ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы теплообмена и тепловые балансы при переработке медных сульфидных руд из "Топливо Кн2" Особенности процессов тепломассообмена. Основной особенностью теплообмена в шахтных печах цветной металлургии является то обстоятельство, что при переработке сульфидных руд источником теплоты является химическая энергия самих этих руд. Например, переработка медных сульфидных руд за счет преимущественного использования их химической энергии носит название пиритной плавки. Если наряду с пиритом основным источником теплоты является кокс, плавку называют полупирит-ной. Если же кокс одновременно выполняет роль источника теплоты и химического реагента, участвующего в восстановлении сернистого ангидрида до элементарной серы, процесс называется медно-серной плавкой. Поэтому при определении кажущейся теплоемкости потока шихты и расчета теплоемкости ее потока в задачах теплообмена (см. п. 10.1.2 настоящей главы) необходимо в этих случаях учитывать теплоту, получаемую за счет окисления сульфидов. При этом следует учитывать характерные особенности этих процессов. [c.314] Как отмечено В. В. Кобахидзе [10.5], основную массу шихты для плавки на штейн составляют руда и приготовленные из рудной мелочи брикеты, остальное — флюсы, обороты и кокс. В процессе нагрева шихты ее компоненты активно участвуют в многочисленных химических реакциях и претерпевают ряд фазовых превращений, которые оказывают сильное влияние на характер протекания теплообмена в слое. Общими для любых вариантов щахтной плавки являются процессы плавления оборотов и флюсов. В соответствии с принятой технологией они оплавляются в нижней части слоя после расплавления сульфидов. Поэтому их загружают в печь в виде кускюв с характерным размером порядка 50-100 мм, представляющих собой массивные в тепловом отношении тела. Их нагрев и плавление делят во времени на два четко различаемых периода. Сначала происходит нагрев материала, который заканчивается, когда на поверхности кусков температура достигает нижнего предела интервала температур шлакообразования. Продолжительность периода нагрева зависит от условий протекания процессов внутреннего теплообмена и составляет до 90 % от времени пребывания материала в слое. [c.314] Во втором периоде происходит плавление (растворение) флюсов и оборотов в процессе их взаимодействий фильтрующимися сквозь слой каплями и струйками шлак-штейнового расплава. Оно идет в сочетании с (существенно замедлившимся) ростом температуры поверхности и продолжающимся прогревом центра кусков шлакообразующих компонентов шихты. По мере плавления флюсов и оборотов размеры их кусков постоянно уменьшаются, соответственно снижается степень их тепловой массивности. На продолжительность периода плавления основное влияние оказывает характер протекания процессов внешнего теплообмена, т.е. она зависит от величины плотности подводимого к поверхности тела теплового потока. [c.314] При пиритной и поЛупиритной плавках значительная часть кокса должна взаимодействовать с кислородом дутья, поэтому его загружают в печь крупными кусками, сопоставимыми по размерам с остальными компонентами шихты. В тепловом отношении они являются массивными телами, на поверхности которых температура сравнительно быстро поднимается до температуры активного взаимодействия ушерода с сернистым ангидридом. Начало их экзотермической реакции сопровождается скачкообразным повышением температуры на поверхности кокса. Выделяющееся в процессе реакции тепло идет, в основном, на нагрев газовой фазы и дальнейшее повышение температуры кокса. По мере его окисления размеры кусков уменьшаются. Вход слоя в фурменную зону сопровождается вторым скачком температуры на поверхности кокса, свидетельствующим о том, что вместо сернистого ангидрида во взаимодействие с угаеродом вступил кислород дутья, так как смена окислителя влечет за собой значительное (более чем в три раза) увеличение экзотермического эффекта реакции. Выделившееся тепло за счет теплообмена поступает в слой и расходуется в основном на плавление шихтовых материалов и перегрев продуктов плавки. В зоне теплогенера-ции возможно протекание эндотермических реакций, связанных с восстановлением магнетита угаеродом кокса, который остается в окислительной зоне шахтной печи до тех пор, пока не будет полностью израсходован. [c.315] Си8 = Си З + 0,58 -138,4 кДж на 1 кг меди. [c.316] Наиболее энергоемкими являются процессы разложения пирита. Они начинаются при температурах около 450 °С, достигая максимальной интенсивности в интервале 550-600 °С. [c.317] Характер распределения температур по сечению брикетов дает основание утверждать, что они представляют собой массивные в тепловом отношении тела. Для описания процессов теплопереноса внутри кусков руды и спрессованных из рудной мелочи брикетов используют уравнение теплопроводности с внутренними стоками тепла типа уравнения (10.46). [c.317] Для начального периода нагрева руды характерен быстрый рост температуры поверхности отдельных кусшв, центр которых прогревается значительно медленнее. На стадии разложения минералов скорость подъема температуры поверхности материала существенно падает В центре куска руды температура практически остается неизменной до тех пор, пока не завершится процесс диссоциации высших сульфидов, длительность которого зависит от интенсивности подвода тепла к поверхности нагрева материала. [c.317] Для слоя, состоящего из массивных в тепловом отношении тел, Б. И. Китаевым предложена зависимость, позволяющая получить ориентировочные значения объемного коэффициента теплоотдачи по формуле (10.11). [c.318] Теплоемкость потока (водяной эквивалент) газа по высоте печи изменяется, как правило, незначительно, так как уменьшение теплоемкости газов вследствие остывания при перемещении вверх по слою компенсируется увеличением их объема, происходящего в результате вовлечения в поток газообразных продуктов, образующихся при разложении минералов и дегидратации шихты. Теплоемкость потоков материалов претерпевает в процессе их переработки довольно сильные изменения, связанные с протеканием эндотермических реакций и фазовых превращений. [c.318] Наиболее характерные соотношения и , и их влияние на температурное поле слоя представлены на рис. 10.1. [c.318] В тех зонах печи, где РГ = РГ, характер изменения температуры шихты и газов одинаков, так как . Реальный характер распределения температур по высоте слоя оценивают на основе анализа данных, полученных в условиях конкретного технологического процесса. [c.319] Вместе с плавлением сульфидов продолжается нафев остальных компонентов шихты, и при температурах выше 930 °С в расплав начш1ают переходить образующие шлак оксиды породообразующих элементов. Интервал температур плавления шлаков зависит от степени кислотности шлака и варьируется от 30-80 до 250-300 °С. Однако значительного перефева расплава относительно нижнего предела интервала температур плавления на поверхности кусков и брикетов, как правило, не происходит. Его легкоплавкие составляющие стекают с поверхности, растворяя и увлекая за собой остальные компоненты, при относительно постоянной температуре, значение которой находится внутри интервала температур плавления руды. При отсутствии кислорода в газовой фазе интенсивность подвода тепла к сульфидам и скорость их плавления будут зависеть от условий внешнего теплообмена. [c.319] Перегрев капель расплава происходит в период их фильтрации через слой, когда они получают тепло в результате теплообмена с горящим коксом и раскаленными газами, а также вследствие протекания экзотермических реакций окисления сульфидов и шлакообразования. [c.320] Из краткого обзора основных закономерностей нагрева и плавления щихты следует, что лимитирующим звеном при переносе тепла на различных участках слоя (попеременно) служат процессы теплообмена внутри и вне составляющих ее кусков. При их изучении широко используют упрощенные модели теплообмена, в которых слой шихты рассматривают как ансамбль теплотехнически массивных (или тонких) тел произвольного (или одинакового) размера, обменивающихся теплом с потоком фильтрующегося через них газа. [c.320] В зоне интенсивного окисления сульфидов и кокса определяющими являются процессы теплогенерации. Выделившееся тепло непосредственно расходуется на различные виды фазовых переходов (плавление шихты, эндотермические реаищи и пр.) и нагрев продуктов экзотермических реакций, от которых за счет теплообмена оно поступает к остальным компонентам слоя. Перенос тепла в газовой фазе протекает достаточно интенсивно. Оно равномерно распределяется между составляющими ее кислородом, оксидами и азотом дутья, имеющими в результате практически одинаковую температуру 1 . [c.320] Первый член уравнения теплового баланса представляет собой сумму величин, характеризующих источники тепла в слое, второй и третий, соответственно — изменение теплосодержания материалов и газовой фазы слоя, четвертый — потери тепла через ограждение шахты. Все слагаемые, за исключением тепловых потерь, являются функциями состояния термодинамической системы, именуемой зоной генерации тепла. Их интегральные значения можно рассчитать, используя данные материального баланса плавки и известные по технологии параметры состояния системы. [c.321] Вернуться к основной статье