УСТРОЙСТВО ОБЖИГА СУЛЬФИДНЫХ РУД
DEVICE FOR CALCINING SULFIDE ORES

Изобретение относится к устройствам для обжига сульфидной руды.
Известны конструкции вращающихся печей косвенного нагрева для обжига сульфидных руд со встречным движением теплоносителя и обрабатываемого материала [1-5]. Их достоинством является возможность создания внутри печи заданного распределения температур по длине печи, обеспечивающего необходимый технологический режим обжига. Обжиг осуществляется по ходу движения руды, в начальной зоне проводится сушка при температуре теплоносителя (продуктов горения) от 150°С до 300°С, в следующей зоне проводится нагрев материала до температуры 600-650°С при температуре теплоносителя до 700°С, в последней зоне проводится изотермическая выдержка при температуре теплоносителя 600-650°С. Недостатком указанных вращающихся печей с использованием косвенного нагрева каждой зоны требует создания громоздкой конструкции, а также вызывает высокий расход теплоносителя и обеспечивает недостаточную производительность, что делает их пригодными только для термической обработки концентратов, получаемых из этих руд.
Наиболее близким аналогом - прототипом является вращающаяся печь для окислительного обжига сульфидных руд [6].  Печь содержит футерованный корпус, камеру выгрузки обожженной руды, на торце которой установлен воздухонагреватель, к патрубку которого подводится горячий воздух от рекуператора, установленного на корпусе холодильника, с использованием высокотемпературного вентилятора, на торцевой поверхности воздухонагревателя установлен патрубок подвода газа, по центру воздухонагревателя в рабочее пространство футерованного корпуса печи введена горелка, к патрубку которой подается горячий воздух от рекуператора, установленного на корпусе холодильника, с использованием высокотемпературного вентилятора, на торце горелки установлен патрубок подачи газа. Использование воздухонагревателя и введенной в рабочее пространство печи горелки обеспечивает необходимые условия для выполнения окислительного обжига сульфидных руд.
Недостатком прототипа является то, что весь технологический процесс подчинен задаче удержания в течение 30 – 40 минут заданной температуры в зоне изотермической выдержки, в то время как движение руды в остальном пространстве печи остается практически неуправляемым. Невозможность управления скоростью движения руды и организации эффективного теплообмена в зонах просушки и нагрева руды без ущерба для результатов изотермической выдержки приводит к увеличению длины печи и повышенному расходу энергоносителя.
Заявленное изобретение направлено на получение руды, равномерно обожженной во всем объеме, и более совершенного управления температурным режимом во всех трех зонах путем изменения скорости движения руды в различных зонах с помощью перекидных лопаток устанавливаемых в каждой зоне под своим углом наклона к оси печи, что позволяет оптимизировать процесс по загрузке печи и расходу энергоносителя, в частности повысить производительность печи без сокращения времени выдержки обрабатываемой руды в зоне физико-химических превращений в узком температурном интервале вблизи заданной температуры.
Для достижения указанного технического результата предложено устройство (фиг.1.), представляющее собой барабанную вращающуюся печь для окислительного обжига сульфидной руды, содержащая футерованный корпус (1), камеру выгрузки обожженной руды (2), на торце которой установлен воздухонагреватель (3), к патрубку (4) которого подводится горячий воздух от рекуператора (5), установленного на корпусе холодильника (6), с использованием высокотемпературного вентилятора (7), на торцевой поверхности воздухонагревателя установлен патрубок подвода газа (8), по центру воздухонагревателя в рабочее пространство футерованного корпуса печи (1) введена горелка (9), к патрубку (10) которой подается горячий воздух от рекуператора (11), установленного на корпусе холодильника (6), с использованием высокотемпературного вентилятора (12), на торце горелки установлен патрубок подачи газа (13). Для регулирования времени пребывания руды в каждой зоне по длине печи установлены перекидные лопатки (14) под заранее определенными углами наклона по отношению к оси печи. Внутри, печь оборудована перекидными лопатками (14), прикрепленными к корпусу печи так, что плоскость лопатки наклонена по отношению к оси печи под заданным углом. Высота лопатки должна обеспечивать достаточно полный захват руды, обеспечивая ее интенсивное перемешивание и продвижение вперед, не вызывая пересыпания руды по воздуху во избежание усиления пылевого выноса. Обычно достаточно, чтобы в нижней точке печи лопатка была полностью погружена в руду.
В зоне действия теплогенератора на внутренней стенке печи перпендикулярно к поверхности печи установлены перекидные лопатки так, что во время вращения печи при движении лопатки вверх, когда радиус, соединяющий центр лопатки и ось печи занимает горизонтальное положение, то конец лопатки, направленный к загрузочному концу печи, оказывается ниже, чем противоположный конец лопатки, направленный к разгрузочному концу печи, при этом угол наклона лопатки по отношению к оси печи составляет 3 – 10 градусов и подбирается исходя из технологического требования удержания обжигаемого материала в зоне выдержки в течение заданного времени.
Заявленная цель соблюдения технологических требований к температурному режиму обжига, выражающихся в определенном времени выдержки обжигаемого материала в каждой из зон печи при заданной температуре достигается изменением скорости движения руды в печи по зонам и, как следствие, изменением времени нахождения материала в зоне, с помощью перекидных лопаток (14), устанавливаемых в каждой зоне под заранее определенным углом к оси печи, фиг.2. Регулирование скорости движения руды в печи и, соответственно, времени пребывания руды в каждой зоне поясняется фиг.2 (1 – футерованный корпус печи; 14 – перекидные лопатки; α и β – углы наклона лопаток по отношению к оси печи в зонах I и III соответственно).
Пример конкретного осуществления изобретения приведен ниже:
Руда из загрузочного узла поступает на вход печи в зону I. Протяженность зоны I составляет примерно 25-30% от общей длины печи и контролируется термопарами. Время нахождения руды в зоне I определяется влажностью руды. Обычно первичные сульфидные руды имеют выраженный щебнистый характер и влажность их не превышает 3 – 5%. Таким образом, просушка руды происходит достаточно быстро. Это позволяет увеличить скорость движения руды в зоне I увеличением угла α наклона лопаток по отношению к оси печи, что позволяет также избежать скопления руды на входе в печь. Угол α при этом может изменяться от 5 до 25 градусов. Температура руды в зоне I по мере продвижения в зону II поднимается примерно до 200°С.
В зоне II происходит разогрев руды до заданной температуры. Этот процесс поглощает основное количество тепловой энергии. Снижение энергозатрат достигается при длительном нахождении руды в этой зоне, т.е. скорость движения руды должна быть заметно снижена. Перекидные лопатки в этой зоне устанавливаются с углом наклона близким к 0. Разогрев руды в этой зоне происходит до 600°С.
Зону III технологически невозможно сделать длиннее 10 – 12 м, но именно в этой зоне необходимо удержать руду до полного окисления сульфидов. Для увеличения времени удержания руды при постоянной температуре в зоне выдержки перекидные лопатки устанавливаются так, чтобы замедлить движение руды в этой зоне к разгрузочному концу печи.  Это достигается установкой лопаток с обратным уклоном по отношению к наклону оси печи к горизонту. Лопатки устанавливаются так, чтобы при движении лопатки вверх, когда радиус, соединяющий центр лопатки с осью печи, принимает горизонтальное положение, край лопатки, направленный к загрузочному концу печи, был расположен ниже, чем противоположный край лопатки. Угол наклона β лопатки по отношению к оси печи может составлять от 3 до 10 градусов в зависимости от величины интервала времени удержания руды в зоне выдержки.
Таким образом, устанавливая угол наклона перекидных лопаток по отношению к оси печи, варьируя загрузку руды, мощности тепловых потоков от воздухонагревателя на разгрузочном конце печи и горелки внутри печи, а также изменяя скорость вращения печи и контролируя распределение температур с помощью термопар, расположенных по всей длине печи, мы достигаем полной управляемости температурным полем внутри печи, временем пребывания руды при заданной температуре и добиваемся максимальной загрузки печи без ущерба для результатов окислительного обжига.
Источники информации
1. Boateng А.А. Rotary Kilns. Transport Phenomena and Transport Processes. 2008, Elsevier Inc., Butterworth - Heinemann, USA. ISBN: 978-0-7506-7877-3.
2. Gorog J.P. Heat Transfer in Direct-fired Rotary Kilns. 1982. The University of British Columbia, Vancouver, Canada.
3. Metallurgical Furnaces. 2005. Wiley-VCH Verlag GmBH&Co. KGaA. Weinheim. 10.1002/14356007.b04_339.
4. The Rotary Kiln Handbook. FEECO International, USA. https://feeco.com/contact
5. Barr P.V. Heat transfer Processes in Rotary Kilns. 1986. The University of British Columbia, Vancouver, Canada.
6. Грознов И.Н., Курносов В.В., Гришин А.А. Вращающаяся печь для окислительного обжига сульфидной руды. Патент на изобретение № RU 2745519.