Восстановительная способность печи шахтной восстановительной плавки свинца и способы ее регулирования
Восстановительная способность печи зависит главным образом от следующих факторов; 1) расхода топлива; 2) высоты сыпи; 3) продолжительности восстановления и 4) температуры. Разберем роль каждого из этих факторов. Углерод кокса окисляется до СО2 на некотором определенном протяжении от фурм кверху по шахте печи. На этом участке кислород воздуха постепенно убывает в газах и, наконец, почти исчезает. Углекислый газ, поднимаясь по шахте печи выше участка полного сгорания топлива, фильтруется через раскаленный кокс и восстанавливается до окиси углерода: СО2 + С = 2СО. Полнота этой реакции зависит от высоты слоя раскаленного кокса, через который СО2 фильтруется. А так как этот слой кокса будет больше при большем расходе топлива для плавки, то естественно, что и восстановление CO2 до CO пройдет в этом случае полнее, т. е. при большем расходе топлива для плавки в печных газах будет больше CO, т. е. атмосфера будет более восстановительной. Высота сыпи (расстояние от фурм до поверхности шихты) также влияет на восстановительную способность печи. При шахтной плавке топливо и агломерат загружают в печь горизонтальными слоями. Следовательно, при высокой сыпи общая высота топлива будет больше, чем при низкой, хотя процентный расход топлива от шихты может быть одинаковым в обоих случаях. На основе предыдущих рассуждений можно заключить, что с увеличением высоты сыпи восстановительная способность печи возрастает. Полнота восстановления зависит также от продолжительности воздействия восстановителей на компоненты шихты. При одинаковой интенсивности плавления продолжительность восстановления зависит от высоты сыпи: чем больше высота сыпи, тем больше время пребывания агломерата в печи и тем полнее пройдет восстановительный процесс. Температура, при которой происходит восстановление, существенно влияет на полноту процесса: чем выше температура, тем быстрее идет восстановление. Температура в зоне восстановления окислов металлов, в свою очередь, зависит от многих причин, которые будут рассмотрены далее. На восстановительную способность печи, проплав шихты, перегрев жидких продуктов плавки и общее состояние хода плавки влияет также состояние «фокуса» печи. Под фокусом печи подразумевается часть печи в области фурм (точнее: фокус печи простирается от уровня фурм и выше на 0,5—1,0 м), заполненная раскаленным добела и энергично горящим коксом. Окислительная атмосфера у фурм в вышележащих слоях постепенно переходит в восстановительную. Температура в фокусе печи находится в прямо пропорциональной зависимости от концентрации кислорода в дутье, от температуры дутья, качества кокса и интенсивности его сжигания. В фокусе печи все жидкие продукты плавки перегреваются для их последующего успешного разделения по плотности во внутреннем горне печи и во внешних, обычно необогреваемых отстойниках. Помимо разобранных причин, на скорость и полноту восстановления металлических окислов большое влияние оказывают минералогический состав и физические свойства материалов шихты: величина кусков агломерата и кокса, пористость, распределение окислов в агломерате, скорость и равномерность газового потока, пронизывающего шихту и т. д. Таким образом, качество агломерата и кокса, равномерность их загрузки, равномерное распределение дутья по всем фурмам и печных газов по сечению печи и одинаковая температура по горизонтальным сечениям шахты — все это существенные факторы, влияющие на ход плавки, восстановление металлических окислов и плавление шихты. На рис. 44 представлено изменение температуры по высоте шахтной свинцовоплавильной печи, а на рис. 45 — изменение температуры по горизонтальному сечению шахтной печи. Кривая рис. 45 показывает, что в большей части продольного сечения по центру печи температура ниже, чем у стен. Приведенные данные свидетельствуют о растянутости плавильной зоны, соответствуюш;ей плохому качеству агломерата, и характеризуют не вполне нормальный ход плавки. Одно из основных условий производительной и эффективной работы шахтной печи — концентрация зоны высоких температур в ограниченной по высоте печи области над фурмами. При растянутом фокусе горения кокса и плавления шихты температура в этом участке печи снижается, что приводит к худшему перегреву жидких продуктов плавки, понижению проплава шихты, настылеобразованию, пониженному извлечению металлов и др. Низкий уровень загрузки шихты способствует растяжению фокуса горения, высокий (при прочих равных условиях), наоборот — концентрации фокуса печи. Хорошо подготовленная шихта, состоящая из более или менее одинаковых по крупности кусков, способствует концентрации фокуса. Повышение скорости воздуха, вдуваемого в печь через фурмы меньших размеров, до известной степени концентрирует высокую температуру в сравнительно небольшом объеме фокуса печи. Температурный режим остального объема печи и концентрация CO в печных газах в некоторой степени зависят от состояния и температуры фокуса печи и количества тепла, выделяющегося здесь в единицу времени. При шахтной свинцовой плавке расход кокса хорошего качества составляет 10—11% от веса шихты, высота сыпи шихты колеблется от 4,5 до 6,0 м, а самая высокая температура над фурмами достигает 1300—1400° С. В этих условиях время пребывания шихты в печи составляет 4—6 ч. |