Технические науки/1. Металлургия

Преподаватель Кокаева Г.А., д.т.н. Комков Н.М., к.т.н. Куленова Н.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический

университет им. Д. Серикбаева, Казахстан

Массообмен при обжиге сульфидных концентратов

в печах кипящего слоя

При обжиге в печах кипящего слоя сульфидных концентратов основным лимитирующим фактором, сдерживающим производительность аппарата КС является избыток тепла, т.к. реакция окисления сульфидов кислородом экзотермическая. Поэтому избыточное тепло необходимо отводить из кипящего слоя иначе произойдет перегрев материала слоя, его расплавление и аварийная остановка обжиговой печи.

Для предотвращения перегрева и расплавления материала кипящего слоя очень важно поддерживать его однородность, как по показателям температуры, так и по гидродинамическим характеристикам.

Для этого необходимо иметь представление о закономерностях тепло- и массообмена в кипящем слое.

Процесс теплообмена в печи кипящего слоя можно разделить на три взаимосвязанные стадии:

- теплообмен между частицей кипящего слоя и газовым агентом;

- теплообмен внутри кипящего слоя;

- теплообмен между кипящим слоем и теплообменными поверхностями, т.е. внешней средой.

Массообмен также можно подразделить на аналогичные три взаимосвязанные области:

- массообмен между частицей кипящего слоя и газовым агентом;

- массообмен внутри кипящего слоя (закономерности перемешивания частиц и его интенсивности);

- массообмен между кипящим слоем и внешней средой (закономерности распределения поступающих в печь частиц по кипящему слою, однородность кипящего слоя по плотности, время пребывания частиц в кипящем слое).

Каждая из этих стадий при определенных условиях может оказаться лимитирующей и все стадии тесно взаимосвязаны, так что каждая в определенной степени оказывает влияние на технологические параметры процесса обжига и качество получаемых продуктов.

Последняя стадия массообмена, т.е. массообмен между кипящим слоем и внешней средой, а особенно распределение частиц по кипящему слою и время их пребывания в обжиговой печи, оказывают определяющее воздействие на весь процесс обжига, так как от нее зависит распределение поступающего материала в кипящий слой и закономерности движения частиц в кипящем слое, и в конечном итоге время пребывания частиц в аппарате КС и качество продуктов обжига, так как необходимо чтобы частица находилась в кипящем слое столько времени, сколько достаточно для завершения процесса окисления сульфида.

Характер перемещения частиц внутри кипящего слоя оказывает значительное влияние не только на процессы тепло- и массообмена, но и на однородность самого кипящего слоя и его гидродинамический режим т.е. плотность (порозность) кипящего слоя, залегания материала на газораспределительной решетке, продувы, пылевынос и т.д. И в то же время массообмен между кипящим слоем и средой в значительной степени зависит от конструктивных особенностей аппарата КС, гидродинамического режима и физико-химических свойств материала кипящего слоя (плотности, температуры плавления, минералогического и гранулометрического составов и т.д.).

Поэтому изучение закономерностей данного вида массообмена является актуальной задачей, хотя и представляет определенные трудности.

Для обеспечения большей достоверности результатов опытов они проводились на промышленной печи КС для обжига сульфидных концентратов площадью пода 32 м².

Для изучения массообмена использовался метод меченых частиц. В качестве меченых частиц использовался пиритный концентрат.

В печь для обжига цинкового сульфидного концентрата при ее стабильной работе прекращали загрузку цинкового сульфидного концентрата и одновременно начинали загрузку пиритного концентрата и через определенные промежутки времени отбирали пробы огарка, выгружаемого через порог.

По составу продуктов обжига определяли динамику замещения цинкового огарка в кипящем слое пиритным огарком.

При полном замещении цинкового огарка в печи пиритным прекращали подачу пиритного концентрата и возобновляли подачу цинкового сульфидного концентрата. Продолжая отбирать пробы определяли динамику замещения пиритного огарка в печи на цинковый.

По полученным данным строили кривые замещения и определяли режимы в которых замещение огарков соответствовало нормальному распределению, т.е. закону Гаусса. Таким образом были определены режимы обжига в которых распределение частиц происходит равномерно по всему пространству кипящего слоя, что является гарантией его однородности по плотности, отсутствию застойных зон и продувов, т.е стабильной гидродинамики, тепло- и массообмена и как следствие стабильной работы обжиговой печи.

Таким образом, в результате проведенного исследования определено, что интенсификация тепло- и массообмена в кипящем слое прямо пропорционально зависит от скорости псевдоожижающего агента и высоты кипящего слоя и обратно пропорционально зависит от радиуса частицы слоя, что подтверждает зависимость величины эффективного коэффициента теплопроводности кипящего слоя от технологических параметров процесса и физико-химических свойств материала слоя.

Литература:

1 Комков Н.М., Луганов В.А. Обжиг сульфидных цинковых концентратов. – Усть-Каменогорск: ТЕХЦЕНТР. 2004. 389 с.