PL57637B1 - - Google Patents

Description

Zn (gaz) + C02 = ZnO+CO (6) 45 Obliczono, ze przy typowym wsadzie, jesli koks i zuzel sa podgrzane do temperatury 800°C, to 14% par cynku utlenia sie w ten sposób, gdy koks podgrzewa sie do temperatury 800°C, a zuzel wprowadza sie bez podgrzewania, to utlenia sie 50 25% par cynku. Oznacza to, ze jezeli caly wsad podgrzewa sie do temperatury 800°C, to 0,300 gra- moczasteczki odtlenionego tlenku cynku na gra¬ moczasteczke wegla skladaloby sie z 0,258 gramo- czasteczki zaladowanego tlenku cynku i z 0,042 55 gramoczasteczki cynku ponownie utlenionego.Na gramoczasteczke wegla przypadaloby 0,258 gramoczasteczki cynku rzeczywiscie opuszczajacego piec, co przedstawialoby 1,41 ton cynku na jedna tone zuzytego wegla; przy 5% cynku pozostawio- 60 nego w zuzlu, przedstawialoby to 1,48 ton zalado¬ wanego cynku na jedna tone wegla. Gdyby zuzel ladowano bez podgrzewania, a koks ogrzany do temperatury 800°C na gramoczasteczke zaladowane¬ go wegla, to 0,225 gramoczasteczki par cynku opus- 65 ciloby piec, co odpowiada 1,23 tony cynku na tone57637 8 wegla; przy 5% cynku pozostalego w zuzlu, odpo¬ wiada to 1,29 tony cynku zaladowanego na tone wegla.Warunki eksploatacji pieca przy wdmuchiwaniu powietrza wzbogaconego w tlen i przy uzyciu ma¬ terialów wysokiej jakosci. Za materialy wysokiej jakosci uwaza sie materialy, które tworza taki wsad, ze ciezar zawartych w nim materialów two¬ rzacych zuzel (lub ciezar wytworzonego zuzla) nie jest wiekszy, niz 1,5 razy od ciezaru zaladowanego cynku zawartego w utlenionym materiale cynko- nosnym.Ilosc otrzymanego do dyspozycji ciepla z jednej gramoczasteczki spalonego wegla wzrasta, jesli wraz z tlenem wprowadzono mniej azotu. Jesli zatem stosuriek utworzonego zuzla do zaladowanego cynku wynosi okolo 0,9, jak w przykladzie sto¬ sujacym normalny podmuch powietrza i jezeli pod¬ much ogrzany do temperatury 700°C zawiera 28,6% objetosciowych tlenu, to obliczono, ze 0,320 gra¬ moczasteczki cynku znajduje sie w temperaturze 1050°C na jedna gramoczasteczke wytworzonego wegla, przy czym gaz tutaj ma nastepujacy sklad 12,5% Zn; 12,5% C02; 26,4% CO; 49,6% N2. War¬ tosc K dla tego gazu wynosi 6,0, odpowiadajac temperaturze równowagi równej 1050°C.Przy jeszcze wiekszym wzbogaceniu powietrza w tlen nastapilby wzrost wartosci K. Przekonano sie, ze zadawalajca prace pieca mozna uzyskac tylko wtedy, jezeli wartosc K nie przekracza war¬ tosci równej okolo 6,0; ta górna krytyczna grani¬ ca wartosci K zmienia sie nieznacznie, zaleznie od warunków, a na ogól znajduje sie miedzy 5,0 a 7,0, co odpowiada temperaturom równowagi wynosza¬ cej w przyblizeniu 1040—1060°C.W rozwazanym zatem przykladzie, uzyteczna granice wzbogacania powietrza w tlen osiaga sie wtedy, gdy wdmuchiwane powietrze zawiera okolo 28,6% tlenu. Granica ta zalezy od warunków, w szczególnosci zalezy ona bardzo od temperatury po¬ wietrza. Jezeli zatem wdmuchiwane powietrze ogrzewa sie tylko do temperatury 500°C, to cieplo potrzebne do ogrzania gazu do temperatury 1050°C jest takie, ze stezenie tlenu w powietrzu mozna zwiekszyc do 37%, a gaz otrzymany ma sklad che¬ miczny. 13,9% Zn; 13,9% C02; 32,6% CO; 39,6% N2 Reprezentuje to stosunek (gramoczasteczkowy) molowy Zn/C wynoszacy 0,300 w porównaniu do 0,320, gdy powietrze zawierajace 28,6% tlenu pod¬ grzano do temperatury 700°C. Nawet przy znacznie wyzszym wzbogaceniu w tlen, jezeli wdmuchuje sie powietrze w temperaturze 500°C zamiast w temperaturze 700°C,. to oznacza to, ze stosunek cynk/wegiel jest mniejszy o okolo 6%. Wskazane jest zatem, ze wzgledu na oszczednosc zuzycia pa¬ liwa, stosowac silnie podgrzane powietrze wzboga¬ cone w tlen, przy tym jako typowa temperature podgrzania przyjmuje sie temperature 700°C.Istnieje wiele zmiennych w warunkach potrzeb¬ nych do pracy pieca szybowego do wytapiania cyn¬ ku. Aby zilustrowac zasady wynalazku, konieczne jest pewne wyidealizowanie tego zagadnienia.Zmienna wartoscia, która koniecznie trzeba wziac pod uwage, jest stosunek materialów wytwarza¬ jacych zuzel do cynku we wsadzie. Obliczono,, ze cieplo potrzebne do ogrzania materialów wytwa- 5 rzanych zuzel od temperatury 1050°C i do roztopie¬ nia ich w celu otrzymania cieklego zuzla wynosi 0,19 kcal na kazdy gram zuzla.Inna zmiana juz wspomniana, jest to, ze górna krytyczna wartosc K moze zawierac sie miedzy io 5,0 i 7,0. Przyjmuje sie, ze temperatura powietrza wynosi 700°C. Obliczono, ze do ogrzania powietrza do temperatury 700—1050°C potrzeba 2,9 kcal na gramoczasteczke tlenu i 2,8 kcal na gramoczastecz¬ ke azotu. Najpierw dokonano obliczen przy zaloze- 15 niu, ze wsad wprowadza sie do pieca przy tempera¬ turze 1050°C.Teraz trzeba uwzglednic i zuzel bogaty w cynk, w którym ciezar zuzla jest tylko 0,5-krotnie wiek¬ szy niz ciezar ulatniajacego sie cynku. Na jedna 20 gramoczasteczke (65,4 g) zatem ulatniajacego sie cynku, ciezar zuzla wypada 32,7 g, a liczba potrzeb¬ nych kalorii wynosi 0,19x32,7 = 6,2 kcal. Jezeli przyjmiemy, ze ilosc ciepla pobrana przez reakcje (1) wynosi 44,0 kcal to zapotrzebowanie na cieplo 25 na jedna gramoczasteczke ulatniajacego sie cynku wyniesie 44,0 + 6,2 = 50,2 kcal.Jezeli wartosc K równa sie 5,0, to bilans cieplny spelni sie wtedy, gdy podmuch zawiera 22,1% objetosciowych tlenu (3,52 02 na 1,00 N2), a 0,323 30 gramoczasteczki cynku ulatnia sie na jedna gra¬ moczasteczke zuzytego wegla, przy czym gaz wy¬ tworzony sklada sie 10,5% Zn; 10,5% C02; 22,0% CO; 57% N2. 10,5 X 10,5 K = — = 5,0 35 22,0 Dla jednej gramoczasteczki wegla bilans cieplny jest nastepujacy: kcal 40 ogrzewanie 0,50 gramoczasteczki Q2 1,45 ogrzewanie 1,76 gramoczasteczki N2 4,93 strata cieplna 4,60 utlenianie cynku 0,323X50,2 16,21 Ogólem cieplo zuzyte 27,19 45 Cieplo pochodzace ze spalania jednej gramocza¬ steczki wegla na tlenek wegla wynosi 27,2 kcal.Gdy wartosc K równa sie 7,0, wtedy bilans ciepl¬ ny jest spelniony, gdy podmuch zawiera 27,6% 02 50 (stosunek N2/02 równa sie 2,62), a ulatnia sie 0,348 gramoczasteczki cynku na gramoczasteczke zuzy¬ tego wegla, wtedy wytworzony gaz sklada sie z 13,1% Zn; 13,1% C02; 24,5% CO; 49,3% N2.Przy K = 6, uzyteczna granica wzbogacenia w 55 tlen obliczona przez interpolacje, wynosi 24,8%.A zatem dla wsadów wysokiej jakosci, przeciet¬ ne uzyteczne granice wzbogacenia w tlen przy sto¬ sunkach zuzla do cynku zaladowanego wynosza¬ cych 0,5—1,5, przy podgrzanym powietrzu do tem- 60 peratury 700°C i przy K = 6, wynosza w przybli¬ zeniu od 24%—36%, a przy podgrzaniu podmuchu do 500°C wynosilyby od 31%—44% w przyblize¬ niu.Takie kalkulacje umozliwiaja obliczenie zada- 65 nego stopnia wzbogacenia w tlen i obliczenie od-9 powiedniego stosunku cynk — wegiel dla wsadów o róznych stosunkach cynku do zuzla, przy czym kalkulacje te stosuja sie przy zalozeniu, ze wsad podgrzano do temperatury 1050°C przed wprowa¬ dzeniem go do pieca. Przy obliczeniach dla rzeczy¬ wistych przypadków nalezy wziac pod uwage rze¬ czywista temperature, do której podgrzano po¬ wietrze i pary cynku, które sie ponownie utlenia w górnej czesci pieca, w której wsad ogrzewa sie do temperatury 1050°C.Przy stosowaniu materialów wsadowych niskiej jakosci im wiekszy jest stosunek zuzel/cynk, tym wieksza musi byc zawartosc tlenu we wdmuchi¬ wanym powietrzu. Na przyklad, jezeli uzyto jako cynkonosny material zuzel z pieca szybowego do wytapiania olowiu i jezeli zuzel ten zawiera okolo 17% cynku, to typowa odpowiednia zawartosc tle¬ nu powietrza winna wynosic 45°/o (stosunek N2/02 równa sie 1,18). Najwyzsza zawartosc tlenu we wdmuchiwanym powietrzu, która okazala sie prak¬ tyczna dla materialów takiej niskiej jakosci, wy¬ nosi 50% (stosunek N2/02 = 1,00).Aby otrzymac dobre warunki robocze, nalezy stosunek wegiel/cynk odpowiednio dopasowac. Zbyt wysoki stosunek wegiel/cynk moze spowodowac niemoznosc pracy pieca z powodu wytworzenia sie zelaza metalicznego. Wlasciwy stosunek zelazo/cynk zalezy od wielu czynników, miedzy innymi od tem¬ peratury, do której podgrzano wsad i powietrze.Jest zawsze najkorzystniej stosowac mocno pod¬ grzane powietrze, a temperatura 700°C jest typowa dla powietrza. Czy podgrzanie wsadu jest korzystne lub nie, zalezy to od okolicznosci.Dla materialów wsadowych zatem niskiej jakosci, to znaczy majacych stosunek zuzla do cynku za- ladowego wiekszy niz 1,5, wdmuchiwane powietrze zawiera od 36—50% objetosciowych tlenu.Zuzycie paliwa dla wszystkich typów wsadu mozna wyrazic jak nastepuje.Jezeli caly wsad jest mocno podgrzany, to ciezar zaladowanego wegla musi sie co najmniej równac sumie zlozonej z ciezaru cynku zaladowanego, po¬ mnozonego przez 0,47 i z ciezaru wytworzonego zuzla, pomnozonego przez 0,08, nie moze byc jednak wiekszy niz suma zlozona z ciezaru cynku zalado¬ wanego, pomnozonego przez 0,56 i ciezaru wytwo¬ rzonego zuzla, pomnozonego przez 0,09.Jezeli, koks jest mocno, podgrzany, a zuzel jest zaladowany bez podgrzania, to ciezar wegla zala¬ dowanego powinien co najmniej równac sie su¬ mie zlozonej z ciezaru zaladowanego cynku, po¬ mnozonego przez 0,53 i z ciezaru wytworzonego zu¬ zla, pomnozonego przez 0,14, lecz nie powinien byc wiekszy niz suma zlozona z ciezaru zaladowanego -cynku, pomnozonego przez 0,64 i z ciezaru wy¬ tworzonego zuzla, pomnozonego przez 0,5. 10 PL

Claims (8)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób eksploatacji pieców szybowych do wy¬ tapiania cynku, obejmujacy zabiegi ladowania do pieca koksu i spiekanych materialów cynko- 5 nosnych, wdmuchiwania podgrzanego powietrza w poblizu dna pieca oraz wdmuchiwania w pie¬ cu strefy równowagi chemicznej i cieplnej, zna¬ mienny tym, ze wdmuchuje sie do pieca po¬ wietrze wzbogacone w tlen o zawartosci tlenu, io wystarczajacej do podniesienia temperatury rów¬ nowagi do wartosci 1040—1060°C w danych wa¬ runkach roboczych.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wdmuchuje sie powietrze wzbogacone w tlen 15 zawierajace 24—50% tlenu objetosciowo.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ¦ zawartosc we wsadzie materialów tworzacych zuzel utrzymuje sie w ilosci równej od 0,5 do 1,5-krotnie wagowo ilosci cynku, zawartego w 20 zaladowanych tlenkowych materialach cynko- nosnych, a zawartosc tlenu we wdmuchiwanym powietrzu utrzymuje sie w granicach 24 i 44% objetosciowo.

4. Sposób wedlug zastrz. 3 znamienny tym, ze 25 stosuje sie powietrze podgrzane do tempera¬ tury okolo 700°C i o zawartosci tlenu w grani¬ cach 24 i 36% objetosciowo.

5. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze stosuje sie powietrze podgrzane do temperatu- 30 ry okolo 500°C i zawierajace 31—44% tlenu objetosciowo.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawartosc we wsadzie materialów tworzacych zuzel utrzymuje sie w ilosci wiekszej, niz 1,5- 35 krotnie wagowo ilosci cynku zawartego w tlen¬ kowych materialach cynkonosnych oraz wdmu¬ chuje sie powietrze podgrzane do temperatury okolo 700°C i o zawartosci tlenu 36—50% obje¬ tosciowo. 40

7. , Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie koks oraz spiekane materialy cyn- konosne i olowionosne silnie podgrzane i za¬ wartosc we wsadzie wegla w ilosci co najmniej równej 0,47-krotnie wagowo ilosci cynku w"e 45 wsadzie i 0,08-krotnie wagowo ilosci wytwarza¬ nego zuzla lecz w ilosci nie wiekszej niz 0,56- krotnie wagowo ilosci cynku we wsadzie i 0,09- krotnie wagowo ilosci tworzacego sie zuzla.

8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze so stosuje sie koks silnie pogrzany, a spiekane ma¬ terialy cynkonosne i olowionosne stosuje sie zimne, przy czym ilosc wegla we wsadzie jest co najmniej równa 0,53-krotnie wagowo ilosci cynku we wsadzie i 0,14-krotnie wagowo ilosci 60 tworzacego sie zuzla, lecz nie wiecej niz 0,64- krotnie wagowo ilosci cynku we wsadzie i 0,15- krotnie wagowo ilosci tworzacego sie zuzla. PL