Классификация и сгущение

Выщелачивание

Разбавление пульпы

Сгущение шлама.

Алюминатный раствор Красный шлам

Н₂О

ФильтрацияПромывка

Осветленный раствор Сгущение шлама

Декомпозиция

шлам промвода

Пульпа Al(OH)₃

в отвал

Классификация и сгущение

Затравочный гидроксид Продукционный гидроксид Маточный раствор

Al(OH)₃ Al(OH)₃

Выпарка

ФильтрацияФильтрация, промывка

Al(OH)₃ промвода Сода Оборотный р-р

концентрир.

Кальцинация известь

Каустификация

Глинозем Белый шлам Щелочной р-р

Рисунок 1.1 - Общая схема получения глинозема способом Байера

1.2 Аппаратурно-технологическая схема процесса кальцинации

На большинстве заводов кальцинация глинозема осуществляется в трубчатых вращающихся печах, а охлаждение прокаленного глинозема - в барабанных холодильниках.

Промытый гидроксид алюминия из бункера с помощью пластинчатого питателя непрерывно подают в шнековый смеситель, куда одновременно поступает и уловленная технологическая пыль. Перемешанный с пылью гидроксид по наклонной загрузочной трубе поступает в рабочее пространство печи. Общее время пребывания материала в печи составляет от полутора до двух часов. Прокаленный глинозем затем охлаждают в холодильнике температура от 90 до 100°С и с помощью камерного насоса транспортируют в бункеры для хранения. Отходящие газы уносят из печи в виде пыли большое количество глинозема. Для улавливания пыли используют мультициклоны и электрофильтры. Вентиляторы используют для принудительной прогонки дымовых газов по дымоходу. Очищенные газы через дымовую трубу выбрасывают в атмосферу.

На рисунке 1.2 показана схема установки для кальцинации алюминия.

1 – система обеспыливания воздуха; 2, 5 – вентиляторы; 3 – дымовая труба;

4 – фильтр; 6 – загрузка гидроксида; 7 – трубопровод горячего воздуха;

8 – барабанная печь; 9 – форсунка для подачи воздуха; 10 – трубопроводы холодного воздуха.

Рисунок 1.2 – АТС установки для кальцинации гидроксида алюминия

1.3 Конструкция печи для кальцинации гидроксида алюминия

На рисунке 1.3 показана схема трубчатой вращающейся печи.

1 - головка; 2 - форсунки для подачи шихты; 3 - система очистки газов;

4 - теплообменные устройства; 5 - зубчатая передача; 6 - металлический барабан; 7 - опорные ролики; 8 - горелки для топлива; 9 - горячая головка.

Рисунок 1.3 – Схема вращающейся печи

Корпус печи представляет собой сварной металлический барабан диаметром до пяти метров и длиной до 185 м, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Барабан сваривают из листовой стали толщиной от 20 до 40 мм, что позволяет использовать его в качестве металлического каркаса, т.е. крепить к нему соответствующие конструкции (бандажи, тормоз и т.д.). Как правило, диаметр барабана по всей длине одинаков, но в некоторых печах для изменения скорости перемещения материалов в отдельных зонах при неизменном наклоне печи диаметр барабана изменяют.

Футеровка барабана работает в тяжелых условиях, что связано с периодическими колебаниями температур на поверхности кладки, обусловленными вращением печи и пересыпанием находящегося в ней материла. Перепады температур при входе и выходе из-под слоя шихты составляют от 150 до 200° С. В зоне кальцинации на футеровку сильное химическое и абразивное воздействие оказывает материал. В зоне сушки кладка подвержена значительному истиранию цепями или отбойным устройством. Основным материалом для футеровки печей глиноземных заводов служит шамот. Высокотемпературные зоны выкладывают из специального огнеупорного кирпича. Толщина футеровки обычно составляет от 230 до 350 мм. Между металлическим кожухом печи и огнеупорной футеровкой закладывают тонкий слой засыпки (от 10 до 30 мм), которая является не только теплоизолятором, но и, прежде всего, выполняет функции температурного шва, позволяющего компенсировать расширение футеровки при ее нагреве. Чтобы предотвратить разрушение футеровки при остановках печи, барабан должен вращаться до ее полного охлаждения.

На наружной поверхности барабана закрепляют стальные бандажи в виде неразрывных колец шириной от 400 до 800 мм. Опорные бандажи воспринимают всю нагрузку от массы барабана, достигающую от 70 до 400т. Каждый бандаж опирается на два ролика, вращающиеся во время работы печи. Ширина роликов обычно от 50 до 100 мм больше ширины бандажа. Опорные ролики установлены на массивных стальных плитах, укрепленных на железобетонных фундаментах таким образом, что барабан печи имеет небольшой уклон к горизонту, составляющий от одного до трех град. Как правило, уклон задают в процентах от общей длины печи (от двух до четырех процентов).

Между опорами барабан вращающейся печи испытывает напряжение на изгиб. Величина пролета между опорами зависит от диаметра барабана, его суммарной массы, толщины кожуха и т.д. и составляет от 26 до 30 м. Иногда кожух дополнительно усиливается ребрами жесткости.

Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью от ноль целых шесть десятых до двух об\мин. Регулирование числа оборотов барабана производят специальным устройством. Привод состоит из электромотора мощностью до 250 кВт специального редуктора и открытой зубчатой передачи, заканчивающейся большой венцовой шестерней. Для того чтобы барабан мог при нагреве свободно расширяться, венцовую шестерню прикрепляют к барабану при помощи пружин.

При вращении печи бандажи "катятся " по опорным роликам. Чтобы удержать наклонно расположенную печь от соскальзывания с опорных роликов, оси их устанавливают под небольшим углом по отношению к продольной оси печи (от 0° 10' до 0° 45'). Под воздействием такого разворота печь очень медленно поднимается вверх в направлении оси печи. При среднем коэффициенте трения между опорными роликами и бандажом корпус печи должен поддерживаться в среднем положении. Величина угла разворота опорных роликов зависит от массы печи, угла наклона барабана его диаметра.

Положение печи в продольном направлении фиксируется автоматически при помощи специальных упорных роликов с демпферами (демпфер - это приспособление для постепенного уменьшения механических колебаний путем поглощения части энергии колеблющейся системы) или гидроприводами, которые сообщают печи возвратно-поступательное движение с двойным ходом от 50 до 100 мм за 24 часа. С обеих сторон бандажа ближайшей к приводу опоры, а у мощных печей дополнительно еще у двух-трех бандажей установлены упорные ролики, вращающиеся на вертикальных осях. Эти ролики фиксируют положение печи вдоль ее оси и, следовательно, зацепление венцовой шестерни.

Для остановки вращения печи в любом положении служит электромагнитный тормоз, через обмотку которого во время работы печи постоянно пропускается ток. Когда подача тока прекращается, электромагнит выключается и отпускает колодки тормоза, которые и зажимают приводной вал.

Верхний торец печи входит в загрузочную камеру. Сухую шихту загружают в печь с помощью шнекового питателя через патрубок, расположенный в загрузочной камере. Пульпу подают в печь через пульповую трубу ковшом-дозатором или с помощью специальной форсунки. Уловленную пыль возвращают в печь вместе с шихтой, подавая ее либо в дозатор, либо в специальный смеситель.

Нижний конец печи входит в разгрузочную (или топочную) камеру. Между ней и барабаном ставят специальное кольцевое уплотнение, перекрывающее щель между вращающимся барабаном и неподвижной камерой. Уплотнительное устройство может быть выполнено виде входящих друг в друга лабиринтных колец, приваренных к корпусу и к головке печи. Холодный воздух, попадающий в кольцевой канал лабиринтного уплотнения, отсасывается из него вентилятором, что предотвращает попадание этого воздуха в печь.

В передней стенке топочной камеры предусматривают отверстие для установки горелочного устройства. Его конструкция зависит от вида используемого топлива. Однако, в любом случае необходимо учитывать, что со стороны топочной камеры в печи находится зона охлаждения, в которой температуру шихты необходимо снизить от 100 до 150° С. Это вызывает необходимость перемещения зоны горения в глубь барабана. Если топливную струю вводить непосредственно в топочную камеру, через которую поступает подогретый воздух, то горение топлива начнется уже на входе в барабан. Если же топливо подать в барабан, где воздушная и топливная струи становятся параллельными, то ухудшится их перемешивание и горение несколько сместится в глубь печи. Поэтому топливосжигающие устройства для вращающихся печей имеют, как правило, очень большую длину, позволяющую вводить их через топочную камеру прямо в барабан на расстояние, зависящее от длины зоны охлаждения. Снизу к топочной камере примыкает устье канала, по которому спек пересыпается в холодильник.

Для предотвращения налипания влажной шихты на стенки барабана и настылеобразования в холодном конце печи устанавливают цепные завесы. Их прикрепляют к барабану по всему сечению печи, выбирая длину зоны таким образом, чтобы температура газов в ней не превышала 700° С. Цепная завеса влияет не только на настылеобразование, но и на теплообмен между газами и шихтой.

1.4 Выбор огнеупорных и теплоизоляционных материалов

Для сооружения современной металлургической печи требуется большое количество разнообразных материалов, главнейшими из которых являются

- Огнеупорные материалы;

- Металлы и сплавы;

- Обычные строительные материалы.

Из огнеупорных материалов сооружается рабочая камера печи, в которой протекаю все высокотемпературные процессы.

Огнеупорными называются такие материалы, которые могут длительное время при температуре выше 1000° сохранять механическую прочность и форму. К огнеупорным материалам предъявляются следующие основные требования:

1) высокая огнеупорность – не ниже температуры 1580°;

2) достаточная механическая прочность при температуре выше 1000°;

3) способность переносить температурные колебания;

4) химическая стойкость по отношению к компонентам металлургических процессов;

5) постоянство формы и объема при нагреве;

6) возможность массового производства при приемлемой стоимости;

7) необходимы физические свойства – теплопроводность, пористость, объемный вес и т. п.

По огнеупорности изделия подразделяются на три группы:

1) огнеупорные – от 1580 до 1770°;

2) высокоогнеупорные – от 1770 до 2000°;

3) высшей огнеупорности – выше 2000°

Температура корпуса трубчатой вращающейся печи и других металлических частей может достигать от 300 до 350^оС. Металлические составляющие печи защищают с помощью футеровки. Футеровка делается многослойной – наружные слои выполняются из теплоизоляционных материалов, а внутренние – из огнеупорных материалов. Слои футеровки скрепляют с помощью огнеупорной обмазки или металлическими пластинами. Решающую роль играют огнеупорные материалы.

Основными огнеупорными свойствами огнеупоров являются:

1) огнеупорность;

2) термическая стойкость;

3) деформация под нагрузкой или при высокой температуре и постоянство формы и объема;

4) пористость;

5) газопроницаемость;

6) теплопроводность;

7) электропроводность.

Огнеупоры изготовляются в виде изделий (кирпичи, фасонные и крупноблочные изделия) и неформованных материалов (порошки, массы, смеси для бетонов).

Общие условия работы футеровки для всех зон следующие:

1) высокий температурный градиент, вызванный односторонним нагревом сравнительно тонкой огнеупорной кладки, который достигает до температуры 1200°С;

2)периодические колебания температуры поверхности футеровки, связанные с вращением печи и перемещением находящегося в ней материала. Разница между температурными поверхностями футеровки при выходе из – под слоя материала и при входе в него составляет от 150 до 200°С;

3) химическое и механическое воздействие на футеровку движущегося слоя обжигаемого материала.

Огнеупоры классифицируются по нескольким признакам. По огнеупорности различают группы огнеупоров:

1) огнеупорные изделия, выдерживающие температуру в пределах от 1580 до 1770°С;

2) высокоогнеупорные — для температур в пределах от 1770 до 2000°С;

3) изделия высшей огнеупорности — для температур свыше 2000°С.
По химико-минералогическому составу огнеупоры делят на виды:

1) кремнеземистые (SiO₂) — к ним относятся динасовые изделия;

2) алюмосиликатные (А12О₃ и SiO₂) — полукислые, шамотные и высокоглиноземистые;

3) магнезиальные (МgО) — магнезитовые, доломитовые, форстеритовые, тальковые и шпинельные;

4) хромистые (Сг₂О₃) — хромитовые; хромо-магнезиальные (MgO и Сг₂О₃) — хромомагнезитовые и магнезито-хромитовые;

5) цирконистые (ZrO₂ и SiO₂) — цирконовые;

6) углеродистые (С) — глинисто-графитовые и углеродиcтые (угольные);

7) карбидные (mС) — наиболее широко применяются карборундовые (SiС);

8) оксидные: корундовые (А1₂О₃), цирконовые (ZгО₂), периклазовые (МgО), кальциевые (СаО), берилловые (ВеО) и др.

Динас содержит более 93% SiO₂ и относится к кремнеземистым, кислым огнеупорам. Обладает высокой строительной прочностью, высокой температурой начала деформации под нагрузкой и соответственно рабочей температурой службы 1650–1700 °С. Устойчив к воздействию кислых расплавов и газовых сред, но не выдерживает контакта с основными расплавами металлов и их оксидов. Термостойкость динаса по стандартной методике не превышает от одного до двух водяных теплосмен. Однако, если колебания температуры происходят в области значений выше 300 °С и особенно выше 600 °С, то термостойкость динаса исключительно высока.

Динас широко применяют для изготовления высокотемпературной части насадки доменных воздухонагревателей и регенераторов нагревательных колодцев, которая не охлаждается ниже 600 °С, для кладки распорных сводов.

Шамот относится к алюмосиликатным огнеупорам, содержащим кроме SiOдо 45% Al₂O₃. Обладает более высокой термостойкостью (10-20 водяных теплосмен), но низкой шлакоустойчивостью. Наиболее широко применяется в печестроении при температурах до 1350 °С для строительства стен, сводов, не контактирующих с оксидами металлов, для низкотемпературной части регенеративной насадки. Не выдерживает истирающего действия при высоких температурах.

Муллит и корунд относятся к высокоглиноземистым алюмосиликатным огнеупорам. По мере увеличения содержания Al₂O₃ повышается их рабочая температура службы, прочность и постоянство объема при разогреве. Термостойкость превышает 150 водяных теплосмен. Применяются вместо шамота в условиях более высоких температур: муллит – до 1650 °С, корунд – до 1800 °С. Плавленые корундовые изделия обладают высокой шлакоустойчивостью и выдерживают давление и истирающее действие металла и шихты. Применяются в установках внепечной обработки стали, в монолитных подинах методических нагревательных печей, в качестве насадки шариковых регенераторов.

Периклаз (или магнезит) содержит не менее 85% MgO. Температура начала размягчения под нагрузкой значительно ниже огнеупорности. Максимальная рабочая температура 1700 °С. Термостойкость изделий невысока и составляет от одного до двух водяных теплосмены.

Шлакоустойчивость по отношению. к основным расплавам – металлам и шлакам, богатым оксидами металлов и известью, исключительно высока. Поэтому магнезитовые кирпичи используются для кладки элементов печей черной и цветной металлургии, которые контактируют с расплавами металлов и основных шлаков. Магнезитовый порошок используют для заполнения швов при кладке подин плавильных печей.

Периклазохромитовые и хромитопериклазовые огнеупоры содержат в качестве основы MgO и хромит Cr₂O₃. Свойства этих огнеупоров существенно отличаются от периклазовых и зависят от соотношения хромита и магнезита. Максимальная термостойкость соответствует отношению Cr₂O₃:MgO = 30:70. Шлакоустойчивость выше при содержании хромита 20%. В сводах сталеплавильных печей наибольшую стойкость имеют изделия с содержанием хромита 20-30%. Они изнашиваются из-за образования трещин и сколов, к которым приводят термические напряжения, возникающие при колебании температуры в рабочем пространстве печи.

Смолодоломитовые безобжиговые огнеупоры содержат в качестве основы MgO и СаО, а также углерод в виде смоляной связки в количестве от двух до четырех процентов. Они применяются для футеровки конвертеров. Известь СаО взаимодействует с силикатами конвертерного шлака, благодаря чему на поверхности футеровки образуется гарниссаж, препятствующий проникновению шлака в футеровку.

Углеродистые огнеупоры изготавливаются из доступного сырья – графита, кокса – с высокой температурой плавления ≥ 3500 °С. Они не смачиваются расплавами и поэтому устойчивы против них, имеют высокую термостойкость, но начинают окисляться в продуктах горения топлива при температуре ≥ 600 °С. Поэтому их используют для службы в восстановительной среде: в электрических печах для производства ферросплавов, алюминия, свинца, в лещади доменных печей, в качестве припаса для разливки металлов, для изготовления электродов дуговых плавильных печей.

Карбидкремниевые огнеупоры содержат в качестве главного компонента SiC – карборунд. Они покрыты защитной плёнкой SiO₂, поэтому не окисляются как углеродистые. Имеют высокую прочность, износоустойчивость, термостойкость. Устойчивы против нейтральных и кислых расплавов, нестойки против основных. Применяются для изготовления трубок керамических рекуператоров, огнеупорных муфелей.

Неформованные огнеупоры применяют для изготовления монолитных футеровок из огнеупорного бетона и набивных масс. Огнеупорный бетон представляет собой смесь огнеупорного наполнителя (бой огнеупорных изделий) с размером частиц от 0,5 до 70 мм, вяжущего и добавок. В качестве вяжущего используют твердеющие в холодном состоянии огнеупорные цементы (глиноземистый, магнезиальный), жидкое стекло, фосфатные связки на основе ортофосфорной кислоты Н₃РО₄. Добавки могут регулировать скорость схватывания и твердения, улучшать пластические свойства, уменьшать усадку.

Широко распространены динасовые бетонные блоки и панели для стен нагревательных колодцев, глинистокварцитовые массы для набивной футеровки ковшей. Применяют монолитную футеровку стен и сводов нагревательных печей из жидкого (литого) бетона с креплением её к металлическому каркасу печи с помощью анкерных кирпичей, распределенных по площади стен и свода.

Защитные гарниссажи образуются на рабочей поверхности ограждения плавильных, шахтных и дуговых печей из спекающихся или расплавленных материалов при интенсивном охлаждении стен печи водой или воздухом. В плавильных печах цветной металлургии гарниссаж является эффективным средством защиты, а иногда и замены футеровки.

Для тепловой изоляции металлургических печей применяются два вида изделий: 1) легковесные пористые огнеупорные кирпичи: шамот-легковес, динас-легковес, диатомитовый и другие; 2) изделия в виде плит, ваты, войлока, картона, изготовленные на основе керамического волокна в смеси со связующим материалом, так называемые волокнистые огнеупоры.

Легковесные огнеупорные кирпичи обладают большой пористостью и поэтому меньшей плотностью и теплопроводностью, чем обычные огнеупорные кирпичи. Марка кирпича расшифровывается так: Д – динас, Ш – шамот, Л – легковес, числа после тире означают плотность. Чем меньше плотность кирпича, тем лучше его теплоизоляционные свойства, но ниже максимальная рабочая температура.

1.5 Характеристика топлива

Топливо — это вещества, основной которое при нагревании в присутствии кислорода активно окисляется с выделением значительного количества тепла.

По физическому состоянию топливо бывает твердое, жидкое, газообразное.

Основной характеристикой топлива является его теплотворность Q. Теплотворностью топлива называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема топлива (1 кг жидкого топлива или 1 м³ газообразного). Теплотворность измеряется в ккал/кг или ккал/м³ (в СИ кДж/кг, кДж/м³).

Теплотворность различных видов топлива колеблется в широких пределах — от 1000 до 10000 ккал/кг. По происхождению топливо подразделяется на естественное и искусственное. Последнее получается в результате переработки естественного топлива.

В промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топливо. Различают природное топливо, добываемое на поверхности земли или в ее недрах, и искусственное, получаемое путем переработки природного.

К главным требованиям, предъявляемым к технологическому топливу, относятся: низкая стоимость добычи, низкая стоимость транспортирования, удобство применения, возможность использования с высоким коэффициентом полезного действия, малое содержание вредных примесей.

Различные виды топлива (твердое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.

Теплота сгорания - количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 м³ топлива. Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его теплотой сгорания.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания отличается от высшей количеством теплоты, затрачиваемой на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании водорода. Низшую теплоту сгорания учитывают для подсчета потребности в топливе и его стоимости при составлении тепловых балансов и определении коэффициентов полезного действия установок, использующих топливо. При сопоставлении различных видов топлива пользуются понятием условного топлива, характеризующимся низшей теплотой сгорания, равной 29 МДж/кг.

Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания вследствие увеличенного расхода теплоты на испарение влаги и

увеличения объема продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).

Зольность - количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компонентов (основная причина) и увеличения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.

Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стекол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.

Состав топлива. Топливо различных видов, месторождений и шахт различается по своему составу. При рассмотрении твердого и жидкого топлива принято различать следующие его составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот, золу и влагу. Применительно к газообразному топливу под составом понимают в основном: оксид углерода, водород, метан, этан, пропан, бутан, этилен, бензол, сероводород и др. Входящие в состав топлива кислород и азот относят к внутреннему органическому балласту топлива, а золу и влагу - к внешнему.

Состав твердого и жидкого топлива выражают в процентах по массе, газообразного - в процентах по объему.

Твердое и жидкое топливо состоит из горючей и негорючей частей. К горючей части топлива относят углерод, водород, кислород, азот и серу. Кислород и азот не горят; их включают в состав горючей массы условно. Поэтому горючую часть топлива называют условно горючей массой. Негорючая часть топлива — балласт — состоит из влаги и золы. Органическую массу топлива составляют углерод, кислород и азот.

Топливо в том виде, в каком оно поступает в топки печи для сжигания, носит название рабочего топлива. Ввиду того что содержание в нем влаги может колебаться в широких пределах, состав топлива часто характеризуют его сухой массой.

По отношению топлива к нагреву, оно делится на

1) теплостойкое – химический состав при нагреве не изменяется (все искусственное топливо);

2) не теплостойкое – под действием высоких температур разлагается с образованием новых химических соединений (все естественное топлво).

1.6 Выбор топливосжигающего устройства

Сжигание органического топлива в промышленных печах обеспечивается с помощью топливосжигающих устройств (ТСУ), которые при использовании газа и твердого топлива называют горелками, а жидкого топлива – форсунками.

К конструкциям ТСУ предъявляются следующие требования:

1) должны обеспечивать заданную величину и распределение температур в печи;

2) должны обеспечивать полноту сжигания топлива в пределах рабочего пространства печи;

3) горение должно быть устойчиво во всем диапазоне изменения расхода топлива;

4) ТСУ должны быть просты в изготовлении, сборке, монтаже, эксплуатации и ремонте;

5) должны обеспечивать безопасность эксплуатации и ремонта, минимальные выбросы вредных веществ и уровень шума.

Процесс сжигания топлива состоит из трех операций: смешивание топлива с воздухом, подогрев компонентов горения до температуры воспламенения и собственно химическая реакция горения. Самая медленная операция – смешивание компонентов горения. В зависимости от её организации различают конструкции газовых горелок с предварительным смешиванием газа с воздухом внутри корпуса горелки и без предварительного смешивания.

К горелкам с предварительным смешиванием относятся инжекционные. В таких горелках воздух засасывается (инжектируется) в корпус под воздействием струи газа, выходящей с большой скоростью из газового сопла. Эти горелки не нуждаются в вентиляторах, а при работе на холодном воздухе и в воздухопроводах. К таким горелкам подводят только газ, их называют однопроводными в отличие от двухпроводных (или дутьевых) горелок, к которым подводят не только газ, но и воздушное дутьё по воздухопроводам. В корпусе-смесителе горелки происходит предварительное смешивание газа с воздухом. Газовоздушная смесь нагревается и сгорает в пределах длины горелочного туннеля. В печи нет видимого пламени. Поэтому инжекционные горелки называют беспламенными.

Скорость выхода смеси из носика горелки в туннель должна быть больше скорости распространения пламени в готовой для горения смеси во избежание обратного «проскока» пламени в корпус горелки, что может привести к его прогару, если горелку своевременно не отключить. «Проскоки» пламени при малых расходах газа делают узким диапазон регулирования расходов газа в этих горелках.

Подачу газа в горелку по сравнению с максимальной расчетной уменьшают не более, чем в 2-3 раза. Во избежание «проскоков» нельзя по-догревать воздуха и газ до высокой температуры, близкой к температуре воспламенения.

Преимуществом инжекционных горелок является полное сжигание газа с небольшим коэффициентом расхода воздуха, близким к единице, вследствие хороших условий смешивания компонентов горения.

Смесь газа с воздухом образуется вне корпуса горелки, в туннеле и в рабочем пространстве печи. По мере смешивания происходит горение в видимом факеле. Поэтому такие горелки называют факельными.

Горелки типа "труба в трубе" с почти параллельными потоками газа и воздуха отличаются длинным пламенем ввиду медленного перемешивания параллельных потоков. Газовая труба расположена по оси горелки, воздух проходит по кольцевому зазору между наружной и внутренней трубами. Эти горелки применяются для сжигания газов с низкой и с высокой теплотой сгорания.

Дутьевые горелки для сжигания природного газа низкого давления типа ГНП имеют улучшенное смешивание по сравнению с горелками "труба в трубе" и более короткий видимый факел. С этой целью перед выходным отверстием для воздуха установлены лопатки для закручивания воздушного потока, а наконечник для выхода газа делают сменным: с одним центральным выходным отверстием или с несколькими расположенными под углом к потоку воздуха.

Все перечисленные дутьевые и инжекционные горелки устанавливают, как правило, в стенах печей. В своде печи устанавливают плоскопламенные горелки. Газ подают по трубе, расположенной вертикально по оси горелки. Поток воздуха закручивают направляющим винтом или благодаря смещенному от оси (тангенциальному) его подводу. Газ закручивают, применяя косые прорезы в наконечнике газовой трубы. Выходя из горелки, закрученная газовоздушная смесь прижимается к стенкам огнеупорного туннеля, имеющего форму грамофонной трубы. Пламя размыкается и направляется вдоль свода печи под прямым углом к оси горелки, приобретая форму плоского диска. Достоинство плоскопламенных горелок заключается в том, что горение происходит на поверхности огнеупорной футеровки свода. Раскаленный свод, имеющий большую излучательную способность, чем дымовые газы, передает металлу, нагреваемому в печи, больший лучистый тепловой поток. Плоскопламенные горелки рассчитывают на работу с природным, коксовым и с различными смесями газов.

Для большинства дутьевых горелок расход газа без ухудшения работы горелки можно изменять в 3-4 раза. Все конструкции газовых горелок перед применением в печах проходят государственные испытания и получают сертификат с указанием допустимого режима эксплуатации: диапазона расходов газа, давления газа и воздуха, коэффициента расхода воздуха.

Для данной печи я выбрала горелку ФСГ-Р, которая показана на рисунке 1.6.

1 – трубопровод для подачи газа по центральному соплу; 2 – трубопровод для рассредоточения подачи газа; 3 – корпус горелки; 4 – газопровод горелки;

5 – отверстие для рассредоточенного выхода газа; 6 – центральное сопло;

7 – канал для подачи воздуха.

Рисунок 1.6 – Схема горелки типа ФСГ-Р

В конструкции горелки ФСГ-Р предложено интересное решение регулирования длины факела путем перераспределения подачи топлива между центральным соплом и соплами, направленными перпендикулярно воздушному потоку.

При увеличении расхода газа через центральное сопло и сокращение расхода через боковые сопла факел удлиняется, и наоборот, увеличение расхода газа через боковые сопла укорачивает факел. Необходимо отметить, что такое регулирование можно осуществить при постоянных тепловой нагрузке и коэффициенте расхода воздуха.

4 Мероприятия по охране труда и технике безопасности

Охрана труда — система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Условия труда на рабочих местах производственных помещений или площадок складываются под воздействием большого числа факторов, различных по своей природе, формам появления, характеру действия на человека.

Производственные факторы, воздействие которых неработающего в определенных условиях приводит к повреждению организма, внезапному резкому ухудшению здоровья или заболеванию, снижению работоспособности, называются соответственно опасными или вредными.

Опасные производственные факторы – это факторы, воздействие которых наносит ущерб здоровья человека почти мгновенно и приводит к такому негативному явлению, как производственный травматизм, характеризующийся совокупностью производственных травм.

Вредные производственные факторы – это факторы, воздействие которых приводит к профессиональным заболеванием.

Опасные и вредные производственные факторы подразделяются по своему действию на следующие группы:

1) физические;

2) химические;

3) биологические;

4) психофизиологические.

Физические опасные и вредные производственные факторы подразделяются на следующие подгруппы:

- движущиеся машины и механизмы;

- незащищенные подвижные элементы производственного оборудования;

- передвигающиеся изделия, заготовки, материалы;

- разрушающиеся конструкции;

- повышенный уровень шума на рабочем месте и т.д.

Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяются по характеру воздействия на организм человека:

- общетоксические;

- раздражающие;

- канцерогенные.

Биологические опасные и вредные производственные факторы включают следующие биологические объекты: патогенные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.

Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия подразделяются на физические и нервно-психические перегрузки.

Техника безопасности (ТБ) — часть функции охраны труда — управления производственной деятельностью, направленной на предотвращение травм и заболеваний, связанных с производством.

К работе в цехе допускаются лица, достигшие восемнадцатилетнего возраста, прошедшие медицинское освидетельствование, сдавшие необходимый техминимум по своей специальности, прошедшие десятидневное обучение по технике безопасности и усвоившие безопасные приемы труда. Лица, обслуживающие объекты, подконтрольные инспекциям Госгортехнадзора, проходят курс обучения и проверку знаний в соответствии с требованиями Правил безопасности.

Рабочие места, где невозможна полная герметизация и возможны выделения вредных веществ, оборудованы местными отсосами. Рабочие места со значительными выделениями тепла оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.

Для защиты работающих от воздействия вредных и опасных производственных факторов применяются средства индивидуальной защиты. Они выдаются по типовым отраслевым нормам. Для защиты от пыли и загрязнения применяются костюмы х/б, для защиты ног - сапоги кирзовые или ботинки кожаные, для защиты рук рукавицы комбинированные. Для защиты головы от возможных механических воздействий применяется защитная каска. Для защиты органа слуха от шума - беруши или наушники. Для предотвращения глазных травм - защитные очки.

Все работающие обязаны соблюдать правила внутреннего.трудового распорядка.

При работе необходимо соблюдать правила личной гигиены: принимать пищу, пить воду в отведенных для этого местах: перед приемом пищи руки вымыть с мылом: пользоваться защитными кремами и мазями; по окончании работы принять душ.

Если с вами или вашим товарищем произошел несчастный случай, необходимо оказать первую помощь пострадавшему, отправить его в здравпункт.

Рабочие без соответствующей спецодежды и индивидуальных средств защиты к работе не допускаются.

Для обеспечения безопасности также проводится ряд инструктажей.

Вводный инструктаж – инструктаж по охране труда, который проводится со всеми вновь принимаемыми на работу лицами независимо от их образования, стажа работы, а также с временными работниками, командированными, учащимися и студентами, прибывшими на производственное обучение или практику, с учащимися в учебных заведениях перед началом лабораторных и практических работ в учебных лабораториях, мастерских, на участках и полигонах.

В организации инструктаж проводит инженер по охране труда или лицо, на которое приказом по организации возложены эти обязанности. На крупных предприятиях к проведению разных частей инструктажа могут быть привлечены соответствующие специалисты (из пожарной, медицинской и др. служб).

В журнале регистрации вводного инструктажа по охране труда и в документе о приеме на работу или на контрольном листе делают запись о проведении инструктажа с обязательной подписью того, кто получил инструктаж.

Инструктаж должен проводиться по программе, разработанной службой (инженером) охраны труда и утвержденной руководителем (главным инженером) организации.

Основные вопросы инструктажа:

1) общие сведения об организации;

2) характерные особенности производства;

3) главные положения законодательства об охране труда;

4) льготы и компенсации;

5) правила внутреннего трудового распорядка организации, ответственность за нарушение правил;

6) организация работы по охране труда;

7) ведомственный, государственный надзор и общественный контроль за состоянием охраны труда;

8) общие правила поведения работников на территории организации, в производственных и вспомогательных помещениях;

9) расположение основных цехов, служб, вспомогательных помещений;

10) основные вредные и опасные производственные факторы, характерные для данного производства;

11) методы и средства предупреждения несчастных случаев и профессиональных заболеваний: средства индивидуальной защиты, плакаты, знаки безопасности, сигнализация;

12) основные требования по предупреждению травматизма;

13) основные требования производственной санитарии и личной гигиены; средства индивидуальной защиты, порядок и нормы их выдачи, сроки носки;

14) обстоятельства и причины несчастных случаев, аварий, взрывов, пожаров, произошедших в организации или на др. производствах из-за нарушения требований безопасности; порядок расследования и оформления несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний; пожарная безопасность;

1) способы и средства предотвращения пожаров, взрывов, аварий;

2) действия работников в чрезвычайных ситуациях;

3) первая помощь пострадавшим.

В отдельных отраслях экономики вместо вводного инструктажа можно проводить обучение в порядке, установленном в отрасли. Инструктаж проводят в кабинете по охране труда или в другом специально оборудованном помещении.

Первичный инструктаж - инструктаж по ОТ, который проводится на рабочем месте до начала производственной деятельности:

1) со всеми вновь принятыми в организацию;

2) переведенными из других подразделения организации;

3) работниками перед выполнением новой для них работы;

4) строителями, выполняющими строительно-монтажные работы на территории организации;

Непосредственный руководитель работ проводит инструктаж с каждым работником индивидуально (или с группой лиц, обслуживающих однотипное оборудование и в пределах общего рабочего места). При этом необходим показ безопасных приемов и методов труда.

Лица, не связанные с обслуживанием, испытанием, наладкой и ремонтом оборудования, использованием инструментов, хранением и применением сырья и материалов, первичный инструктаж на рабочем месте не проходят. Перечень профессий и должностей работников, освобожденных от первичного инструктажа, утверждает руководитель организации по согласованию с профсоюзным комитетом и службой охраны труда.

Все работники после первичного инструктажа на рабочем месте должны в течение первых от двух до четырнадцати смен (в зависимости от характера работы, квалификации) пройти стажировку под руководством лиц, назначенных приказом по цеху (участку).

Программа первичного инструктажа на рабочем месте, согласованная со службой охраны труда и профсоюзным комитетом, включает следующие вопросы:

1) общие сведения о технологическом процессе и оборудовании на данном рабочем месте, на производственном участке, в цехе; возникающие вредные и опасные производственные факторы;

2) безопасная организация рабочего места;

3) порядок подготовки к работе (проверка исправности оборудования, поисковых приборов, блокировок, заземления и др. средств защиты);

4) безопасные приемы и методы работы; средства индивидуальной защиты на рабочем месте и правила пользования ими; безопасное передвижение на территории цеха, участка;

5) опасные зоны машины, механизма, прибора; средства безопасности оборудования (предохранительные, тормозные устройства и ограждения, системы блокировки и сигнализации, знаки безопасности);

6) внутрицеховые транспортные и грузоподъемные средства и механизмы;

7) требования безопасности при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке грузов;

8) требования по предупреждению травматизма;

9) характерные причины аварий, взрывов, пожаров, производственных травм; меры предупреждения аварий, взрывов, пожаров; обязательные действия в опасных ситуациях;

10) места расположения средств пожаротушения, противоаварийной защиты и сигнализации, способы их применения.

11) Повторный инструктаж - инструктаж по охране труда, который проходят все работники, за исключением лиц, освобожденных от первичного инструктажа, независимо от их квалификации, стажа работы и образования не реже одного раза в полугодие по программе первичного инструктажа на рабочем месте в полном объеме.

Организациями по согласованию с профсоюзными комитетами и соответствующими местными органами государственного надзора и контроля для некоторых категорий работников может быть установлен более продолжительный (до одного года) срок проведения повторного инструктажа.

Повторный инструктаж проводят индивидуально или с группой работников, обслуживающих однотипное оборудование в пределах общего рабочего места.

Целевой инструктаж - инструктаж по охране труда, который проводят:

1) при выполнении разовых работ, не связанных с прямыми обязанностями по специальности (погрузка, выгрузка, уборка территории, какая-либо работа вне организации, цеха и т. п.);

2) ликвидации последствий аварий, стихийных бедствий и катастроф;

3) при производстве работ, на которые оформляется наряд-допуск, разрешение и другие документы (в них делают запись об инструктаже).

Внеплановый инструктаж - инструктаж по охране труда, который проводят:

1) при введении в действие новых или переработанных стандартов, правил по охране труда и инструкций по охране труда;

2) изменении технологического процесса, замене (или модернизации) оборудования, приспособлений и инструмента, сырья, материалов и других факторов;

3) нарушении работниками требований охраны труда, что может привести (или привело) к производственной травме, отравлению, аварии, взрыву, пожару;

4) перерывах в работе: для работ, к которым предъявляются дополнительные (повышенные) требования охраны труда, - более чем на 30 дней, для остальных работ - 60 дней;

5) по требованию органов надзора и контроля.

Инструктаж проводят индивидуально или с группой работников одной профессии. Объем и содержание инструктажа определяют в зависимости от причин и обстоятельств, вызвавших необходимость его проведения.

5 Мероприятия по охране окружающей среды

Металлургическое производство наряду с другими перерабатывающими отраслями является одним из наиболее вероятных источников загрязнения окружающей среды. Вероятность вредного воздействия на окружающую среду наиболее резко проявляется при недостаточном количестве или полном отсутствии технологических систем и устройств для обезвреживания отходов и выбросов.

Характер производственных выбросов определяется видом перерабатываемого сырья используемых в производстве вспомогательных материалов и реактивов, видом и спецификой применяемых технологических процессов, качеством организации процессов улавливания и обезвреживания промышленных отходов. При использовании пирометаллургических процессов основными отходами и выбросами оказывающими влияние на экологию, являются пыли, газы, сточные воды, тепло, выделяемое в окружающую среду, остатки футеровки и металлических конструкций печей, шламы и шлаки.

Источником пыли являются исходные материалы, которые измельчаются до размеров меньше требуемых, вместе с газами поступающих в систему газоочистки для их улавливания применяются фильтры различной конструкций. Уловленная пыль возвращается на начальные стадии производства. Среди основных являются тканевые фильтры (фильтрация в них осуществляется через гибкую ткань, изготовляемую из тонких нитей диаметром от 100 до 300 мкм. Материал фильтра должен быть стойким к повышенной влажности и влиянию химических соединений.) и электрофильтры (принцип действия заключается в следующем. Газ, содержащий частицы летучей золы, проходит через систему осадительных и коронирующих электродов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга).

Состав газов зависит от состава исходных материалов. Основными компонентами дымовых газов являются углекислый газ CO₂, диоксид серы SO₂, водяной пар H₂O и азот N₂. Углекислый газ является источником образования “озоновых дыр” в верхних слоях атмосферы, “парникового эффекта” в нижних слоях атмосферы. Большая концентрация углекислого газа приводит к отравлению живых организмов. Диоксид серы, соединяясь с влагой атмосферы, приводит к образованию “кислотных дождей” и отравлению почвенного покрова. Азот, является составной частью воздуха, заметного влияния на экологию не оказывает.

Сточные воды могут образоваться при обогащении рудного сырья, в ходе гидрометаллургической переработки, на стадии обезвоживания, в ходе мокрой газоочистки, при использовании в качестве охладителя металлического корпуса оборудования. Для уменьшения вредного воздействия на предприятиях создают замкнутый водоворот.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосфере промышленных предприятий в виде пыли и токсичных газов регламентируются государственными стандартами и основаны на санитарногигиенических нормах.

Пыль представляет собой систему твердых частиц размером от пяти до 50 мкм. Задача очистки газов от пыли до уровня ПДК решается путем осаждения частиц пыли, содержащихся в потоке дымовых газов, в пылеулавливающих аппаратах.

Существуют механические и электрические методы пылеулавливания. Механические методы разделяются на сухие и мокрые. Для сухой механической очистки газов металлургических печей от пыли применяют осадительные камеры, инерционные пылеуловители, циклоны, тканевые фильтры.

Принцип мокрой очистки газа основан на контакте запыленного потока с жидкостью. С помощью аппаратов мокрого типа решают комплексную задачу: охлаждение горячих газов, пылеулавливание и в некоторой степени очистку газов от вредных газообразных компонентов.

В металлургии широко применяют аппараты, в которых газы контактируют с каплями распыленной жидкости. Распыление жидкости производят с помощью форсунок или за счет энергии газового потока.

Электрическая очистка газов от пыли производится в электрофильтрах. Их применяют для второй, тонкой ступени очистки. Частицы пыли в потоке газа, который проходит между электродами в поле коронного разряда, заряжаются отрицательными ионами и осаждаются на поверхности осадительного электрода.

Для уменьшения выброса в атмосферу с печными газами вредных газообразных веществ – SO₂, NO_х, CO и других – в металлургии в настоящее время применяются следующие методы:

- очистка топлива (коксового газа) от серы перед сжиганием или применение для отопления печей малосернистого мазута; использование печных газов, содержащих SO₂, в сернокислотном производстве;

- полное сжигание топлива в печи с коэффициентом расхода воздуха n > 1, исключающее содержание в продуктах горения СО, C_mH_n, сажу;

- снижение излишне высокой температуры горения топлива в печи с целью уменьшения образования NO_x путем постепенного сжигания топлива в несколько стадий, путем применения рециркуляции продуктов горения, уменьшения теплоты сгорания топлива.

В настоящее время наиболее эффективным средством сокращения вредных выбросов в атмосферу является уменьшение затрат энергии на производство одной тонны металлургической продукции.

В будущем будут строиться экологически нейтральные металлургические печи с полной тепловой и химической утилизацией уходящих газов на поверхности земли. В результате утилизации печных газов могут производиться полезные продукты: пар, горячая вода, смазочные материалы, минеральные удобрения – сульфат и нитрат аммония, химически чистый углекислый газ. Такие печи будут строиться без дымовых труб, поскольку отпадает необходимость выбрасывать дымовые газы в атмосферу. Технология строительства экологически нейтральных печей разработана и продолжает совершенствоваться.

Список литературы

1 Крапухин В.В. Печи для цветных и редких металлов – М.: Государственное научное издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1959.

2 Губинский В.И. Металлургические печи. – Днепропетровск: НМетАУ, 2006.

3 Диамидовский Д.А. Металлургические печи – М.: Государственное научное издательство литературы по черной и цветной металлургии,1961.

4 Троицкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия. - М.: Металлургия, 1977.

5 Кривандин В.А. Металлургические печи – М.: Металлургия, 1967.

6 Уткин Н.И. Цветная металлургия. - М.: Металлургия, 1990.

7 Гущин С.Н., Маркин В.П. Проектирование металлургических печей/ Методические указания к курсовому проектированию,- Свердловск, изд. УПИ, 1991.

8 Бянкин И.Г. Металлургическая теплотехника: курс лекций / И.Г. Бянкин – Липецк: Издательство Липецкого государственного технического университета,2014