Дуговая электропечь и конденсатор для получения цинка
Процесс проводят таким образом, что основная масса содержащегося в шихте цинка восстанавливается и отгоняется до расплавления пустой породы и образования жидкого шлака. При этом прямое воздействие электрической дуги на шихту ограничено. Для достижения перечисленных условий можно применять два способа. Электроды могут быть погружены в расплавленный шлак и тепло передается от шлака к шихте. При этом избыток получаемого шлаком тепла приводит к высокой его подвижности, вызывающей сильную коррозию стенок печи. Можно вести плавку открытой дугой, горящей между электродом и поверхностью шлака. При этом тепло шихте передается прямой и косвенной радиацией и цинк возгоняется с поверхности твердой шихты до ее расплавления и образования шлака. На заводе Палмертон используют сочетание обоих методов, но предпочтение отдают второму. Температура дуги достигает 3000—4000 °С, а температуру ванны поддерживают на уровне 1450 °С с тем, чтобы избежать восстановления элементов пустой породы и перегрева кладки печи. Для этого шихту загружают откосами по всему периметру печи и она поглощает тепло на эндотермические реакции. Жидкий горячий шлак также передает часть тепла дуги шихте, омывая ее поверхность. В центре печи создается зона высокой температуры, не вызывающая разрушения огнеупоров и обеспечивающая интенсивный прогрев загружаемых материалов. Соотношение загрузки и потребляемой мощности регулируют таким образом, чтобы обеспечить постоянный и равномерный поток паров и газов, направляемых в конденсатор. Печь (рис. 57) прямоугольная, выложена в стальном кожухе, футерована высокосортным глиноземистым огнеупорным кирпичом и имеет внутренние размеры 4,9х9,7 = 47,5 при высоте 3,0 м. Толщина стен 600 мм. Подина выложена обратным сводом в три ряда с общей Толщиной 790 мм, свод арочный 380 мм. Боковые стены орошаются водой, днище охлаждается воздухом. Ток подается тремя графитированными электродами диаметром 600 мм, расположенными в одну линию, от трансформатора мощностью 6000 ква. Потребляемая рабочая мощность равна 4500—5000 ква. Электроды погружены в шлаковую ванну, служащую телом сопротивления, однако величину напряжения регулируют таким образом, что значительная часть мощности передается ванне открытой дугой. Загрузку ведут так, чтобы поддерживать постоянными откосы шихты, а выпуск продуктов плавки определяется допустимым уровнем чугуна и шлака в ванне. Применяемый для этого процесса конденсатор заметно отличается от описанного выше вакуумного конденсатора и в основу его положены иные принципы. Конденсатор (рис. 58) представляет прямоугольную стальную камеру, футерованную огнеупорным кирпичом. Нижняя часть камеры заполнена расплавленным цинком. При помощи погруженного в ванну графитового импеллера, который пропускают в конденсатор через торцовую наклонную стенку, цинк разбрызгивают так, что весь объем конденсатора пронизан мелкими капельками металла. Газ проходит через создаваемую таким образом завесу, охлаждается и пары цинка конденсируются на холодных каплях разбрызгиваемого металла. Значение теплоотдачи через стены в этом конденсаторе подчиненное и тепло отводится через цинковую ванну. Это способствует точному регулированию температуры в конденсаторе и соответственно улучшает условия конденсации. Возможность быстро охладить парогазовую смесь, «закалить» ее каплями холодного цинка уменьшает образование «химической» пусьеры и исключает образование пусьеры «физической». Цинк, поглощающий тепло газов и тепло конденсации, интенсивно охлаждается в зумпфах, расположенных с обеих сторон конденсатора. Между зумпфами и внутренней ванной конденсатора циркулирует металл, а в зумпфы опущены охлаждаемые водой змеевики, глубина погружения которых (и соответственно величина охлаждающей поверхности) автоматически меняется в зависимости от количества поступающего в конденсатор тепла. Регуляторы обеспечивают поддержание температуры ванны на уровне 500 °С. Интенсивность конденсатора весьма велика и на 2 м3 его объема можно сконденсировать до 12 т цинка в сутки. Конденсатор работает с высоким коэффициентом полезного действия, и количество цинка, уносимого отходящими газами, близко к теоретическому. Этот цинк извлекается из газов в скруббере в виде пусьеры. Поверхность цинка очищают от дроссов периодически, по мере их накопления, через устроенные для этой цели окна. В этом конденсаторе можно конденсировать и разбавленные цинком газы без образования большого количества пусьеры. В течение некоторого времени такой конденсатор применяли на заводе Палмертон на вертикальных ретортах в период проведения опытов по вдуванию в них воздуха или кислорода для генерации тепла вследствие сжигания кокса, содержащегося в раймовке. При этом содержание цинка в газах снижалось до 35% и, несмотря на это, в жидкий металл переходило 96,8 % цинка, в дроссы 0,06% и в пусьеру 2,6%. |