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

 

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

К_э= t_д/τ_общ,                                                                                                                                                 

где t_д-чистое время работы под дутьем, τ_общ.-общая продолжительность операции.

 Величина К_э 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 К_э =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)

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.

К_дутья = t_дутья/t_общее

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.