ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ
«СЕМИЛУКСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
СТУДЕНЧЕСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «СТУПЕНИ В БУДУЩЕЕ»
Исследовательская работа на тему:
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ РАВНОМЕРНОСТИ ОБЖИГА ИЗВЕСТИ В ШАХТНЫХ ПЕЧАХ
Выполнила: | обучающаяся специальности 18.02.05 группы Т-14 |
Руководитель | преподаватель ГБПОУ ВО «СПК» Калухина Н. И. |
Семилуки
2017
РЕЦЕНЗИЯ
На исследовательскую работу по теме:
«Исследование повышения равномерности обжига извести в шахтных печах»
Обучающейся 3-го курса «СПК» специальности 18.02.05 группы Т-14
Дмитриевой Елизаветы Сергеевны
Отечественные заводы нуждаются в эффективном печном оборудовании с низким энергопотреблением и невысокой стоимостью, позволяющем производить известь, соответствующую мировым стандартам качества. Множественность полезных свойств извести известна давно, однако их количество, наличие и интенсивность проявления в первую очередь зависят от качества сырья и условий его обработки, а именно, обжига известняка.
Обучающаяся посвятила решению данной задачи в направлении организации условий обжига в шахтных печах известняка.
В работе проанализирован широкий спектр потребления извести. Особое внимание в работе уделено проблеме получения качественной извести в шахтных печах для использования в металлургии. Проблема состоит в том, то данная отрасль предъявляет достаточно высокие требования качеству продукта.
Известно, что одним из недостатков данного типа печей является – неравномерный обжиг. В предложенной работе, обучающаяся предлагает пути решения данной проблемы.
Обучающаяся добросовестно и ответственно подошла к выполнению данной работы, изучив достаточно подробно представленный материал. В ходе работы было проанализировано и проработано достаточное количество нормативно-технической, справочной и научной литературы, а также источников Интернета.
Руководитель: преподаватель ГБПОУ ВО «СПК»
Содержание
Введение 4
1. Применение извести 5
2. Производство извести 7
2.1. Процессы, происходящие при обжиге извести 7
2.2. Обжиг извести в шахтных печах 8
3. Использование центральных горелок в шахтных печах 10
4. Исследование повышения равномерности обжига в шахтных печах 10
Заключение 12
Введение
Известняк — это осадочная порода, состоящая из карбоната кальция. Из-за нетрудоемкой добычи, большому распространению в отраслях, известняк добывают довольно часто. Порода известняк есть на всех материках, исключением, пожалуй, будет только Австралия. Наибольшее количество породы найдено в США.
Известь – вещество довольно обширно употребляющееся во всевозможных областях жизнедеятельности человека. К самым основным потребителям относятся:
- металлургическая промышленность, сельское хозяйство, сахарное производство, химическая отрасль, целлюлозная промышленность.
В полной мере пользуются негашеной известью и стройиндустрия.
Особенную роль соединение играет в области экологии. Она превосходно смягчает воду и осаждает имеющиеся в ней компоненты органики. Наряду с этим, негашеная известь позволяет нейтрализовать кислотность в естественных и сточных водах.
Кроме того, в процессах очистки промышленных газов известь помогает сократить выброс вредных веществ в атмосферу. Известь применяют для нейтрализации сточных вод в очистных сооружениях. Остаточные продукты процессов нефтеочистки или шламы, вымытые из скважин, подвергаются обработке известью. Она нейтрализует вредные кислоты, связывает тяжелые металлы и ускоряет разложение вредных веществ. В производстве силикатного кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобетонных блоков, газобетона (газосиликата), сухих строительных смесей широко применяют известь. Известь – важнейший элемент строительной промышленности, применение которого не наносит вреда окружающей среде.
В сельскохозяйственной отрасли используют негашеную известь для удаления из почвы повышенной кислотности, оказывающую вредное воздействие на посадки. Известь насыщает грунт кальцием. Благодаря этому, почва лучше обрабатывается, быстрее гниет гумус.
Параллельно снижается потребность во внесении больших доз азотных удобрений. Известь используется для подкормки в птиц и животных. Таким образом, ликвидируется нехватка кальция в пище.
В стекольной промышленности, для получения стекла, смесь кварца, соды, поташа (карбоната калия) и известь плавят при температуре 1500°С. Оксид кальция и извести выступает при этом как отвердитель, благодаря которому стекло приобретает твердость и плотность.
1 Применение извести в металлургическом производстве
Основой для проведения исследований по производству извести послужил широкий спектр, ее применения, в реальном секторе экономики. Обратите внимание на диаграмму на рисунке 1.
Рис.1. Применение извести.
Предлагаю рассмотреть применение извести в металлургической промышленности. Устойчивое увеличение мирового производства стали позволяет прогнозировать дальнейший рост спроса на сырье и оборудование как для основного, так и для вспомогательных производств. В сталеплавильном и ферросплавном процессах важное место занимает известь, которая применяется в составе твердых шлакообразующих смесей и служит для удаления из расплава фосфора, серы, кремния, марганца. Для производства качественных сталей в установках типа печь-ковш, электропечах и конвертерах требуется известь, отличающаяся высокой активностью, малым временем гашения и низкой зольностью.
Освоено и использование негашеной извести в производстве цветмета: выплавка драгметаллов без нее не обходится. Известно, что золотую и серебряную руду на определенном этапе измельчают, смешивают с раствором цианида и известью. Последняя обеспечивает необходимый кислотный баланс, который препятствует испарению вредных веществ в атмосферу.
Не менее известные нам медь или свинец также производятся не без участия этого универсального материала. Вред от опасных испарений сокращается, когда они пропускаются через так называемое «известковое молоко»
Стоит отметить еще один немаловажный момент при использовании известняка в металлургии. Известняковые продукты при плавлении образуют защитный слой шлака на поверхности стали, в том числе при литье на поверхности жидкой стали в ковше. В итоге шлак эффективно уменьшает потери тепла при производстве, что позволяет экономить энергетические ресурсы.
Отечественные заводы нуждаются в эффективном печном оборудовании с низким энергопотреблением и невысокой стоимостью, позволяющем производить известь, соответствующую мировым стандартам качества. Множественность полезных свойств извести известна давно, однако их количество, наличие и интенсивность проявления в первую очередь зависят от качества сырья. Определяется оно сразу несколькими основными параметрами, среди которых следующие:
- Химический состав. Первое свойство – особенность химического состава: чем больше в известке кальциевых и магниевых оксидов, тем она качественнее. Например, известь по химическому составу должна удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 1. Физические особенности. Другой способ определить качество – прокаливание и измерение содержания углекислоты. Если при получасовом нагреве до высоких температур тестируемая известь «потеряет в весе», то в качестве материала стоит усомниться. Смешивание. Еще одну возможность проконтролировать качество – получение известкового теста. Килограмм сырья разводится водой и чем больше теста получится при смешивании, чем большей пластичностью оно будет обладать – тем лучше и качественнее исходный материал, из которого оно изготовлено. Известь негашеная 1 сорта при правильном гашении дает более трех литров теста, за что называется «жирной». А вот небогатую на тесто известку считают «тощей». Размер. Молотая негашеная известь наиболее ценится при очень мелком помоле. Чем меньше фракция, тем лучше сырье.
Таблица 1 – Технические требования ОСТ 14-16-165-85 к извести по маркам
Марка | Сорт | Массовая доля, % | |||||
СаОобщ., не менее | СаО+MgO, не менее | MgO, не более | SiO2, не более | S, не более | Р, не более | потери при прокаливании, не более | |
ИС – 1 | 1 2 | 92 90 | 3 3 | 1,8 2,0 | 0,06 0,06 | 0,10 0,10 | 5 7 |
ИС – 2 | 1 2 | 88 85 | 3 3 | 2,0 2,5 | 0,08 0,08 | 0,10 0,10 | 8 12 |
ИСД – 1 | 1 2 | 92 90 | 20 20 | 2,0 2,5 | 0,06 0,06 | 0,10 0,10 | 4 6 |
ИФ – 0 | 1 | 95 | 3 | 1,8 | 0,03 | 0,02 | 3 |
ИФ – 1 | 1 2 | 93 90 | 3 3 | 1,8 2,0 | 0,05 0,05 | 0,02 0,02 | 5 7 |
ИФ – 2 | 1 2 | 90 85 | 3 3 | 2,0 2,5 | 0,08 0,08 | 0,03 0,03 | 7 11 |
2. Производство извести
Рисунок 2 – Принципиальная технологическая схема производства извести
2.1. Процессы, происходящие при обжиге извести
Сырьём для производства воздушной извести служат горные породы: мел, известняк, известковые туфы. Основа получения извести – обжиг карбонат содержащих пород. При производстве воздушной извести известняк декарбонизируется и превращается в известь по реакции:
СаСО3 CаО+СО2.
Обжигу подвергают твердые карбонатные породы в виде кусков. Температура разложения карбоната кальция зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Разложение СаСО3 начинается уже при 600°С, и с повышением температуры реакция ускоряется. При 900°С парциальное давление углекислоты достигает атмосферного, поэтому данную температуру иногда называют температурой разложения известняка. Дальнейшее повышение температуры значительно увеличивает скорость разложения, но отрицательно сказывается на качестве извести - ухудшает ее реакционную способность вследствие роста размеров кристаллов. При обжиге кусков в первую очередь декарбонизируются поверхностные слои. Образующаяся известь вследствие высокой пористости и малой теплопроводности тормозит передачу теплоты вглубь кусков. Чем толще слой извести, тем выше его сопротивление проникновению теплоты и тем более высокие температуры нужны для передачи теплоты в глубину. Поэтому практически температура обжига всегда выше теоретической. Ее устанавливают на каждом заводе в зависимости типа печи и других факторов - плотности сырья, наличия примесей, размера частиц (кусков) сырья и т. д. Чем плотнее сырье, тем выше требуемая температура обжига. Наличие глинистых примесей облегчает удаление СО2 и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств.
2.2. Обжиг извести в шахтных печах
Шахтная печь - агрегат непрерывного действия, предназначенный для обжига сырьевых материалов. Классифицируют по виду обжигаемого материала (глины, магнезита, извести) и по способу отопления (на газовом, твердом и жидком топливах). Достоинства: низкий пылеунос; небольшие капитальные вложения, т. к. не требуется строительство сложных пылеочистительных установок; небольшой расход топлива. Недостатки: неравномерный обжиг; обжигаемый материал необходимо брикетировать; небольшая производительность.
Шахтная печь представляет собой высокую шахту (Рисунок 3), оборудованную механизмами для загрузки и выгрузки материала, вентиляторами для подачи холодного воздуха и отбора отходящих газов и устройствами для сжигания топлива.
Рисунок 3 – Схема шахтной печи со стеновыми горелками:
а – двухколокольное устройство загрузки; б – два пояса периферийных горелок; в – стол выгрузки с движущимися каретками;
Печь работает по принципу противотока: в зоне подогрева и обжига материал движется на встречу дымовым газам, образовавшимся при горении топлива, а в зоне охлаждения – на встречу воздуху.
Способ производства извести в шахтных газовых печах в практике отечественных предприятий черной металлургии применяется довольно редко, что связано с устаревшим техническим обликом шахтных печей отечественных конструкций. Установки шахтного обжига, изготовленные по типовым проектам 60-70-х годов способны, в основном, к производству извести с активностью не выше 85 % и временем гашения от 5 до 25 минут, не пригодной для выпуска качественных сталей. Поэтому сфера их применения ограничивается отраслью строительных материалов, химической и пищевой промышленностью, где эти показатели не столь значимы.
Основная задача при обжиге — обеспечение максимальной степени декарбонизации СаСО3 при минимальной температуре. Повышение температуры ускоряет реакцию разложения карбоната кальция, но излишне высокая температура обжига негативно сказывается на качестве продукта, так как развивается явление «пережога».
В металлургии длительное время применялись шахтные печи пересыпного типа, где топливом служил металлургический кокс, коксик, антрацит или их смесь. Эти печи позволяют получить более равномерный обжиг, чем печи, работающие на природном газе. Однако из-за высокой цены на эти виды топлив, дополнительных затрат при транспортировке и хранении известь пересыпных печей оказывается в полтора-два раза дороже, чем та, что произведена в печах, отапливаемых природным газом. Вдобавок, присутствие некоторого количества золы в составе твердого топлива приводит к росту процентных содержаний «вредных» для черной металлургии примесей, в особенности, серы и фосфора, ухудшающих качество стали.
В связи с этим целью работы является получение извести высокого качества в шахтных печах, работающих на газообразном топливе.
Задачей является исследование повышения равномерности обжига в шахтных печах.
4. Исследование повышения равномерности обжига в шахтных печах. Использование центральных горелок в шахтных печах
Периферийные диффузионные горелки самостоятельно применяются лишь в шахтных печах небольшого диаметра (до 2,5 м), поскольку они не позволяют обжечь
материал на глубину более 1 метра. В печах большего диаметра в дополнение к периферийным, предлагается использование центральной горелки.
Рисунок 3 – Схема шахтной печи на газовом топливе с центральной и периферийными горелками:
а – двухколокольное устройство загрузки; б – один или два пояса периферийных горелок; в – центральная горелка; г – рециркуляционный газовый тракт; д – стол выгрузки с движущимися каретками.
Центральная горелка – это устройство ввода газа, расположенное в нижней (подовой) части печи по ее оси. Поскольку в зоне охлаждения температура извести невысокая, газ, выходящий из центральной горелки поднимается вверх и воспламеняется только на уровне периферийных горелок. Для охлаждения центральной горелки вместе с газом в нее подают воздух или рециркулят (дымовые газы). Существует несколько разных конструкция горелок, которые изображены на рисунке 4. Основным отличием является высота горелки и место подвода воздуха.
Рисунок - 4. Виды центральных горелок.
Центральная (подовая) газовая горелка состоит из стального пирамидального корпуса, в который по отдельным трубопроводам подается природный газ и рециркуляционный газ или воздух. Смесь газов, поднимаясь в зоне охлаждения печи вверх, смешивается с движущимся по шахте печи воздухом, образуя топливную смесь. Топливная смесь (природный газ, рециркуляционный газ и воздух), достигнув низа зоны обжига (температура 600°С и выше), воспламеняется и сгорает в пределах зоны обжига. Вводимый в горелку рециркуляционный газ представляет собой часть отходящих печных газов и служит для разбавления природного газа. Часто вместо рециркуляционного газа используют воздух, который лучше охлаждает центральную горелку.
Центральная горелка устанавливается на центральной балке печи. Высота центральной горелки составляет 100-1800 мм в зависимости от ее конструкции. Что позволяет повысить равномерность обжига извести в шахтных печах, это необходимо для ее применения в металлургии.
Наиболее важные процессы при производстве извести протекают в зоне обжига, которая условно занимает 50% от общей высоты шахтной печи. В современном мире при условии постоянного повышения качества имеется тенденция к снижению затрат на производство продукции.
Строительную негашеную известь изготавливают в соответствии с требованиями государственного стандарта, требования приведены в таблице 2. Воздушная негашеная известь без добавок подразделяется на три сорта.
Таблица 2 – Требования к воздушной извести
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примечания: в скобках указано содержание MgO для доломитовой извести.
Так как в шахтной печи пересыпного типа используются периферийные горелки, то обжиг осуществляется неравномерно. Применение центральных горелок в шахтных печах позволит создать оптимальные условия обжига. Сравнительные характеристики шахтных печей с периферийными и центральной горелками приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Сравнительные характеристики двух типов шахтных печей
Тип печи | ШП с периферийными горелками | ШП с периферийными и центральной горелками |
Удельная производительность, т/сут | 10-15 | До 50 |
Условия сжигания топлива | Недостаток циркуляции кислорода, следовательно, неполное и неравномерное сжигание топлива. | Хорошая рециркуляция газов, обеспечивающая воспламенение смеси воздуха и газа на уровне периферийных горелок. |
Качество обжига | Неравномерный обжиг | Равномерный обжиг |
Активность обжигаемой извести | До 85% | 90% и выше |
Заключение
На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что шахтные печи устаревших отечественных конструкций не удовлетворяют все повышающимся стандартам качества. Поэтому в мировом масштабе возникла тенденция к переходу на шахтный обжиг металлургических известняков в современных печах усовершенствованных конструкций (таких как шахтные печи с центральной и периферийными горелками), т. к. этот процесс характеризуется:
- высокой тепловой эффективностью, низкими эксплуатационными затратами, малой установочной площадью оборудования, широким диапазоном производительности крупности обжигаемого известняка.
Необходимо оснастить отечественные предприятия оборудованием современных конструкций высокого класса. В соответствии с вышесказанным, рекомендуется применять тепловые агрегаты с использованием двух типов топливно-сжигающих устройств, т. к. это несет за собой не только увеличение качества продукции, но и экономическую выгоду для предприятия.
