Шахтной печи

Шахтная печь имеет развитое по высоте рабочее пространство. При плавке загружаемые сверху шихтовые материалы опускаются вниз, а им навстречу движутся горячие газы, образующиеся внизу у фурм, где происходит горение сульфидов шихты и топлива (кокса) и где плавится шихта, разделяющаяся затем на штейн и шлак. Для обеспечения газопроницаемости столба шихты необходимо применять кусковые материалы крупностью 60-100 мм, поэтому мелкие концентраты и руды предварительно подвергают брикетированию или агломерации.

Известны четыре разновидности шахтной плавки: восстановительная (ее разновидность восстановительно-сульфидирующая), пиритная, полупиритная и медно-серная. В восстановительно-сульфидирующей плавке, применяющейся для переработки окисленных никелевых руд, тепло для плавления шихты получается за счет сжигания кокса. В пиритной плавке необходимое тепло выделяется при окислении сульфидов шихты; руда для такого процесса должна содержать не менее 75% пирита. В настоящее время применяют две разновидности такого процесса: медно-серную, особенностью которой является то, что помимо штейна в качестве продукта получают элементарную серу, выделяемую из отходящих газов и полупиритную плавку, которую проводят без улавливания серы.

В шахтной печи аэродинамический процесс представлен главными образом принудительным движением газов в слое кусковых материалов различной дисперсности и плотности.

Газы образуют восходящий поток в шихтовом столбе большой высоты. Взаимодействие вертикального потока с твердой кусковой загрузкой заключается в противопоставлении гравитационных сил, действующих на каждую частицу соответственно ее массе, и динамических сил газового потока. Должно быть обеспечено преобладание гравитационных сил над динамическими, чтобы шихтовый столб находился в стабильном состоянии и работал в режиме фильтрации.

Для простой однородной шихты предельное количество дутья определяется по формуле:

К_пред = 180× × , нм³/м²×мин

где w – величина площади свободных проходов между кусками в слое шихты, доли единицы; j – приведенный объем газов, образующихся в печи на 1 нм³ дутья, нм³/нм³; – приведенный удельный вес газа, кГ/нм³; t_с – температура слоя, °С; b = 1/273.

Цель работы. Определить величину предельного количества дутья, сохраняющего дисперсный слой материала в стационарном состоянии.

Описание установки

Установка (рис. 11) представляет собой модель шахтной печи, выполненную из оргстекла. Модель воспроизводит рабочее пространство шахтной печи (1), фурменный коллектор (2), предназначенный для распределения по фурмам (3) воздуха, подаваемого от компрессора. Расход воздуха определяется по перепаду давления на диафрагменном комплекте (4, 5). Кусковой материал шихты моделируется кусочками пробки, окрашенной в разные цвета для имитации разных компонентов шихты (руда, флюс, кокс). Сопротивление шихтового слоя определяется дифманометром (6).

Порядок выполнения работы

Проверить сборку установки и герметичность соединений. Проверить установку микроманометров и по уровню выполнить установку на «0» жидкости в капиллярах микроманометров. Измерить высоту слоя материала в модели и площадь горизонтального сечения в области фурм.

Включить воздуходувку и установить на дифманометре значение перепада ∆h = 2 мм. зафиксировать соответствующее этому перепаду значение давление Р в зоне фурм, мм. Далее, наблюдая визуально за состоянием слоя, увеличивать расход дутья шагами ∆h по 5 мм, фиксировать соответствующие значения давления Р до предельного, которое характеризуется нестабильным положением материала в модели. Достигнув предела, отключить воздуходувку.

Результаты эксперимента и вычислений заносятся в таблицу.

№	Измерения	Расчеты
Р, мм в.ст.	Dh, мм в.ст.	Расход дутья, u, нм3/мин	Удельный расход дутья, uуд, нм³/м²×мин

Расход по величине перепада рассчитывают по формуле:

u = К_д× ,

где К_д – коэффициент диафрагмы; ∆h – перепад давления.

на основании полученных результатов построить график функции Р = ƒ (u_уд). На полученном графике определить участок, где характер кривой заметно изменяется. Определить, при каком расходе наступает изменение характера функции, и сопоставить результаты измерений с визуальными наблюдениями стабильности слоя материала.

Сравнить полученную теоретическую величину с экспериментальным значением К_пред, которое соответствует наступлению нестабильности слоя.