|
Устраняет этот недостаток бункерной системы дополнительно сооружаемый грейферный склад. Склад с грейфером имеет ряд траншей и отсеков, в которые из самораз- гружающихся вагонов (думпкар) выгружаются отдельные шихтовые материалы. По мере надобности грейферный кран забирает требуемый материал и подает его через бункер с питателями на транспортерную ленту, направляющую материалы в шихтовые бункера.
§ 3. Окускование мелких материалов
Окускование мелких материалов проводят окатыванием (грануляцией), брикетированием и агломерацией. Окатыванием (грануляцией) называется операция укрупнения мелких фракций руд, концентратов и порошков, при которой материал скатывается в шаровидные почти геометрически правильные прочные окатыши (гранулы), сохраняющие свою форму и размеры при дальнейшей переработке.
Окатывание — сравнительно новый метод окускования. Промышленное применение он получил только в начале 60-х годов текущего столетия. Сейчас этот метод нашел широкое применение на предприятиях многих отраслей промышленности; включая и цветную металлургию. На новых предприятиях, как правило, вместо агломерации предусматривают окатывание. Преимуществом процесса является более высокая производительность при меньших капитальных и эксплуатационных затратах.
Технологическая схема окатывания включает следующие три операции: подготовку материалов к окатыванию, собственно окатывание и упрочнение сырых гранул.
Первая операция предусматривает измельчение исходных материалов (в случае необходимости), подготовку их по гранулометрическому составу, увлажнение или подсушку и тщательное перемешивание компонентов шихты.
Решающее влияние на результаты окатывания оказывает влажность исходной шихты. Оптимальная влажность при окатывании колеблется в пределах 6—12 %. Для получения более прочных окатышей иногда в шихту вводят связующие добавки. В цветной металлургии для этих целей чаще всего используют сульфит-целлюлозный щелок, сульфат натрия и известь.
Окатывание осуществляют в барабанных или чашевых (тарельчатых) грануляторах. Окатывание в барабанных грануляторах (рис. 43, а) происходит следующим образом. При вращении барабана материал поднимается по образующей благодаря трению и частично за счет центробежной силы, пока не достигнет поверхности слоя, а затем
иуляторах |
скатывается вниз под действием- силы тяжести. При качении Окатыши «наматывают» на себя тонкие классы, растут и постепенно продвигаются по барабану в сторону разгрузки. Основным недостатком барабанных грануляторов является неоднородность окатышей по размеру. Это происходит вследствие того, что вблизи разгрузочного конца гранулы почти не растут из-за отсутствия свежей шихты. Поэтому барабанные грануляторы вытесняются в настоящее время чашевыми.
Чашевый гранулятор (рис. 44) представляет собой та- реЛь диаметром до 5,5 м с бортами высотой до 0,9 м, вращающуюся со скоростью около 4—7 об/мин. Угол наклона чаши (тарелки) может изменяться от 35 до 55°.
При окатывании на чаше (см. рис. 43,6) отдельные ока: тыши поднимаются вместе с вращающейся тарелью на некоторую высоту, а затем скатываются по поверхности слоя свежего материала под углом естественного откоса. Чем крупнее окатыши, тем на меньшее расстояние они поднимаются и тем быстрее скатываются и пересыпаются через борт тарели по мере поступления новых порций исходной шихты. Таким образо^, наиболее крупные гранулы циркулируют по небольшой траектории, а наиболее мелкие— по всей площади тарели, многократно соприкасаясь со свежим материалом. В результате этого наклонная чаша выдает более равномерные окатыши, чем барабанный гранулятор.
Производительность чашевых грануляторов и крупность
Рис. 44. Чашевой гранулятор: / — чаша; 2— нож; 3— рама; 4— электродвигатель; 5 — редуктор |
образующихся окатышей при прочих равных условиях зависят от скорости вращения тарели, угла ее наклона и высоты бортов. Во всех случаях увеличение продолжительности окатывания приводит к получению более крупных окатышей и снижению относительной производительности гранулятора.
Прочность сырых окатышей после грануляции обычно мала. Однако она может быть увеличена уменьшением содержания в них влаги, которую удаляют обычно искусственной сушкой при температурах выше 100 °С. В ряде случаев для упрочнения окатышей прибегают к прокалке (обжигу) при температуре до 1000°С и выше.
Брикетированием называется процесс окускования пу-
тем прессования рыхлых и пылевидных материалов в кус* ки правильной и однообразной формы — брикеты.
Придаваемая брикетам прочность обусловливается либо действием сил молекулярного сцепления в результате сближения отдельных частиц при прессовании, либо действием связующих веществ, обеспечивающих необходимое сцепление частиц. Поэтому по характеру связывания частиц различают брикетирование без добавок связующих и брикетирование с применением неорганических и органических веществ.
В качестве неорганических связующих используют известь, глину, хлорид кальция и др. К числу органических веществ относятся пек, гудрон, смолы, уголь, сульфитный щелок и т. п.
Перед прессованием исходные материалы подвергают подготовительным операциям: подсушке или увлажнению,
Руда' Брикеты Рис. 45. Валковый пресс: |
Сырые брикеты могут быть непосредственно направлены в металлургический передел. Однако чаще их дополнительно упрочняют сушкой, обжигом или пропариванием.
1 — рама; 2 — вал; 3 — загрузочная воронка; 4 — бандажи; 5 — вальцы |
Валковый пресс (рис. 45) представляет собой два металлических вальца, вращающихся навстречу друг другу. На вальцы насажены сменные бандажи с углублениями по форме брикетов, изготовленные из высокопрочной стали. Прессуемый материал загружается сверху между вальцами.
При вращении вальцов углубления совмещаются, и шихта, попавшая в них, прессуется в брикет. Давление в валковых прессах передается по сферической поверхности неравномерно, что создает неодинаковую прочность в различных частях брикета. Для уменьшения неравномерности
давления брикетам придают каплеобразную или яйцевидную форму, небольшие размеры и массу до 0,2—0,3 кг.
Брикетирование на валковых прессах проводят при давлении 5—10 МПа. Полученные брикеты падают на наклонный грохот для отделения мелочи (главным образом, шихты, прошедшей между валками) и направляются в металлургический передел.
' Валковые прессы являются наиболее простыми и дешевыми устройствами. Однако они имеют следующие существенные недостатки:
1) быстрый износ брикетных ячеек в бандажах;
2) высокая чувствительность к составу шихты и особенно к виду и содержанию связующих веществ;
3) зависимость качества брикетов от колебаний влажности исходной шихты.
Штемпельные прессы обеспечивают более равномерное сжатие и позволяют получать более крупные брикеты, обычно цилиндрической формы. Давление прессования в
Рис. 46. Схема прессования иа штемпельных прессах: 1—6 — последовательность операций в цикле; 7 — верхний штамп; 8 — питатель; 9 — иижний штамп; 10 — загруженная шихта |
штемпельных прессах при брикетировании осуществляется путем одновременного сжатия загруженной шихты верхним и нижним штемпелями (пуансонами). Схема прессования на штемпельных прессах показана на рис. 46.
Штемпельные прессы отличаются периодичностью работы,, большими габаритами, сложностью конструкции, малой производительностью, большим расходом электроэнергии и необходимостью частой замены быстроистирающихся матриц.
Большой практический интерес представляют получающие все большее распространение кольцевые прессы, сочетающие свойственные валковым прессам непрерывность действия и относительную простоту конструкции с возможностью создания высоких давлений, присущих штемпельным прессам.
Агломерацией называется процесс спекания мелкой руды или концентратов в прочный, кусковой и пористый материал (агломерат).
Воэдух 1200, 800 Ш t°C Рис. 47. Схема агломерации с просасыванием воздуха и распределение температуры по высоте слоя шихты: |
1 — зона агломерации (спекания); 2—. зона горения; 3—зона воспламенения; 4 — зона сушки; 5 — зона сырой (переувлажненной) шихты; 6 — колосниковая решетка |
Горение топлива происходит за счет кислорода дутья, которое просасывается или продувается через слой лежащей на колосниковой решетке шихты.
На рис. 47 приведен схематический разрез слоя шихты с указанием зон протекания основных процессов при агломерации с просасыванием воздуха.
Горючие компоненты шихты (топливо или сульфиды) вначале поджигаются на поверхности слоя шихты с помощью зажигательного горна. Горячие газы, пронизывая слой шихты, просушивают нижележащие слои шихты. Удаляю
щиеся пары воды создают в слое шихты поры, улучшаю* щие его газопроницаемость. Затем шихта постепенно нагревается горячими газами до температуры воспламенения топлива (~700°С), что способствует интенсификации процесса горения и резкому возрастанию температур. Прн температурах около 1200°С происходит оплавление поверхности кусочков шихты за счет плавления наиболее легкоплавких составляющих шихтц. При этом образуется небольшое количество жидкой фазы, необходимой для цементирования тугоплавких компонентов. После полного выгорания топлива на данном участке слоя шихты зона горения перемещается вниз, а поступающий сверху холодный воздух охлаждает шихту, что приводит к затвердеванию жидкой фазы и свариванию шихты в кусок агломерата.
При агломерации с продуванием, когда дутье пронизывает слой шихты снизу вверх, расположение зон будет обратным.
Основными обязательными компонентами агломерационной шихты являются руда или концентрат и оборотный агломерат (возврат), которые перед загрузкой на колосниковую решетку увлажняют и тщательно перемешивают. В качестве возврата используют, как правило, мелкую фракцию агломерата предыдущих операций спекания. Введение оборотного агломерата в шихту способствует повышению ее газопроницаемости. Кроме того, частички уже оплавившегося материала являются наиболее легкоплавкими компонентами и служат как бы центрами возникновения жидкой фазы.
При спекании окисленных материалов в отличие от сульфидных к шихте добавляют коксик в количестве
7— 8 % от массы твердой шихты.
Роль влаги в процессе спекания велика. Присутствие в шихте влаги в значительной мере определяет все показатели процесса и качество получаемого агломерата.
При перемешивании увлажненной шихты, проводимом обычно в барабанных смесителях, мелкие частицы шихты окатываются в комочки. Это ведет к увеличению объема и газопроницаемости шихты. Кроме того, повышению газопроницаемости шихты способствует испарение влаги в процессе агломерации, что приводит к образованию в комках шихты пор. Для каждой шихты существует своя оптимальная влажность, отвечающая ее максимальному объему и обеспечивающая максимальную газопроницаемость. Оптимальная влажность для окисленных руд составляет 20— 25 %, а для сульфидных шихт 4,5—6 % • Отклонение влажности от оптимальной более чем на ±15 % (отн.) приводит к снижению газопроницаемости шихты, резкому ухудшению показателей процесса, а иногда и к полному прекращению процесса спекания.
В ряде случаев в шихту агломерации вводят флюсы. Получающийся при этом офлюсованный агломерат более удобен для последующей плавки, так как является самоплавким.
При агломерации в слое шихты в зависимости от вида исходного сырья происходят следующие физико-химичес- кие процессы: горение углерода или сульфидов самой шихты, дегидратация соединений, разложение карбонатов или высших сульфидов, частичное восстановление оксидов или окисление (полное или частичное) сульфидов, образование силикатов или ферритов, плавление легкоплавких фаз и частичное шлакообразование.
Хорошая термическая подготовка приводит к направленному изменению фазового и химического состава обрабатываемого материала. В частности, образование фаялита (2Fe0-Si02) при агломерации облегчает протекание процессов шлакообразования и плавления при последующей плавке. В конечном итоге плавка агломерата по сравнению с сырой шихтой или брикетами всегда отличается более высокой удельной производительностью плавильного агрегата и меньшим расходом топлива или электроэнергии.
Для осуществления процесса агломерации в промышленных условиях почти повсеместно используют ленточные агломерационные машины непрерывного действия.
Устройство агломерационной машины ленточного типа с просасыванием воздуха через слой спекаемого материала показано на рис. 48.
Агломерационная машина представляет собой длинную раму, по которой движется непрерывный ряд тележек-пал- лет. Движение и проталкивание паллет по направляющим рельсам осуществляется от привода через ведущее (большое) зубчатое колесо. Дно у паллет набрано из колосников. По коротким сторонам они имеют борта. В местах примыкания паллет друг к другу бортов нет. Каждая паллета имеет по четыре ходовых колеса. При движении паллеты образуют прямоугольный желоб, который заполняется слоем шихты, подаваемой из бункера с помощью маятникового питателя. Толщина слоя шихты составляет 250— 300 мм. Она регулируется срезающим ножом, который одновременно разравнивает поверхность шихты.
Рис. 48. Агломерационная машина с площадью спекания 50 м2: 1 — привод; 2—-бункер для загрузки «постели»; 3— шихтовый бункер; 4— зажигательный горн; 5- тележка-паллета; 6 — камера разрежения; 7 — каркас машины |
Сразу после загрузки шихты паллета поступает под зажигательный горн и одновременно проходит над первой камерой разрежения. В этот момент горячие топочные газы и воздух начинают просасываться через,слой шихты и зажигают содержащиеся в ней горючие компоненты.
Горение шихты и ее спекание продолжаются в течение всего времени прохождения паллет под остальными камерами разрежения.
К моменту прохождения паллетой последней камеры процесс агломерации должен закончиться. Если он не успеет завершиться, то нижний слой шихты останется неспе- ченным (брак). Далее тележка Скатывается по направляющему (малому) колесу, опрокидывается и с нее сбрасывается на колосниковый грохот готовый агломерат. Нижний продукт грохочения используется в качестве возврата.
Пустая паллета далее под действием силы тяжести скатывается по нижним наклонным направляющим, в голове машины захватывается ведущим зубчатым колесом и поднимается вверх под загрузку.
Зажигательный горн, расположенный над паллетами, отапливается природным газом или мазутом.
Размещенные под горизонтальным рядом паллет камеры разрежения имеют индивидуальное регулирование величины вакуума и соединены общим коллектором с дымососом (эксгаустером). Общая длина камер разрежения является рабочей длиной агломерационной машины. Ширина паллет определяет ее рабочую ширину.
В цветной металлургии наибольшее распространение получили агломерационные машины с площадью всасывания 50 м2 (2X25 м) и 75 м2(2,5Х30 м). При скорости движения паллет 2,7—3 м/мин (~0,05 м/с) производительность агломашнн по шихте составляет 35—45 т/(м2-сут). Имеются примеры использования агломерационных машин с большей рабочей, площадью — до 200 м2 и более.
Основным недостатком агломерации с просасыванием является приваривание агломерата к колосникам паллет. Частично оно может быть предотвращено загрузкой на паллеты «постели» из тугоплавких материалов, например дробленого известняка.
В последние годы все большее распространение получает агломерация на ленточных машинах с подачей^ дутья снизу под давлением.
При таком методе агломерации (рис. 49) сначала на колосники загружают тонкий слой шихты (~25 мм), который поджигается зажигательным горном при просасыва-
нии воздуха с помощью одной камеры разрежения. Затем на горящий (зажженный) слой загружается основная масса шихты. Одновременно с этим меняется направление подачи дутья, нижний горящий слой поджигает лежащую выше шихту и ее горение перемещается вверх.
Рис. 49. Схема зажигательного узла агломерационной машины с дутьем снизу вверх: |
1 — воронка первичяой загрузки шихты; 2 — воронка вторичной загруани шихты; 3 — защитный кожух; 4 — горелка зажигательного гориа; 5 — колос- ники паллет |
Глава 6 ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ И ГАЗООЧИСТКА
§ 1. Принципы пылеулавливания
Почти все технологические процессы получения цветных металлов характеризуются образованием пыли, уносимой технологическими и вентиляционными газами. Количество образующейся пыли (пылевыиос) зависит от вида металлургического процесса, интенсивности его проведения, количества и скорости движения газов, физико-химических свойств перерабатываемого сырья н ряда других факторов. Так, при обжиге медиых концентратов в кипящем слое вынос пыли составляет ие менее 25—35 %.
Для наиболее полного извлечения всех ценных компонентов перерабатываемого сырья, высокой комплексности его использования н защиты окружающей природы от загрязнений необходимы хорошо организованные пылеулавливание и газоочистка.
Пылеулавливанием называется комплекс инженерных и технологи» ческих мероприятий и процессов, связанных с отводом запыленных газов от источников образования пыли с последующим выделением твердых или жидких частиц из газового потока.
Пылеулавливание позволяет не только утилизировать уловленную пыль. Оно обеспечивает также использование ценных компонентов самих газов (перерабатывая сернистые газы, например, получают серную кислоту).
На всех современных заводах цветной металлургии установлены пылеулавливающие устройства, обеспечивающие достаточную полноту улавливания пыли из газов.
Работу пылеуловителей можно оценивать двумя способами. Прн первом учитывают абсолютное значение остаточного содержания пыли в очищенном газе в г/м3[5]. Второй способ характеризует относительную эффективность работы пылеуловителя и выражается через коэффициент его полезного действия (т]). Величину т] можно рассчитать по следующим формулам:
Ч = (Qyji/Qnox) 100% (17) или т] = [(Qhcx — Qo.iO/Qhcx] 100%, (18)
где Qhcx количество пыли в исходном (входящем) газе; QyjI-—количество пыли, уловленной в аппарате; Q0.г— количество пыли в очищенном газе.
Вследствие многообразия исходных характеристик очищаемых газов (температуры, влажности и химического состава) и улавливаемой пыли (крупности частиц, химического и фазового состава, электрических и других свойств) применяют различные типы пылеуловителей.
Улавливание пыли из газового потока заключается в том, что частицы либо выделяются из него под действием гравитационных сил, либо осаждаются на пористых поверхностях и различных телах.
Существуют три метода очистки воздуха или газов от пыли: сухой, мокрый и электрический.
При сухом методе пыль улавливается осаждением частиц под действием силы тяжести из сравнительно медленно движущегося потока газов, центробежной силы, инерционных сил и фильтрованием.
При мокром методе частицы пыли смачивают водой или другими жидкостями и тем самым осаждают их в виде пульпы из потока газов. Для этого газ пропускают через слой жидкости или через завесу мелкодисперсных жидких капель.
При электрическом методе выделение частиц из запыленного газа происходит под воздействием электрического поля на одноименно заряженные частицы пыли, приобретающие заряд в результате ионизации молекул газа коронным разрядом.
§ 2. Сухие пылеуловители
К сухим пылеуловителям относятся пылевые (осадительные) камеры, газоходы, одиночные и батарейные циклоны, инерционные пылеуловители и тканевые фильтры.
Пылевые камеры и газоходы являются простейшими пылеулавливающими устройствами, в которых за счет резкого увеличения поперечного сечения газохода или уменьшения объема газа при охлаждении снижается скорость движения газового потока (рис. 50). В этих условиях частицы пыли, ранее увлеченные энергичным потоком газов, начинают оседать (падать) на дно камеры со скоростью Wn (м/с). Скорость падения будет тем выше, чем тяжелее частицы и чем меньше скорость газового потока.
Пылевые камеры очень громоздки, позволяют улавливать только крупную (грубую) пыль (d>100 мкм) и имеют низкий коэффициент полезного действия (не выше 40—70 %). Пылевые камеры в цветной металлургии применяют редко. Их роль частично выполняют трубчатые газоходы, по которым газ транспортируется к местам назначения.
Выход |
Рнс. 50. Схема пылевой камеры (газохода) |
Рнс. 51. Схема циклонного пылеуловителя (траектория внешнего вихря показана штриховыми линиями,, внутреннего — сплошными)
Выделение пыли в циклонах происходит под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении газового потока в замкнутом цилиндрическом или коническом пространстве н превышающей в несколько раз силу тяжести.
Запыленный газовый поток обычно через патрубок вводится тангенциально в верхнюю цилиндрическую часть корпуса циклона (рис. 51) радиусом Я2 н заканчивающуюся в нижней части конусом. Очищенные газы выходят из аппарата вверху через трубу радиусом Rlt расположенную по оси циклона.
Развиваемые в циклоне центробежные силы отбрасывают частицы пыли к стенкам его корпуса, и они по внешней вихревой спирали перемещаются к нижнему пылеотводящему патрубку. Газовый поток, приблизившись к конусу, поворачивается и движется вверх к выходной трубе, образуя внутренний вращающийся вихрь.
Скорость осаждения пыли в циклоне (скорость движения пыли в
радиальном направлении) Wp определяется следующим выражением; rp = d2W'2pT/l8/?fi, (19)
где d—размер (диаметр) частицы, м; Wr — скорость газового потока, м/с; рт — плотность вещества частицы, кг/м3; R — радиус цилиндрической части аппарата, м; [д, ~ динамическая вязкость газа, Па-с.
Из уравнения (19) видно, что скорость осаждеиия пыли в циклонах возрастает с увеличением скорости газового потока, крупности частиц и уменьшается с увеличением радиуса вращения потока газов. К. п. д. циклонов в среднем составляет 70—80 %.
Для получения повышенного к. п. д. при большом1 количестве газов лучше применять несколько параллельно установленных циклонов — групповые циклоны. Рекомендуется использовать циклоны диаметром не более 1 м.
Повышение эффективности работы циклона с уменьшением радиуса вращения послужило основой для разработки конструкции циклонов,
Газ Газ |
которые при небольшом диаметре могли бы быть объединены в батареи большей производительности, чем одиночные или групповые циклоны. Такие небольшие циклоны, получившие название циклонных элементов батарейных циклонов, имеют диаметр 40—250 мм.
В отличие от обычных циклонов в батарейных устройствах газовому потоку придают вращательное движение не тангенциальным подводом газов, а с помощью установленного в каждом элементе направляющего аппарата в виде винта или розетки (рис. 52), который закручивает струю запыленного газа.
Направляющий аппарат устанавливают в кольцевом зазоре между стенкой цилиндрической части корпуса циклонного элемента и его выходной трубой.
Запыленный газ поступает в распределительную камеру 1 батарейного циклона (рис. 52, а) по газоходу 2. В камере 1 газы распределяются по отдельным циклонным элементам. Опускаясь, газы проходят в корпус элемента 3 через направляющие аппараты 4 и приобретают вращательное движение. Очищенные газы через выходную трубу 5 собираются в камере 6 и выводятся из батарейного циклона через выходной патрубок 7.
Помимо силы тяжести иа частицы, находящиеся в движущемся газовом потоке, действует сила инерции. Под ее влиянием частицы пыли стремятся двигаться прямолинейно и поэтому выбрасываются из потока при изменении направления его движения.
На использовании этого явления основана работа таких пылеуловителей, как жалюзнйиый (рис. 53,а) нли инерционный с отклонением хода газа (рис. 53, б).
Газ |
В циклон |
Обогащенный пылью газ |
Рис. 53. Схема действия жалюзийного (а) и инерционного (б) пылеуловителей
В тканевых фильтрах запыленный газ пропускают через фильтровальную ткаиь, изготовленную из различных волокийстых материалов, преимущественно стеклянных и синтетических волокон (нитрона, лавсана и др.), а также из шерсти и хлопка. В цветной металлургии большое распространение получили рукавные (мешочные) фильтры.
Запыленный газ, поступающий иа очистку в тканевые фильтры, должен быть предварительно очищен от грубой пыли. Кроме того, температура газа должна быть ниже температуры воспламенения (оплавления) ткани. Не допускается конденсация содержащихся в газе паров воды и кислот. Необходимо следить за тем, чтобы фильтрующий материал не разрушался агрессивными составляющими газа, например парами серной кислоты.
Рукавный фильтр представляет собой камеру, разделенную герме,- тичиыми перегородками иа секции (рнс. 54). Фильтрующие элементы 1 из пористой ткани, называемые рукавами или мешками, подвешены глу
хим концом к встряхивающему механизму 2. Запыленный газ через входной патрубок 3 поступает в пылевой бункер 4, который перекрыт сверху плитой-перегородкой 5. На плите с помощью специальных скоб-стяжек 6 закреплены фильтрующие рукава своей открытой частью. Камера выше перегородки через патрубок 7 соединена с дымососом, который протягивает запыленный газ через фильтр. Пыль при этом оседает на внутренней поверхности фильтровальных рукавов.
Во время работы рукавиого фильтра поры забиваются пылью и ее фильтрующая способность постепенно снижается. Для повышения эффективности работы рукавных фильтров их отдельные секции с помощью заслонки 8 периодически (через 15—20 мин) отключают от дымососа и рукава встряхиваются вибрационным механизмом. Осевшая иа
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 25 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |