Оптимизация распределения газовых потоков для уменьшения образования настыли в IS-печи

• Автор: Румянцев, Всеволод Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Содержание 1. Введение

2. Литерату рный обзор.

2.1. Принцип ГБпроцесса.

2.1.1. Пнрометаллургическос производство цинка.

2.1.2.процссс.

2.2. Образование настыли.

2.2.1. Образование настыли в печи.

2.2.2. Причины образования настыли

2.2.2.1. Окисление цинковых возгонов

2.2.2.2. Влияние свинца на образование настыли.

2.2.2.3. Состав шихты.

2.2.2.4. Влияние распределения газовых потоков на образование настыли.
2.2.3. Потери цинка в результате образования настыли
2.3. Постановка задачи
3. Физическое моделирование процессов, протекающих в печн
3.1. Моделирование пиромсталлургических процессов.
3.2. Основы моделирования.
. Критерии подобия
3.4. Приближения
3.5. Выбор размеров модели
4. Возможные методы измерения скорости текущих сред .
4.1. Измерение скорости воздуха с помощью крыльчатого анемометра
4.2. Измерение скорости воздуха с помощью термоанемометра.
4.3. Лазерная доплсровская анемометрия ЛДА
5. Конструкция лабораторной установки и проведение экспериментов
5.1. Конструкция модели.
5.2. Конструкция лазерного доплеровского анемометра.
6. Результаты измерений газовых потоков в модели Iпечи
6.1. Исследование газовых потоков без подачи дополнительного дутья.
6.2. Описание исследу емых параметров при подаче дополнительного дутья
6.2.1. Положение фурм дополнительного дутья в оригинальной печи
6.2.2. Расчет объема дополнительного дутья.
. Исследование газовых потоков при подаче дополнительного дутья
6.3.1. Результаты исследования потоков при различном положении фурм
6.3.2. Результаты исследования потоков при различном наклоне фурм
6.3.3. Результаты исследования потоков при различном объеме дополнительного дутья
6.3.4. Распределение газовых потоков при комбинированном положении фурм
7. Термодинамическое моделирование с помощью программы
7.1. Описание модели
7.2. Результаты моделирования.
8. Исследование проб настыли
8.1. Удаление настыли в условиях завода .
8.2. Места отбора проб
8.3. Результаты химических и рентгенографических исследований
8.4. Результаты химических и рентгенографических исследований слоев проб настыли.
8.5. Результаты измерения твердости
8.6. Расчет вызванных образованием настыли потерь .
8.7. Расчет тепловых потерь
9. Осаждение жидкости для выработки тумана.
9.1. Осаждение жидкости для выработки тумана на стенках модели.
9.2. Осаждение жидкости для выработки тумана при различном объеме дополнительного дутья
9.3. Осаждение жидкости дня выработки тумана на передней стенке модели
9.4. Осаждение жидкости для выработки тумана на передней стенке модели при комбинированном положении фурм
. Ошибки измерения
.1. Ошибки вследствие частичного подобия
.2. Случайные ошибки
.3. Ошибки при измерении распределения газовых потоков
.4. Ошибки при анализе проб настыли.
.5. Ошибки при термодинамическом моделировании
. Мероприятия для оптимизации процесса
.1. Подача дополнительного дутья
.2. Г азоотводящий канал
.3. Экономическое обоснование.
. Заключение
Список использованной литературы


Печь имела высоту м, площадь сечения м2 в области фурм и м2 в верхней части печи. Эти размеры и сегодня являются стандартными. Производительность составляла 0 тонн цинка в год [ 9 ]. Сегодня металлургический завод, работающий по принципу -процесса, за 0 - 0 рабочих дня изготавливает до 0 0 тонн цинка и около 0 тонн свинца. Побочным продуктом процесса является серная кислота, количество которой, в зависимости от содержания серы в обрабатываемых материалах, составляет от ООО до ООО м3 в год. В Дуйсбурге, где находится единственный немецкий завод, работающий но принципу ^-процесса, объема производства серной кислоты составляет около 0 м3 в год []. На рисунке 3 показана общая схема шахтной печи для проведения ^-процесса [ 7 ]. Агломерирующий обжиг свинцово-цинковых концентратов происходит на ленточных агломерационных машинах, работающих под дутьем. Шихта состоит из агломерата и кокса одинаковой крупности (- мм ). Кокс при этом подогрет до 0 °С. Примерный состав агломерата: - % Zn; - % РЬ; 0,6-1,7 % Си; 8- % СаО и 5- БіСЬ [ 7 ]. Шихту загружают через два герметичных колокольных затвора. В последнее время в ІБ-печи перерабатывается все большее количество вторичных материалов, таких как оксиды велцевания, цинкосодержащие пыли и пеплы. С и брикетированию, после чего загружают в шахтную печь. Содержание вторичных материалов в шихте может достигать % [ , ]. Чтобы исключить окисление парообразного цинка, в верхнюю часть печи ( область над уровнем шихты) через четыре фурмы подают подогретое до 0 - 0 °С воздушное дутье ( % от общего объема дутья) для создания в отходящих газах достаточно высокой температуры ( около °С) [1, 7,9,, ]. Zn(T1t) + С(Г) = ZnO(rв) +СО(Г) - 3,3 кДж/моль. Главную роль в 1В-процсссе играют реакции ( 4, 5, ). На процессы, протекающие в области фурм, где происходит образование шлака и восстановление его составляющих, огромное влияние оказывает динамика перемещения газа [ 1, 7, ]. В этой зоне при значительном расходе тепла происходит восстановление цинка коксом, а также образование СО. Скорость реакции при этом зависит, в первую очередь, от образования на поверхности шлака газового слоя. При господствующих в фокусе печи температурах I ~ °С скорость реакции Будуара не влияет на протекание других взаимодействий. Небольшие количества РЬ и РЬБ путем испарения в зоне фурм и конденсации в верхней области шихты также способствуют переносу тепла в более высоко расположенные части печи. Нагрев шихты ведет к потере тепла и охлаждению отходящих газов, что вызывает окисление парообразного цинка. Кроме того, из-за восстановления, например Рсз, в верней части шихты образуется диоксид углерода [7, ]. Из-за механической прочности, химической пассивности и высокой температуры плавления настыли могут быть удалены только во время остановок печи. В настоящее время не существует эффективных методов для определения участков образования настылей в пирометаллургических агрегатах и предотвращения их дальнейшего роста. Чтобы вернул» печь к нормальному режиму эксплуатации, эти образования необходимо удалить. Для этого вся установка ( -печь, конденсатор, система очистки газа ) регулярно останавливается и подвергается очистке [ 2, , ]. Устранение образовавшихся настылей является скорее вынужденной мерой, нежели хорошим решением данной проблемы и должно быть признано неудовлетворительным, пока не удастся найти способ для полного или частичного выхода из сложившейся ситуации. На образование настыли влияют различные факторы: химический состав шихты, брикетов и отходящих газов, скорость газовых потоков и температура в верхней части печи над уровнем шихты. Влияние каждого фактора зависит от условий на том или ином участке агрегата. Причина же образования настыли кроется во взаимодействии всех этих параметров [ , ]. Самой главной причиной образования настыли является окисление цинковых возгонов с последующей конденсацией оксида цинка на „холодной” кладке -печи. Состоящие из паров цинка, С, СО, Н, Н2 и Ы2 отходящие газы содержат 7, % Zn; 8,2 % С; ,7 % СО; 1 % Н2; 9, % Ы2 [ ].