Обжигом называются все физико-химические превращения материалов, происходящие при их нагреве без доведения до полного расплавления.
По химизму происходящих процессов различают следующие разновидности обжига: окислительный, сульфатизирующий, кальцинирующий, хлорирующий и восстановительный.
По физическому состоянию получающегося обожженного продукта существуют два типа процесса: обжиг на порошок и обжиг со спеканием.
По характеру промышленного осуществления обжига на порошок известны две его разновидности: обжиг в слое и обжиг во взвешенном состоянии.
В соответствии с перечисленными разновидностями применяются следующие типы обжиговых печей:
- многоподовые механические печи;
- барабанные вращающиеся печи;
- печи для обжига во взвешенном состоянии;
- печи для обжига в кипящем слое;
- агломерационные машины;
- шахтные печи.
В цветной металлургии наибольшее значение имеет окислительный обжиг сульфидных руд, концентратов и полупродуктов, применяющийся в производстве меди, никеля, свинца, цинка, олова, редких и благородных металлов. В производстве легких металлов — алюминия и магния — применяется спекающий и кальцинирующий обжиг.
Основное преимущество печей для обжига в слое — возможность их использования для всесторонней подготовки шихты для плавильных печей—отражательных и электрических. Эта подготовка шихты состоит из собственно обжига шихтовых материалов, тщательного их перемешивания и подогрева всей шихты теплом экзотермических реакций до 400—600°.
Основной недостаток обжиговых печей для обжига в слое — недостаточный контакт материала с газовой фазой — только по открытой поверхности, в то время как главная масса обжигаемого материала скрыта в глубине толстого слоя, куда доступ газов и тепла весьма затруднен. Вследствие торможения газообменных и теплообменных процессов обжиг материалов в перегребаемом слое идет вяло и для его завершения требуется длительное время пребывания материала в печи — от 2 до 10 час.
Стремление уничтожить основной недостаток в работе печей для обжига в слое и значительно интенсифицировать процесс обжига привело к созданию новых промышленных процессов, известных под общим названием обжига во взвешенном состоянии. Суть обжига во взвешенном состоянии заключается в ликвидации плотного слоя материала, который перемешивается с воздухом. Создаются аэросмеси с различным соотношением твердого материала и газовой фазы.
В печах для обжига в кипящем слое обжигаемый материал, предварительно достаточно измельченный и подсушенный до содержания в нем не выше 6% влаги, подается специальными питателями в рабочее пространство печи.
Наряду с отмеченными преимуществами обжига во взвешенном состоянии у этого процесса имеются и серьезные недостатки. К ним следует отнести в первую очередь усиленный унос пыли из печей, достигающий 50% и более, и невозможность использования обжиговых печей для изготовления шихтовых смесей из материалов различной крупности и различного удельного веса. Кроме того, ухудшается взаимодействие материалов в твердой фазе, что иногда может затруднить получение желаемого состава огарка. Наконец, весьма серьезный недостаток печей для обжига в кипящем слое — повышенное настылеобразование при обжиге материалов, склонных к спеканию.
Шахтные печи для обжига материалов в цветной металлургии не применяются.
В зависимости от содержания серы в исходном материале и конечных продуктах обжиговые печи могут работать с различным расходом углеродистого топлива — от 0 до 100% по отношению к массе обжигаемого материала. Потребность в углеродистом топливе уменьшается при увеличении содержания серы в исходных материалах и конечных твердых и газообразных продуктах обжига, а также при понижении температуры отходящих газов. Поэтому, например, для частичного обжига многосернистого материала расход углеродистого топлива приближается к нулю и вся потребность в тепле покрывается в результате экзотермических реакций окисления сульфидов. В ряде случаев имеются даже избытки тепла, которые надо удалять из печей. При полном обжиге малосернистого материала расход углеродистого топлива значителен. Температура отходящих газов обжиговых печей определяется условиями технологического процесса и кондицией обожженного материала, которые требуют, чтобы в конце печи был определенный уровень температуры.
