Расчет процесса и печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое

Содержание 

Введение 4

1. Общая характеристика печи для обжига в кипящем слое 8
2. Металлургические расчеты 11
1. Материальный баланс 11
2. Расчет рационального состава огарка и пыли 11
3. Расчет воздуха и газов 13
4. Расчет печи  15
5. Расчет теплового баланса процесса обжига цинкового 24
6. Расчет газоходной системы 31
7. Технические показатели 39
3. Контроль и автоматизация производственного процесса 40
4. Техника безопасности и охрана окружающей среды  43

Список использованной литературы 45

Спецификация 46

 

 

Введение

 

Металлургической  печью называется промышленный агрегат, в котором, используя тепловую энергию, производят необходимые физико-химические превращения металлсодержащих материалов с целью извлечения, рафинирования или тепловой обработки металлов и сплавов.

Назначение печи состоит в передаче тепла технологическим материалам, но при этом неизбежно часть тепла поглощается печными стенками и другими побочными теплоприемниками.

Совокупность процессов  теплообмена, происходящих в рабочем  пространстве печи обычно при посредстве движущейся печной среды, называется тепловой работой. Ее подразделяют на полезную, которая представляет собой передачу тепла технологическим материалам, и потерянную, включающую все иные виды потребления тепла.

Теплотехнические расчеты, выполняемые с целью конструирования  новой печи или выяснения изменений, которые произойдут в тепловой работе существующей печи при переходе к  другим условиям эксплуатации, должны выполняться комплексно, т.е. охватывать все теплотехнические процессы.

 

Классификация печей цветной металлургии:

1.По технологическому назначению: сушильные (барабанная); обжиговые (барабанные вращающиеся, печи для обжига в кипящем слое, агломерационные машины, шахтные); плавильные (отражательная, рудно-термическая, конвертер, электропечи);рафинировочные; литейные (индукционная, дуговая вакуумная, тигельные); нагревательные(методическая, печи-ванны); печи для термической обработки (камерная).

Основное преимущество печей  для обжига в кипящем слое - возможность  подготовки в них шихты для  плавильных печей, отражательных и электрических. Положительным свойством следует считать возможность ограничения размера уноса пыли соответствующим снижением скорости газов. Основной недостаток обжиговых печей для обжига в слое – недостаточный контакт материала  с газовой фазой – только по открытой поверхности, в то время как главная масса обжигаемого материала скрыта в глубине толстого слоя, куда доступ газов и тепла весьма затруднен; повышенное настылеобразование при обжиге материалов, склонных к спеканию.

Основные преимущества отражательных  печей: относительно пониженные требования к загружаемой шихте и ее подготовке перед плавкой (повышенная влажность, большое количество мелких фракций), ограниченная величина пылеуноса при  весьма мелкой шихте, не превышающая 1-1,5%, возможность переработки конвертерного  шлака в жидком виде, доступность  наблюдения за ходом основных процессов. Основные недостатки отражательных  печей: низкий термический КПД, не

превышающий 20-30%, ограниченные окислительные возможности и  малая степень сокращения, ограниченные возможности по нагреву и перегреву  шлака и штейна, препятствующие успешной переработке сырья с повышенным содержанием тугоплавких составляющих, большая тепловая инерция печей, относительно повышенное содержание металлов в шлаках.

Основные преимущества рудоплавильных электропечей: высокий термический  КПД, достигающий 60-80%,возможность нагрева  шлака до температуры 1500-1700˚С и выше, активная обработка шлака, малое  количество газов и пыли, возможность  полной автоматизации работы. Недостатки электрических печей: значительное потребление электроэнергии, ограниченные окислительные возможности и  малая степень сокращения, повышенные требования к шихте по снижению ее влажности.

Основные преимущества шахтных  печей: высокая удельная производительность печей, высокая степень десульфуризации  и сокращения, улучшенное использование  тепла в печи. Основные недостатки шахтных печей: повышенные требования к крупности шихты, повышенныйпылеунос, значительное потребление качественного  кокса.

Основные преимущества конвертеров: отсутсвие расхода топлива и  электроэнергии, высокая интенсивность  работы и большая производительность, высокая степень удаления примесей. Недостатки конвертеров: несовершенство процесса шлакообразования и невозможность  получения отвального шлака, пониженное прямое извлечение металлов, трудоемкость прочистки фурм, большой расход воздуха  высокого давления.

2.По источнику тепла: печи на углеродистом топливе; печи, работающие за счет тепла экзотермической реакций; электрические печи.

Основными показателями качества углеродистого восстановителя, положительно влияющими на технологию выплавки сплавов, следует считать его повышенную реакционную способность и электросопротивление. Коксовый орешек, получаемый при сортировке металлургического кокса, являясь  основным видом углеродистого восстановителя в ферросплавной промышленности, этим требованиям не отвечает. На удельное электросопротивление насыпной массы  углеродистого восстановителя влияет собственное электросопротивление углеродистого материала и сопротивление  контактов между его кусками.

Кислород дутья и природный  газ вступают во взаимодействие со шлаком, генерируя тепло за счёт экзотермических реакций, и создают требуемые окислительно-восстановительные условия в расплаве. Скорость движения газовой струи на срезе фурмы составляет 150—220 м/сек. Перемешивание газом расплава и включений перерабатываемых материалов интенсифицирует химические и физические взаимодействия в надфурменной зоне ванны расплава.

В электрических печах  можно поддерживать и изменять температуру  с большой точностью. Рабочее  пространство этих печей свободно от продуктов горения, угар металла получается минимальный. Электрические печи улучшают условия работы обслуживающего персонала.

3.По способу передачи тепла: печи, в которых тепло выделяется прямо в массе нагреваемого материала; печи, в которых тепловыделение происходит раздельно от обрабатываемого материала и передаются к нему теплообменом; печи с изолированным теплообменом.

Передача тепла от одного тела к другому (теплообмен) осуществляется различными способами. При нагреве  и охлаждении материалов, защитных и изолирующих конструкций происходит передача тепла теплопроводностью. Этот вид теплообмена осуществляется в условиях тесного соприкосновения  между отдельными частицами тела и неравенства температур в отдельных  точках тела или пространства.

Передача тепла конвекцией заключается в том, что перенос  тепла на границе стенка - газ  осуществляется за счет непрерывно подходящих к стенке новых частичек газа, которые  либо уносят с собой тепло, либо отдают его стенке.

Во многих процессах (например, при горении топлива в камере) передача тепла осуществляется излучением. Излучение возникает в результате превращения части тепловой энергии  в лучистую.

4.По форме рабочего пространства: с вертикальным рабочим пространством - шахтные печи; с горизонтальным рабочим пространством - пламенные печи; круглые; прямоугольные; цилиндрические и т.д.

 

      Ванные  печи по форме рабочего пространства  представляют собойгоризонтальную  емкость с прямоугольным или  круглым основанием,выполненную  из огнеупорной и теплоизолирующей  оболочки (футеровки).В зависимости  от технологического назначения  и габаритных размеровванные  печи подразделяются на стационарные  и поворотные. Ванные печи используют  в основном для плавки стали,алюминиевых  и медных сплавов. Иногда ванные  печи используются для нагрева  отливок в жидкихсоляных средах (соляные ванны).

В тигельных печах рабочее  пространство выполнено в форме

вертикального полого цилиндрического  или конического огнеупорного

изделия с дном. Иногда данное изделие имеет форму параллелепипеда. В

печном хозяйстве данные изделия называются тиглем.Именно в  тигле данных печей происходит технологический  процессплавки, доводки и выдержки литейных сплавов. По конструктивному  исполнению тигельные печи могут  быть стационарные или поворотные, с постоянным или выемным тиглями.

Вертикальные печи камерного  типа с верхней и с нижнейзагрузками изделий используются в основном для термообработкиотливок. Оба  эти типа печей периодического действия.

 

5.По способу работы: периодически действующие печи (обжиговые); непрерывно действующие печи (камерные).

В периодически работающих печах непроизводительно теряется масса топлива во время обжига (особенно в печах без свода) и во время остывания всего обожженного кирпича до той температуры, при которой уже возможно приступить к его выгрузке.

Чтобы использовать это тепло, стали соединять печи по нескольку  вместе и проводить жар по каналу из остывающей камеры в свежезагруженную, подсушивая и подготовляя к обжигу находящийся в последней сырец; такие печи, составленные из нескольких или даже многих камер, обжигаемых самостоятельно, называются камерными. Во всякий данный момент в одной или нескольких камерах такой печи по очереди  совершается обжиг, одна из остальных  камер совершенно остыла и разгружается, из прочих же камер часть занята стынущим товаром, часть — подогреваемым  сырцом. 
Идея непрерывной работы печи с наименьшей затратой топлива нашла себе наиболее полное выражение в кольцевых печах, отличающихся от камерных тем, что в них нет, строго говоря, отдельных камер, но печь представляет собою один, кольцеобразно сомкнутый, покрытый сводом коридор, в разных местах которого по очереди происходят все перечисленные операции: загрузка, подогревание, обжиг и остывание.

6.По способу использования тепла отходящих газов: рекуперативные и регенеративные печи; печи с котлами утилизаторами; печи с подогревом шихты.

       Более  совершенными считаются печи, использующие  тепло отходящих газов, так  называемые, регенеративные и рекуперативные  печи.Регенеративные печи с помощью  регенераторов используют тепло  отходящих газов для подогрева  воздуха и газа (в газовых печах), поступающих в печь.В рекуперативных  печах осуществляют подогрев  только воздуха, поступающего  в печь для горения. Потоки  отходящих газов и нагреваемого  воздуха в рекуператорах непрерывны  и осуществляются каждый по  своему каналу, причем движение  воздуха идет навстречу движению  печных газов. Газы нагревают  стенки рекуператора с одной  стороны, а воздух отнимает  тепло с другой.Применение рекуператоров  и регенераторов повышает КПД  всех печей.

Главные преимущества подогрева  шихты для электропечной плавки-снижение на 25-30 % удельных затрат на электроэнергию за счет более низкой стоимости природного газа и соответственно снижение себестоимости отливок ; сокращение времени плавки и соответствующее повышение производительности печи; сокращение расхода электродов (для дуговой плавки), легирующих и модифицирующих добавок; сокращение угара металла и повышение его качества; снижение количества вредных выбросов пыли и газа за счет использования эффективной системы очистки от локального источника.

 

   

 

 

1.Общая характеристика печи для обжига цинкового

концентрата в  кипящем слое

 

     Печь для обжига цинковых концентратов в кипящем слое (схема представлена на рисунок 1) - печь- теплогенератор с массообменным автогенным режимом тепловой работы, в     которой обрабатываемый измельченный (зернистый) материал находится в псевдосжиженном состоянии («кипящем слое») в потоке движущегося, газообразного окислителя (воздуха, кислорода).

       Печи кипящего слоя применяются для обжига сульфидных концентратов цветных металлов. Печь представляет собой цилиндрическую вертикальную шахту иногда переменного сечения, диаметром 6-8 м и высотой 9-11 м, поставленную на бетонный фундамент. Шахта, сваренная из стальных листов толщиной 10-12мм, футерована внутри шамотным кирпичом. Толщина футеровки 11 равна 500 мм. Кожух печи перед кладкой футировки из шамотного кирпича должен быть обклеен листовым асбестом. Наиболее ответственной частью печи является воздухораспределительная подина (1) с воздушной коробкой. Подина должна быть беспровальной, жаростойкой, простой в изготовлении и обеспечивать равномерное распределение поступающего воздуха по всему сечению печи.