Непрерывные процессы
Лекция 21. Непрерывные процессы
Вопрос 1. Печь Мицубиси. Периодический процесс огневого рафинирования меди характеризуется сравнительно низкой производительностью и высоким расходом топливно-энергетических ресурсов. Использование в цветной металлургии непрерывных автогенных процессов плавки сульфидного сырья, включая конвертирование штейна во взвешенном состоянии, послужили основанием для разработки аналогичных высокопроизводительных технологий рафинирования меди.
Презентация
Создание принципиально новых способов огневого рафинирования меди развивается по двум направлениям. Это совмещение всех операций в одном агрегате или их осуществление в отдельных печах. Вариантами совмещенного метода непрерывного рафинирования вошедшие в практику работы некоторых зарубежных заводов являются процессы «Мицубиси» (Япония), «Гумбольд» (Германия») и «Контимелт» (совместная разработка фирм Германии и Бельгии).
Процесс «Мицубиси». Особенностью данного способа является то, что агрегат рафинирования установлен в конце непрерывной технологической линии аппаратов автогенной плавки сульфидного сырья на черновую медь. Печь разделена перегородкой 1 на зоны окисления 2 и восстановления 3 (рис. 4.3.). Расплав меди по перетоку 4 непрерывно поступает из печи конвертирования в зону окисления рафинировочной камеры, где его с помощью фурм 5 продувают воздухом, обогащенным кислородом, или технологическим кислородом в смеси с топливом для обогрева. Отходящие газы поступают в газоход 6 , а шлаки удаляют через окно 7. Окисленная медь перетекает под перегородкой 8 в зону восстановления, где ее продувают с помощью боковых фурм 9 топливно-воздушной смесью с целью.
Презентация
восстановления и дразнения. Сжигание топлива позволяет j одновременно поддерживать в печи необходимую температуру и восстановительную атмосферу. Расплав меди после окисления через переток 10 поступает в разделительную камеру 11, снабженную перегородкой 12, где из окна 13 удаляют остатки шлака. Рафинированную медь через окно 14 выпускают в приемный ковш разливочной машины.
Рекомендуемые материалы
Новый комплекс «Мицубиси» производительностью 240 тыс. т меди в год работает на заводе «Наосима» (Япония) с 1991 г.
Процесс «Гумбольд». Все технологические операции данного процесса осуществляются в печи типа отражательной (рис. 4.4), разделенной перегородками на три зоны: плавильную 1, окислительную 2, восстановительную 3.
Агрегат оборудован котлом-утилизатором, системой пылеулавливания, имеется кислородная станция. В печи установлено 6 фурм для окисления и 22 - с целью восстановления меди. Длина полупромышленного агрегата 6 м, ширина 3 м, высота над поверхностью ванны составляет 1 м, глубина 0.25 м.
Расплав перетекает навстречу газовой фазе, проходя последовательно все три зоны. Использование способа верхней продувки расплава газами существенно интенсифицирует процессы тепломассопередачи на разных стадиях рафинирования. Этому в значительной степени способствует применение вертикальных фурм с соплами Лаваля, позволяющими подавать газ на поверхность ванны с давлением 16-105 Па.
В зоне 1 плавят черновую медь (80% массы шихты), и анодный скрап (20%), твердые слитки металла загружают через отверстие в боковой стене печи, а расплав заливают через отверстие в торцевой ее части. Далее жидкая медь переливается через порог и поступает в зону окисления 2, где ее продувают кислородом со сверхзвуковой скоростью. Окисленный расплав (1.5% О2) через отверстие в перегородке перетекает в зону восстановления, где его обрабатывают пропаном или природным газом с помощью вертикальных фурм. Восстановленную медь удаляют из зоны носстановления под перегородкой в торце печи, а шлак - из зоны окисления через окно в боковой стене.
Процесс сгорания топлива организован таким образом, чтобы углеводороды восстановительной зоны (α=0.5-0.95) догорали на всех остальных участках печи, куда дополнительно вводится избыточное количество воздуха или кислорода. Агрегат «Humbold» может работать в непрерывном и периодическом режимах.
Скорость рафинирования в непрерывном режиме практически на порядок выше, чем в периодическом, и на два порядка по сравнению с обычной отражательной печью. Показано, что за 1000с пребывания расплава в зоне окисления степень удаления примесей составляет, %: 90- 100 (Sn, Fe, Zn, S); 65 Pb и при использовании содового шлака 80 As и Sb. Повышение температуры расплава до 1873 К за счет применения кислорода обеспечивает отгонку до 80% РЬ, 90% Bi, остаточное их содержание в анодах соответственно составляет 0.07 и 0.05%. Анодные шлаки содержат 15-20% Си, 8-10% Sn, 4-5% Pb, их выход несколько выше, чем при обычной технологии (5-7%) из-за более высокой окисленности меди.
Постоянное обновление наружной поверхности жидкого пограничного слоя реакционной зоны за счет динамического напора струи газов приводит к высоким скоростям массопередачи и увеличивает интенсивность окисления и удаления примесей.
Экономические расчеты и сопоставимый анализ их результатов с рафинированием в отражательных и наклоняющихся печах показал, что себестоимость анодной меди,
Презентация.
получаемой способом «Humbold», соответственно на 23.8 и 12.3% отн. ниже, чем в указанных вариантах. Следует отметить более высокие затраты на топливо, возросшие более чем на 50% [48]. Это может объясняться повышенным расходом восстановителя и неэффективными условиями плавления твердой меди в зоне 1 печи, где отсутствует организация направленного тепломассообмена. Общим недостатком технологии является переокисление меди и высокий выход шлака.
Вопрос 3. Процесс «Контимелт». Для плавки и непрерывного рафинирования черновой меди и переработки вторичного сырья разработан процесс «Contimelt» с использованием комплекса шахтной и отражательной печей (рис. 4.5).
Шихту загружают скиповым подъемником в шахту печи, высотой 10.5, диаметром верхней части 2 и нижней 2.4 м. Такое расширение предусмотрено для предотвращения забивания шахты загрузочными материалами. Верхняя часть шахты футерована силикатокарбидовым, а нижняя - глиноземистым кирпичом. Нижняя часть шахты кессонирована. Стены и под выполнены соответственно из хромомаг- незитового и магнезитового огнеупоров. Печь отапливается 16 горелками, из которых 10 установлены в стене, а 3 .*- и своде отражательной печи. Горелки копильника установлены под углом к ванне, что обеспечивает эффективные условия теплообмена между металлом и факелом.
Дымовые газы с температурой 873 К поступают в котел- утилизатор, рукавный фильтр и дымовую трубу. Транспортировка газов осуществляется двумя вентиляторами общей мощностью 90 тыс. м3/ч. Количество уловленной пыли составляет 4 кг/т меди, остаточная концентрация пыли в газе - 50 мг/м3.
При переработке черновой меди состава, %, мае: Сu- 97.5; Рb—0.15; Bi-0.058; As-0.093; Sb-0.078; Sn-0.158; Ni- 0.253; Ag-0.074 с α=1.0 получено следующее распределение компонентов, % по продуктам рафинирования.
Увеличение коэффициента избытка воздуха до α=1.3 повышает извлечение в шлак Pb, Sn, Ni, Sb до 59.3, 85.6, 42.9 и 71.6% соответственно. Получен анодный шлак состава: Cu-40.1, Pb-3.2, Bi-0.03; As-0.2, Sb-0.3, Ni-0.4.
Восстановление меди производят в барабанной печи природным газом с помощью 2 боковых фурм. Производительность печи составляет 20-60 т/ч, удельный расход газа - 10-13 м3/т. Содержание кислорода уменьшается с 0.4-0.8 до 0.07-0.2%.
В лекции "2 Проблема охраны почв" также много полезной информации.
Технические характеристики анодной печи приведены ниже.
Технические характеристики анодной печи
Процесс «Контимелт» используется в сочетании с Непрерывным способом литья анодов и позволяет увеличить производительность по сравнению с обычными стационарными печами на 30% и в 1.8-2.6 раза повысить тепловой КПД агрегата.
Наряду с рассмотренными процессами, в укрупненно- лабораторном и п/промышленном масштабе испытаны близкие к режимам непрерывной технологии процессы вакуумной дистилляции , струйного рафинирования.
Применение аналогичных процессов на отечественных предприятиях в условиях дефицита и непостоянства состава сырья, отсутствия надежной технологии непрерывного конвертирования медных штейнов представляется преждевременным. Увеличение производства анодной меди в этих условиях экономически целесообразно осуществлять на основе совершенствования существующих агрегатов периодического действия, при необходимости используя дополнительные единичные мощности.
