document-blank

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ___________Ачинский филиал_________________ Металлургия цветных металлов и Горного дела Реферат по теме «различия насыщенной, ненасыщенной, высокощелочной шихт. Их промышленное применение» Руководитель __________ доцент,к.т.н Ананьева Н.Н подпись, дата должность, ученая степень инициалы, фамилия Студент МЦ 08-01 __________ Демченко А.В номер группы подпись, дата инициалы, фамилия Ачинск, 2013

"Шихта"

Цель дробления и измельчения — увеличение поверхности сырьевых материалов до величины, обеспечивающей в дальнейшем достаточно быстрое и полное протекание необходимых химических реакций между отдельными компонентами шихты.

Если количество жидкой фазы в размалываемой шихте недостаточно для работы классификаторов, то применяют трубные мельницы, позволяющие получить нужную тонину помола при работе в открытом цикле.

Трубные мельницы применяют для размола бокситоизвестняковых и нефелино-известняковых шихт перед их спеканием.

Можно считать, что Fe2O3 из боксита полностью переходит в шлам; другими источниками поступления Fe2O3 в шихту выщелачивания можно пренебречь.

Это достигается совмещением процессов выщелачивания и каустификации, для чего в шихту выщелачивания, кроме боксита и оборотного раствора, вводят определенное количество соды и извести:

Перед подачей в мельницы компоненты шихты дозируют в нужном соотношении; в случае необходимости окончательно корректируют шихту после помола путем смешивания шихт различного состава.

Откорректированную шихту (пульпу) спекают при 1150— 1250° С.

Схема подготовки шихты для спекания; / — бункера; 2 — пластинчатый питатель; 3 — валково-шнековый питатель; 4 — сборник: 5 — мельница: 6 — приемная мешалка: 7 — пульпораспределитель; $ — коррекционный бассейн; 9 — дборный бассейн

С повышением содержания влаги в шихте увеличивается расход топлива на спекание.

Так как количество жидкой фазы в шихте обычно недостаточно для работы классификаторов, то для ее размола применяют трубные многокамерные мельницы, позволяющие получить нужную тонину помола при работе мельниц в открытом цикле.

Возможно также применение гидроциклонов для выделения крупных частиц из шихты.

Размолотая шихта из мельницы через приемную мешалку и пульпораспределитель поступает в один из коррекционных бассейнов.

Согласно результатам анализов, пульпу из коррекционных бассейнов в необходимом соотношении перекачивают в сборные бассейны, чтобы получить шихту заданного, «паспортного» состава: определенной влажности, а также с определенными молекулярными соотношениями между основными компонентами.

Стехиометрически насыщенная шихта (см.

Если для спекания в качестве топлива используется угольная пыль, то при дозировке шихты учитывают, что с золой топлива поступает на спекание дополнительное количество А12О3, SiO2 и других соединений, реагирующих с компонентами шихты.

При корректировке шихты применяют правило креста.

Цель спекания боксито-содоизвестняковой шихты состоит в переводе глинозема шихты в растворимый алюминат натрия, а кремнезема — в нерастворимый двухкальциевый силикат с одновременным окускованием шихты, т.

превращением шихты в спек.

Это достигается постепенным нагревом шихты до температуры, обеспечивающей протекание необходимых реакций и частичное расплавление шихты.

При пониженных температурах химические реакции между компонентами шихты протекают в твердой фазе.

В зависимости от состава шихты температурный интервал спекообразования может изменяться от нескольких десятков до 100—200° С.

Чем больше этот интервал и ниже начальная температура спекообра-зования, тем легче осуществить процесс спекании данной шихты.

Взаимодействие компонентов шихты

В процессе спекания в шихте происходят сложные химические изменения.

Соотношение между компонентами шихты при спекании

При получении глинозема из бокситов способом спекания обычно применяют трехкомпонентную (боксито-содоизвестняко-вую) стехиометрически насыщенную шихту.

Троицкий 129 такой шихты на каждый моль А12О3 и Fe2O3 вводят по одному молю соды, что обеспечивает перевод А12О3 и Fe2O3 соответственно в алюминат и феррит натрия.

Известняк дозируют в шихту из расчета связывания SiO2 в двухкальциевый силикат, т.

Если соды, вводимой, в боксито-содоизвестняковую шихту недостаточно для полного превращения А12О3 и Fe2O3 в алюминат

Диаграмма состояния системы СаО — SiOa — A12O3 и феррит натрия, то такая шихта называется стехиометрически ненасыщенной.

При выщелачивании спека, полученного из такой шихты, несколько снижается извлечение А12О3, но повышается извлечение щелочи.

53 показана примерная аппаратурно-технологическая схема спекания боксито-содоизвестняковой шихты.

Исходная шихта из мешалки по напорному распределительному трубопроводу через форсунку подается в трубчатую вращающуюся печь, где спекается.

шихт/

Схема спекания боксито-содоизвестковой шихты: / — мешалка; 2 — скруббер; 3 — электрофильтры; 4 — циклоны; S — пульповая форсунка; 6 — печь; 7 — холодильник; 8 — бункер; 9 — грохот: 10 — дробилка

Для спекания боксито-содоизвестняковой шихты применяют трубчатые вращающиеся печи длиной 50—100 м, аналогичные по конструкции печам кальцинации.

Шихта в печь подается через специальную пульповую форсунку под давлением не ниже 12—25 ат, создаваемым поршневым насосом или группой последовательно соединенных центробежных насосов.

подаваемая в печь шихта движется навстречу горячим топочным газам, испытывая при этом сложные физико-химические изменения.

Затем происходят химические взаимодействия между отдельными компонентами шихты.

В зависимости от температуры газового потока и тех физико-химических превращений, которые испытывает шихта при спекании, печь по длине можно разделить на четыре температурные зоны: обезвоживания, кальцинации, спекания и охлаждения.

54 приведен примерный график изменения температуры газов шихты по зонам печи.

В первой зоне (температура шихты 50—300° С) из шихты удаляется влага, во второй (300— 900° С) — разлагается известняк и начинаются реакции между отдельными компонентами шихты.

График изменения температуры газов (/) и шихты (2) по длине печи спекания ность зон не является постоянной для данной печи, а зависит от условий теплопередачи.

В зоне спекания футеровка печи должна быть покрыта слоем гарниссажа из застывшей шихты толщиной IQ—20 см, который защищает футеровку от износа и воздействия высокой температуры.

При нормальном ходе процесса некоторое количество жидкой фазы образуется в зоне высоких температур после того, как в шихте значительная часть химических превращений уже прошла.

При преждевременном же расплавлении в зону высоких температур поступает недостаточно прореагировавшая шихта со значительным количеством жидкой фазы.

Поэтому даже небольшие колебания температурного режима при спекании такой шихты могут привести к быстрому образованию настылей и колец.

Кроме колебаний температурного режима печи, образованию настылей способствуют колебания состава шихты, неравномерное питание печи шихтой, присутствие в шихте сернистых соединений.

Низкая температура плавления этого соединения (884° С) может вызвать образование настылей, особенно при повышении содержании его в шихте.

На ход процесса спекания и качество спека влияет тонина помола составляющих шихты: с уменьшением крупности зерен шихты увеличивается суммарная поверхность соприкосновения компонентов шихты, и необходимые химические реакции протекают в более короткий срок.

только примерно 2/3 тепла, выделяющегося при сгорании топлива, расходуется на физические и химические превращения, а также на испарение влаги шихты; остальное тепло теряется через стенки печи в окружающую среду, с отходящими газами, спеком и оборотной пылью.

Спекание глиноземсодержащих шихт в кипящем слое

Длительное время ведутся исследования по спеканию глино-земсодержащих шихт в кипящем слое.

Так как шихта для спекания состоит из тонкой смеси разнородных по физическим свойствам материалов, то в процессе спекания необходимо не только нагреть шихту до высокой температуры, но и обеспечить хороший контакт между ее составляющими, чтобы прошли нужные химические реакции.

Представляет также интерес использование для спекания глинозем-содержащих шихт агломерационных машин, получивших применение в черной металлургии и металлургии тяжелых цветных металлов.

Трубчатый выщела-чиватель: / — бандаж; 2 •— спираль; 3 — элеватор вернуть твердую фазу в отделение приготовления шихты.

Количество воды, которое необходимо выпарить, зависит от влажности боксита, известняка, шихты для спекания, а также от концентрации полученного алюминатного раствора.

Объем оборотного содового раствора определим из уравнения каустического модуля шихты: ___________(320Коб+ 300-0,102+ 105) : 62___________ (81/об + 2797-0,45 + 300-0,155) : 102+ (2797-0,171) : 160

Шихта для спекания состоит из боксита (2797 кг сухого, 3411 кг натурального), оборотного содового раствора (2,68 м3), белого шлама (300 кг), кальцинированной соды и известняка.

С компонентами шихты на спекание поступает:

Расход известняка Q определим из уравнения кальциевого модуля шихты: (Q-0.

Расчет количества и состава шихты для спекания приведен в табл.

ШИХТА ДЛЯ СПЕКАНИЯ К компоненты

Шихта A120S Si02 Fe203 СаО п.

Шихта кг (%).

Шихта на спекание, кг.

Шихта

В этом случае для спекания применяется безызвестняковая (двухкомпанентная) шихта из расчета получения следующего молекулярного соотношения в спеке (каустический модуль шихты):

При спекании двухкомпанентной шихты А12О3 и Fe2O3 связываются соответственно в алюминат и феррит натрия, a SiO2 и SO3 — в силикат и сульфат натрия.

Безызвестняковая шихта применима только для низкокремнистых бокситов, так как химические потери А12О3 и Na2O при выщелачивании такого спека прямо пропорциональны содержанию кремнезема в шихте.

2) шихта для спекания боксито-йодоизвестняковаЯ, каустический модуль шихты 1;

Количество щелочи QJ которое можно ввести в шихту спекания, найдем 'из уравнения каустического модуля: __________Q:62__________

Образующийся при карбонизации маточный содовый раствор возвращают в шихту спекания.

С поступающим в ветвь спекания раствором гидрохимической ветви одновременно выводятся из процесса органические примеси, которые выгорают при спекании шихты.

Потери щелочи в обеих ветвях компенсируются добавками кальцинированной соды в шихту спекания.

Соотношение между содержанием А12О3, Fe2O3 и Na2O в шламе должно быть таким, чтобы при вводе в шихту оборотной соды, а также соды, необходимой для компенсации потерь ее в процессе, получалась шихта, близкая к стехиометрически насыщенной.

При переработке высокожелезистых бокситов шихта оказывается стехиометрически ненасыщенной, т.

Такая шихта имеет сравнительно небольшой температурный интервал спекообразования и не обеспечивает достаточно высокого извлечения глинозема и щелочи из шлама.

Технологические свойства стехиометрически ненасыщенной шихты можно несколько улучшить, добавив в ее состав дополнительное количество известняка для связывания избыточной окиси железа в двухкалыщевый феррит 2CaO-Fe2O3.

Такая добавка позволяет уменьшить отношение Fe2O3 : A12O3 в шихте и получить спек с более высоким содержанием глинозема.

Имеются предложения спекать высокожелезистую шихту с восстановителем.

Наиболее сложной операцией схемы является спекание шламовой шихты.

Шихта для спекания состоит из красного шлама, соды, известняка и белого шлама, образующегося при обескрем-нивании.

Размолотая шихта поступает в коррекционные бассейны.

Для спекания шламовой шихты применяют трубчатые вращающиеся печи диаметром 4,5/5 м и длиной 110 м с барабанными холодильниками.

Шихта влажностью 40—42% подается в печь с помощью пульповой форсунки.

При спекании шихт с малым температурным интервалом спе-кообразования предъявляются жесткие требования к стабилизации основных режимных показателей: состава шихты и давления при ее распыливании, расхода и условий сжигания топлива.

Вместо соды для этой цели можно использовать нефелиновый концентрат, который следует в определенном количестве вводить в шихту спекания.

Для размола известняково-нефелиновой шихты применяют однокамерные и двухкамерные трубные мельницы, работающие в открытом цикле.

На практике применяют различные схемы размола шихты.

Из мельниц домола шихта поступает в систему усреднения, состоящую из нескольких последовательно соединенных аэролифтами бассейнов.

Из системы усреднения шихта перекачивается в сборные или коррекционные бассейны.

Поступающая на спекание шихта должна отвечать следующим примерным требованиям: влажность шихты 28—30%, содержание фракции +0.

Щелочной модуль нефелиноизвестняковой шихты находят как молекулярное отношение суммы Na2O -f KaO к А12О3, а кальциевый модуль — как молекулярное отношение СаО к SiO2 в шихте.

Такое соотношение между основными компонентами шихты обеспечивает связывание А12О3 при спекании в алюминаты натрия и калия, а кремнезема — в двухкальциевый силикат.

Если в нефелиновом сырье щелочи недостаточно для получения шихты с нужным щелочным модулем, то недостающее ее количество вводят в шихту в виде Na2CO3 с оборотным содовым раствором.

При спекании известняково-нефелиновой шихты основной является реакция между нефелином и известняком, сопровождающаяся разложением нефелина и образованием алюминатов натрия, калия и двухкальциевого силиката:(Na, K)aO-Al3O3-2SiO2 + 4СаСО3 == (Na, К)„О-А1аО8 +2(2CaO-SiO,) + 4СО2.

Шихта при этой температуре частично оплавляется и получается спек в виде уплотненного клинкера.

шихты близка к температуре ее плавления, то во избежание образования настылей в печи необходимо строго соблюдать технологический режим.

Причинами образования настылей могут быть: неравномерный химический и грануляционный составы шихты, непостоянство теплового режима печи спекания, неравномерное питание печи шихтой и оборотной пылью.

Для спекания известняково-нефелиновой шихты применяют трубчатые вращающиеся печи длиной 60—185 м и диаметром 3—5 м.

По конструкции эти печи аналогичны печам для спекания боксито-содоизвестняковой шихты.

Питание печей шихтой осуществляется «наливом» с помощью ковшевых дозаторов.

Из отделения подготовки шихты пульпа питания подается в дозаторы по кольцевому трубопроводу; избыток пульпы возвращается в отделение подготовки шихты.

Такая завеса необходима для увеличения поверхности теплообмена между топочными газами и шихтой, а также для предотвращения образования настылей.

Исследованиями установлена возможность спекания во вращающейся печи сухой нефелиноизвестняковой шихты, а также в печах кипящего слоя —• предварительно гранулированной шихты.

Перспективным является сухой способ спекания с предварительным нагревом шихты во взвешенном состоянии в запечных теплообменниках — циклонных и шахтных.

Другим перспективным направлением является спекание нефелиновых шихт на агломерационных машинах.

Способ спекания с применением высокощелочной шихты предложен для переработки нефелиновых руд с повышенным содержанием окиси железа.

Шихта для спекания составляется из расчета получения спека со следующими молекулярными соотношениями: (Na, К)20 _ 1 СаО

При спекании такой шихты А12О3 и Fe2O3 переходят в щелочные алюминаты и ферриты, a SiO2 - — в щелочной кальциевый силикат (Na, K)2O-CaO-SiO2.

По сравнению с шихтой, рассчитанной на образование 2CaO-SiO2, высокощелочная шихта имеет более широкий температурный интервал спекообразования.

Шихту составляют из смеси сульфатных солей, гидроокиси алюминия и нефтяного кокса из расчета получения следующих молекулярных соотношений: _ _ _ _

Спекают шихту в трубчатой вращающейся печи при 1100 — 1150° С.

Шихта перед плавкой проходит подготовку, состоящую в оку-сковании руды агломерацией или брикетированием.

Исходную шихту спекают в трубчатой вращающейся печи при 1375—1425° С.

Присутствующие в шихте Fe2O3 (до 5%) и ТЮ2 (до 3%) существенного влияния на процесс не оказывают при условии дополнительной дозировки окиси кальция на связывание окиси железа в феррит кальция 2CaO'Fe2O3, а двуокиси титана — в титанат кальция 2СаО-ТЮ2.

В первой печи шихта, состоящая из красного шлама и известняка, обжигается в присутствии восстановителя (каменный уголь) при 1000—1100° С с получением метрллизованного клинкера.

из бокситов по последовательной схеме Байер — спекание и способом спекания из нефелинового сырья весьма значительны расходы на топливо, а также содержание и эксплуатацию оборудования, что связано с необходимостью спекания больших количеств шихты и применения сложных технологических схем.

Алюминиевая промышленность является крупным потребителем угольных электродов, которые служат для подвода тока к электролиту в электролизерах или к шихте в электропечах.

Обожженные угольные электроды применяются в дуговых электропечах для подвода тока к шихте.

Для анодной массы, например, применяется следующий грануляционный состав сухой шихты:

Сухую шихту для прошивных катодных блоков и боковых плит составляют из термоантрацита или антрацита, графита, угольного боя и литейного кокса.

Затем в смеситель подают связующее в расплавленном состоянии и сухую шихту перемешивают со связующим до получения однородной массы.

В смесителе непрерывного действия сухая шихта с расплавленным связующим перемешивается и одновременно перемещается с помощью вращающихся шнеков, находящихся внутри металли-, * В тим числе фракции —6+4 в пределах 12±3.

Перед смешением со связующим сухая шихта перемешивается и подогревается в смесителе-подогревателе до температуры не ниже 80° С.

Наиболее перспективным можно считать применение при производстве анодной массы в широком масштабе высокотемпературного пека, а также подбор оптимального гранулометрического состава сухой шихты.

Шихту засыпают на поверхность металла тонким слоем.

Рафинирование электролита продолжается несколько часов после окончания расплавления шихты.

Технологическая схема промышленного получения алюминие-вокремниевых сплавов методом восстановления в электропечах большой мощности включает следующие этапы: дробление и дозирование исходных сырьевых материалов, смешение, окуско-вание и сушку окускованной шихты; восстановление шихты в рудовосстановительных электропечах с получением первичного алюминиевокремниевого сплава; рафинирование полученного сплава от неметаллических включений; переработка рафинированного сплава на конструкционные алюминиевокремниевые сплавы.

Для процесса получения алюминиевокрем-ниевых сплавов главным физико-химическим свойством углеродистых восстановителей является величина объемного содержания восстановителя в шихте или степень развитости его поверхности на единицу твердого углерода.

От этого свойства зависит тугоплавкость шихты, характер спекания брикетов на колошнике печи, газопроницаемость и равномерность схода шихты в процессе плавки.

Величина пористости окомкованной шихты мало изменяется в зависимости от типа углеродистых восстановителей, поэтому не является определяющим фактором для выбора типа восстановителя и методов окускования шихты.

Относительная механическая прочность брикетов обратно пропорциональна объемному содержанию восстановителя в шихте.

Основные требования к углеродистым материалам: минимальное содержание золы и главным образом примесей железа и титана, отрицательно влияющих на выход продукции при дальнейшей переработке сплава; повышенная реакционная способность и низкая электропроводность; способность вместе с другими компонентами шихты к окомко-ванию, обеспечивающая достаточную механическую прочность и термостойкость гранул или брикетов в условиях рудно-терми-ческой плавки; обеспечение равномерного схода шихты и высокой газопроницаемости колошника печи при плавке.

Заметное восстановление двуокиси кремния из охомкованных шихт начинается при 1300° С и резко возрастает до 1450° С; при дальнейшем повышении температуры до 1900° С суммарная скорость процесса изменяется практически прямо пропорционально температуре.

Элементарный кремний в зависимости от соотношения кремнезема и углерода в шихте образуется при 1800—1900° С.

На кинетику процесса оказывает влияние не столько природа минерала, сколько соотношение окислов кремния и алюминия в шихте.

который 372 учитывает в процентах степень извлечения полезных составляющих из шихты и определяется как отношение количества полученного металла (Р1 , кг) к количеству этого металла (Р2, кг), поступившего на восстановление в руднотермическую печь с шихтовыми материалами: i\Me = Pi: Р2.

Процесс ведут на ленточных агломерационных машинах с просасыванием воздуха через шихту.

Гранулы, или «окатыши», размером до 50 — 60 мм получают из мелко измельченной шихты с добавлением в нее связующего.

Наибольшее распространение получило брикетирование шихты.

Как правило, для получения шихты заданного состава применяют автоматизированный весовой способ дозирования.

Смешение материалов шихты осуществляют в смесителях непрерывного действия, в которых одновременно со смешиванием шихта уплотняется.

Брикетированную шихту перед загрузкой в рудно-термическую электропечь сушат в туннельных печах или на конвейерных устройствах с газовым или электрическим обогревом.

Загрузку шихты и подъем уровня колошника ведут постепенно, в течение 10—15 суток непрерывной работы печи.

Загрузка брикетированной шихты из печных бункеров на колошник печи осуществляется по течкам через золотниковые питатели с дистанционным управлением.

Шихту следует загружать по мере ее схода так, чтобы вокруг электродов образовались конусы из шихты.

Свежую холодную шихту загружают после предварительной опиковки колошника в местах прогаров или проседания шихты у электродов.

В процессе плавки необходимо добиваться: равномерного газовыделения по всей поверхности колошника, не допуская образования так называемых свищей, глубокой и устойчивой посадки электродов в шихте и свободного выхода сплава из летки.

При больших отклонениях содержания углерода в шихте от заданного состава загружают в печь корректирующую шихту.

При избытке восстановителя в шихте корректирующую смесь загружают после предварительного снижения уровня колошника у электродов, последующей подачи свежих брикетов и наведения равномерных конусов у электродов.

При недостатке восстановителя в шихте смесь подают в места усиленного спекания и замедленного схода шихты.

Для уменьшения выгорания угля смесь прикрывают свежими порциями шихты из брикетов.

Если в конструкции печи не предусмотрены загрузочные течки, то шихта загружается самоходными завалочными машинами.

Процесс восстановления протекает как при преобразовании электрической энергии в тепло дуги или суммы дуг, так и при использовании нагрева электросопротивлением шихты.

Кроме этого, в ней предусмотрены отверстия для электродов и в большинстве случаев для течек подачи шихты.

При использовании высококачественной шихты или применении алюминиевых сплавов для изготовления кожухов электродов предпочтение отдают самообжигающимся электродам как более экономичным.

Количество нефтяного кокса, которым можно заменить древесный уголь в шихте, колеблется в широких пределах и может достигать 50%.

Количество щепы и нефтяного кокса в шихте зависит от типа применяемых электропечей и условий технологического процесса.

подготовке шихты, плавке ее в рудно-терми-ческой электропечи, разливке кремния и измельчения его для удаления шлаковых включений.

Перед приготовлением шихты все исходные материалы подвергают необходимой подготовке.

Дозирование компонентов шихты — весовое с подачей на сборный ленточный транспортер послойно.

Подача приготовленной шихты в электропечь осуществляется через специальные загрузочные течки печи или при помощи самоходных завалочных машин.

Все операции приготовления шихты автоматизированы.

Процесс восстановления кремния в электропечах непрерывный: по мере проплавления в печь загружаются шихта, кремний выпускается из печи через летку непрерывно.

Зона I — непрореагировавшая шихта.

Здесь происходит интенсивное нагревание компонентов шихты и по мере поступления их в нижнюю часть печи, где за счет электрической дуги создаются высокие температуры, происходит восстановление кремния из его окислов.

В этой зоне заканчиваются реакции восстановления в шихте, которая поступает сюда, не успев прореагировать во второй зоне.

Обработка колошника осуществляется специальными самоходными машинами, которые разрыхляют спекшуюся шихту; затем производится очередная загрузка новой порции шихты.

Во время разрыхления шихты происходит максимальная потеря тепла, поэтому операцию обработки колошника стремятся сократить до минимума: она не должна превышать 1—2 мин.

В этом случае шихта равномерно прогревается отходящими из реакционной зоны газами и тем самым создаются оптимальные условия для протекания процесса восстановления.

При медленном сходе шихты создаются условия для ее оплавления и как следствие снижается газопроницаемость, что приводит к прорывам газа в отдельных местах.