Влияние на хлорирование магния других свойств шихты
|
Кроме химического состава шихты, на хлорирование также влияет ее активность, плавкость, механическая прочность, однородность, постоянство состава и теплотворная способность. Температура около 1000° в зоне хлорирования печи поддерживается главным образом за счет теплоты протекающих реакций. Недостающее тепло подводят извне, нагревая электрическим током угольную насадку, на которой лежит шихта. Через фурмы, расположенные ниже уровня насадки, подают в печь хлоровоздушную смесь. Образующийся безводный хлористый магний стекает через насадку в копильник, из которого периодически выпускается через летку. Чтобы газ, не встречая большого сопротивления, мог проходить через шихту, она должна сохранять форму кусков. He подвергавшаяся хлорированию шихта накапливается на угольной насадке в виде нарастающего слоя тугоплавкого шлака, затрудняющего прохождение хлора через шихту. Шлак постепенно заполняет рабочий объем печи и ее приходится останавливать для очистки. Без учета особенностей технологии и влияния на нее перечисленных выше свойств шихты невозможно обеспечить высокие технические показатели процесса. Ниже рассмотрено влияние различных факторов на хлорирование окиси магния. Активность шихты Чтобы хлорирование шло быстро и с высоким использованием хлора и окиси магния, шихта должна быть активна в зоне реакции при 800—1000°. Перегрев сверх 1000° увеличивает потери хлористого магния с возгоном. Скорость хлорирования зависит от активности основных компонентов шихты и ее физического состояния. В частности, весьма существенное значение имеет пористость и гранулометрический состав шихты. Главными компонентами всякой шихты являются окись магния и восстановитель. Следовательно, активность шихты определяется активностью этих двух компонентов. Чтобы определить влияние состава шихты на хлорирование, применяют различные лабораторные методы. Метод температурного эффекта заключается в следующем. Навеску шихты хлорируют в закрытом сосуде без внешнего подогрева. При хлорировании шихта разогревается за счет тепла реакции. Максимальная температура во время опыта служит мерой активности шихты. На рис. 35 приведена схема лабораторной установки для определения активности шихты по методу температурного эффекта.  Метод хлорирования с расплавлением. Навеску шихты в виде брикета хлорируют яри 800° в лабораторной печи, которая является моделью конструкции промышленной печи. При этом методе брикетированную шихту нагревают до 800°, затем через шихту пропускают хлор с определенной скоростью. Получающийся хлористый магний периодически сливают. Для получения сравнительных данных по хлорируемости различных шихт продолжительность опытов одинакова. В отходящих газах определяют Сl2 и HCl. Степень использования хлора служит показателем активности шихты. Метод, разработанный в ВАМИ В.А. Клементьевым, предусматривает хлорирование шихты при температуре не более 550° до появления хлора в отходящих газах. Активность определяют по степени превращения окиси магния в хлористый магний и по подъему температуры в верхнем слое шихты во время опыта. На рис. 36 приведена схема лабораторной установки для определения активности шихты по этому методу. Активность восстановителя характеризуют его способностью взаимодействовать с кислородом при температуре хлорирования.  Хлорирование окиси магния в присутствии углерода можно рассматривать как результат двух реакций: хлорирования окиси магния: MgO + Cl2 ⇔ MgCl2 + 1/2О2 и горения углерода: С + 1/2О2 = CO или С + О2 = CO2. Чтобы хлорирование не замедлялось, скорость горения углерода должна быть больше скорости взаимодействия окиси магния с хлором. Активность углеродистых восстановителей зависит от их происхождения, от содержания летучих и тонины помола. Ниже приведены результаты испытания активности шихт с бурым углем различного помола по методу температурного эффекта:  Как видно, чем тоньше размолот уголь, тем выше поднимается температура при хлорировании. Методом «хлорирования с расплавлением» также выявлена зависимость активности шихты от тонины помола восстановителя:  Угли с большим содержанием летучих более пригодны как восстановители что объясняется их большой активностью и образованием в брикетах пор при удалении летучих. Применение антрацита и каменноугольного кокса снижает использование хлора. На основании изложенного можно сделать следующие выводы о требованиях, предъявляемых к углеродистым восстановителям для хлорирования: 1) для предотвращения быстрого накопления шлака в печи зольность углей не должна превышать 10—12%; 2) следует отдавать предпочтение молодым бурым углям как наиболее активным; 3) независимо от состава и качества применяемого угля oн должен быть мелко размолот (через сито 250 меш должно проходить не менее 80% угля). Постоянство состава и однородность шихты — важнейшие условия нормального хлорирования. Нарушение их приводит к резким расстройствам работы печи независимо от качества исходных материалов. Хлорирование окиси магния в присутствии восстановителя есть результат двух упомянутых выше одновременно происходящих реакции. Для согласования скоростей этих реакций необходимо, чтобы не только средний состав шихты был постоянным по содержанию основных компонентов, но чтобы шихта была максимально однородной. Недостаток восстановителя в одной части шихты приводит к накоплению непрохлорированной окиси магния, а его избыток в другой части остается неиспользованным. Механическая прочность, пористость и плавкость шихты Механическая прочность брикетов шихты должна быть не ниже 40—50 кг/см2 три 800—900°. В шахтной печи хлорирование протекает нормально, если шихта в реакционной зоне до конца хлорирования остается кусковатой. Высокая первоначальная прочность брикетированной шихты не всегда является достаточным показателем ее хорошего качества. Так, например, шихта, прочность которой достигается за счет образующегося магнезиального цемента, обладает большой начальной механической прочностью, но быстро теряет ее при хлорировании. Наоборот, брикеты на углеродистой связке, обладающие невысокой первоначальной механической прочностью, мало изменяют ее при хлорировании, что объясняется образованием в брикетах на пути к зоне реакции коксового скелета, упрочняющего их. Для хорошего хлорирования маханическая прочность шихты при 800—900° должна быть 40—50 кг/см2. При этом шихта должна также иметь достаточную пористость. Пористость, главным образом открытая, увеличивает поверхность контакта между шихтой и газом. Температура размягчения шихты должна быть выше 800°, в противном случае шихта потеряет свою механическую прочность и пористость еще до поступления в зону интенсивного хлорирования, что затруднит равномерное прохождение газов через шихту, давление в печи поднимется. В результате печь придется останавливать. Теплотворная способность шихты В табл. 49—51 (см. выше) приведены теплоты основных реакций, протекающих в шахтных печах при хлорировании. В зависимости от состава шихты количественное соотношение между отдельными реакциями меняется, соответственно меняется и количество выделяемого тепла. Температура в зоне интенсивного хлорирования определяет теплотворную способность шихты и скорость хлорирования. В случае применения шихты с недостаточной теплотворной способностью нельзя достигнуть температуры, необходимой для быстрого хлорирования и высокого использования хлора и окиси магния. Нагревом извне можно несколько улучшить тепловой баланс печи, однако получить при этом высокие показатели все же не удается. Если теплотворная способность шихты слишком высока, показатели также оказываются низкими, так как в зоне хлорирования температура поднимается выше 1000—1200°. Это приводит к горению шихты и большому уносу хлористого магния с отходящими газами вследствие резкого возрастания упругости паров MgCl2 (табл. 64).  Из изложенного следует, что теплотворная способность шихты серьезно влияет на хлорирование. Практически нужно подбирать шихту с такой теплотворной способностью, чтобы при данной конструкции печи и ее производительности создавалось необходимое распределение температуры по высоте печи. Теплотворную способность шихты рассчитывают по данным о теплоте отдельных реакций с учетом химического состава шихты, теплоемкости и энтропии веществ, участвующих в реакциях. |
