочому просторі печі традиційних видів палива, як це робиться, наприклад, в печі зваженої плавки на штейн, що працює на мідеплавильному заводі фірми «Норддойче Аффінері». З тією ж метою на аналогічній печі фірми «Тамано» у відстійнику встановлені електроди, що дозволяють організувати електрообігрів ванни, одночасно інтенсифікуючи в ній процеси тепло-і масопереносу,
У печах для плавки в рідкій ванні інтенсивність процесів теплообміну в зоні технологічного процесу на порядок вище, рем в газовому середовищі. Крім того, процеси, що протікають у ванні, піддаються управлінню при зміні параметрів продувки. Тому в печах такого типу досягається висока питома продуктивність при широкому діапазоні регулювання вмісту міді в штейні.
Аналіз теплової роботи печі, заснований на використанні балансних рівнянь, дозволяє оцінити середні значення параметрів, що характеризують інтенсивність теплогенераціонних і теплообмінних процесів при автогенного плавці сульфідних матеріалів, але не дає інформації про способи їх досягнення в умовах конкретного технологічного процесу. У реальній практиці вибір основних параметрів плавки, енергетичних характеристик і конструкції печі виробляються, як правило, за даними експериментальних умов.
часу численні спроби отримати чорнову мідь у печах зваженої плавки поки не увінчалися успіхом. Експерименти показали також, що існує принципова можливість для реалізації процесу безперервного виробництва чорнової міді в печах для плавки в рідкій ванні. Відома ціла серія дослідно-промислових установок різного типу, що працюють за цим принципом. Однак у промислових умовах випробувана поки тільки одна піч для плавки на чорнову мідь (малюнок 1).
Малюнок 1 - Схема печі для плавки на чорнову мідь
У конструктивному відношенні піч нагадує конвертер і являє собою закладену в металевий кожух реакційну камеру циліндричної форми 1 викладену з основного вогнетривкої цегли. Ванна розплаву наводиться на подині печі, в центральній частині якої є спеціальне поглиблення - копильника, де скупчується чорнова мідь, періодично випускається з агрегату через шпурових отвір. Зліва від копильника встановлено ряд фурм для подачі газоподібного окислювача, праворуч в задній торцевій стінці печі розташована льотка для випуску шлаку.
Технологічні процеси в печі протікають за наступною схемою. Шихта, що містить 28% S і 24% Сі, у вигляді окатишів надходить у робочий простір печі через спеціальне завантажувальний пристрій, встановлений в її передній торцевій стінці над ванною. Матеріал потрапляє в розплав, де інтенсивно окислюється під дією дуття, що подається через фурми. За рахунок виділився в результаті протікання екзотермічних реакцій тепла відбувається нагрів і розплавлення шихти. Технологічні гази віддаляються через горловину, розташовану в центрі печі над ванною.
Для опалення хвостовій частині печі використовується традиційне паливо, яке подається через пальники, встановлені в її задній торцевій стінці. Відходять гази, що представляють собою суміш продуктів згоряння палива і сульфідних матеріалів, містять близько 7 - 8% сірчистого ангідриду. Пиловиносу становить приблизно 5% від маси перероблюваної шихти. Рідкими продуктами плавки є чорнова мідь і багатий по міді шлак. Довжина печі 21 м , Діаметр 4 м . Продуктивність печі складає приблизно 730 т концентрату на добу. Основним недоліком цього агрегату, що перешкоджає його подальшому розповсюдженню, є високий вміст міді в шлаку (10 - 12%), який неминуче повинен бути підданий додатковій переробці.
У своїй роботі я розглянув класифікацію печей для автогенного плавки, описав конструкцію і принцип роботи. Також вказав теплової і температурний режим роботи печі.
Введення.
1 Печі для автогенного плавки.
1.1 Загальні відомості.
1.2 Принцип роботи печей для плавки на штейн.
1.3 Тепловий і температурний режими роботи печей для плавки на штейн.
1.4 Принцип роботи печей для плавки на чорнову мідь.
Висновок.
Список використаних джерел.
Введення
В даний час в промисловості дуже широко використовується пічне обладнання. У таких важливих галузях, як чорна і кольорова металургія, машинобудування, виробництво будівельних матеріалів, легка і навіть харчова промисловість, експлуатується велика кількість різних печей і нагрівальних установок. Розвиток і вдосконалення пічного обладнання відбувалося в міру виникнення і розвитку всіх важливих галузей промисловості.За технологічним призначенням металургійні печі ділять на плавильні та нагрівальні.
Плавильні печі призначені для отримання металів з руд і переплавлення металу з метою перекази йому необхідних властивостей. У цих печах метали змінюють своє агрегатний стан.
Нагрівальні печі застосовують для нагрівання матеріалу матеріалів з метою випалу і сушіння, а також для додання металу пластичних властивостей перед обробкою тиском, для термічної обробки, щоб змінити внутрішню будову і структуру металу. У нагрівальних печах метали і матеріали не змінюють свого агрегатного стану.
За схемою роботи печі діляться на печі-теплообмінники, засвоєння тепла оброблюваним матеріалом в зоні технологічного процесу залежить від теплопередачі із зони теплогенерації; і печі-теплогенератори, тепло як виникає, так і засвоюється безпосередньо в зоні технологічного процесу.
У кольоровій металургії все більш широко використовуються печі-теплогенератори, в яких здійснюється теплогенерація за рахунок вигорання сірки, що міститься в роздрібнених шихтових матеріалах, видувається в робочий простір печі. Протікають при цьому процеси називаються автогеном.
1 Печі для автогенного плавки
1.1 Загальні відомості
Автогенний прийнято називати технологічні процеси, що йдуть за рахунок хімічної енергії сировинних матеріалів. Традиційним є, наприклад, використання цієї енергії на нагрів повітряного дуття і розплавлення холодних присадок при конвертуванні штейнів, а також при протіканні процесів випалу сульфідів у киплячому шарі. Багаторічні роботи з розширення галузі застосування хімічної енергії сульфідів у виробництві міді призвели на початку п'ятдесятих років до створення принципово нових промислових агрегатів для плавки на штейн. Ці агрегати мають ряд істотних переваг перед паливними та електричними печами аналогічного призначення, які полягають у значному (приблизно у два рази) скорочення енерговитрат на переробку шихти і повної ліквідації викидів сірчистого газу в атмосферу. Разом з тим досвід роботи печей для автогенного плавки показав, що принцип їх роботи, а також конструктивні і режимні параметри під / чому залежать від складу сировини, що переробляється. Надзвичайна різноманітність вживаних в металургії міді шихтових матеріалів, склад яких може змінюватися навіть в умовах одногоЗа принципом роботи розрізняють три основних типи агрегатів для автогенного плавки на штейн:
1) печі для плавки концентратів в підвішеному стані в потоці попередньо нагрітого повітря або дуття, збагаченого киснем, іменовані печами зваженої плавки (ПВП);
2) печі для плавки концентратів в підвішеному стані в потоці технічно чистого кисню, які іноді називають печами киснево-зваженої плавки (КВП);
3) печі для плавки шихтових матеріалів у середовищі барботируемого газоподібним окислювачем шлакового розплаву, більш відомі під назвою печей для плавки в рідкій ванні (ПЖВ).
Печі для зваженої плавки мають різне конструктивне оформлення, залежне від характеру застосовуваного окислювача і складу сировини. Використання попередньо нагрітого повітряного дуття дозволяє варіювати в широкому діапазоні співвідношення між інтенсивностями протікають в печі тепло-генераційних і теплообмінних процесів і тим самим створює можливість переробляти в ній шихтові матеріали різного складу. У цьому випадку в печі утворюється велика кількість технологічних газів, що рухаються в робочому просторі агрегату g високими швидкостями. Тому з метою зниження пило-винесення в печах зваженої плавки на повітряному і збагаченому киснем дуття зазвичай застосовують вертикальне розташування технологічного факела, укладаючи його в спеціальну реакційну камеру, З тією ж метою відведення газів з печі здійснюється через вертикальний газохід шахтного типу.
При використанні кисневого дуття можливості агрегату з точки зору зміни його теплотехнічних параметрів в ході плавки значно нижче, ніж при повітряному дуття. Однак порівняно невелика кількість технологічних газів, що утворюються в процесі окислення сульфідів, дає можливість застосувати більш компактну конструкцію агрегату про горизонтальним розташуванням технологічного факела.
1.2 Принцип роботи печей для плавки на штейн
У печі для плавки шихти в рідкій ванні. Технологічний процес здійснюється за рахунок теплової енергії, що виділяється безпосередньо в середовищі бар вотіруемого газоподібним окислювачем шлак-штейнового розплаву. В якості окислювача в печі в залежності від складу сировини використовуються повітря, дуття, збагачене киснем, або технічно чистий кисень. Дуття подається в розплав через спеціальні фурми, розташовані по обидві сторони ванни в бокових стінках печі. Утворені в результаті протікання технологічного процесу гази спливають на поверхню ванни, сприяючи її інтенсивного перемішування, і видаляються через вертикальний газохід, встановлений в центрі печі. Перероблялася шихта без попередньої підготовки (тонкий помел, глибока сушіння і т. п.) подається в піч зверху через завантажувальний пристрій. Потрапивши на поверхню ванни, шихта переміщується вглиб розплаву, енергійно перемішується з ним і розплавляється під дією високих температур. Рідкі продукти плавки в подфурменной зоні діляться на штейн і шлак, які в міру накопичення виводяться з агрегату через відстійники сифонного типу, розташовані з торцевих сторін печі.Рисунок 2 - Схема печі для плавки в рідкій ванні
1.3 Тепловий і температурний режими роботи печей для плавки на штейн
За енергетичним ознакою агрегати для автогенного плавки на штейн відносяться до печей змішаного типу, тому що в них газоподібної окислювач і компоненти шихти, що беруть участь в екзотермічних реакціях, нагріваються безпосередньо в процесі теплогенерації, тоді як інші продукти плавки отримують тепло за рахунок теплообміну. Теплова робота печей такого типу багато в чому залежить від характеру розподілу тепла між продуктами плавки, тобто від співвідношення інтенсивності протікають в них процесів теплогенерації і теплообміну. Як теплогенератори вони відносяться до печей з массообменньм режимом роботи, в яких інтенсифікація масообмінних процесів досягається за рахунок максимального збільшення реакційної поверхні сульфідів.При аналізі роботи цих агрегатів в якості печей-теплообмінників необхідно враховувати, що в тій частині робочого простору печі, де відбувається інтенсивне окислення сульфідів киснем дуття, переважають процеси переносу тепла конвекцією і випромінюванням. У ванні, де відбувається завершення процесів формування розплаву і його поділ на штейн і шлак, передача тепла здійснюється в основному теплопровідністю через шлак і конвекцією за рахунок осадження штейну.
Закономірність тепло-і масопереносу в печах для автогенного плавки відрізняються крайнім розмаїттям і складністю. На жаль, через відносну новизни процесу поки відсутні надійні експериментальні дані про теплову роботі розглядаються печей, що значною мірою ускладнює теоретичні розрахунки в цій області. У реальній практиці оцінка режимних параметрів агрегату здійснюється, як правило, на основі аналізу матеріального і теплового балансів протікає в ньому технологічного процесу.
Печі для автогенного плавки є агрегатами безперервної дії з відносно незмінними в часі параметрами теплового і температурного режимів роботи. При складанні теплового балансу протікає в печі технологічного процесу можуть бути використані поняття теплових еквівалентів сировинних матеріалів та продуктів плавки. У цьому випадку рівняння теплового балансу плавки набуває вигляду
де А - продуктивність агрегату за проплавляються шихті, т / год;
n - коефіцієнт, що дорівнює відношенню маси штейну до маси переплавляється шихти;
Q ш, Q д - відповідно теплоспоживання шихти та дуття, що йде на її окислення, кДж / кг шихти;
Q пот - втрати тепла через огорожу печі, кВт.
З рівняння (1) випливає, що інтенсивність теплообміну в робочому просторі печі (величина теплового потоку
Q п = 0,28 A (
Її величина повинна відповідати технологічним параметрам процесу, які вибираються таким чином, щоб у печі були створені умови для найбільш повного поділу продуктів плавки. Відомо, що підвищення середньої температури в зоні технологічного процесу з одного боку веде до зниження в'язкості шлаку і тим самим сприяє прискоренню поділу продуктів плавки, з іншого - до збільшення розчинності штейну в шлаку і (в окислювальному середовищі) до зростання так званих хімічних втрат міді з шлаком.
У випадку переробки конкретного сировини в зоні окислення сульфідів, як правило, прагнуть підтримувати оптимальну температуру, значення якої визначається експериментально. Так як з'єднання, отримані в результаті окислення сульфідів, є одночасно продуктами плавки, то їх дійсна температура повинна бути дорівнює середній температурі зони технологічного процесу. З визначення теплового еквівалента шихтових матеріалів випливає, що ця умова дотримується, коли потік тепла, що відводиться від продуктів окислювальних реакцій, досягає свого максимального значення і дорівнюватиме, кВт
де Q х.ш Q х.пр - відповідно теплота згоряння шихти і продуктів плавки, кДж / кг.
Розрахунки величин, що входять в рівняння (2), здійснюються за даними матеріального і теплового балансів плавки. Для наближених розрахунків можуть бути використані значення теплових еквівалентів шихти і штейну, кВт
де S, Сu - відповідно вміст сірки і міді в шихті,%;
Т 0 - задане значення середньої температури в зоні технологічного процесу, К;
О 2 - вміст кисню в дуття,%.
Фізичний сенс розраховується за формулою (3) величини полягає в тому, що вона показує, яка кількість тепла за одиницю часу має бути відведено в процесі теплообміну від продуктів окислення сульфідів з тим, щоб уникнути їх перегріву щодо середньої температури процесу.
При визначенні інтенсивності теплообміну в робочому просторі печі, відповідної заданим параметрам технологічного процесу, необхідно також враховувати характер протікання реакцій окислення сульфідів. У реальних умовах це надзвичайно складний багатостадійний процес. Однак, для його енергетичної оцінки можна скористатися спрощеною двохстадійної моделлю, яка описується такими рівняннями
1 2Cu 2 S + ЗО 2 - 2Cu 2 O + 2SO 2 + 2015 кДж
Cu 2 S + 2Cu 2 O = 6Cu + SO 2 - 304 кДж
2 Cu 2 S + 2Cu 2 O = 6Cu + SO 2 - 304 кДж
Cu 2 S + О 2 = 2Cu + SO 2 +1711 кДж на
3 9FeS + 15O 2 = 3Fe 3 O 4 + 9SO 2 + 9258 кДж
4
З аналізу рівнянь реакцій 1-4 випливає, що при багатостадійному характері процесу величина, що характеризує кількість тепла, що виділився в зоні окислення сульфідів, може істотно відрізнятися від свого середнього значення, розрахованого за даними теплового балансу процесу (тобто за сумарними тепловим ефектів реакцій ). У даному випадку для завершення другої стадії хімічних перетворень, передбачених прийнятою технологією, необхідно, щоб «додаткове» (у порівнянні з середніми балансних характеристиками) тепло, отримане на першій стадії окислення сульфідів, в процесі теплообміну надійшло в зону протікання ендотермічних реакцій. Інтенсивність теплообміну (тепловий потік
Тепло, яке надходить у зону технологічного процесу за рахунок теплообміну (відводиться від продуктів окислення сульфідів), витрачається в робочому просторі печі на нагрівання і плавлення сульфідних сполук, що утворюють штейн, флюсів і породоутворюючих компонентів шихти, а також на компенсацію втрат тепла через огородження печі в навколишнє середовище.
Знаючи склад шихти і продуктів плавки і задаючись продуктивністю печі, неважко визначити, яка кількість тепла в одиницю часу необхідно підвести до компонентів шихти, що не бере участі в екзотермічних реакціях, для того, щоб нагріти їх до середніх температур процесу. Для наближених розрахунків можуть бути використані наступні формули
де
Розрахунки за формулами (5) - (7) дозволяють встановити взаємозв'язок між основними параметрами технологічного, теплового та температурного режимів роботи печей для автогенного плавки, а також можуть бути використані при кількісній оцінці експериментальних даних, отриманих в процесі їх експлуатації.
Як приклад можливого застосування запропонованої розрахункової моделі може бути розглянута типова виробнича ситуація, яка виникає при необхідності підвищення концентрації міді в штейні з метою зменшення кількості надходить на конвертування матеріалу. З формули (1) випливає, що зростання ступеня десульфурації (зниження величини коефіцієнта п) за інших рівних умов веде до збільшення теплового навантаження агрегату і поліпшення його теплового балансу. У цьому випадку, якщо відповідно до рівнянь (5) і (7) збільшення теплового навантаження супроводжується інтенсифікацією теплообміну в зоні технологічного процесу, створюються сприятливі умови для скорочення енерговитрат на виробництво чорнової міді за рахунок зниження температури дуття або концентрації міститься в ньому кисню.
Зміна технологічних параметрів процесу без відповідної корекції його енергетичних характеристик тягне за собою, як показав досвід роботи промислових печей, значне погіршення теплової роботи агрегату, пов'язане з серйозними порушеннями температурного режиму плавки. Наприклад, при переробці типового концентрату, що містить 35% і 19% Сі, в печі зваженої плавки на кисневому дуття зміна концентрації міді в штейні з 35 - 40 до 45 - 50% веде спочатку до виникнення проміжного магнетитового шару між шлаком і штейном, а потім до інтенсивного утворення охолодей на подині печі, що представляють собою суміш застиглого шлаку і штейну з великим вмістом магнетиту.
Поява магнетитового шару можна пояснити тим, що В підвищенням ступеня десульфурації у технологічному факелі стало більше окислюватися сульфідів заліза. Насичення ванни розплаву магнетитом спричинило за собою збільшення швидкості ендотермічних реакцій і як наслідок охолодження і затвердіння шлак-штейнового розплаву в області їх перебігу. Оцінка цього явища за допомогою розрахункових формул (4) і (6) показала, що перехід до отримання багатих штейнів в розглянутому випадку повинен був супроводжуватися інтенсифікацією теплообміну в зоні окислення сульфідів на 30%, а в зоні протікання ендотермічних реакцій у півтора рази.
У печах зваженої плавки на штейн інтенсифікація процесів теплообміну у ванні розплаву являє собою складну науково-технічну задачу. Тому при підвищенні ступеня десульфурації відповідність параметрів теплового режиму плавки і її технологічних показників досягається передусім за рахунок зменшення продуктивності печі. Питома продуктивність сучасних печей зваженої шавки на штейн у залежності від складу сировини, що переробляється коливається в межах 4,5 - 15 т / м 2 на добу, тобто знаходиться приблизно на тому ж рівні, що і питома продуктивність відбивних печей, віднесена до одиниці площі дзеркала ванни, розташованої між укосами.
Для цілого ряду шихтових матеріалів зниження продуктивності агрегату веде до різкого погіршення його теплового балансу. У цих випадках стає необхідним спалювання у робочому просторі печі традиційних видів палива, як це робиться, наприклад, в печі зваженої плавки на штейн, що працює на мідеплавильному заводі фірми «Норддойче Аффінері». З тією ж метою на аналогічній печі фірми «Тамано» у відстійнику встановлені електроди, що дозволяють організувати електрообігрів ванни, одночасно інтенсифікуючи в ній процеси тепло-і масопереносу,
У печах для плавки в рідкій ванні інтенсивність процесів теплообміну в зоні технологічного процесу на порядок вище, рем в газовому середовищі. Крім того, процеси, що протікають у ванні, піддаються управлінню при зміні параметрів продувки. Тому в печах такого типу досягається висока питома продуктивність при широкому діапазоні регулювання вмісту міді в штейні.
Аналіз теплової роботи печі, заснований на використанні балансних рівнянь, дозволяє оцінити середні значення параметрів, що характеризують інтенсивність теплогенераціонних і теплообмінних процесів при автогенного плавці сульфідних матеріалів, але не дає інформації про способи їх досягнення в умовах конкретного технологічного процесу. У реальній практиці вибір основних параметрів плавки, енергетичних характеристик і конструкції печі виробляються, як правило, за даними експериментальних умов.
1.4 Принцип роботи печей для плавки на чорнову мідь
Від плавки на штейн процеси одержання чорнової міді відрізняються тільки тим, що при їх протіканні відбувається повне окислювання містяться в шихті сірки і заліза. До теперішньогочасу численні спроби отримати чорнову мідь у печах зваженої плавки поки не увінчалися успіхом. Експерименти показали також, що існує принципова можливість для реалізації процесу безперервного виробництва чорнової міді в печах для плавки в рідкій ванні. Відома ціла серія дослідно-промислових установок різного типу, що працюють за цим принципом. Однак у промислових умовах випробувана поки тільки одна піч для плавки на чорнову мідь (малюнок 1).
Малюнок 1 - Схема печі для плавки на чорнову мідь
У конструктивному відношенні піч нагадує конвертер і являє собою закладену в металевий кожух реакційну камеру циліндричної форми 1 викладену з основного вогнетривкої цегли. Ванна розплаву наводиться на подині печі, в центральній частині якої є спеціальне поглиблення - копильника, де скупчується чорнова мідь, періодично випускається з агрегату через шпурових отвір. Зліва від копильника встановлено ряд фурм для подачі газоподібного окислювача, праворуч в задній торцевій стінці печі розташована льотка для випуску шлаку.
Технологічні процеси в печі протікають за наступною схемою. Шихта, що містить 28% S і 24% Сі, у вигляді окатишів надходить у робочий простір печі через спеціальне завантажувальний пристрій, встановлений в її передній торцевій стінці над ванною. Матеріал потрапляє в розплав, де інтенсивно окислюється під дією дуття, що подається через фурми. За рахунок виділився в результаті протікання екзотермічних реакцій тепла відбувається нагрів і розплавлення шихти. Технологічні гази віддаляються через горловину, розташовану в центрі печі над ванною.
Для опалення хвостовій частині печі використовується традиційне паливо, яке подається через пальники, встановлені в її задній торцевій стінці. Відходять гази, що представляють собою суміш продуктів згоряння палива і сульфідних матеріалів, містять близько 7 - 8% сірчистого ангідриду. Пиловиносу становить приблизно 5% від маси перероблюваної шихти. Рідкими продуктами плавки є чорнова мідь і багатий по міді шлак. Довжина печі
Висновок
Печі для плавки в рідкій ванні використовуються у кольоровій металургії для одержання мідного штейну не скрізь через відносної новизни процесу. Але в майбутньому вони по праву займуть лідируючі позиції серед плавильних печей з-за порівняльної простоти конструкції печі, технологічного процесу одержання міді на штейн. Печі є агрегатами безперервної дії, дозволяючи робити процес плавки без зайвих зупинок. Одержуваний штейн є дуже якісним і не потребує повторного плавки.У своїй роботі я розглянув класифікацію печей для автогенного плавки, описав конструкцію і принцип роботи. Також вказав теплової і температурний режим роботи печі.