Кальцинация глинозема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Информационный обзор и оборудование для кальцинации глинозема

1.1 Современные технологические решения оборудования участка кальцинации

1.2 Аппаратурно-технологическая схема кальцинации

1.3 Оборудование для кальцинации глинозема

2. Расчётно-конструкторская часть

2.1 Расчёт мощности привода оборудования (электродвигатель и редуктор)

3. Технологическая часть

3.1 Эксплуатация оборудования

3.2 Техническое обслуживание

3.3 Технология монтажа оборудования

3.4 Технология ремонта оборудования

Заключение

Список заключенных источников



Введение

В данной курсовой работе рассмотрены технологические особенности и аппаратурно-технологическая схема высокотемпературного процесса производства глинозема - процесса кальцинации.

Трубчатые вращающиеся печи являются универсальными, они используются во многих технологических процессах подготовки металлургического сырья для плавки. В алюминиевой промышленности трубчатые печи служат основными агрегатами для спекания бокситовых и нефелиновых шихт, а также для кальцинации глинозема. По устройству и принципу действия, трубчатые печи одинаковы и отличаются одна от другой только размерами и конструктивным исполнением отдельных частей, что обусловлено главным образом технологическими требованиями. Обжиг - подготовительный процесс для плавки рудного сырья.

Описана конструкция и тепловая работа вращающейся печи для кальцинации глинозема, особенности температурного режима процесса. Даны принципиальные описания конструкций холодильников, мультициклонов, используемых в процессе кальцинации.

Рассмотрены основные требования, предъявляемые к очистке отходящих газов от пыли. Дана краткая характеристика сточных вод. В проекте произведен расчет горения топлива, материального и теплового баланса печи для кальцинации глинозема, определены основные размеры печи.

Актуальность проблемы курсовой работы - выход из строя привода печи, прекращение подачи топлива на головке розжига.

Целью курсовой работы является в описании конструкции и тепловой работы вращающейся печи для кальцинации глинозема.

Задачи исследования:

- Рассмотреть технологические особенности и аппаратурно-технологическую схему

- Рассмотреть процесс производства глинозема - процесса кальцинации

- Рассмотреть основные требования к очистке отходящих газов



1. Информационный обзор и патентный поиск

1.1 Современные технологические решения оборудования участка кальцинации

Цель кальцинации - обезвоживание гидроокиси алюминия и получение из нее практически негигроскопичного глинозема. Это достигается нагревом до температуры порядка 1200° С. [1, 230]

При нагреве гидроокись алюминия испытывает следующие превращения. При 110-120° С из гидроокиси начинается удаление внешней влаги, при 250° С гиббсит теряет две молекулы кристаллизационной воды и превращается в бемит; при 500-550° С бемит превращается в безводный г-Al2О3 и в температурном интервале 850-1200° С происходит превращение г-А12О3 в практически негигроскопичный б - Аl2О3.

Все эти превращения идут с поглощением значительного количества тепла (эндотермические процессы), кроме превращения г-Аl2О3 в б-Аl2О3 (экзотермический процесс). Общие технологические затраты тепла на кальцинацию составляют примерно 850 ккал на 1 т прокаленного глинозема. Основное количества тепла затрачивается при нагреве материала до 500-600° С, когда происходит разложение гиббсита и испарение выделяющейся влаги.

Скорость фазовых превращений гидроокиси алюминия возрастает в присутствии фтористых соединений; одновременно снижается температура этих превращений. Поэтому добавка к гидроокиси алюминия небольших количеств соединений фтора позволяет увеличить производительность печей кальцинации и снизить расход топлива. Глинозем, полученный в присутствии фтора, имеет шероховатую поверхность, большую плотность и меньше пылит при транспортировке и загрузке в ванны. Однако такой глинозем медленнее растворяется в электролите и весьма абразивен, что затрудняет его пневмотранспорт.

Чистота глинозема практически определяется чистотой исходной гидроокиси; лишь очень немного примесей попадает в глинозем за счет истирания кладки печи. Крупность глинозема также в основном определяется размерами частиц гидроокиси.

1.2 Аппаратурно-технологическая схема 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 1,5-2 часа. Прокаленный глинозем затем охлаждают в холодильнике до 90-100°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. Очищенные газы через дымовую трубу выбрасывают в атмосферу. Рассмотрим принципиальную аппаратурно-технологическую схему процесса кальцинации на рисунке 1.



Рисунок 1. Принципиальная аппаратурно-технологическая схема процесса кальцинации

1 - топочная камера; 2 - вращающаяся печь; 3 - шнековый смеситель; 4 - пластинчатый питатель; 5 - загрузочный бункер; б - дымовая труба; 7 - дымосос, 8 - электрофильтр, 9 - пневматический насос; 10 - мультициклоны; 11 - барабанный холодильник; 12 - короб для сбора охлаждающей воды; Т - подача топлива; В-воздух; KB - компрессорный воздух; ДГ - дымовые газы; М - материал; П - пылью

1.3 Оборудование для кальцинации глинозема

Корпус печи представляет собой сварной металлический барабан диаметром до 5 м и длиной до 185 м, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Барабан сваривают из листовой стали толщиной 20-40 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. [2, 344]

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 150… 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 230…350 мм. Между металлическим кожухом печи и огнеупорной футеровкой закладывают тонкий слой засыпки (10…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 400-800 мм. Опорные бандажи воспринимают всю нагрузку от массы барабана, достигающую 70-400т. Каждый бандаж опирается на два ролика, вращающиеся во время работы печи. Ширина роликов обычно на 50-100 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 1-3 град. Как правило, уклон задают в процентах от общей длины печи (2-4%).

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 26-30 м. Иногда кожух дополнительно усиливается ребрами жесткости. Общий вид типовой конструкции вращающейся печи представлен на рисунке 2.



Рисунок 2. Общий вид вращающейся печи

1 - барабан печи; 2 - бандажи; 3 - уплотнительное устройство; 4 - топочная камера; 5 - топливосжигающее устройство; б - разгрузочная течка; 7 - опорные ролики; 8 - фундамент; 9 - привод барабана; 10 - газоотводная камера; 11 - отбойное устройство; 12 - шнековый питатель; 13 - электродвигатель вращения шнека; 14 - загрузочный бункер; 15 - труба для подачи в печь шихты самотеком; 16 - венцовая шестерня.

Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0,6…2,0 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. [3, 392]

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 на 50…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. [4, 392]

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 на 100-150° 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. [5,36]

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.



2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Расчёт мощности привода оборудования (электродвигатель и редуктор)

Количество компонентов глинозема определяем, исходя из общей приходной суммы этих компонентов и состава выходящих из печи массовых потоков. [6,185]

Заданная производительность печи по гидроксиду алюминия G = 27 т/час.

Состав исходного гидроксида алюминия, % приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав исходного гидроксида алюминия

Al2O3	H2OСВ	Na2O	H2OВЛ	Прочие
58,7	31,6	0,5	8,3	0,9

В качестве топлива в печи используют природный газ следующего состава в таблице 2:

Таблица 2. Состав природного газа

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	N2	CO2
92,9	1,6	0,8	0,7	3,5	0,5

Топливо сжигают при коэффициенте расхода воздуха б=1,1. Максимальная температура прокалки составляет 1200°С. Температура глинозема, поступающего в холодильник, равна 1000°С. Влажность гидроксида алюминия 12%. Температура гидроксида алюминия, поступающего в печь, равна 45°С. Влагосодержание 1м3 сухого газа равно gС.Г. = 5,1 г/м3.

Принимаем, что остаточное содержание воды в глиноземе Н2Осв составляет 0,4%. По практическим данным, количество возврата пыли составляет 900 кг на 1 т глинозема. Принимаем, что состав пыли близок к составу исходной шихты с учетом ее обезвоживания.

Кальцинация гидроксида алюминия протекает по реакции:

А1 (ОН) 3 = Аl2О3 + ЗН2О

В соответствии с этим уравнением, две молекулы гидроксида алюминия (молекулярная масса 78) превращается в одну молекулу глинозема Аl2О3 (молекулярная масса 102). Тогда количество гидроксида из стехиометрических соотношений составит на 1 тонну глинозема 1,0 · 2 · 78/102 = 1,529 т.

Количество компонентов гидроксида алюминия следует определять, исходя из его химического состава. [7, 135]

Количество компонентов глинозема определяем, исходя из общей приходной суммы этих компонентов и состава выходящих из печи массовых потоков.

Результаты расчета материального баланса процесса кальцинации представлены в таблице 3

Таблица 3. Материальный баланс процесса кальцинации

№ пп	Материал Продукты	Всего	Аl2О3 кг	Н20связ, кг	Na2O кг	Н2Овл кг	Прочие кг
		кг	%
		Поступило
1	Гидроксид	1529	62,95	902,11	489,28	6,12	122,32	9,17
2	Пыль возврата	900	37,05	531	288	3,6	72,00	5,4
	Итого:	2429	100,00	1433,11	777,28	9,72	194,32	14,57
		Получено
1	Глинозем	1000	41,17	590,01	320,00	4,00	80,00	5,99
2	Пыль возврата	900	37,05	531,00	288,00	3,6	72,00	5,4
3	Потери	529	21,78	312,1	169,28	2,12	42,32	3,18
	Итого:	2429	100,00	1433,11	777,28	9,72	194,32	14,57



Принимаем, что при сжигании природного газа во вращающейся печи используется горелочное устройство с частичным перемешиванием. Примем величину химического недожога q3/Qнp = 2%. Коэффициент расхода воздуха б= 1,1.

При влажности газа gH2О =5,1 г/м3 содержание водяных паров в газе равно:

Для метана:

;

Остальных:

;

;

;

;

Расход кислорода на горение будет равен:

;

Теоретический расход воздуха на горение:

, где k = ;

Действительный расход воздуха на горение:

;

Объемы отдельных составных продуктов сгорания равны

;

;

;

;

Общее количество продуктов сгорания:

;

Состав продуктов сгорания равен:

Теплоту сгорания топлива определяем по выражению:

Химическую энтальпию продуктов сгорания с учетом химического недожога вычисляем по выражению:

;

Содержание воздуха в продуктах сгорания равно

;

Тогда по «i - t» - диаграмме теоретическая температура горения природного газа составляет tб = 1920°С

Действительная температура горения при пирометрическом коэффициенте

Диаметр барабанной печи определяем по формуле D = l, 13, где

D - внутренний диаметр рабочего пространства, м;

Vt - действительный расход газов, равный сумме объемов продуктов сгорания топлива и технологических газов, м3/с; - скорость движения газов в рабочем пространстве. Ее величину выбирают из условий обеспечения min пылевыносе из рабочего пространства в интервале 4…10 м/с,

При принятом пылевыносе из печи принимаем скорость движения газов на уровне 10 м/с. [8,59]

Производительность печи по глинозему составит:

;



Среднее время пребывания шихты в печи:

;

Объем газообразных продуктов горения определяем по выражению:

,

где q' - уд. расход теплоты на 1т глинозема. По опытным данным его значение можно принять равным 5650 кДж/кг; mгл - выход глинозема, т.

;

Общее количество отходящих из печи газов равно сумме продуктов сгорания и технологических газов (водяных паров плотностью 0,804 кг/м3), полученных при кальцинации гидроксида алюминия:

;

Секундный расход отходящих газов с учетом среднего времени пребывания материалов составит:

;

С учетом средней температуры газов в печи



расход отходящих газов будет равен

Тогда в соответствии с формулой

;

При использовании двухслойной футеровки, состоящей из высокоглиноземистого кирпича размером 250 мм, слоя тепловой изоляции 30 мм, и толщине стенки кожуха 20 мм:

Общую длину печи определяют как сумму длин отдельных ее зон Ln = У Li, где i=1; Li - длина каждой i - той технологической зоны. [9, 126]

По длине печь кальцинации можно поделить на 4 зоны.

Зона сушки - наиболее холодная часть печи. Здесь газы меняют температуру от 250 до 600°С. На протяжении этой зоны происходит полное испарение гигроскопической влаги гидроксида алюминия.

Зона обезвоживания и кальцинации. В ней газы изменяют температуру от 600 до 1050°С. Нагреваемый материал изменяет температуру от 200 до 950°С. В этой зоне полностью удаляют химически связанную влагу, а гидроксид превращается в безводный г - Аl2О3.

Зона прокаливания находится в области горящего факела. На протяжении этой зоны происходит превращение примерно 25-30% г - Аl2О3 в б - Аl2О3. Газы в этой зоне изменяют температуру от 1050 до 1400° С. Материалы изменяют температуру от 950 до 1250° С.

В зоне охлаждения температура прокаленного глинозема снижается с 1250 до 1000° С.

Длину зоны сушки определяют по формуле

,

где Gгл - кол-во глинозема, проходящего через зону в час, т/ч;' и W» - начальная и конечная влажность гидрата, выраженная в долях единицы;

щ - допустимое напряжение рабочего пространства сушильной зоны по удаляемой влаге (0,07…0,09 т\м2·ч);

F - площадь поперечного сечения рабочего пространства печи, м2.

Исходная влажность гидрата (по условию) составляет W' = 8%. Величину конечной влажности принимаем равной 0.

С учетом способа загрузки (через загрузочную трубу-течку) напряжение рабочего пространства сушильной зоны по влаге щ принимаем равным 0,05 т/м2·ч.

Длину зоны обезвоживания и кальцинации определяем по формуле

, где

гл - производительность зоны с учетом изменения массы шихты в результате выделения газов и пылеуноса, т/ч,

Qл - затраты теплоты в зоне на компенсацию тепловых потерь, эндотермических рекций и физическую теплоту газов и пыли, кДж;

X - ширина поверхности слоя материала, м;

Д - длина участка закрытой поверхности слоя материалов в поперечном сечении печи, на котором он контактирует с кладкой, м;

qл - лучистый тепловой поток на материал от газов и кладки, Вт/м2,

qк - конвективный тепловой поток, Вт/м2;

qл' - лучистый тепловой поток от кладки к материалу при их непосредственном контакте, Вт/м2.

Производительность печи по глинозему рассчитывается по формуле

,

где m - расход продукта на 1 т исходного материала, определяемый из материального баланса печи, т/ч.

В этой зоне теплопоглощение идет:

- на нагрев шихты до температуры (200+950) / 2 = 575°С (с учетом 25% пылевыноса):

;

где 0,532 - теплоемкость шихты, кДж/(кг · К);

- испарение влаги и нагрев паров Н2О:

;

где 2257 - уд. теплота испарения влаги, кДж/кг;

376 · 4,1868 = 1,574 - теплоемкость паров воды, кДж/(моль · К),

- подогрев пыли до 875°С:

;

- разложение гидроксида алюминия по реакции:

А1 (ОН) 3 = Аl2О3 + ЗН20 - 2580 кДж,

;

Где 78 - молекулярная масса гидроксида алюминия,

- молекулярная масса глинозема.

В итоге теплопотребление в зоне кальцинации составит:

74 + 725995,62 + 90373,5 + 1779810 = 2894493,9 кДж

Ширину слоя (хорда 1х) и контактную поверхность его с барабаном (lq) определим исходя из соотношений размеров сегмента материалов в поперечном сечении участка видно на рисунке 3 по выражениям:

Рисунок 3. Поперечное сечение участка

;

;

где б - центральный угол шихты в поперечном сечении печи, который для зоны подогрева может быть принят равным 80…85 град., а для зоны кальцинации 75…80 градусам

Из практических данных принимаем центральный угол в зоне кальцинации 82,50:

;

;



Эффективную длину лучей газового потока определяем по формуле:

; где

ПЕР - периметр свободного сечения печи, м

;

Исходя из практических данных, коэффициент заполнения печи в зоне кальцинации можно принять 5…9%. Принимаем его равным 7,0%. Тогда

;

Эффективная длина лучей составит:

;

Определим состав газов по зонам.

В соответствии с результатами расчета процесса горения топлива в продуктах сгорания 100мЗ природного газа присутствует [10, 139]

СО2;

Н2О;

О2; N2

или всего 1142,892мЗ. При расходе топлива на процесс около 25% от веса сухого гидроксида алюминия общий объем газов составит .

В зоне прокаливания общий объем и состав газов не изменяются.

В зоне кальцинации в газ переходит связанная вода в количестве 777,28 кг/т, или.

Общий объем газов составит:

723 + 967,3 = 1253,023 мЗ.

Средний объем газов равен:

723 + 976,3 · 0,5 = 773,873 мЗ.

Содержание СО2 и Н2О в газах составит:

;

;

В зоне сушки в газы переходит гигроскопическая влага в количестве

.

Общий объем газов в этом случае равен: 1253,023 + 241,8 = 1494,823 мЗ;

Средний объем газов: 1253,023 + 120,9 = 1373,923 м³;

Состав газов в зоне сушки будет таким:

;

;

Среднюю температуру в зоне кальцинации находим по формуле логарифмического усреденения между газами и материалом



Принимаем =1250° С; = 825° С, =575° С, определяем среднюю температуру в зоне кальцинации:

Степень черноты газов находим по графикам (Л1., рис. 5.2…5.4).

При кПа·м и = 1003°С степень черноты составит = 0,095.

При кПа·м и = 1003°С степень черноты водяных паров составляет = 0,55, а с учетом поправок на их парциальное давление (pиc.5.4) =1,13 · 0,55= 0,622.

Тогда степень черноты газов составит

= 0,622 + 0,095 = 0,717.

Степень развития кладки определяется по выражению

; где

- площадь контакта газов с корпусом в рабочем пространстве печи;

Fш - площадь контакта шихты с газом.

Вычисляем приведенный коэффициент излучения системы «газ - кладка - материал»:



где еM - степень черноты материала, принимаемая равной 0,75.

;

Определяем величину лучистого теплового потока:

;

где Тг, Тм - средние температуры газов и материала в пределах зоны;

Средняя скорость движения газов в зоне кальцинации равна:

; где

- поперечное сечение рабочего пространства печи, м2;

Fм - площадь сечения, занятого в печи материалом, м2.

Тогда определим конвективный тепловой поток:

;

Средняя температура кладки составит Tк == 789° С. Тогда в соответствии с выражением;

,



где Ткл - средняя (по рассчитываемой зоне) температура кладки, К.

Определяем тепловой поток от кладки к материалу:

;

Учитывая определенные выше величины и воспользовавшись формулой, рассчитаем длину зоны кальцинации:

;

Протяженность зон прокалки и охлаждения рассчитываем по необходимому времени пребывания шихты и глинозема в печи по формуле L = щм·ф. Принимаем для зоны прокалки фпр = 0,4 ч, а для зоны охлаждения фохл = 0,25 ч.

Скорость движения материалов находим по формуле

,

где г - угол наклона, n - скорость вращения печи, об/мин, в - угол естественного откоса материалов (для зоны спекания sinв = 0,75…0,85; для зоны охлаждения sinв = 0,7…0,75).

Примем г = 2,5%, скорость вращения печи n = 1,0 об/мин.

Пусть синус угла естественного откоса материалов в зоне прокалки составит 0,8, а для зоны охлаждения - 0,72

Тогда скорость движения материалов в зоне прокалки равна

;



а в зоне охлаждения

;

Следовательно, Lпp = 15,63 · 0,4 = 6,25 м, Loxл = 17,36 · 0,25 = 4,34 м.

Полная длина печи составит 5,18 + 51,31 + 6,25 + 4,34 = 67,08 м.

Принимаем длину печи равной 67 м.



3 Технологическая часть

3.1 Эксплуатация оборудования

Вращающаяся печь 4.5x110 предназначена для прокалки гидрата окиси алюминия.

Печь устанавливается на пять опор с уклоном к горизонту 2°. Для фиксации наклонного положения в осевом направлении на одной из ее опор установлены контрольные ролики. Вращение печи осуществляется от привода расположенного у четвертой опоры, считая с горячего конца. Отходящие газы из холодного конца печи при t = 250°С проходят три стадии очистки (пылевая камера, батарейные циклоны, электрофильтры) и выбрасываются в дымовую трубу. Глинозем после печи поступает в холодильник кипящего слоя, где охлаждается до t = 80-100°С.

Вращающаяся печь 4.5x110 состоит из следующих основных узлов: вращающегося барабана, загрузочной головки, разгрузочной головки, опорных станций, привода.

Вращающийся барабан представляет собой сварную конструкцию. Барабан печи изготавливают из углеродистой стали марки Ст3 или М16С. Барабан сваривают из отдельных обечаек. Торцы их тщательно разделывают - обрабатывают на станке, так как от качества разделки зависит трудоемкость и точность сборки барабана. Для усиления жесткости и прочности барабана в местах посадки бандажей и зубчатого венца устанавливают дополнительные обечайки жесткости. Барабан должен быть достаточно жестким, чтобы сохранить в процессе работы форму правильного цилиндра. При малейшем искривлении оси цилиндра резко возрастает напряжение в сечении барабана и потребляемая мощность. Деформация барабана приводить к преждевременному разрушению футеровки. В горячей зоне барабан футеруется высокоглиноземистым кирпичом, а в холодной шамотным кирпичом.

На расстоянии шестнадцати метров от холодного конца печи в барабане установлены теплообменные устройства (пакеты, цепные завесы). Загрузочная головка сваривается из трех частей: нижней, средней и верхней. Сегменты уплотнения монтируются вокруг печи и прикрепляются к загрузочной головки чугунными полукольцами.

Разгрузочная головка состоит из двух частей: нижней и верхней. В остальном конструкция уплотнения аналогична конструкции загрузочной головки. При помощи бандажей барабан опирается на опорные ролики. Бандажи свободно «плавают» на бандажных пластинах, приваренных к барабану печи. От осевого смещения бандажи предохраняют сектора, которые приваривают вплотную к бандажу по корпусу барабана. Печь имеет четыре опорных и одну опорно-упорную станции. Опорная станция состоит из двух роликов, которые насаживаются на оси. вращающиеся в подшипниках скольжения. [11,258]

Корпус подшипника опорного ролика чугунный, литой, с отверстиями в нижней части, для спуска масла, и уровнемера для контроля уровня смазки в подшипниках. К корпусу подшипника крепится крышка, которая в верхней части имеет люк для осмотра цапфы и заливки масла. Корпус подшипника крепится на сварной раме.

Выверяется корпус с помощью регулировочных винтов и гаек. Внутри корпуса находится сферический, пустотелый, стальной вкладыш с водяной рубашкой для охлаждения масла на ней устанавливается бронзовый вкладыш, который при помощи двух пластин и болтов крепится к нему.

На торцах оси опорного ролика расположено смазочное устройство в виде ковшей, которые черпают масло из масленой ванны при вращении и выливают его в желобок с отверстиями, откуда масло равномерно стекает на ось ролика.

Упорные ролики расположены по обе стороны опорно-упорного бандажа. Крепятся ролики на вертикальных осях, вращение происходит в радиально-упорном и упорном подшипниках. Смазываются упорные ролики от принудительной смазочной станции. Назначение упорных роликов - контролировать положение печи.

Вращающиеся печь имеет два привода: главный и вспомогательный. Каждый, из которых состоит из электродвигателя, тормозной муфты, редуктора и соединительной муфты. Главный редуктор трехступенчатый, вспомогательный двухступенчатый.

Цилиндрические колеса главного редуктора имеют шевронное зацепление. Валы вращаются в подшипниках качения.

Вспомогательный редуктор служит для прокрутки печи при ремонтах. На выходном вату главного редуктора находится соединительная втулочно-пальцевая муфта, которая соединяет с главным редукторам вал-шестерню. Вал-шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом. Зубчатый венец присоединяется к барабану печи при помощи тангенциальных пластин. Смазка венцовой и вала-шестерни происходи методом погружения в масляную ванну.

Гидроокись алюминия с влажностью 12-14% поступает из цеха гидрохимии в бункер над печью, из бункера пластинчатые питатели подают ее на шнековые смесители, а затем по течке самотеком гидроокись поступает в загрузочную головку печи. Из загрузочной головки материал поступает в зону сушки, где расположена насадка, для более полного теплообмена. После зоны сушки гидроокись проходит еще три технологические зоны: зона обезвоживания, зона прокалки и зона охлаждения. После чего она поступает в разгрузочную головку, а оттуда в холодильник кипящего слоя. Обработка материала происходит топочными газами по принципу противотока, что обеспечивает наиболее полную отдачу тепла. [12, 253]

Тепловая работа печи характеризуется рядом показателей, важнейшими из которых являются тепловой и температурный режимы, производительность печи, удельный расход топлива и коэффициент полезного действия. Тепловой режим характеризует изменение во времени тепловой нагрузки, т.е. количества теплоты, подаваемой в печь в каждый момент времени, а температурный режим представляет собой изменение температуры печи во времени или по длине печи.

В рабочем пространстве вращающейся печи протекают процессы выделения теплоты при сжигании топлива, движения газовой среды и материала, внешнего и внутреннего теплообмена. От организации тепловой работы вращающейся печи зависит не только ее производительность и экономичность процесса производства глинозема, но и срок службы печи и качество конечного продукта.

Печь кальцинации работает по принципу противотока. Максимальную температуру и газы, и материал имеют со стороны топливной камеры, а минимальную со стороны загрузочной камеры. Нагреваемый материал вследствие наклона печного барабана и его вращения движется навстречу горячим топочным газам, которые охлаждаются. Температурный режим работы вращающихся печей не изменяется во времени, индивидуален для каждого вида технологического процесса и в значительной мере определяется химическим и фракционным составом перерабатываемых материалов.

Рабочее пространство печи условно делят не четыре технологические зоны (рис. 1.3).

Первая зона, которую называют заной сушки, характеризуется полным испарением гигроскопической влаги гидроксида алюминия, причем температура шихты здесь не превышает 200° С. Температура газов в пределах зоны сушки снижается с 600 до 300° С.

Во второй зоне - зоне кальцинации - удаляется химически связанная влага, и гидроксид превращается в безводный г - Аl2О3. Для этого материал необходимо нагреть до температуры 950° С. Поток движущихся газов в этой зоне охлаждается на 450° С (с 1050 до 600° С).

Третья зона - зона прокаливания - располагается в области горящего факела, что обеспечивает максимально высокую температуру газов (1400° С). Это позволяет нагреть шихту до 1250° С, обеспечивающих переход глинозема из г - модификации в б - модификацию. Чтобы гарантировать полное завершение процесса прокаливания (т.е. максимальное содержание б-Аl2О3), время пребывания материала в зоне стремятся увеличить за счет большего, чем в других зонах, диаметра печного барабана. [13,128]

Четвертая зона - зона охлаждения - как и в предыдущем случае, обеспечивает охлаждение готового глинозема до 1000° С. При нормальной работе печи кальцинации температура покидающих ее газов не должна быть выше 300° С, а содержание СО2 находится в пределах 13-15%. Содержание СО не должно превышать 0,8%.

Нужно учитывать, что качество готового продукта, получаемого во вращающихся печах, определяется не только кинетикой, но и движением материала, т.е. временем его пребывания в печи. Наличие в печи частиц с различными скоростями движения и неопределенность соотношения таких частиц в промышленных условиях из-за технологических нарушений, нарушающих установившийся режим, затрудняют надежный контроль и регулирование тепловой работы печей.

технологический кальцинация привод

Рисунок 4. Характер изменения температур газов и шихты по длине вращающейся печи для процесса кальцинации.



3.2 Техническое обслуживание

Вращающаяся печь 4.5x110 предназначена для прокалки гидрата окиси алюминия.

Печь устанавливается на пять опор с уклоном к горизонту 2°. Для фиксации наклонного положения в осевом направлении на одной из ее опор установлены контрольные ролики. Вращение печи осуществляется от привода расположенного у четвертой опоры, считая с горячего конца. Отходящие газы из холодного конца печи при t = 250°С проходят три стадии очистки (пылевая камера, батарейные циклоны, электрофильтры) и выбрасываются в дымовую трубу. Глинозем после печи поступает в холодильник кипящего слоя, где охлаждается до t = 80-100°С.

Вращающаяся печь 4.5x110 состоит из следующих основных узлов: вращающегося барабана, загрузочной головки, разгрузочной головки, опорных станций, привода. [14,325]

Вращающийся барабан представляет собой сварную конструкцию. Барабан печи изготавливают из углеродистой стали марки Ст3 или М16С. Барабан сваривают из отдельных обечаек. Торцы их тщательно разделывают - обрабатывают на станке, так как от качества разделки зависит трудоемкость и точность сборки барабана. Для усиления жесткости и прочности барабана в местах посадки бандажей и зубчатого венца устанавливают дополнительные обечайки жесткости. Барабан должен быть достаточно жестким, чтобы сохранить в процессе работы форму правильного цилиндра. При малейшем искривлении оси цилиндра резко возрастает напряжение в сечении барабана и потребляемая мощность. Деформация барабана приводить к преждевременному разрушению футеровки. В горячей зоне барабан футеруется высокоглиноземистым кирпичом, а в холодной шамотным кирпичом.

На расстоянии шестнадцати метров от холодного конца печи в барабане установлены теплообменные устройства (пакеты, цепные завесы). Загрузочная головка сваривается из трех частей: нижней, средней и верхней. Сегменты уплотнения монтируются вокруг печи и прикрепляются к загрузочной головки чугунными полукольцами.

Разгрузочная головка состоит из двух частей: нижней и верхней. В остальном конструкция уплотнения аналогична конструкции загрузочной головки. При помощи бандажей барабан опирается на опорные ролики. Бандажи свободно «плавают» на бандажных пластинах, приваренных к барабану печи. От осевого смещения бандажи предохраняют сектора, которые приваривают вплотную к бандажу по корпусу барабана. Печь имеет четыре опорных и одну опорно-упорную станции. Опорная станция состоит из двух роликов, которые насаживаются на оси, вращающиеся в подшипниках скольжения.

Выверяется корпус с помощью регулировочных винтов и гаек. Внутри корпуса находится сферический, пустотелый, стальной вкладыш с водяной рубашкой для охлаждения масла на ней устанавливается бронзовый вкладыш, который при помощи двух пластин и болтов крепится к нему.

На торцах оси опорного ролика расположено смазочное устройство в виде ковшей, которые черпают масло из масленой ванны при вращении и выливают его в желобок с отверстиями, откуда масло равномерно стекает на ось ролика.

Упорные ролики расположены по обе стороны опорно-упорного бандажа. Крепятся ролики на вертикальных осях, вращение происходит в радиально-упорном и упорном подшипниках. Смазываются упорные ролики от принудительной смазочной станции. Назначение упорных роликов - контролировать положение печи.

Вращающиеся печь имеет два привода: главный и вспомогательный. Каждый, из которых состоит из электродвигателя, тормозной муфты, редуктора и соединительной муфты. Главный редуктор трехступенчатый, вспомогательный двухступенчатый.

Цилиндрические колеса главного редуктора имеют шевронное зацепление. Валы вращаются в подшипниках качения.

Вспомогательный редуктор служит для прокрутки печи при ремонтах. На выходном вату главного редуктора находится соединительная втулочно-пальцевая муфта, которая соединяет с главным редукторам вал-шестерню. Вал-шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом. Зубчатый венец присоединяется к барабану печи при помощи тангенциальных пластин. Смазка венцовой и вала-шестерни происходи методом погружения в масляную ванну.

Гидроокись алюминия с влажностью 12-14% поступает из цеха гидрохимии в бункер над печью, из бункера пластинчатые питатели подают ее на шнековые смесители, а затем по течке самотеком гидроокись поступает в загрузочную головку печи. Из загрузочной головки материал поступает в зону сушки, где расположена насадка, для более полного теплообмена. После зоны сушки гидроокись проходит еще три технологические зоны: зона обезвоживания, зона прокалки и зона охлаждения. После чего она поступает в разгрузочную головку, а оттуда в холодильник кипящего слоя. Обработка материала происходит топочными газами по принципу противотока, что обеспечивает наиболее полную отдачу тепла.

3.3 Технология монтажа оборудования

Металлургический глинозем для электролиза алюминия должен содержать небольшое количество щелочи, легко транспортироваться, быстро растворяться в электролите и не пылить при транспортировке и загрузке в электролизные ванны.

Соблюдение норм технологического режима кальцинации обеспечивается системой автоматического контроля и регулирования, которая включает в себя автоматическое регулирование температуры отходящих газов, расхода и давления газа, контроль качества глинозема, его температуры при выходе из холодильника, состава отходящих газов и других параметров, определяемых технологической инструкцией.

Производительность печи кальцинации и качество получаемого глинозема прежде всего зависит от теплового режима печи, а также от того, на сколько равномерно питание печи гидроокисью. При нормальном тепловом режиме температура отходящих газов в зависимости от длины печи составляет 250-300°С. При слишком высокой температуре в печи усиленно разрушается футеровка; при пониженной температуре получается недостаточно прокаленный глинозем.

Прокаленный глинозем контролируют на содержание Na20, Si02, Fе2O3, п.п.п. б - модификации. Крупность глинозема определяется ситовым анализом.

Обслуживающий персонал отделения кальцинации должен следить за исправным состоянием механизмов, работой смазочных систем, охлаждением подшипников, состоянием футеровки печи и так далее. [15,138]

3.4 Технология ремонта оборудования

К быстро изнашиваемой детали относится втулка. Материал для изготовления втулки - сталь 45 ГОСТ 1050-88. вид поставки - отливки ГОСТ 4543-71.

Назначение - после улучшения коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колёса, распределительные валики, болты, шпильки, цилиндры, гайки, шпонки храповики, бандажи, фрикционные диски, плунжеры, шпиндели. После поверхностного упрочнения с нагревом - детали средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твёрдости и повышенной износостойкости при малой деформации: длинные валы, ходовые валики.



Таблица 3. Химические свойства

С	Cr		Мп
0.42-0.50	0025		0.50-0.80

Таблица 4. Механические свойства

Состояние постановки режимов термообработке	Сечение, мм	КП	Предел текучести условный	Предел прочности	Относительное удлинение после разрыва	Относительное сужение	НВ
			МПа	%
			Не менее
Закалка с отпуском 160-180	-	-	1030-1650	1200-1760	4-2	30-12	335-492

У валов в процессе эксплуатации могут быть следующие виды дефектов: износ посадочных мест, овальность, огранка, износ центровых отверстий, износ резьб, если таковые имеются, задиры износ шпоночных пазов.

В данном случае вал может иметь следующие дефекты: овальности износ шпоночных пазов и посадочных мест.

Ввиду того, что вал имеет большую массу, с экономической точки зрения целесообразно данный вал реставрировать методом наплавки. Наплавка производится наплавочной проволокой диаметром 2 миллиметра под флюсом, с использованием наплавочного оборудования АРС-1000-2 и КРД-41520.

После наплавки производится механическая обработка: наружное обтачивание на токарно-винторезном станке модели 165. в качестве режущего инструмента используется проходной резец с пластинкой твердого сплава Т5К10 для чернового и Т15К6 для чистового обтачивания. В качестве мерительного инструмента используется штангенциркуль с точностью измерения 0,05 миллиметра.

Для обработки шпоночных пазов используется бесконсольный вертикально - фрезерный станок 6А54. в качестве режущего инструмента используются концевые фрезы разного диаметра в соответствии с шириной шпоночного лаза. Материал режущего инструмента быстрорежущая сталь марки Р18Ф2. Мерительный инструмент - шаблон.



Заключение

В мире накоплен значительный опыт конструирования и эксплуатации печей различного назначения. Большое разнообразие конструкций печей, применяемых в промышленности, обусловлен, прежде всего, чрезвычайно широким спектром технологических процессов, осуществляемых при производстве и дальнейшей тепловой обработке разнообразных материалов.

Диапазон рабочих температур может изменяться в широких пределах. Вот почему при выборе конструкции и исходных данных, необходимых для расчета промышленной печи, следует, прежде всего, учитывать особенности технологического процесса, осуществляемого в данном агрегате.

Основное назначение металлургической печи состоит в том, чтобы создать в рабочем пространстве, изолированном от окружающей среды, наиболее благоприятные условия для реализации соответствующего технологического процесса, при этом необходимо учитывать закономерности, характеризующие процесс теплогенерации, механизм движения газов и теплообмен. Необходимо принимать во внимание взаимосвязь между условиями работы данной печи и условиями работы огнеупоров; возможность внутрипечного пылеосаждения или создание надежных систем очистки отходящих газов от пыли и так далее.

Надежно работающая печь с экономным и рациональным использованием ее тепловой мощности является той базой, на основе которой можно решить практически любые технологические вопросы.



Список использованных источников

1. Теплотехнические расчеты печей глиноземного производства: Учебное пособие для вузов/ С.Н. Гущин, С.Г. Майзель, В.И. Матюхин, В.А. Гольцев. Екатеринбург: УГТУ, 2015 г.-230 с.

2. Лайнер А.И. и др. Производство глинозема. - М., Металлургия, 1978. - 344 с.

3. Гущин С.Н., Маркин В.П. Проектирование металлургических печей/ Методические указания к курсовому проектированию, - Свердловск, изд. УПИ, 1991 г. - 125 с.

4. Металлургия алюминия/ И.А. Троицкий, В.А. Железнов, - М.: Металлургия, 1977. - 392 с.

5. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. - М.: Машиностроение, 1984 г. - 36 с.

6. Басов А.И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов. - М.: Металлургия, 1984 г. - 185 с.

7. Боголюбов С.К. Черчение. - М.: Машиностроение, 1989 г. - 135 с.

8. Гельберг Т.Б., Текилис Т.Д. Ремонт промышленного оборудования. - М.: Высшая школа, 1984 г. - 59 с.

9. Додонов Е.П. и др. Грузоподъемные и транспортные устройства. - М.: Машиностроение, 1990 г. - 126 с.

10. Касаткин Н.Л. Ремонт и монтаж металлургического оборудования. - М.: Металлургия, 1970 г. - 39 с.

11. Ганенко А.П. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке дипломных проектов, курсовых и письменных экзаменационных работ. - М.: ПрофОбрИздат, 2001 г. - 258 с.

12. Ремонт оборудования цементных заводов. Ф.Г. Банит. 1986 г. - 253 с.

13. Система технического обслуживания и ремонта технологического оборудования предприятий промышленности строительных материалов. Цементная промышленность. Выпуск 1,2 Москва 1987 г. - 128 с.

14. Ремонт оборудования цементных заводов. М. Калугин; Е. Фёдоров. 1987 г. - 325 с.

15. Эксплуатация ремонт и монтаж оборудования промышленности строительных материалов. Ф.Г. Банит; Г.С. Крижановский; Б.И. Якубович. 1971 г. - 138 с.

Размещено на Allbest.ru

...