Современная практика конвертирования и направление совершенствования процесса
Лекция 16 Современная практика конвертирования и направление совершенствования процесса.
Вопрос 1. Характеристика конвертеров и технологии
На современное состояние и развитие технического прогресса в области конвертирования медных штейнов значительное влияние оказывают проблемы, связанные с охраной окружающей среды, дефицитом рудного сырья и энергетических ресурсов. Поэтому актуальны вопросы получения богатого по содержанию SO2 газа, пригодного для экономически выгодного производства серной кислоты, переработки в конвертерах других медьсодержащих материалов (медных концентратов, медьсодержащих отходов, скрапа и т.д.) и утилизации тепла.
В цветной металлургии доминирующее положение по-прежнему занимают горизонтальные конвертеры, конструкция которых за многие годы практически не изменилась. Периодичность процесса создает значительные трудности в использовании сернистых газов, предотвращении их выбросов в окружающую среду и снижает многие технико-экономические показатели работы конвертерного передела.
Технические характеристики используемых на некоторых уральских заводах и в мировой практике горизонтальных конвертеров показаны в табл. 1
Таблица 1
ЗАО | ОАО | ПМК ОАО | |
Рекомендуемые материалыFREE Маран Программная инженерия Техническое задание -9% Курсовой проект по деталям машин под ключ -25% Высшая математика колекция Характеристика | "Карабашмедь" | "СУМЗ" | "Уралэлектромедь' |
Размеры, м: | |||
диаметр наружный | 3.66 | 4.00; 3.95 | 3.05 - |
длина | 6.1 | 9.15; 9.20 | 7.87 |
Фурмы | |||
количество, шт. | 32 | 46; 52 | 36 |
диаметр (внутр.), мм | 40 | 52 | 44 |
Расход воздуха, тыс. м3/ч | 35 | 48; 54 | 30 |
Давление воздуха, МПа | 0.08-0.12 | 0.09-0.12 | 0.09-0.12 |
Площадь горловины, м2 | 4.25 | 5.22 | 3.44 |
Масса (с футеровкой), т | 189.2 | 167.2 | 167.2 |
Емкость по меди, т | 40 | 75; 80 | 40 |
Технико-экономические показатели процесса приведены ниже.
Время работы конвертера под дутьем, %………………… 65-70
Расход воздуха на 1т штейна, м3…………………………… 1250-1750
Выход конвертерного шлака от массы штейна, %……….. 30-80
Извлечение меди, %:
в черновую медь…………………………………… 87-92
в конвертерный шлак……………………………… 3-6
в обороты…………………………………………… 4-6
потери……………………………………………… 0.5-0.8
Расход огнеупорных материалов на 1 т черновой меди, кг … 10-20
Концентрация SO2 %, об. ( в объеме конвертера)…………… 12-14
Кампания (фурменный пояс), сут……………………………… 45-90
С точки зрения полного использования конвертерных газов, кроме концентрации SO2 в отходящих газах, существенное значение приобретает коэффициент нахождения конвертера под дутьем
Кэ= tд/τобщ,
где tд-чистое время работы под дутьем, τобщ.-общая продолжительность операции.
Величина Кэ зависит от организации производства, содержания меди в штейне и своевременности его выдачи, ковшевого хозяйства и т.д. В связи общим дефицитом сырья и снижением ритма обеспечения конвертеров штейном, за последние годы снизился до уровня Кэ =50-60 %.
Состав черновой меди, получаемой на уральских предприятиях (табл. 5.25), в основном соответствует маркам МЧ 1-2 (табл.2) и определяется качеством перерабатываемого сырья. Наличие в шихте конвертирования значительного количества разнообразных ломов, отходов производства, оборотных материалов, заметно снижает марочность металла.
Оборотным продуктом является конвертерный шлак (КШ), имеющий химический состав, %, мас: Сu 1.5-3; Zn 1.0-6.0; Fe 50-55; Fe3O415-30; SiO220-24, CaO 0.5-1.5: Al2O3 2-4, S 0.5-2.0;
Характеристика марок черновой меди (ТУ 48-7-21-89)
Марки | Концентрация, %. мас | |||||
Сумма: Cu,Ag,Au, не менее | Sb | Bi | Ni | As | Pb | |
МЧ0 МЧ1 МЧ2 МЧ3 МЧ4 МЧ5 МЧ6 | 99.5 99.4 99.2 98.8 98.3 97.5 96.0 | 0.03 0.05 0.08 0.15 0.20 0.30 0.35 | 0.002 0.005 0.010 0.020 0.03 0.040 0.050 | 0.10 0.20 0.30 0.75 0.85 1.50 не ограни- чивается | 0.03 0.05 0.08 0.15 0.20 0.30 0.35 | 0.10 0.10 0.20 0.20 0.40 0.40 не нормируется |
В результате проведенных мероприятий по увеличению размеров конвертеров (Саганосеки) повышена производительность по черновой меди за операцию с 130 до 180 т. и увеличился срок службы торцевой футеровки. Последнее объясняется некоторым удалением ее от области непосредственного воздействия конвективных потоков расплава, создаваемых дутьем крайних фурм.
Количество вводимого в расплав дутья (кислорода) зависит от числа фурм, их диаметра и, соответственно, от площади сечения всех фурм. Обычно при нормальной работе конвертера количество дутья, подаваемого через 1 см2 сечения фурм, составляет 0,9-1,2 м3/мин.
Для конвертеров размером 4*9 м удельный расход дутья изменяется от 35000-36000 м3/ч (ЗАО Карабашмедь, ПМК Уралэлектромедь) до 45000 (Норддойче Аффинери) и 46000-52000 м3/ч (ОАО СУМЗ) при давление дутья 0.08-0.12 МПа.
Прочистку фурм осуществляют вручную и механическим способом с помощью пневмофурмовщиков. При этом за рубежом используют в основном два вида устройств: индивидуальные типа Кеннекотт, установленных на каждой фурме, и групповые типа Гаспе (по 4-6 шт.), передвигаемые на тележке вдоль конвертера [25, 95].
Кампания конвертеров на большинстве заводов изменяется от 3 до 4 месяцев и определяется сроком службы футеровки.
Разрушение футеровки происходит вследствие химической коррозии за счет взаимодействия составляющих огнеупорных материалов с высокожелезистыми шлаковыми расплавами, а также физических процессов (пропитки). Шлаки с высокой текучестью проникают в поры и трещины футеровки. При частых теплосменах во время межоперационных остановок, пусков конвертера, периодичной его работы, вследствие разницы в температуропроводностях шлака и огнеупора, происходит его растрескивание.
Появление новых трещин способствует распространению химической и физической коррозии внутрь огнеупорного кирпича. Гидродинамическое воздействие дутья в зоне фурменного пояса интенсифицирует протекание обоих процессов.
На отечественных и зарубежных заводах для футеровки корпуса и фурменного пояса ранее широко использовали хромомагнезитовые огнеупоры. В настоящее время большинство предприятий переходит на магнезитохромитовую футеровку. Причиной этого является чрезмерное насыщение конвертерных шлаков оксидами хрома при использовании высокохромистых огнеупоров.
Ведется поиск новых материалов, в частности, рекомендовано использовать безхромистые огнеупорные изделия (84.6-93.4 MgO), которые характеризуются меньшей зоной пропитки [101].
Использование хромитопериклазовых огнеупоров по сравнению периклазохромитовыми позволяет увеличить их стойкость на 30-35 % [102].
Для поддержания огнеупорной кладки в рабочем состоянии необходим постоянный контроль за ее состоянием и своевременный «горячий» ремонт футеровки.
Японскими исследователями с помощью кислородных датчиков погруженных в расплавы черновой меди, белого матта и шлака (после завершения процесса конвертирования), измерена активность кислорода. Установлено, что шлак не достигает равновесия с белым маттом, а черновая медь на конечной стадии продувки переокислена до Cu2O [103]. В этой связи практический интерес может представлять разработанный технологическим институтом г. Лунд (Швеция) и фирмой «Семтек металлурджи АБ» (Швеция) способ точного определения готовности черновой меди (74 -78 % Сu ) на стадии образования шлака [104]. К сожалению, на отечественных заводах контроль за готовностью черновой меди осуществляется визуально.
Технология конвертирования в горизонтальных агрегатах практически не изменилась и ее совершенствование в основном развивалось по пути обогащения дутья кислородом.
На уральских предприятиях кислород при переработке штейна в горизонтальных конвертерах не используется. В мировой практике применение дутья, обогащенного кислородом (до 28-30% О2) носит ограниченный характер: Геншер (Швеция), Коппер-Клифф (Канада), Моренси (США) и Гатсила (Индия) [25]. Общей причиной является быстрый износ футеровки в области фурм и как следствие низкая кампания конвертеров.
Повысилось качество флюсов. На большинстве заводов применяют кварцит (от 70 до 98% SiO2), что позволяет получать оптимальные конвертерные шлаки (25-27% SiO2), содержащие минимальное количество оксидов алюминия и кальция. Оптимизации состава конвертерных шлаков способствовал также переход большей части заводов на магнезитохромитовую футеровку.
Конвертора имеют простои, поэтому актуален процесс работы 4 конверторов по определенному графику. Для того чтобы иметь постоянную концентрацию SО2.
Эта задача решается автоматизацией управления конвертером. В определенной степени связан с этим и коэффициент нахождения конвертера под дутьем.
Кдутья = tдутья/tобщее
Коэффициент нахождения конверторов по дутьём от 65-70%, это связано с обеспеченностью сырьем. Все проблемы обусловлены периодичностью процесса конвертирования. Для получения богатых серосодержащих газов с постоянной концентрацией SО2, эффективной утилизации тепла отх.газов, целесообразно применение непрерывного конвертирования.
Оборотным продуктом является конвертерный шлак.
Состав по массе:
· Cu = 1,5 – 3
· Zn = 1 – 6
· Fe = 50 – 55
· Fe3O4 = 15-30
· SiO2 = 20-24
· CaO = 0,5 – 1,5
· Al2O3 = 2 – 4
· S = 0,5 – 2
50% шлака идет на флотацию, это разумно в условиях дефицита сырья и простаивания. Печная обработка, шахтная плавка, электропечное обеднение.
Вопрос 2. Прогресс в области конвертирования:
Есть тенденция к увеличению размера конверторов СА-го-на-се-ки норд-дольчи-афинели. Производительность черновой меди за 1 операцию поднята со 130-180 тонн и увеличен срок службы торцевой футеровки. Это из-за удаления ее от области действия конвективных потоков дутья.
Фурмы фурмуют с помощью пнемнофурмовщиков, это позволяет чаще фурмовать и увеличить пропускную способность воздуха через фурмы.
Применение в зоне фурменного пояса плотной футеровки переклаза-шпинелевидных огнеупоров футеровки применение фурм с защитной газовой оболочкой. Актуально чередование кессона и футеровки.
Использование фурм с защитной газовой оболочкой. Этот способ разработан в России. Он может быть рекомендован на медных конвертерах (тестировался на никелевых). Конструкция фурм – труба в трубе. По внутренней трубе подается воздух, по внешней – инертный газ (как правило, азот). Это приводит к тому, что при выходе струи, область, которая непосредственно граничит с кладкой, имеет несколько меньшую температуру, тем самым создавая условия для нарастания шлакового гарниссажа.
В объеме конвертера происходит перемешивание инертного газа с дутьем.
По данным японских инженеров использование хромито-переклазовых огнеупоров позволяет по сравнению с переклазо-хромитовыми повысить стойкость фурменного пояса на 30-35%. Рекомендовано использовать безхромистые материалы, состоящие из 84-95 плавленого MgO, он характеризуется высокой плотностью и меньшей степенью пропитки. Механизм разрушения огнеупорного материала начинается со стадии пропитки, которая зависти от степени пористости огнеупора. Пусть медь попала в поры и, расширяясь и остывая в них, приводит к разрушению огнеупора. Можно применить менее пористые материалы или меньшее количество теплосмен – бесконечное конвертирование.
Лекция "Направленность личности, мотивация и мотивы" также может быть Вам полезна.
Механизм разрушения огнеупорного материала начинается со стадии пропитки, которая зависит от степени пористости огнеупоров.
За бугром применяют датчики количества кислорода, а у нас по ложечной пробе. Благодаря динамичному контролю лучше ведут процесс.
Практически все зарубежные и отечественные предприятия осуществляют постоянный контроль за состоянием футеровки и ее своевременный «горячий» ремонт.
Вопрос 3. Повышение качества флюса.
Для повышения качества флюса надо применять кварцит 98% SiO2, минимальное количество других оксидов. На отечественных предприятиях кислород не используется. Кислород работает на реншенре швеция, моренси США, коперфилт Канада. Там не технологический кислород, до 30% О2. Применение в фурменной зоне более плотного огнеупора и более частая намотка защитного шлакового гарнисажа. Для этого в него заправляют бедный штейн, в нем много FeS, его продувают без загрузки флюса, это приводит к FeS + O2 à Fe3O4 + FeS àFeO + SO2.
Поэтому при охлаждении конвертора и прекращении дутья образуется гетерогенный магнетит, Который ложится на поверхности огнеупоров. При этом бочку конвертера поворачивают для равномерного осаждения магнетита на огнеупоры.