Вельцевание цинковых кеков – курсовая работа

Вельц-печь (Рис.4.) представляет собой стальной вращающийся барабан, расположенный под углом 3—5° к горизонту, чтобы шихта могла двигаться в печи от верхнего ее конца к нижнему при вращении барабана. Печь внутри футерована огнеупорным кирпичом. Самые малые вельц-печи, применяемые сейчас в промышленности, имеют в длину 35— 45 м и диаметр 2,5—3,5 м при числе оборотов барабана около 1 в минуту. Все шире применяют большие печи, имеющие в Длину 90—95 м при диаметре 4—4,5 м. Так, в ПНР размеры печей достигают 90 м/4,5 м. Имеется возможность регулировать угол наклона печей.
Печь опирается на катки, причем используют преимущественно трехопорные печи. Одна из опорных станций совмещается с приводом от электродвигателя и редуктора через венечную шестерню, опоясывающую барабан печи. Вельц-печи работают по принципу противотока и газы отводятся через верхнюю головку печи, откуда в печь загружают кеки. Газы охлаждают и очищают от пыли в рукавных фильтрах. Остатки вельцевания разгружают через нижнюю головку печи, в которую при разогреве печи, а иногда при нормальной ее эксплуатации, вводят форсунку для сжигания мазута.
Рис.4 – Схема печи для вельцевания.
А – загрузочный конец; B – загрузка; C – устройство для спиральной подачи; D – уплотнение; E – выгрузка; F – горелка; G – привод; H – гидравлическое устройство для изменения наклона печи. 
Место процесса в технологической схеме указано на рисунке 1 в пункте 1.2.

2 Металлургические расчеты

2.1 Усовершенствование процесса вельцевания

При изучении процесса вельцевания цинковых кеков основной акцент делали на изучение поведения их главных компонентов: цинка и железа. Поведение шлакообразующих (кремнезема и оксида кальция) изучено недостаточно.
Исследования показали, что при вельцевании цинковых кеков в зоне формирования клинкера протекают следующие реакции восстановления:
ZnO*SiO₂ + Fe → FeO*SiO₂ + Zn↑; (1)
ZnO + Fe → FeO + Zn↑. (2)
Образующийся фаялит (FeO∙SiО₂) в условиях вельц-процесса переходит в расплав, вызывая коррозию огнеупоров. Ранее в работе было установлено, что при взаимодействии силиката цинка с оксидом кальция в процессе вельцевания цинксодержащих шлаков химических производств образуется тугоплавкий ортосиликат кальция.
В настоящей работе изучали влияние оксида кальция на извлечение цинка при переработке цинковых кеков. Опыты проводили с клинкером, образующимся в зоне его формирования и содержащим, %: 11,2 Zn; 24,1 Fe_o6щ, в том числе 20,3 Fe²⁺; 9,2 SiO₂. К этому материалу добавляли оксид кальция до соотношения CaO/SiO₂ в интервале 0,3 - 1,0.
Исследования проводили при температурах 1100, 1200, 1300 °С. Расход углерода составлял 200 % от теоретически необходимого для восстановления цинка . Для изучения кинетики вельцевания была использована общепринятая для таких процессов методика непрерывного взвешивания в атмосфере инертного газа. Состав исходных образцов и продуктов восстановления определяли методами химического и фазового анализов. Изданных рис. 5 видно, что во всем температурном интервале с повышением отношения CaO/SiO₂ степень восстановления цинка увеличивается. Характер кинетических кривых показывает, что рост степени восстановления максимален в течение первых 30 мин, далее он замедляется. Последнее свидетельствует о диффузионном характере процесса.
Если при температуре 1300 °С с увеличением силикатного модуля от 0,3 до 1,0 полнота отгонки пинка увеличивается в 4,1, то при 1100 °С — в 2,5 раза.
Необходимо было выяснить влияние содержания закиси железа в клинкере при постоянном отношении CaO/SiO₂ на степень восстановления цинка из клинкера. Опыты проводили при температуре 1200 °С (наиболее характерная температура для зоны формирования клинкера) и силикатном модуле, равном 1,0. Расход углерода составлял 200 %. Из данных рис. 6 видно, что из более железистых клинкеров отгонка цинка протекает более полно. Так, при повышении содержания железа на 5,3 % извлечение цинка в возгоны повышается на 7—12 %. Экспериментальные данные можно объяснить следующим образом. При добавке оксида кальция в зоне формирования клинкера происходит разрушение структуры фаялита. Косвенным доказательством этого служит повышение температуры размягчения клинкера с 1250 до 1350 °С. Закись железа в условиях вельцевания должна разложиться с образованием Fe₃О₄ и металлического железа, которое восстанавливает цинк по реакциям (1), (2).
Кроме того, в присутствии коксика происходит восстановление оксидов железа до металлического железа. На основании изложенного можно заключить, что добавка оксида кальция в вельц-печь приводит к повышению активности железа в клинкере, интенсификации процесса вельцевания, к снижению расхода энергоресурсов. Как показали результаты промышленных испытаний, расход коксика сократился на 10-15 %, а кислорода - на 50-70 %. Увеличение содержания оксида железа в присутствии восстановителя — коксика приводит к увеличению образования металлического железа и повышает отгонку цинка. Таким образом, оксиды железа служат катализатором процесса отгонки цинка.
Выводы.
1. Показано, что при увеличении силикатного модуля с 0,3 до 1,0 степень извлечения цинка за 30 мин повышается в интервале температур 1100-1300 °С в 2,5~4,1 раза.
2. Добавка оксида кальция в вельц-процесс приводит к повышению активности железа, в результате снижается расход энергоресурсов.
3. Увеличение содержания оксидов железа в клинкере в присутствии восстановителя (коксика) увеличивает отгонку цинка.