ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ на тему: «Проект участка спекания, производительностью 400000 т глинозема в год». дп. Литература 98 Введение Глиноземом называется кристаллическая окись алюминия. Она является основным сырьем для получения алюминия
 Скачать 1.64 Mb.
|
Из данных таблицы следует, что по мере повышения температуры спекания удельный вес спеков возрастает, пористость снижается, извлечение Al2O3 и Na2O увеличивается. Материал, полученный в температурном пределе 1280 – 1330°C, имеет характер уплотненного спека клинкерного типа, приближающегося при температуре 1330°C и выше к типу плава − клинкера.Данные таблицы свидетельствуют также и о том, что достаточно полное разложение концентрата из природного нефелина достигается лишь при сравнительно высоких температурах, при которых происходит и частичное плавление материала.В подготовительных зонах печи значительная часть СО2 входит во взаимодействие с нефелином, с образованием каких-то промежуточных соединений, в состав которых может входить СаО и которые могут содержать А12О3 и Na2О в нерастворимом состоянии. По мере повышения температуры спекания указанные промежуточные соединения начинают взаимодействовать между собой с образованием, в качестве конечных продуктов, двухкальциевого силиката и алюминатов щелочей — натрия и калия. Последние, присоединяясь к алюминатам щелочей, полученным в результате непосредственного взаимодействия нефелина с СаО, повышают степень извлечения окиси алюминия и щелочей из спека, как это следует из данных таблицы, непрерывно растет по мере повышения температуры. В конечном итоге минералогический состав спека вплотную приближается к равновесному, характеризующемуся наличием в спеке только алюминатов щелочей и двухкальциевого силиката. Из изложенного следует, что малая полнота извлечения А12О3 при спекании нефелина с известняком в области низких температур лишь частично может быть объяснена наличием в спеке неразложенного еще нефелина, частично же объясняется образованием на низкотемпературных стадиях спекания некоторых промежуточных соединений, содержащих окись алюминия и щелочи в нерастворимой форме. Более детальное изучение вещественного состава продукта, получающегося на низкотемпературных стадиях спекания нефелина с известняком, свидетельствует о том, что фактическая активность СаО по отношению к нефелину является значительно более высокой, чем об этом можно судить, например, по приведенным в таблице показателям по извлечению Аl2Oз и Na2O из спеков, полученных при разных температурах, оказывается, что СаО активно взаимодействует с нефелином и при низких температурах, однако продуктами этих взаимодействий лишь частично являются алюминаты щелочей и двухкальциевый силикат. Частично же другие соединения, содержащие щелочи и окись алюминия в нерастворимой форме. Так, например, в пробе материала, взятой из производственной вращающейся печи на расстоянии примерно 25 м от выхода спека в холодильник, при извлечении Al2О3, равном 21,7% и содержании СО2, равном 10,9%, содержание свободной СаО не превышало 2,5%. В пробе материала, взятой на 10 м ближе к выходу спека в холодильник, при извлечении Аl2О3, равном 41,7%, и содержании СО2 равном, 4,2%, содержание свободной СаО составило только 2,3%. Указанные количества свободной СаО во много раз ниже того, что следовало бы ожидать, исходя из данных по содержанию СО2 в соответствующих пробах и по извлечению из них Аl2О3. Приведенные данные, подтвержденные многочисленными лабораторными и производственными наблюдениями, свидетельствуют о том, что уже в подготовительных зонах печи значительная часть СО2 входит во взаимодействие с нефелином, с образованием каких-то промежуточных соединений, в состав которых может входить СаО и которые могут содержать Аl2О3 и Na2O в нерастворимом состоянии. По мере повышения температуры спекания указанные промежуточные соединения начинают взаимодействовать между собой с образованием, в качестве конечных продуктов, двухкальциевого силиката и алюминатов щелочей — натрия и калия. Последние, присоединяясь к алюминатам щелочей, полученным в результате непосредственного взаимодействия нефелина с СаО, повышают степень извлечения окиси алюминия и щелочей из спека, как это следует из данных таблицы, непрерывно растет по мере повышения температуры. В конечном итоге минералогический coстав спека вплотную приближается к равновесному, характеризующемуся наличием в спеке только алюминатов щелочей и двухкальциевого силиката. Влияние продолжительности спекания, крупности измельчения и количественного соотношения исходных материалов, а также наличия в них примесей, на процесс спекания нефелиновой шихты. Из данных таблицы 1.3 следует, что температура спекания оказывает решающее влияние на скорость образования щелочных алюминатов при спекании нефелина с известняком. В прямой связи со скоростью находится и продолжительность спекания, достаточная для практически полного разложения нефелина известняком с получением щелочных алюминатов и двухкальциевого силиката. Та степень извлечения окиси алюминия, которая достигается при высоких температурах, может быть достигнута и при несколько более низких температурах, но за счет соответствующего повышения продолжительности. Таким образом, температура спекания и продолжительность являются, до известной степени, взаимозаменяемыми факторами. Об этом можно судить по приводимым в табл. 1.4 данным лабораторных опытов, иллюстрирующих одновременное влияние на процесс спекания нефелиновой шихты обоих факторов — температуры и продолжительности. Таблица 1.4 - Влияние температуры и продолжительности на качество спека
В опытах, приводимых в таблице 1.4, крупность измельчения исходных материалов характеризовалась остатком на сите 170 меш, равным 8%. Такая степень измельчения исходных материалов обеспечивает приемлемую производительность размольных агрегатов и является общепринятой в практике осуществления процесса спекания. Влияние степени измельчения исходных материалов. В процессе спекания нефелина с известняком большую роль играет степень измельчения исходных материалов, непосредственно влияющая на температуру спекания. По мере уменьшения крупности измельчения исходных материалов понижается температура спекания и наоборот. Таким образом, крупность измельчения исходных материалов, и температура спекания являются, до известной степени, такими же взаимозаменяемыми факторами, как температура и продолжительность спекания. Как показывает опыт, роль фактора измельчения особенно сильно сказывается при спекании природных нефелинов и в меньшей степени — при спекании нефелинов синтетических. Объясняется это тем, что как это следует из данных таблицы, в этом случае образование спека, характеризующегося максимально высоким содержанием щелочных алюминатов, достигается лишь в области высоких температур, при которых некоторая часть материала находится уже в расплавленном состоянии. За счет снижения крупности измельчения спека может быть снижена и температура спекания, и в пределе процесс спекания может быть полноценно метилен при такой температуре, при которой взаимодействие идет только за счет реакций в твердом состоянии, без участия расплава. В качестве примера, иллюстрирующего роль степени измельчения исходных материалов в процессе спекания нефелиновой шихты, могут быть использованы данные таблицы 1.5. Таблица 1.5 – Влияние степень измельчения исходных материалов
Во всех опытах этой таблицы степень измельчения нефелина оставалась неизменной, изменялась лишь степень измельчения известняка. Продолжительность выдержки при температуре спекания составляла для приведенных в таблице 1.5 опытов — 30 мин. Влияние дозировки исходных компонентов. Отклонения в ту или другую сторону от оптимальной дозировки известняка в нефелиново-известняковой шихте оказываются вредными для процесса спекания последней. Так, введение в шихту известняка в количестве, избыточном против формулы двухкальциевого силиката, может привести к получению спека, из которого извлекается при выщелачивании пониженное количество окиси алюминия. Это связано с образованием при спекании более высокоосновных силикатов кальция, отщепляющих при выщелачивании свободную окись кальция, которая частично вступает в реакцию с алюминатным раствором и переводит, таким образом, некоторую часть окиси алюминия в нерастворимую форму. Введение в шихту известняка в количестве, недостаточном для образования двухкальциевого силиката, приводит к неполному разложению промежуточных продуктов, образующихся на низкотемпературных стадиях спекания и, как следствие этого, к пониженному извлечению окиси алюминия и щелочей при выщелачивании спека. Влияние примесей. Как уже отмечалось выше, смеси химически чистых соединений, относящихся к системе Na2O ∙ А12O3 — К2О ∙ Аl2O3 — 2СаО ∙ SiO2, отличаются относительной тугоплавкостью. Так, в смесях этой системы не наблюдается образования каких-либо количеств жидкой фазы вплоть до температуры 1390˚C. Между тем известно, (см. Табл. 4) что при спекании, например, природного нефелина с известняком, взятыми в количественных соотношениях, обеспечивающих образование указанных трех соединении, заметное плавление материала происходит уже при температурах, лишь немногим превышающих 1300˚C. Объясняется это соответствующим влиянием примесей, главным образом окиси железа и, в особенности, окиси магния, всегда присутствующей в больших или меньших количествах в известняках. Поскольку понижение температуры плавления может сопровождаться и сокращением температурных площадок спекообразования и размягчения шихты, необходимо избегать наличия в шихте больших количеств указанных примесей, в особенности же окиси магния. В частности, содержание окиси магния в известняке не должно превышать 1,5–2,0 %. 1.5 Контроль качества продукции На производстве предусмотрен контроль качества сырья полуфабрикатов и готовой продукции. Готовой продукцией является глинозем, который должен соответствовать ГОСТ 30558–17 (Глинозем металлургический. Технические условия). Основные марки указаны в таблице 1.6. Таблица 1.6 – Основные марки готовой продукции глинозема
Операционный контроль и контроль качества конечной продукции глиноземного производства возложен на центральную лабораторию по контролю производств и отдел технического контроля (ЦЛКП и ОТК). В соответствии с требованиями стандартов и технических условий персонал отделения технического контроля продукции глинозёмного производства проводит регламентированные операции опробования, значение которых – получение предварительных лабораторных проб, с достаточной степенью точности характеризующих среднее значения контролируемых показателей качества в партии готового продукта. Отобранные пробы подвергаются анализу по регламентированным методикам в подразделениях лаборатории. По результатам анализа персонал ОТК выносит решение о соответствии или несоответствии полученных значений контролируемых показателей качества регламентировании полученных значений контролируемых показателей качества регламентированным требованиям. Контроль за качеством пульпы производится следующим образом: - отбор разовых проб с мельниц и из сборных бассейнов производят работники глиноземного цеха, маркируя каждую пробу с указанием вида материала пробы, регистрационного номера и даты отбора и отправляются по пневмопочте контролером продукции цветной металлургии УОКПГП и центральную лабораторию; - из разовой пробы контролер продукции цветной металлургии УОКПГП выполняет определение влаги по СТП 70638767-219-2004 (Операционный контроль сырья, полупродуктов и готовой продукции глиноземного производства. Концентрат нефелиновый, шлам белитовый влажный, известняковая пульпа, известняково-нефелиновая шихта, белый шлам, гидроксид алюминия. Методика выполнения измерений массовой доли влаги гравиметрическим методом) и анализ гранулометрического состава по СТП 00196368.42-45-2001 (Методы операционного контроля сырья, полупродуктов и готовой продукции глиноземного, содо-поташного и галлиевого производств. Нефелиновый концентрат, известняковая пульпа, известняково-нефелиновая шихта. Определение массовой доли ситового остатка); результаты анализов заносятся в «Журнал анализов шихты известняка»; - отбор разовых проб известняково-нефелиновой шихты на спекание производят контролёры продукции цветной металлургии УОКПГП в соответствии с «Инструкцией по отбору, подготовке, регистрации проб известняково-нефелиновой шихты на спекание». Контролер маркирует каждую пробу с указанием вида материала пробы, регистрационного номера и даты отбора; - из разовой пробы (натуральные остатки) контролер выполняет определение массовой доли влаги по СТП 70638767-219-2004 (Операционный контроль сырья, полупродуктов и готовой продукции глиноземного производства. Концентрат нефелиновый, шлам белитовый влажный, известняковая пульпа, известняково-нефелиновая шихта, белый шлам, гидроксид алюминия. Методика выполнения измерений массовой доли влаги гравиметрическим методом); - из разовой пробы кд контролер выполняет определение массовой доли влаги; - разовые пробы известняково-нефелиновой шихты (натуральные остатки) и пробы кд контролер отправляет по пневмопочте в центральную лабораторию; - при поступлении разовых проб в центральную лабораторию лаборант химического анализа физико-аналитического отдела регистрирует пробу в «Журнал регистрации проб физико-аналитического отдела»; - определение химического состава в пробах известняково-нефелиновой шихты рентгеноспектральным методом проводят лаборанты химического анализа в соответствии с СТП 70638767-231-2002 (Известняково-нефелиновая шихта. Методика выполнения измерений массовых долей оксидов кремния, кальция, магния, железа, алюминия, натрия, калия, серы и хлор-иона рентгеноспектральным методом); - лаборанты рентгеноспектрального анализа физико-аналитического отдела заносят результаты анализа в «Журнал анализов известняково-нефелиновой шихты и известняковой пульпы»; - рассчитывают среднесменный анализ как среднеарифметическое разовых проб; - лаборанты рентгеноспектрального анализа физико-аналитического отдела передают все результаты анализов известково-нефелиновой шихты по телефону диспетчеру АСУ; - результаты анализов разовых проб и расчетный среднесменный анализ старшему лаборанту УОКПГП; - результаты анализов разовых проб диспетчеру производства; расчетный среднемесячный анализ диспетчеру рудника; - из разовых проб лаборанты химического анализа физико-аналитического отдела составляют среднесуточную пробу и регистрируют в «Журнале регистрации проб химико-аналитического отдела»; - расчетные среднесменные анализы и результаты анализа потери при прокаливании заносятся в суточную «Сводку анализов по схеме аналитического контроля глиноземного производства»; - пробы известняково-нефелиновой шихты, хранятся в стеллажах комнаты хранения проб физико-аналитического отдела, распечатки с результатами анализа в стеллажах квантометрической в течение 1 месяца; - по истечении срока хранения пробы утилизируют. 1.6 Механизация и автоматизация производственных процессов В настоящее время на проектируемом участке спекания существуют две группы автоматизированных рабочих мест оператора. Первая группа объединяет АРМ операторов – агломератчиков горячего отделения печей спекания и включает в себя два пультовых помещения (пульт), расположенных возле горячей головки печей. Вторая группа объединяет АРМ операторов – пневматорщиков и состоит из одного пульта, расположенного в холодном отделении печей спекания. АРМ горячего отделения печей спекания состоит из: - 6 микроконтроллеров “Autolog 2000S” AL; - 6 персональных компьютеров ПЭВМ; - 6 датчиков КИП, исполнительных механизмов и приводов. АРМ холодного отделения печей спекания состоит из: - 6 микроконтроллеров “Autolog 2000” 1 AL; - 2 персональных компьютеров ПЭВМ; - 6 датчиков КИП, исполнительных механизмов и приводов. На все компьютеры поставлены программные пакеты “FIX” фирмы Intellution. Все ПЭВМ объединены в локальную сеть Ethernet. Функционально задачи контроллеров горячего отделения печей аналогичны и заключаются в следующем: - сбор, обработка и передача информации на ПЭВМ с датчиков КИП; - управление исполнительными приводами по алгоритмам стабилизации технологических параметров (температура печи, давление газа, расход воздуха на горение, расход воздуха на подачу пыли, расход пульпы, разрежение в печи и др.). Первая группа АРМ обеспечивает автоматизированное управление технологией и включает в себя следующие контуры управления: - давление газа (0 – 2,5 кгс/см2), датчик МПЭ – МИ, исполнительный механизм МЭО – 87; обеспечивает стабилизацию и регулирование давления газа в зависимости от температуры спека перед цепями. - давление воздуха на горение (0 – 630 кгс/см2), датчик ДМЭ, исполнительный механизм МЭО – 87; обеспечивает стабилизацию давления воздуха на горение. - разрежение перед дымососом (400 кгс/м2), датчик Сапфир 22 ДВ, исполнительный механизм МЭО – 92; обеспечивает стабилизацию и регулирование разрежения в зависимости от содержания СО в отходящих газах. - расход пульпы в печь (0 – 100 м3/ч), датчик ДМЭР, исполнительный механизм МЭО – 87; обеспечивает стабилизацию расхода пульпы в печь. - расход воздуха на подачу пыли в печь (0 – 30000нм3/ч), датчик Сапфир 22 ДД, исполнительный механизм МЭО – 87; обеспечивает стабилизацию и регулирование расхода воздуха в зависимости от количества пыли, подаваемой в печь. - отсечка пульпы, исполнительный механизм МЭО – 87; останавливает подачу пульпы в случае аварийной остановки печи. - количество пыли, подаваемой в горячий конец печи (0 – 100 %), исполнительный механизм, преобразователи частоты переменного тока; обеспечивает стабилизацию и регулирование количества пыли в зависимости от температуры спека. Кроме контуров регулирования имеется контроль следующих параметров: - температура перед цепной зоной 1100°С (ТХА); - температура отходящих газов в шунтовой трубе 400°С (ТХА); - температура отходящих газов после электрофильтра 400°С (ТХА); - температура спека на выходе из печи 400°С (ТХА); - давление воздуха на подачу пыли 630 кгс/см2 (ДМЭ); - разрежение в холодной головке печи 250 кгс/м2 (Сапфир 22 ДД); - расход газа на горение 10000 м3/ч (ДМЭР); - расход воздуха на горение 10000 м3/ч (Сапфир 22 ДД); - содержание СО2 в отходящих газах 0 – 30 % (ГИАМ - 14); - содержание СО в отходящих газах 0 – 2 % (ГИАМ – 14); - содержание О2 в отходящих газах 0 – 10 % (АГОО – 11); - температура газа на спекание 0 – 50 % (ТСМ - 50); - давление газа на общей линии 0 – 2,5 кгс/см2 (ТСМ – 50); - расход воздуха на церронасосы общий 0 – 16000 нм3/ч; - плотность пульпы. Контроль состояния электромеханического оборудования: - ток электродвигателя главного привода печи; - ток электродвигателя вспомогательного привода печи; - ток электродвигателей всех шнековых питателей; - ток электродвигателя вентилятора воздуха на горение; - ток электродвигателя вентилятора воздуха на подачу пыли; - ток электродвигателя привода холодильника; - ток электродвигателя привода транспортера; - ток электродвигателя привода дробилки; - ток электродвигателя привода дымососа; - температура редуктора главного привода печи; - температура редуктора дымососа печи; - температура редуктора холодильника печи; - контроль осевого смещения (хода) печи. Система обеспечивает контроль за состоянием электромеханического оборудования: - токовая нагрузка двигателей сборного шнека, трех продольных шнеков и дымососа; - температура подшипников двигателя и редуктора дымососа. На все ПК, работающие с операционной системой Windows NT, установлены СКАДА пакеты FIX. Ведение процесса, таким образом, представлено в наглядной, графической форме. В функции системы входит также: хранение истории процессов (в виде графиков), генерация различных отчетов. Алгоритмы высокого уровня, формирующие установки и задания для контроллеров, реализованы с помощью ПК. Таблица 1.7 – Функции и свойства системы
Продолжение таблицы 1.7
Вывод: в первой части моего дипломного проекта была выбрана технологическая схема производства глинозема способу Байера. Рассмотрено и выбрано сырье для его производства, физико-химические превращения при процессе спекания, механизация и автоматизация производственных процессов, а так же контроль качества продукции и факторы, влияющие на процесс. 2 2.1 Аппаратурно-технологическая схема печной установки Принципиальная аппаратурная схема печной установки для спекания глиноземсодержащих шихт приведена на рисунке 3. При прохождении шихты через вращающуюся печь протекают последовательно следующие физико – химические процессы: 1) сушка материала (до 200 – 250° C); 2) дегидратация водных минералов (400 – 600° C); 3) разложение (декарбонизация) известняка (900 – 1000° C); 4) химические взаимодействия между окислами шихты (1200 – 1300° C) и формирование спека. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||