Промышленные печи и трубы

Вельский В.И., Сергеев Б.В.
Стройиздат, 1974 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Промышленные печи и трубы

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПЕЧИ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
 
ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
 
Для получения цинка электролитическим способом, содер­жащего химически чистого Zn99%, исходным сырьем, поступаю­щим в электролизные ванны, является сернокислый цинк ZnSO4 в виде растворенных в серной кислоте обожженных в пе­чах цинковых концентратов. В связи с этим целью обжига цин­ковых концентратов является получение соединений цинка, ко­торые легко растворяются в серной кислоте. Находящийся в концентратах цинк в виде сернистого цинка ZnS процессе об­жига окисляется кислородом воздуха по реакции
2ZnS + 3O2 = 2ZnO+ 2SO2.
Окись цинка ZnOхорошо растворяется в серной кислоте. Часть окиси цинка в процессе обжига переходит в сульфат цин­ка (ZnO+S03=ZnSO4), являющийся наиболее ценным продук­том обжига, так как он хорошо растворяется в воде, т. е. для пе­ревода его в раствор не надо затрачивать серную кислоту. Эти две реакции, протекающие со значительным выделением тепла, являются основными в процессе обжига цинковых концентратов.
Обжиг цинковых концентратов осуществляют в шахтных пе­чах, которые по принципу действия и устройству мало чем от­личаются от печей для обжига медных концентратов, описанных выше, а также в многоподовых пересыпных печах и печах для обжига в кипящем слое.
В последние годы печи для обжига в кипящем слое все боль­ше внедряются для обжига сырья и полупродуктов различных цветных металлов, так как обеспечивают полноту выжигания серы при высокой производительности. Обжиг в кипящем слое назван так потому, что подающийся в печь в виде пыли концен­трат подхватывается воздухом, поступающим через отверстия в поде печи, становится подвижным, и состояние его по внешне­му виду напоминает кипение.
Схематическая печь для обжига цинковых концентратов в ки­пящем слое показана на рис. 85. Она состоит из цилиндрической обжиговой камеры, пода, через отверстия в котором подается воздух, устройства для загрузки шихты и удаления готовой про­дукции и газоотводящей системы.
Обжиговая камера представляет собой металлический ко­жух из листового металла, футерованный изнутри шамотным кирпичом. Между кожухом и шамотной футеровкой имеется теплоизоляционная прослойка. Купольный свод камеры футеро­ван шамотным кирпичом, или, как и стены обжиго­вой камеры, может быть выполнен из жаростойко­го бетона.
В верхней части каме­ры имеется газоотвод, че­рез который отходящие газы и мелкие частицы продукта в виде пыли по газопроводам попадают в электрофильтры, распо­ложенные рядом с обжи­говой печью.
Концентрат загружа­ется в печь (в зону кипя­щего слоя) через специ­альный бункер, а обож­женный материал удаля­ется самотеком по тру­бам через отверстия, на­ходящиеся на уровне ки­пящего слоя. Нагрев ма­териала до температуры 850—950°С происходит в основном за счет протека­ющих в печи экзотерми­ческих реакций. Для подачи тепла извне печь имеет форсунки или горелки, работающие на жидком или газообразном топливе.
Под печи, через отверстия в котором подается воздух (или газ), поддерживает материал в состоянии кипящего слоя. Он выполняется из металлических плит или жаростойкого бетона.
Чтобы обжигаемый материал не засорял отверстия в поде, их защищают грибообразными соплами или огнеупорными ша­рами, укладываемыми в лунки отверстий. Воздух, подаваемый от вентилятора (или нескольких вентиляторов), поступает в спе­циальную воздушную коробку, разделенную на отдельные сек­ции, имеющие самостоятельный подвод воздуха, для обеспече­ния ровной и устойчивой работы печи.
Площадь пода наиболее распространенных печей для обжи­га в кипящем слое цинковых концентратов, в зависимости от производительности, составляет 20—30 м2. Высота обжиговой камеры 6—10 ж, а диаметр 6—8 м. Высота кипящего слоя 800— 1500 мм.
 
ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЕ ВАННЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
 
Исходным продуктом для производства алюминия электро­литическим путем является чистый глинозем, полученный из бокситов, содержащих Аl203  65%.
Наиболее распространенным способом получения глинозема является спекание боксита при высоких температурах с содой и известняком. Получаемый при этом продукт, содержащий алюминат натрия, после выщелачивания водой в виде алюми-натного раствора разлагают углекислотой с выделением алюми­ния. .Прокаливая последний, получают глинозем, годный для электролиза.
Схема электролизной ванны показана на рис. 86.
Процесс получения алюминия в электролизной ванне сво­дится к следующему. Постоянный электрический ток, проходя через электролит — расплавленный криолит (3NaF-AlF3 или Na3AlF6) и растворенный в нем глинозем А1203, поддержизает их в расплавленном состоянии и одновременно электролитичес­ки разлагает глинозем. Образующийся при этом алюминий со­бирается на подине ванны, служащей катодом. Таким образом, в ванне имеются два жидких слоя—слой алюминия и слой элек­тролита, в который частично опущен анод.
В процессе работы на боковых стенках ванны за счет элек­тролита образуется гарнисаж. На открытой поверхности ванны электролит образует твердую корку, на которую из бункеров подается глинозем. По мере необходимости корку разбивают и глинозем поступает в электролит. «Сгорание» (расход) анода происходит за счет выделения на нем кислорода, окисляющего углерод до СО и С02.
Алюминий извлекают из ванны с помощью сифона или ва­куум-ковша через отверстие, пробиваемое в корке электролита.
Кожух ванны прямоугольной формы из листового металла крепят к фундаменту анкерными болтами. Дно ванны и ее бо­ковые стены футеруют шамотным кирпичом. На шамотную фу­теровку дна наносят слой углеродистой массы, на которую уста­навливают прессованные предварительно обожженные угольные подовые блоки.
Электрический ток подается к углеродистым подовым бло­кам (катодам) с помощью стальных стержней. Для обеспечения надежного контакта зазоры между блоками и стальными стерж­нями заливают чугуном. Швы между блоками заполняют нагре­той до 70—80° С углеродистой массой. Боковые стены ванны впритык к шамотной кладке футеруются углеродистыми плита­ми. Глубина ванны от пода до верха футеровки стен составляет 0,4—0,5 м.
Непрерывный самообжигающийся анод представляет собой прямоугольный кожух из алюминиевых листов, куда периодиче­ски загружают горячую анодную массу, состоящую из прокален­ного при температуре 1300° С без доступа воздуха нефтяного или пекового коксика (сухой остаток после перегонки нефти или каменноугольной смолы) и пека (продукт перегонки каменно­угольной смолы с температурой размягчения 45—60°С).
Загружаемая анодная масса в своей верхней части находит­ся в тестообразном состоянии и по мере опускания вниз за счет тепла, выделяемого ванной, превращается в сплошной твердый монолит.
Для предохранения от распора загружаемой анодной мас­сой алюминиевый кожух заключен в металлический каркас, по которому анод движется вниз, как по направляющим. Электри­ческий ток к аноду подводится с помощью алюминиевых шин через гибкие шины и стальные штыри, забиваемые в тело анода.
Штыри забивают в четыре ряда по 16—25 шт. в каждом ря­ду. По мере опускания анода их переставляют снизу вверх. Для подъема и опускания анода имеется специальное устройство, состоящее из механизма подъема, установленного на неподвиж­ной раме, тросов, к которым прикреплен каркас анода, и ушков, закрепленных на каркасе и служащих для захвата забитых в тело анода штырей (рис. 87). На раме, опирающейся на колон­ны печи, смонтированы бункера, из которых глинозем поступа­ет в печь, и металлические шторные дверцы, закрывающие ван­ну со всех сторон.