126027 (690832), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Отражательная плавка характеризуется низкой удельной производительностью, высоким расходом огнеупорных материалов, низким тепловым КПД, высоким удельным расходом углеродистого топлива и большим количеством газов с низким содержанием сернистого ангидрида (1,0-2,5%), обезвреживание которых связано со значительными капитальными и эксплуатационными затратами. Такие ценные сопутствующие компоненты, как сера, свинец, цинк, кадмий, германий, рений и др. при отражательной плавке полностью теряются.. Отражательная плавка, основанная на внешних источниках теплоты, — процесс несовершенный. Основными причинами острой необходимости замены отражательной плавки стали высокие требования к предотвращению загрязнения окружающей среды выбросами оксидов серы. В условиях отражательной плавки, характеризующейся образованием огромных количеств очень бедных по SO2 газов, их обезвреживание требует больших капитальных затрат и обходится дорого в эксплуатации. В связи с этим, а также в связи с необходимостью активного использования теплотворной способности сульфидов и ряда других рассмотренных выше факторов были разработаны и освоены новые способы плавки медного сырья. В 1987 году на заводе было начато строительство комплекса плавки медесодержащего сырья в жидкой ванне (печь Ванюкова). В 1995 году комплекс был пущен в эксплуатацию.
-
Интенсификация процесса плавки медного сырья
Целью плавки любого типа является перевод всей перерабатываемой шихты в расплавленное и газообразное состояние с получением штейна или чернового металла, возгонов и шлака и их разделением.
Значительные различия физико-химических свойств химических соединений, составляющих шихту и, в первую очередь, температуры их плавления приводят к постепенному формированию расплава. Сначала образуется первичный расплав из наиболее легкоплавких компонентов, а затем происходит растворение в них более тугоплавких веществ.
Следовательно, процессы штейно- и шлакообразования протекают в две стадии: расплавление легкоплавких составляющих шихты и растворение более тугоплавких веществ в этих расплавах.
Из числа присутствующих в сульфидных шихтах химических соединений наиболее легкоплавкими являются сульфиды (за исключением ZnS). При этом их эвтектические смеси по сравнению с отдельными сульфидами имеют еще меньшие температуры плавления. Поэтому процессы штейнообразования начинаются раньше процессов шлакообразования и идут с большими скоростями.
Шлакообразование начинается позднее и происходит медленнее потому, что для большинства оксидов шихты температура плавления выше, чем температура в печи. При ограниченных температурах в плавильных агрегатах особо важное значение приобретают процессы растворения тугоплавких оксидов в первичных шлаковых расплавах.
Процессы растворения являются диффузионными и поэтому протекают значительно медленнее процессов расплавления легкоплавких компонентов.
Образование шлаков в металлургических печах начинается, как правило, с получения оксидно-сульфидных эвтектик или более сложных многокомпонентных легкоплавких композиций.
В дальнейшем в них растворяются более тугоплавкие оксиды и, в первую очередь, кремнезем, вводимый обычно в шихту в виде кварцевого флюса.
На скорость растворения кремнезема в фаялитовом расплаве наибольшее влияние оказывает интенсивность движения шлака, крупность частиц флюса и его реакционная способность. В условиях отражательной плавки (при которой наблюдается наименее интенсивное перемешивание по сравнению с другими известными пирометаллургическими процессами) около 50—60 % кварцевого флюса, несмотря на длительное пребывание в расплаве (10—15 ч), не успевает полностью раствориться в шлаке. Мелкие частицы кварца образуют тонкую взвесь, а более крупные плавают на поверхности шлаковой ванны в виде "кварцевой шубы". Эксперименты показывают, что принудительное перемешивание расплава вызывает резкое ускорение процесса растворения тугоплавких составляющих шихты.
Наиболее медленным этапом плавки, даже для современных процессов, у которых время завершения других стадий мало, является коалесценция сульфидных капель и разделение штейна и шлака.
Значительная часть меди находится в шлаках в виде эмульсии — мелких капель штейна. Кроме того, при восстановлении или сульфидировании металлов в шлаковом расплаве обычно образуется дополнительное количество капель металлсодержащей фазы, отстаивание которых происходит крайне медленно и не успевает завершиться за приемлемое с практической точки зрения время. Поэтому необходимо обеспечить принудительное укрупнение штейновых или металлических частиц.
Можно однозначно утверждать, что именно медленное укрупнение мелкой штейновой (металлической) взвеси и ее отделение от шлака являются одним из самых медленных этапов плавки в целом
Наиболее эффективным приемом ускорения коалесценции штейно-вой взвеси является перемешивание шлака с получающимся при плавлении штейном. Известно, что даже загрузка сульфидов на поверхность шлаковой ванны и однократная промывка шпака каплями штейна заметно обедняют шлак.
Сочетание процессов восстановления и перемешивания шлака со штейном позволяет резко интенсифицировать укрупнение штейновых частиц и разделение фаз. Доказано, что крупность частиц при этом возрастает настолько, что для разделения штейна и шлака требуется менее 1 ч вместо 8—12 ч.
Правильная организация процесса разделения фаз создает предпосылки для резкой интенсификации работы плавильных агрегатов и повышения их удельной производительности.
Анализ переработки сульфидного сырья на штейн позволил выявить роль и взаимосвязь последовательных элементарных стадий физико-химических превращений и установить, что оптимизация технологии плавки требует определенного сочетания следующих условий:
-
создание условий для высокой степени использования кислоро
-
да газовой фазы в локальной зоне металлургического реактора, от
-
деленной от конечных продуктов плавления;
-
обеспечение высокой скорости массообменных процессов в сис
-
теме исходные твердые компоненты — конечные расплавы;
3) создание условий для достижения заданного приближения к
равновесию между конечными продуктами плавки;
4} ускорение укрупнения диспергированного штейна или металла и обеспечение полноты разделения продуктов плавки.
Результаты научных разработок позволили сформулировать основной принцип новой технологии: плавление сырья и массообмен осуществляются в турбулентно перемешиваемой ванне эмульсии штейна (металла) в шлаке.
Перемешивание расплава при барботаже его технологическими газами, образующимися при, подаче дутья в расплав через боковые фурмы, обеспечивает требуемую степень турбулизации для ускорения металлургических превращений в зоне расплава выше уровня фурм.
При этом обеспечивается коалесценция мелких штейновых капель и формирование составов фаз, близких к конечным. Расслаивание штейна и шлака организовано в прямоточном потоке вертикально движущихся расплавов. Это обеспечило совмещение в одном агрегате для непрерывного процесса реакционной зоны с высокой степенью турбулентности движения барботируемого расплава и зоны с ламинарным движением расплава, необходимой для организации разделения и отдельного выпуска шлака и штейна (металла).
Научно обоснованная оптимизация организации физико-химических процессов и движения расплава позволила создать новую технологию — плавку в жидкой ванне
-
-
Сравнительные технико-экономические показатели
| Показатель | ПЖВ | Отражательная плавка |
| Удельный проплав, т/(м2 • сут) | 60—80 | 4—5 |
| Содержание меди, %: в штейне | 45—55 | 20—30 |
| в шлаке (без обеднения) | 0,5—0,6 | 0,4—0,5 |
| Содержание Si02 в шлаке, % | 30—32 | 34—42 |
| Влажность шихты, % | 6—8 | 6—8 |
| Максимальная круп ность шихты, мм | До 50 | 5 |
| Пылевынос, % | 1 | 1—2 |
| Содержание О2в дутье, % | 60—65 | До 25 |
| Содержание SO2 газах, % | 20—40 | 1—2 |
| Расход условного топ лива, % | До 2 | 18—22 |
10 Сущность процесса плавки в жидкой ванне
Сущность технологического процесса плавки в жидкой ванне заключается в следующем. Кислородсодержащий газ вводится под избыточным давлением около 0,1 МПа в расплав через фурмы в стенах печи на уровне примерно 0,3—0,7 м ниже уровня расплава в спокойном состоянии внутри шахты печи.
Общая глубина ванны расплава в печи без барботажа 2,0—2,5 м. Кислородсодержащий газ дутья, барботируя верхнюю часть расплава, энергично перемешивает его и создает газонасыщенный слой гетерогенного расплава, состоящего в основном из шлака с включениями до 10 % (вес.) сульфидов в виде капелек штейна и при недостатке тепла — угля или кокса. Высота барботируемого газонасыщенного расплава увеличивается на величину, равную 2—3-х кратному расстоянию от оси фурм до уровня расплава в спокойном состоянии. Кислородсодержащий газ взаимодействует, в первую очередь, с сульфидом железа, серой и углем и генерирует тепло, необходимое для плавления загружаемой шихты и нагрева расплава именно в зоне технологического процесса равномерно во всем верхнем слое.
Благодаря интенсивному перемешиванию капельки сульфидной фазы, образуемые из загруженных частиц сырья, соударяются и сливаются, достигая гидродинамически устойчивого размера 0,5-5 мм, достаточного для выпадения их из верхнего барботируемого слоя и быстрого опускания в донную фазу.
Шихта, состоящая из флотационного концентрата или кусковой руды с флюсом и, если необходимо, с кусковым углем, вводится сверху в барботируемый слой; вследствие высокой энергии перемешивания она равномерно распределяется по всему его объему.
Расплавленные сульфиды шихты вследствие высокой активности серы и железа интенсивно взаимодействуют со шлаком и кислородом дутья, поддерживают низкое содержание магнетита в шлаке. Это способствует получению шлаков, бедных по цветным металлам. В условиях активного перемешивания происходит быстрое растворение кварца и других тугоплавких компонентов шихты, и поэтому во всем объеме расплава постоянно поддерживается оптимальный состав лака, обеспечивающий минимальные потери цветных металлов. Наличие в расплаве пузырьков барботирующего газа способствует быстрой и полной (в соответствии с величиной равновесного давления пара) возгонке летучих компонентов.
Расположение переточного канала для вывода шлака из шахты на 1 м ниже уровня фурм привело к тому, что весь образующийся в верхнем барботируемом слое шлак постепенно движется сверху вниз, проходя свой путь в течение 1,5—3,0 ч. При этом он непрерывно промывается дождем крупных капель штейна, выпадающих из верхнего перемешиваемого слоя. Ниже фурм движущийся поток шлака уже не перемешивается и в нем можно создавать соответствующие градиенты температуры, состава и других параметров, способствующие обеднению шлака. Благодаря такой организации его движения исключена возможность проскока и быстрого выхода из печи непроработанного шлака с повышенным содержанием цветных металлов. Сульфидная донная фаза, образующаяся на дне печи из опускающихся капель, отдельно от шлака выводится из плавильного агрегата.
11 Процессы, протекающие в надфурменнои и подфурменной зонах печи для плавки в жидкой ванне
В надфурменной зоне происходит плавление, окисление сульфидов, растворение
тугоплавких компонентов, укрупнение мелких сульфидных частиц.
При этом все процессы проходят одновременно и с высокой скоростью. Высокая скорость обеспечивается интенсивным перемешиванием расплава. Отсутствие диффузионных ограничений.
Важная особенность:
- невысокое содержание магнетита в шлаке в сравнение с другими автогенами процессами способствует снижению потерь меди со шлаком .
- 100% использование кислорода в расплаве, что позволяет изменять состав штейна за счет изменения соотношения кислорода в дутье и количества шихты.
В подфурмениой зоне происходит оседание капель штейна. Скорость движения
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
