СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ АЛЮМИНАТНЫХ ШИХТ Российский патент 1995 года по МПК C01F7/38 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии производства глинозема.

Известен способ моделирования процесса спекания алюминатных шихт, включающий спекание стандартной шихты в промышленных условиях с получением спеков, измерение величины распределения спеков по пористости, определение значений минимальной и максимальной пористости спека, спекание стандартной и исследуемой шихт в лабораторных условиях при нагревании до различной температуры с измерением пористости полученных спеков.

Недостатком принятого метода является то, что спек, получаемый в лабораторных условиях, существенно отличается по качеству (степень извлечения ценных компонентов и пористость) от промышленного спека. В частности, извлечение из спека при стандартном выщелачивании обычно составляет 89-91% Al₂O₃, 88-90% R₂O_об, а в производственных условиях 83-87% Al₂O₃, 84-88% R₂O_об.

Таким образом, используемый способ оценки спекаемости шихт в лабораторных условиях не моделирует промышленные условия осуществления процесса и не может быть использован применительно к новым видам нефелинового сырья. Отсутствие метода моделирования процесса спекания в лабораторных условиях требует обязательного проведения испытаний новых видов сырья в опытно-промышленных условиях для получения достаточно надежных результатов, что сопряжено со значительными затратами на сооружение опытных установок и проведение испытаний.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение трудоемкости процесса исследований.

Сущность разработанного способа заключается в том, что по промышленным и лабораторным данным для шихты стандартного состава определяют распределение спека по пористости и интервал спекообразования. Для шихты исследуемого состава по зависимости пористости спеков от температуры спекания определяют максимальную и минимальную температуры спекания, максимальную пористость спека. Определяют распределение спека по степени оплавления, которое может быть получено в промышленных условиях реализации процесса. Определяют средние значения пористости и температуры спекания шихты. Таким образом обеспечивается моделирование процесса спекания нефелиновых шихт в лабораторных условиях с получением спеков по пористости и другим физико-химическим свойствам, соответствующим промышленным.

Разработанный способ включает следующие операции. В промышленных условиях для шихты стандартного состава измеряют распределение спека по пористости (влагоемкости), используя данные большого количества измерений. Строится графическая зависимость N = f(W_сп), где N - количество спеков (доли ед. ), имеющих значение влагоемкости больше W_сп(доли ед.), и определяется максимальная влагоемкость спека.

В лабораторных условиях для шихты стандартного состава исследуют зависимость влагоемкости спека W_сп от температуры спекания t_сп (^оС). По упомянутой зависимости определяют максимальную температуру спекания стандартной шихты t_сп^max при W_сп^min = 0 и минимальную температуру спекания шихты t_сп^min при W_сп^max, а также интервал спекообразования Δt_сп = =t_сп^max - t_сп^min, среднюю температуру спекания - t_сп^ст и влагоемкость спека - W_сп^ст. Интервал спекообразования Δt_сп является постоянным и характеризует погрешность управления тепловым режимом процесса во вращающихся печах (зависит от типа печей и процесса управления). Полученную информацию используют для определения параметров промышленного процесса для шихты любого состава по данным лабораторных исследований, что составляет способ моделирования технологического процесса.

Для шихты исследуемого состава в лабораторных условиях изучают зависимость W_сп от t_сп, определяют t_сп^max при W_сп^min = 0, вычисляют t_сп^min= t_сп^max - Δ t_сп по зависимости W_сп= f (t_сп) при t_сп определяют W_сп^max - -максимальное значение влагоемкости спека. По полученным данным вычисляют распределение спека по влагоемкости в виде зависимости N = f(W_сп) применительно к промышленным условиям спекания шихты, вычисляют средние значения температуры спекания и влагоемкости спека для шихты исследуемого состава.

Оценка средней пористости спека и температуры спекания в промышленных условиях для шихт различного состава по данным лабораторных исследований является новым способом моделирования технологии спекания шихт, имитирующим процесс в промышленных аппаратах, не известным ранее в заявленных способах и патентах, включает использование нового технического приема и достижением значительного технологического эффекта (повышение надежности результатов и снижение трудоемкости работ), поэтому соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 даны графики, поясняющие сущность предлагаемого способа.

П р и м е р. Для стандартной нефелиновой шихты АГК, содержащей,%: 26,6 Al₂O₃, 11 Na₂O, 2,7 K₂O, 40 SiO₂, 7,9 CaO, - по промышленным данным приведена гистограмма N = f(W_сп) для печей 5 х 185 м (фиг. 1 кривая 1). В результате лабораторных исследований на стандартной шихте получена зависимость W_сп от t_сп (фиг. 2, кривая 1), по которой определено W_сп1^min= 0,t_сп1^max = = 1320^оС, W_сп1^max = 0,26, t_сп1^min = 1243^оС, Δt_сп = t_сп1^max - t_сп1^min = 77^оС, = 0,165, = 1266^оС.

Для шихты исследуемого состава, содержащего нефелиновую руду Ирана, 20 Al₂O₃, 3,6 Na₂O, 10 K₂O, 54,3 SiO₂, 2,2 CaO, по лабораторным данным получена зависимость W_сп от t_сп (фиг. 2 кривая 2), определено t_сп^max при W_сп = 0 (t_сп2^max = 1372^оС). Вычислено t_сп2^min = t_сп2^max - Δt_сп = 1372-77 = 1295^оС.

По графику 2, кривая 2 при t_сп2^min определено W_сп^max = 0,16. Выполнено построение гистограммы распределения спека по пористости для промышленных условий: N = f(W_сп) (фиг. 1, кривая 2), При этом принято сохранение общего вида гистограммы, а определение зависимости производится следующим образом. Например, для стандартной шихты (фиг. 1, кривая 1) при N = 0,5 имеет W_сп1 = 0,17 (фиг, 2, кривая 1). При этом t_сп2= 1265^оС, Δt_сп = t_сп2 - t_сп1^min = 1265-1243 = 22^оС. Для исследуемой шихты при N = 0,5 получаем t_сп2 = t_сп2^min + Δt = 1295 + 22 = 1317^оС, используя график 2 (кривая 2), получаем значение W_сп2 = 0,08. Аналогичным образом производится построение всей гистограммы N = f (W_сп) (фиг. 1, кривая 2). По гистограмме вычисляются средние значения температуры спекания и влагоемкости спека для исследуемой шихты ишсп

Полученные средние значения температуры спекания исследуемой шихты и пористости спека характеризуют основные физико-химические параметры процесса переработки шихты в промышленных условиях.

Разработанный способ обеспечивает повышение надежности результатов и уменьшение трудоемкости работ при моделировании процесса спекания нефелиновых шихт в лабораторных условиях.

Изобретение может быть использовано при выполнении технологических исследований по переработке нефелинового и другого алюминатного сырья способом спекания.

При использовании разработанного способа моделирования процесса спекания нефелиновых шихт отпадает необходимость проведения опытно-заводских или промышленных испытаний применительно к новым месторождениям нефелинового сырья.

Использование: в цветной металлургии, в частности производстве глинозема. Сущность: осуществляют спекание стандартной шихты в промышленных условиях с получением спеков, измеряют величину распределения спеков по пористости, определяют значение минимальной и максимальной пористости спека, спекают стандартные и исследуемые шихты в лабораторных условиях при нагревании до различной температуры с изменением пористости полученных спеков. Определяют в лабораторных условиях для стандартной шихты максимальную и минимальную температуры спекания, соответствующие значениям минимальной и максимальной пористости промышленного спека. Вычисляют интервал спекообразования по разности между максимальной и минимальной температурам и спекания. Спекание исследуемой шихты в лабораторных условиях ведут в интервале температур между максимальной, соответствующей минимальной пористости спека, и минимальной, равной разности температур максимальной и интервала спекообразования. 2 ил.

СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ АЛЮМИНАТНЫХ ШИХТ, включающий спекание стандартной шихты в промышленных условиях с получением спеков, измерение величины распределения спеков по пористости, определение значений минимальной и максимальной пористости спека, спекание стандартной и исследуемой шихт в лабораторных условиях при нагревании до различной температуры с измерением пористости полученных спеков, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения трудоемкости процесса исследований, определяют в лабораторных условиях для стандартной шихты максимальную и минимальную температуры спекания, соответствующие значениям минимальной и максимальной пористости промышленного спека, вычисляют интервал спекообразования по разности максимальной и минимальной температур спекания, спекание исследуемой шихты в лабораторных условиях ведут в интервале температур между максимальной, соответствующей минимальной пористости спека, и минимальной, равной разности температур максимальной и интервала спекообразования.