Способ получения термоантрацита во вращающейся трубчатой печи

 

Изобретение относится к производству электродной продукции, а именно к прокалке углеродистых материалов для получения графитированных электродов электродуговых печей. Готовят антрацит классом крупности 20 - 60 мм. Перед подачей в печь обрабатывают водой в количестве 2 - 5% от массы антрацита. Нагрев и прокаливание антрацита ведут теплом от сжигания газообразного топлива и антрацита в соотношении 1 : (2,7 - 3,7). Охлаждают термоантрацит на выходе из печи душирующим потоком воды до 500 - 700^oС. Затем охлаждают воздухом, подаваемым на горение топлива с коэффициентом расхода воздуха равным 4 - 5. Усовершенствованный способ позволяет увеличить количество полученного прокаленного термоантрацита в 2,8 - 3 раза и выход термоантрацита на 20,4 - 23,3%, снизить угар материала на 10%. 1 табл.

Изобретение относится к производству электродной продукции, а именно, к прокалке углеродистых материалов для получения графитированных электродов электродуговых печей.

В настоящее время термоантрацит и другие прокаленные углеродистые материалы получают прокалкой в печах трех типов: вращающихся, ретортных и электрических. Прокалку антрацита проводят при высокой температуре, поэтому предпочитают использование электрических и вращающихся печей. В промышленной практике антрацит прокаливают во вращающихся прокалочных печах длиной 40 - 45 м (см. Е. Ф. Чалых, Технология и оборудование электродных и электроугольных предприятий. М., "Металлургия", 1972 г., с. 372 - 394).

Наряду с применяемым способом известны способы-аналоги.

Способ прокалки антрацита в 60-метровой вращающейся трубчатой печи с последующим охлаждением термоантрацита в холодильнике барабанного типа (см. Сборник научных трудов НИИГРАФИТ "Производство углеродистых материалов". М., 1981 г., с. 62- 67).

В качестве прототипа принят способ, заключающийся в подготовке и подаче антрацита во вращающуюся трубчатую печь, работающую на газообразном топливе, прокаливании и охлаждении термоантрацита в отдельном агрегате. Термоантрацит из вращающейся прокалочной печи пересыпается через охлаждаемую течку в барабан холодильника. В холодильнике материал охлаждается. Барабан холодильника постоянно орошается водой. Расход холодной воды составляет 15000 л/т прокаленных материалов (см. Е.Ф.Чалых. "Прокалочные печи электродной промышленности". М., 1963 г., с. 31 - 39).

Недостатками известных способов и способа-прототипа являются: 1. Низкое качество прокаленного термоантрацита вследствие пониженной температуры в зоне прокалки и повышенной скорости нагрева материала.

2. Высокий угар материала в печи вследствие выгорания его по всей длине и дополнительный угар материала до 10% в барабанном холодильнике.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что антрацит готовят классом крупности 20 - 60 мм. При крупности в указанных пределах процессы перекристаллизации в период прокалки протекают во всем объеме куска, проникая до центральной зоны крупных и мелких кусков.

Антрацит перед подачей в печь обрабатывают водой для поверхностного увлажнения всех кусков указанного класса крупности. Диапазон крупности кусков антрацита от 20 до 60 мм позволяет получить слой материала с показателем порозности, обеспечивающим равномерное поверхностное увлажнение всех кусков антрацита.

Количество воды на обработку антрацита составляет 2 - 5% от его массы. Увлажненный антрацит загружают во вращающуюся трубчатую печь. Под воздействием горячих отходящих газов происходит нагрев антрацита и его пропаривание. В процессе пропаривания разрыхляется поверхность кусков антрацита, что обеспечивает благоприятные условия для удаления летучих из центральной зоны кусков антрацита. В зоне нагрева за счет дополнительных затрат тепла на испарение и нагрев воды угар антрацита не происходит. При этом повышение температуры антрацита проходит медленно, с небольшой скоростью.

После нагрева антрацита ведут его прокаливание теплом от сжигания газообразного топлива и антрацита. Отношение тепла от сжигания газообразного топлива к теплу от сжигания антрацита составляет 1 : (2,7 - 3,7). Указанное соотношение выдерживают в заданных пределах путем подачи расчетного количества топлива в зависимости от количества загружаемого в печь антрацита.

Общее количество тепла (Q), необходимое для ведения процесса прокаливания, рассчитывается из теплового баланса. Расход газа устанавливается из расчета потребности тепла от сжигания газообразного топлива равным Q / 3,7 - 4,7. Общее количество прихода тепла на прокаливание складывается из теплосодержания газа (одна часть от Q) и теплосодержания сгоревшего антрацита (2,7 - 3,7 части от Q). Долю тепла от сжигания газа (1) поддерживают расчетным расходом газа, долю тепла от сжигания антрацита (2,7 - 3,7) поддерживают количеством подаваемого воздуха на его окисление. При этих соотношениях количества тепла, выделившегося в объеме печи и в слое антрацита, обеспечивается прогрев последнего до температуры 1350 - 1400^oC, при которой происходит перекристаллизация и упорядочение структуры термоантрацита. Упорядочению структуры в зоне прокалки способствуют малые скорости нагрева антрацита вследствие его обработки водой.

Термоантрацит на выходе из печи охлаждают душирующим потоком воды с температуры 1200 - 1300^oC до 500 - 700^oC. Охлаждение термоантрацита под воздействием воды происходит с повышенной скоростью за счет затрат тепла на полное испарение воды и перегрев образовавшихся водяных паров. Образовавшиеся водяные пары поступают в зону прокалки и улучшают теплопередачу в объеме печи от газовой фазы к прокаливаемому материалу. Охлаждение термоантрацита водой с высокой скоростью стабилизирует структуру термоантрацита и прекращает его угар от окисления кислородом воздуха.

Последующее охлаждение термоантрацита осуществляют воздухом, подаваемым в печь для горения топлива с коэффициентом избытка воздуха α, равным 4 - 5. Избыток воздуха, подаваемый на сжигание газообразного топлива при α, равном 4 - 5, обеспечивает полное сжигание газообразного топлива и частичное горение антрацита с выделением суммарного количества тепла, достаточного для эффективного прокаливания антрацита в объеме слоя.

Если в антраците присутствуют куски фракции менее 20 мм, то уменьшается порозность материала в слое и, как следствие, ухудшаются диффузионные процессы удаления летучих из антрацита, замедляется процесс прокалки. Если присутствуют куски фракции более 60 мм, то затормаживается процесс прокалки крупных кусков.

Если количество воды для обработки антрацита менее 2% от его массы, то зона прокалки удлиняется, смещается к холодному концу печи и, как следствие, возрастает угар материала в печи. Если количество воды более 5% от массы антрацита, то возрастают затраты тепла на испарение избыточной влаги, сокращается зона прокалки и, как следствие, ухудшаются теплофизические показатели прокаленного термоантрацита.

Если соотношение тепла от сжигания газообразного топлива к теплу от выгорания антрацита менее 2,7, то возрастает угар материала и соответственно его потери; если указанное соотношение более 3,7, то количества тепла в слое недостаточно для качественной прокалки антрацита.

Если температура термоантрацита после охлаждения водой менее 500^oC, то возрастает остаточная влажность термоантрацита. Если температура более 700^oC, то термоантрацит дополнительно окисляется при охлаждении воздухом.

Если коэффициент избытка воздуха, подаваемого на горение газа, менее 4, то уменьшается количество тепла, выделяемого в слое материала, что приводит к ухудшению теплофизических свойств термоантрацита, а если более 5, то возрастает угар материала и его потери при прокаливании.

Промышленное опробование способа проводили во вращающейся трубчатой печи длиной 73,5 м и диаметром 2,5 м. Горячая головка печи оборудована 10 рекуператорами, диаметром 0,88 м.

Для прокалки использовали антрацит Обуховского месторождения фракции 20 - 60 мм с содержанием летучих 2%, зольностью 4,1 - 4,6%, удельным электросопротивлением 90000 - 100000 Ом·мм²/м и влажностью 3-4%.

прокалку проводили по трем вариантам предлагаемой технологии. На тарельчатый питатель подавали исходный антрацит в количестве 6,5 т/ч. Антрацит на тарельчатом питателе смачивали водой в количестве 2 - 5% от массы антрацита. Увлажненный антрацит с тарельчатого питателя поступал в улитковый питатель, затем через труботечку во вращающуюся печь.

Время нахождения материала в печи составляло 2,3 ч. Часть тепла в печь поступала от сжигания природного газа в инфекционной горелке. Расход природного газа в начале ведения процесса составил 350 - 400 нм³/ч, затем при установившемся тепловом режиме расход природного газа составлял 200 - 250 нм³/ч. Воздух на горение природного газа подавали с избытком при α равном 4 - 5, через отверстия на передней торцевой стенке рекуператоров. Остальная часть тепла для ведения процесса поступала от выгорания антрацита в зоне прокалки. Соотношение между количеством тепла, поступившего от сгорания топлива, и количеством тепла от угара антрацита и сгорания летучих составляло 2,7 - 3,7.

Температура материала в зоне прокалки составляла 1350 - 1400^oC. В зоне охлаждения на участке печи 5 - 7 м термоантрацит охлаждался до температуры 1000 - 1200^oC. Термоантрацит на выходе из печи в рекуператоры охлаждали душирующим потоком воды в количестве 90 - 120 л/т. При температуре 500 - 700^oC термоантрацит поступал в рекуператоры, где охлаждался потоком воздуха, поступающим через отверстия на передней торцевой стенке рекуператоров, за счет разрежения, создаваемого в печи дымососом, и за счет инжекции струи природного газа на выходе из горелки.

Четвертый вариант соответствует способу-прототипу, где прокалку антрацита проводили в 20-метровой вращающейся трубчатой печи диаметром 2,2 м, охлаждение термоантрацита осуществляли во вращающемся барабане длиной 12 м и диаметром 1, 2 м, наружную поверхность которого охлаждали водой.

Показатели получения термоантрацита во вращающихся трубчатых печах по четырем вариантам представлены в таблице.

Из таблицы видно: использование предложенного способа по вариантам 1 - 3 по сравнению с прототипом (вариант 4) показало, что получается термоантрацита в 2,8 - 3,0 раза больше и выход его от заданного антрацита на 20,4 - 23,3% выше.

Теплофизические свойства термоантрацита по вариантам 1 - 3 лучше (УЭС меньше на 600 - 668 Ом·мм²/м, влага практически отсутствует, зольность одинаковая).

Кроме того, по способу-прототипу для охлаждения термоантрацита используется дополнительный вращающийся барабан, в котором происходит угар материала, равный 10%.

Формула изобретения

Способ получения термоантрацита во вращающейся трубчатой печи, включающий подготовку и подачу антрацита во вращающуюся трубчатую печь, работающую на газообразном топливе, прокаливание его в печи и последующее охлаждение термоантрацита, отличающийся тем, что антрацит готовят классом крупности 20 - 60 мм и перед подачей в печь обрабатывают водой в количестве 2 - 5% от массы антрацита, прокаливание антрацита осуществляют при отношении тепла от сжигания газообразного топлива к теплу от сжигания антрацита 1 : (2,7 - 3,7), а последующее охлаждение термоантрацита проводят на выходе из печи душирующим потоком воды до температуры 500 - 700^oC, затем воздухом, подаваемым на горение газообразного топлива с коэффициентом избытка воздуха, равным 4 - 5.

РИСУНКИ

Рисунок 1