отчет по практике 4 курс(шахтная печь, АП). Отчет по второй производственной эксплуатационной практике Исполнитель студент (ка) группы 00ап4 (номер)

• Название: Отчет по второй производственной эксплуатационной практике Исполнитель студент (ка) группы 00ап4 (номер)
• Дата: 18.07.2022
• Размер: 454 Kb.
• Имя файла: отчет по практике 4 курс(шахтная печь, АП).doc
• Тип: Отчет; #632952
• страница: 4 из 7

4 Восстановительная плавка в шахтных печах

4.1 Сущность процесса восстановительной плавки свинца

Свинцовый агломерат, подвергающийся восстановительной плавке, имеет весьма сложный состав. Он содержит окислы, силикаты и сульфаты свинца, окислы и силикаты цинка, железа и меди, а также компоненты пустой породы, перешедшие в него из концентратов и введенные в него с флюсами при шихтовке .

Агломерат содержит также окислы сурьмы и мышьяка, золото, серебро и ряд других примесей.

Плавка агломерата слагается из ряда отдельных химических превращений, которые происходят с составляющими его окислами по мере прохождения их через печь. В это время протекают три основных процесса: восстановление, шлакообразование и сульфидирование.

Восстановление протекает по реакции

РbO + CO = Pb + CO₂

Восстановителем в шахтной печи служит газообразная окись углерода, образующаяся от сжигания загружаемого в печь кокса. Она омывает частицы агломерата, содержащие окись свинца, восстанавливает их до металла и окисляется при этом до двуокиси углерода, которая реагирует с твердым углеродом и вновь превращается в окись углерода, способную восстанавливать окислы свинца и других металлов. Роль твердого кокса как восстановителя весьма ограничена, так как он мало соприкасается с крупными кусками агломерата.

Одновременно со свинцом восстанавливаются и окислы других металлов.

Шлакообразование заключается в соединении и сплавлении между собой элементов пустой породы: кварца, известняка, закиси железа, глинозема и других элементов. Этот процесс протекает при температуре выше 1000 ⁰С и после того, как восстановилась основная масса окислов свинца.

Сульфидирование служит для перевода меди в сернистое соединение и отделения ее от свинца и шлака в виде сплава с другими сульфидами, называемого штейном.

Углерод, загружаемый в печь в виде кокса, служит главным образом как источник тепла и восстановительного газа-окиси углерода.

Плавку проводят, чтобы получить максимальное количество свинца в виде металла, медь перевести в штейн, а все компоненты пустой породы сосредоточить в жидком шлаке и отделить от свинца.

Печь представляет собой шахту, в верхнюю часть которой загружают агломерат и кокс, а в нижнюю через отверстия, называемые фурмами, подают воздух. При сгорании кокса в нижней части шахты развивается температура, достигающая 1400-1500 ⁰С, достаточная для расплавления всей массы шихты. Горячие газы, проходя через шахту, подогревают движущуюся им на встречу шихту и охлаждаются при этом до 150-200 ⁰С. При этой температуре они удаляются через верхнюю часть печи, называемую колошником. Изменение температуры по высоте печи и в горизонтальных сечениях неравномерно.

Максимальная температура 1400-1500 ⁰С находится в области, прилегающей к фурмам. Уже на расстоянии 400-500 мм от фурм температура падает до 1000 ⁰С и на протяжении 3 м снижается до 800 ⁰С. Далее, на протяжении 1,5 м, температура почти не меняется и потом снижается до 150-200 ⁰С, при которой газы покидают шихту.

В горизонтальных сечениях обычно области, расположенные ближе к стенкам печи, омываются газами лучше, чем центральная ее часть, температура в них выше.

Чем более пориста шихта (чем больше доля крупного агломерата и кокса в ней), тем равномернее температура в поперечном сечении. Большинство печей работает все же периферическим ходом, т. е. в условиях, когда центральная часть печи агрегата хуже, чем периферические ее части.

Шихта опускается по шахте в течение 3-5 ч. За это время под влиянием все более повышающейся температуры и газов, содержащих окись углерода, происходят необходимые химические превращения в шихте, она расплавляется, и жидкие продукты плавки собираются в нижней части печи, называемой горном.

4.2Изменения составляющих шихты при прохождении ее через печь, шлаки свинцовой плавки и расчет шихты

В соответствии с теми изменениями, которые происходят с шихтой в процессе ее плавки, печь можно условно разделить на три зоны: подготовительную, восстановительную и зону плавления и шлакообразования.

В подготовительной зоне, охватывающей область, в которой температура меняется от 150 до 200 0С, шихта подсушивается. Содержащаяся в шихте влага испаряется, а газы, отходящие из печи, при этом охлаждаются.

В зоне восстановления, где температура растет от 400 до 900 ⁰С, заканчивается удаление влаги, разлагаются карбонаты и сульфаты, восстанавливаются окислы свинца, медь сульфидируется с образованием штейна.

В зоне плавления и шлакообразования, в области температур 900-1200 ⁰С, ранее восстановленный свинец, стекая вниз, растворяет золото и серебро, металлическую медь и восстановившиеся до металлического состояния сурьму и мышьяк. Сульфиды меди, железа и свинца расплавляются и в виде жидкого штейна стекают в горн.

Кремнезем, окись кальция и закись железа, образуя наиболее легкоплавкие смеси, расплавляются и, стекая вниз, растворяют остальные компоненты пустой породы. Окись кальция и закись железа вытесняют свинец из его силикатных соединений.

Очень важно проследить за поведением отдельных составляющих шихты при прохождении ее через печь.

Кокс,загружаемое в печь совместно с агломератом, высушивается в верхней зоне печи, частично расходуется на восстановление окислов и раскисление СО₂ до СО, но основная его масса достигает области фурм. Здесь в атмосфере вдуваемого через фурмы воздуха он сгорает с образованием двуокиси углерода, которая в контакте с углеродом образует окись углерода, устремляющуюся по шахте вверх. При интенсивном сжигании кокса температура его достигает 1500 ⁰С.

Эти процессы изображаются такими реакциями:

С + О₂ =СО₂;

СО₂ + С = 2СО.

По мере движения вверх газы реагируют с шихтой, нагревают с шихтой ее и восстанавливают. При этом количество окиси углерода, которая расходуется на восстановление, уменьшается, а количество образующейся двуокиси увеличивается.

Чем больше кокса загружают в печь и чем, следовательно, толще его слой, через который проходят газы, тем они богаче окисью углерода и тем сильнее их восстановительное действие. Последнее растет также с повышением температуры и с увеличением высоты слоя шихты. Если загрузить мало кокса, то содержание окиси углерода будет настолько мало, что свинец не будет полностью восстанавливаться из своих окислов, перейдет в шлак и будет потерян. Кроме того, кокса может не хватить в этом случае и для получения тепла в количестве, необходимом для расплавления шихты. Если кокса загрузить больше, чем требуется, то будут восстанавливаться не только окислы свинца, но и другие окислы, а железо может при этом восстановиться до металлического, что также вредно отразится на плавке. Кроме того, избыток кокса загромоздит печь и снизит ее производительность. Поэтому регулирование расхода кокса при плавке имеет существенное значение.

Кокс-продукт сухой перегонки специальных сортов каменного угля. Кокс получается в виде прочных кусков с мельчайшими порами, оставленными выделявшимися при коксовании угля газами.

Преимущества кокса для плавки заключается в том, что он более порист и прочен, чем уголь. Кроме того, он содержит летучих газообразных веществ, которые могут сгорать в верхней части печи.

Обычный расход кокса при свинцовой плавке колеблется в пределах 11-13% от веса шихты и определяется в зависимости от состояния печи.

Свинец присутствует в агломерате главным образом в виде окиси силиката, но частично также в виде металла, сульфата и сульфида.

Уже в верхней, подготовительной зоне металлический свинец расплавляется и стекает мелкими каплями вниз.

В зоне восстановления окись свинца интенсивно восстанавливается до металла, который, стекая по частицам шихты, омывает их и растворяет благородные металлы, сурьму, мышьяк, олово и медь, унося их с собой в горн печи.

Чем богаче шихта свинцом, тем труднее протекает ее плавка. Это, неожиданное, на первый взгляд, явление связано с тем, что богатый свинцом агломерат размягчается при более низкой температуре, еще в верхних горизонтах печи. При этом газопроницаемость столба шихты резко снижается, газы проходят по печи неравномерно, что приводит к ряду осложнений, быстро нарушающих нормальный ход печи.

Несмотря на указанное обстоятельство, следует стремиться перерабатывать как можно более богатые свинцом шихты, так как при этом повышаются все технико-экономические показатели плавки.

Основой шлака свинцовой плавки являются закись железа, окись кальция и окись кремния. Сумма их содержания в шлаке достигает 75-85%.

Таким образом, подбирая состав шлака с различным содержанием закиси железа, окиси кальция и кремнезема, можно получить шлак с необходимой температурой плавления.

Шлак во многом определяет ход процесса шахтной плавки, и поэтому выбору его состава всегда придается большое значение.

Шлак должен быть достаточно легкоплавким, чтобы при расплавлении его не расходовалось много топлива и производительность печи была достаточно велика, нов то же время шлак не должен быть слишком легкоплавким и вытекать из печи до совершения основных реакций восстановления силикатов свинца.

Подбор шлака сводится к тому, чтобы получить сплав окислов, возможно более полно отвечающий всем перечисленным требованиям.

Шлаки бывают самого различного состава. В одних преобладает содержание FeO и CaO и они называются основными шлаками. В других преобладает содержание SiO₂ и они называются кислыми шлаками.

Ранее было указанно, что окись свинца восстанавливается при невысокой температуре, в приделах 400-900 ⁰С. Силикат свинца восстанавливается при температуре около 1000 ⁰С. Очевидно, что шлак свинцовой плавки должен плавиться при температуре, близкой к 1000-1100 0С. Более тугоплавкий шлак, который приведет к повышению температуры в зоне плавления, вызовет излишний расход топлива и приведет к восстановлению закиси железа до металла. Более легкоплавкий шлак расплавится и уйдет из печи прежде, чем успеют пройти реакции восстановления свинца из силиката и содержащийся в шлаке свинец будет потерян.

Хороший шлак должен содержать не более 101,5% свинца и 0,5% меди, 15-20 г/т серебра, удельный вес его должен быть не более 3,6 и сумма главных компонентов в нем SiO2 + CaO + FeO + ZnO должна составлять 90%.

4.3 Устройство шахтных печей для свинцовой плавки

Шахтная печь для свинцовой плавки состоит из трех основных частей: горна, шахты, и колошникового шатра.

Горн служит для приема расплавленных продуктов плавки. Его устанавливают на массивном фундаменте, способном выдержать не только давление горна и наполняющего его свинца, но и остальных частей печи с загруженной в нее шихтой. Верхнюю часть фундамента перекрывают гладкой железобетонной или стальной плитой, на которой выкладывают горн.

Горн выкладывают из шамотного кирпича в кожухе, изготовленном из котельного железа толщиной 10-12 мм. Металлический кожух горна укрепляют для жесткости двутавровыми балками. Внутреннюю часть горна, соприкасающуюся с расплавами, кладут из магнезитового кирпича без раствора, тщательно подгоняя кирпичи и засыпая пазы между ними магнезитовым порошком для предупреждения просачивания свинца через стенки и донную часть горна, называемую лещадью. Последнюю выкладывают в виде обратного свода, чтобы предупредить всплывание ее в свинце. Внутренние размеры горна определяются поперечным размером печи, а толщина стен обычно составляет около 0,7-0,8 м.

Глубина горна колеблется в пределах 500-600 мм и зависит от производительности печи и содержания свинца в шихте. Горн заполнен свинцом, и объем его должен быть таким, чтобы поступающее количество горячего металла обеспечивало необходимую температуру в горне. При более богатой свинцом шихте и большем ее проплаве горн делают мельче.

В горне, на одной из длинных сторон, делают устройство для непрерывного выпуска свинца, называемое сифоном. По мере поступления в горн новых порций свинца он вытекает через канал в желоб сифона и поступает в приемный ковш. Уровень свинца в сифоне регулируется с помощью глиняного порога, устанавливаемого в желобе.

В старых печах небольшого размера сифон располагали в середине печи. В современных больших, длинных печах устраивают два сифона, расположенных ближе к торцам печи, на 1/3 длины печей. Такое расположение способствует лучшей работе сифона, находящегося в зоне более высокой температуры.

В стенке горна делают отверстие, приходящееся на уровне лещади и служащее для выпуска свинца при остановках печи или при замораживании сифона. Это отверстие называется шпуром.

Шахта в старых печах выкладывалась из кирпича, но горячие жидкие шлаки в течение нескольких дней разъедали такую кладку, что вызывало остановку печи. Кирпичная кладка в зоне шлакообразования была повсеместно заменена стенками из кессонов, представляющих собой плоские пустотелые железные коробки, через которые протекает вода, охлаждающая их поверхность. Горячие жидкие продукты плавки, соприкасаясь с холодной поверхностью кессонов, застывают на ней в виде корки, называемой гарниссажем. Гарниссаж хорошо защищает стенки шахты от разрушающего действия шихты и горячих газов, и печь может успешно работать длительное время.

До последнего времени кессоны ставили только в нижней части печи, а верхнюю часть шахты выкладывали из кирпича. В печах последней конструкции и верхнюю часть шахты делают из кессонов, для чего их устанавливают в два ряда: один над другим. Такое устройство облегчает обслуживание печи.

Кессоны нижним краем опираются на борта горна и соединяются между собой болтами. Верхнюю часть кессонов укрепляют с помощью специальных домкратов, опирающихся на жесткое кольцо, окружающее печь. Роль такого кольца часто выполняет воздухопровод, по которому к печи подводят сжатый воздух. Зазоры между кессонами уплотняют асбестовой набивкой.

Стенку кессона, обращенную внутрь печи, делают из более толстого железа (12-15 мм), а обращенную наружу - из более тонкого (10-12 мм). Расстояние между внутренней и внешней стенками кессона составляет 80-100 мм. Это пространство заполнено охлаждающей водой. Так как кессоны испытывают большие усилия при нагревании, что может привести к их прогибу, то в водяном пространстве вдоль всего кессона к наружной его стенке приваривают по две-три пластины жесткости.

Вода в кессон подается по трубе диаметром 40-50 мм, вводимой в наружную стенку кессона в нижней его части. Труба внутри кессона отогнута к низу с тем, чтобы свежая холодная вода попадало в донную часть кессона. Отводится вода с помощью специального кармана, приваренного в самой верхней части кессона. Карман устроен таким образом, что слив из него воды находится выше верхней кромки кессона, и кессон всегда до верху заполнен водой. Если отвести воду от кессона, верхняя часть которого окажется незаполненной, он в этом месте прогорит под влиянием горячих газов и расплавленных продуктов.

В нижней части кессона, у самого его дна, находятся два плотно закрываемых люка, через которые периодически очищают кессон от осевшего на дно ила. Ил имеет свойство уплотняться, что препятствует охлаждению нижней части кессона, опирающейся на кладку горна, и может привести к прогарам кессона под действием расплавленных продуктов. В нижней трети кессона, на высоте 300-400 мм от нижнего его края, находятся отверстия для ввода в печь воздуха, называемые фурменными отверстиями. Эти отверстия имеют диаметр 100-125 мм и образованы трубками, проходящими сквозь внутреннюю и внешнюю стенки кессона и плотно приваренными к ним.

Фурменные отверстия располагаются в один ряд и число их в одном кессоне равно двум. Имеется конструкция кессона, в которых отверстия располагаются в ряда на расстоянии 200-300 мм один над другим в шахматном порядке. В этом случае на каждый кессон приходится три или четыре отверстия. Преимущества такого расположения фурменных отверстий сомнительны и широкого распространения такой способ подвода воздуха не получил.

Число фурменных отверстий и величину их сечения выбирают в зависимости от площади сечения печи.

Площадью сечения печи называют ее площадь на уровне фурменных отверстий. Если в этом месте ширина шахты равна 1,4 м, а длина 5,0 м, то площадь сечения печи равна 5*1,4=7,0 м².

Площадь сечения фурменных отверстий для пропуска через них в печь воздуха в количестве, необходимом для плавки, должна составлять около 5% площади сечения печи. Отношение площади сечения фурменных отверстий к площади сечения печи, выраженное в процентах, называют фурменным отношением и обозначают буквой К:

К = Ф / В * 100,

где Ф- площадь сечения фурменных отверстий, м²

В- площадь сечения печи, м² .

Для подвода к печи сжатого воздуха к кессонам против фурменных отверстий прикрепляют устройства, называемые фурмами.

Фурмы отливают из чугуна. Своим фланцем фурмы плотно присоединяются к кессону, а патрубком они с помощью трубы присоединены к общему воздухопроводу, питающему всю печь. На соединительной трубе установлено заслонка, позволяющая в случае необходимости прекращать подачу воздуха в фурму. Иногда в место заслонки ставят поворотный кран или какое-либо другое перекрывающее устройство. В тыльной стороне фурмы имеется отверстие, плотно закрываемое крышкой с глазком и служащее для наблюдения и чистки фурмы во время ее работы. При монтаже фурм важно обеспечить плотность всех соединений, чтобы предупредить потери воздуха через щели.

Кессоны имеют ширину 0,75-0,85 м и длину 2,5-3,0 м при толщине около 100-125 мм.

Кессоны, образующие продольные стены печи, ставят наклонно, под углом 5-7⁰ к вертикали так, что в верхней части расстояние между ними несколько больше, чем у горна. Верхняя часть шахты имеет вертикальные стены.

Расширение шахты в верхней части способствует уменьшению скорости газов и снижению потерь с ними пыли.

В торцах печи также установлены кессоны, называемые торцевыми. Эти кессоны (на всю высоту печи) установлены вертикально. В печах старой конструкции в торцовых кессонах фурмы не устанавливали. В последнее время воздух подают и через торцовые кессоны.

Через торцовые стороны печи с обеих ее сторон выпускают расплавленные продукты: шлак и штейн. Выпуск производят через специальный малый кессон, называемый выпускным кессоном. У выпускных отверстий, называемых летками, кессоны разрушаются чаще всего, так как через летки вытекают штейн и шлак, часто продуваются горячие газы; в случае замораживания леток их пробивают ломом или прожигают кислородом. Поэтому удобнее устраивать летки в малом легко сменяемом кессоне, чем делать их в большом торцовом. Малый кессон устанавливают в проемы, устроенные в торцовых кессонах.

В выпускном кессоне, размеры которого колеблются около 0,5*0,5 м, обычно имеются две летки диаметром 80-100 мм, расположенные одна над другой на расстоянии 100-150 мм. Обычно работают на нижней летки, а верхняя является резервной. Этот кессон охлаждают, так же как и большие, водой и стык его с торцовыми кессонами уплотняют асбестом. В торцовых кессонах, так же как и в боковых, имеются фурмы.

Общая высота шахты печи, от верхней отметки горна до загрузочной площадки печи, называемой колошниковой площадкой, достигает 6-7 м.

Колошниковый шатер служит для загрузки в печь шихты и отвода газов.

Шатер изготовляют в виде металлического каркаса, футерованного кирпичом. Для отвода газов служит газоход, а для загрузки- специальные окна с заслонками, расположенные по продольным сторонам печи. Установлено, что наилучший способ загрузки шихты в печь – загрузка ее сбоку. Число загрузочных окон зависит от длины печи. И обычно их бывает 2-3 с каждой стороны. Загрузку шихты в печь ведут отдельными порциями – колошами,

В промежутке между загрузками окна шатра необходимо держать закрытыми для предупреждения выброса газов из печи в атмосферу цеха и для того, чтобы уменьшить подсос воздуха из цеха шатер, так как это ведет к перегрузке вентиляторов и к ухудшению отвода печных газов.

В простейшем случае загрузочные окна перекрывали вертикально подвешенными на петлях заслонки из листового железа. Шихта, загруженная в окно, отжимая заслонку, соскальзывает в печь по отбойной плитке. Под влиянием высокой температуры заслонки обычно коробятся и плохо закрывает окна. Такой способ закрывания нельзя одобрить. Поэтому заслонки иногда делают в виде охлаждаемого водой плоского кессона. В этом случае после загрузки шихты в загрузочную воронку окна заслонки поднимают лебедкой, шихта соскальзывает по наклонной плоскости отбойной доски в печь, после чего заслонку опускают.

Наиболее правильным является устройство двойного затвора окна. При этом загрузочную воронку окна закрывают крышкой, окно- заслонкой. После загрузки шихты воронку закрывают крышкой и только после этого поднимают заслонку. Крышку поднимают для приема следующей порции шихты только после того, как будет опущена заслонка.

Загрузку печи чаще всего ведут из вагонов, наполненных коксом и агломератом и поднятых на колошниковую площадку. Вдоль печи с обеих ее сторон проходят узкоколейные пути, по которым движутся вагоны. Иногда они перемещаются в ручную, иногда механизированно. Вагон останавливают против печи и равномерно распределяют его содержимое между всеми окнами загружаемой стороны. Все более широкое применение для загрузки находят вагон- весы, приводимые в движение электровозом. Здесь используется небольшой подвижной бункер, установленный на весах и снабженный разгрузочным отверстием, размер которого регулируется заслонкой.

Из рассмотрения устройства печи видно, что горн заполнен свинцом, а для накопления остальных жидких продуктов плавки(шлака и штейна) имеется лишь небольшое пространство от летки до фурм, имеющее в высоту не более 200-300 м. При этом в печи нет условий для разделения шлака и штейна, и при открывании летки оба эти продукта вытекают одновременно. Штейн содержит много меди и свинца и подлежит дальнейшей переработке. Шлак беден этими металлами, но, как правило, содержит много цинка, который необходимо извлечь. Затем шлак направляют в отвал. Следовательно, эти продукты необходимо разделить. Для этой цели служит передний горн.

Передние горны бывают двух видов:передвижные и стационарные.

Передвижной горн, или отстойник представляет собой чугунный сборный ящик, установленный на двухосной тележке. Горн собирается из дна и четырех стен, соединенных между собой и уплотненных в стыках асбестом. Размеры отстойников зависят от производительности печи. Обычно на каждые 100 т проплавляемой в сутки шихты берут около 1м³ объема отстойника. Отстойники больших шахтных печей имеют 3-3,5 м³. Их глубина достигает 1 м, длина 2-3 м и ширина 1,5-1,7 м.

Отстойники устанавливают в торцах печи ниже уровня леток с таким расчетом, чтобы вытекающая из печи жидкая масса по короткому желобу самотеком стекала в отстойник. Здесь продукты плавки разделяются: более тяжелый штейн (плотность 5) оседает на дно, а более легкий шлак(плотность 3,5) располагается в верхнем слое. Отстоявшийся штейн выпускают через летку, устроенную у дна в одной из стенок, а шлак, заполнив отстойник доверху, сливается через его край по желобу и выводится из цеха. Если шлак содержит цинк, то его направляют на переработку для извлечения цинка.

Расплавленная масса, заполнив отстойник, застывает на стенках, образуя гарниссаж, а на поверхности- корку, которые защищают внутреннюю часть отстойника от замерзания. При хорошем ходе печи и быстром обмене горячего шлака толщина гарниссажа не превышает 80-100 мм, он не растет и отстойник может работать довольно долго –иногда 2- 3 недели. При плохом ходе печи и тугоплавких шлаках отстойник может выйти из строя через один день или даже через несколько часов работы.

Иногда не удовлетворяются результатом одного отстаивания и вслед за первым ставят второй отстойник. При этом отвальные шлаки получают беднее, но вторые отстойники быстро стынут и работа с ними весьма затруднена.

Для печей большой производительности (400-500 т шихты в сутки) и особенно в случае, если шлак необходимо накапливать в жидком виде для последующей переработки, описанные передвижные отстойники непригодны.

На Усть-Каменогорском заводе, например, сначала отстойники были выполнены в виде печей с площадью пода 20 м² с мазутным отоплением, а затем из-за неудовлетворительного прогрева шлака были переведены на электрообогрев. В отстойник, площадь которого была уменьшена до 15,5 м², через свод опущены три электрода диаметром 400 мм. Свинец штейн выпускают через нижние шпуры, а шлак- через отдельный шпур, расположенный несколько ниже середины высоты отстойника.

В процессе освоения отстойников встретились значительные трудности, связанные с образованием настылей на поду. Эти трудности были преодолены при подборе правильного соотношения объема отстойника, мощности и напряжения тока, а также в результате усовершенствования отдельных конструктивных элементов. Исследование настыли показало что3/4 она состоит из магнетита (Fe3O4).Образование настылей можно уменьшить правильным регулированием восстановительной способности печи и устранению подсосов воздуха в отстойник через отверстия в своде.

Все жидкие продукты плавки сливаются по желобам. Желоба отливают из чугуна в виде отдельных звеньев, имеющих в поперечном сечении овальную или эллиптическую форму и соединенных между собой болтами.