ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конструкция печей и вопросы теплотехники из "Автогенные процессы в цветной металлургии " За последние 25 лет примерно три четверти новых пирометаллургических заводов по выплавке меди основаны на процессе взвешенной плавки, разработанной фирмой Оутокумпу (Финляндия). Придя на смену традиционной отражательной плавке, взвешенная плавка (ВП) стала этапом в развитии технологии переработки мелкодисперсных материалов на основе принципов автогенности, снижения расходов на строительство и эксплуатацию и обеспечения защиты окружающей среды. Процесс плавки в сульфидной среде является развитием идеи сжигания топлива и пылевидном состоянии. обеспечивающей максимальную интенсификацию процессов химической и тепловой обработки материала благодаря большой величине его удельной поверхности. [c.133] Теоретические основы и первые технологические испытания переработки материалов в газовой фазе разработаны в 30-е годы профессорами А.Н.Вольским, Г.Л.Лейзеровичем, В.А.Ванюковым и рядом других исследователей. [c.133] При взвешенной плавке сульфидного медного концентрата пылевидные частицы последнего вдуваются через шихтовые горелки в реакционную шахту (РШ) печи воздухом или кислородно-воздушной смесью (КВС). После прогрева и воспламенения частицы приобретают более высокую температуру, чем окружающий их газ, и начинают отдавать тепло. Однако несмотря на развитую поверхность контакта частиц с газом, обусловленную их мелкодисперсностью, разница температур между указанными средами на выходе из реакционной зоны (РЗ) может быть значительной ( 100 °С). [c.133] В табл. 18 показано изменение рассчитанной от свода температуры по высоте (Я) РШ, имеющего форму вертикального цилиндра с внутренним диаметром 8 м при удалении 1,2 м от огневой поверхности боковой стенки. Шихта (медно-никелевый концентрат + кварцевый флюс) вдувалась в РШ кислородно-воздушным дутьем через четыре прямоточные шихтовые горелки, установленные на своде. При содержании кислорода в дутье 45 - 50 % скорость истечения шихто-дутьевой смеси к составляла 20 - 30 м/с. По анализу состава газовой фазы уже на расстоянии 4 м от свода содержание кислорода составляет 1 - 2 %, т.е. реакции окисления полностью завершены. В то же время температура на расстоянии последующих 2 - 3 м продолжает расти еще на 130 -140 °С, вследствие теплообмена между газом и частицами. [c.134] Таким образом, время контакта окисляющегося концентрата с газовой фазой является существенным параметром, воздействующим на тепловой режим плавки сульфидного концентрата. Например, для снижения недогрева целесообразна интенсификация перемешивания концентрата с кислородом дутья с подъемом зоны воспламенения, что достигается применением соответствующих конструкций шихтовых горелок. Напротив, при необходимости перегрева штейно-шлакового расплава следует повышать скорость истечения шихто-дутьевой смеси и уменьшить высоту реакционной шихты. [c.134] Агрегатное состояние и состав продуктов окисления шихты, поступающих в отстойник печи, имеют важное значение для управления тепловым режимом процесса и для определения роли процессов, протекающих в реакционной шихте на пылевынос, шлакообразование, т.е. на технологические показатели плавки во взвешенном состоянии. [c.134] В институте Типроникель проводились исследования шахтного продукта и определено влияние параметров работы печи на его состав [118, 119]. Методика исследований заключалась в отборе продуктов, выходящих из РШ, на массивный стальной ломок (для обеспечения интенсивного охлаждения продукта), вводимый перпендикулярно пылегазовому потоку, с последующим изучением проб методами химического, оптического анализов и рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Отбиралось и исследовалось 30 продуктов. Поскольку они оказались идентичными, наиболее полному анализу подвергнуты 6 продуктов (табл. 19), отвечающих различным режимам работы печи [118] взвешенной плавки (ВП). [c.135] Куски флюса постоянно находятся во взаимодействии с оксисульфидной фазой, что обусловлено относительно высокой крупностью используемого кварцита (0,2 - 0,6 мм). Частицы песчаника выпадают из общего пылегазового потока, сталкиваясь с оксисульфидами, в результате чего на контакте песчаник - оксисульфид образуется слой шлака (рис. 94). Увеличение времени пребывания SiO в шахте может привести к полному протеканию реакций штейно- и шлакообразования. [c.138] Таким образом, как и в случае окисления никельсодержащих минералов, на первом этапе окисления образуются оксисульфидные расплавы, в данном случае - из исходного халькопирита. Поэтому отношение u/Fe в первичном оксисульфиде равно 1. При последующем окислении оксисульфида происходит насыщение его кислородом с некоторой десульфуризацией, после чего оксисульфид расслаивается на две составляющие, одна из которых обогащена медью и серой, а другая - железом и кислородом. Последующее окисление такого конгломерата и приводит к направленному изменению составов обеих составляющих в соответствии с закономерностями системы Си - Fe -S-0. [c.138] Состав первичного оксисульфида одинаков при изменении содержания кислорода в дутье, поскольку расслаивание в системе Си - Fe - S -О начинается независимо от температуры при одном и том же составе. [c.138] При плавке медного сырья, как и в случае переработки никелевой шихты, часть оксисульфидного расплава взаимодействует с песчаником в реакционной шахте с образованием первичного шлака. [c.140] Процессы формирования шлака и штейна завершаются в ванне печи. Важнейшими из них являются растворение тугоплавких составляющих (СаО, SiOj, AI2O3 и др.) сульфидирование оксидов металлов, в т.ч. восстановление магнетита формирование и отделение штейна. Процесс интенсифицирует операцию плавки, однако стадии формирования продуктов плавки протекают медленно, что вынуждает иметь в печи большую отстойную зону. Значительное количество образующегося в факеле магнетита не позволяет получить шлаки с низким содержанием ценных компонентов. [c.140] Конструкции печей ВП идентичны на всех заводах. Продольные и поперечные размеры печи на предприятии Харьявалта показаны на рис. 95. [c.140] Кожух плавильной шахты изготовлен из листовой стали толщиной 13 мм. Шахта и ее свод выложены из магнезитового кирпича, толщина кладки 375 мм. Внутренние размеры шахты диаметр 3,7 м, высота 8,8 м. В кладку стен шахты и отстойной части печи заложены медные кессоны. Отстойная камера представляет собой горизонтальную печь размером 17 и 4,5 м. Арочный свод толщиной 375 мм выложен из магнезитового кирпича. Входное отверстие в котел перекрыто арочным сводом, а шахта аптейка - бетонной плитой. Подробно конструкция печи ВП описана в работах [3,4]. За 40 лет применения процесса ВП были созданы агрегаты для проплава от 400 до 2000 т шихты в сутки, поэтому диаметр шахты достигает 8 м, высота 11 м. Площадь отстойной зоны в больших агрегатах составляет 140 - 160 м . [c.140] Повышенная температура в шахте, неизбежные турбулентные завихрения, способствующие отбрасыванию жидких продуктов на стенки шахты, разрушают кладку. [c.142] Наибольшие разрушения футеровки наблюдаются в зоне наивысших температур. В верхней части шахты наблюдается обратное явление -отложение настылей магнетитового характера. На рис. 96 показан характер разрушения кладки реакционной шахты после двух лет эксплуатации печи. [c.142] Для повышения устойчивости огнеупорной кладки ее охлаждают. В настоящее время оптимальна следующая система охлаждения реакционной шахты верхняя часть шахты охлаждается орошением водой металлического кожуха, прилегающего к футеровке в нижней части охлаждение осуществляется медными закладными кессонами. [c.142] Способ охлаждения плавильной шахты печи орошением кожуха водой хорошо зарекомендовал себя на действующих предприятиях. Пленка стекающей по кожуху воды надежно и равномерно охлаждает кладку, создавая наилучшие условия работы огнеупоров. Наиболее напряженной в тепловом отношении является нижняя половина реакционной шихты. Для продления срока службы футеровки, кладку кессонируют медными водоохлаждаемыми элементами. [c.142] Освоение взвешенной плавки привело по сравнению с отражательной к экономии топливно-энергетических ресурсов. Процесс характеризуется значительно более эффективным использованием внутренней энергии сульфидной шихты, употреблением более дешевых видов топлива, утилизацией вторичного тепла в виде пара с оптимальным его использованием. Так, с увеличением содержания меди в штейне будет получено больше тепла благодаря окислению серы, железа и реакций шлакообразования. Причем печь взвешенной плавки является более эффективным тепловым агрегатом, чем конвертер. Поэтому, содержание меди в штейнах в печах ВП составляет 60 - 65 %. С увеличением содержания меди в штейне снижается расход углеродистого топлива, одновременно увеличивается количество пара, получаемого при утилизации тепла отходящего газа. Дальнейшее повышение содержания меди в штейне приводит к скачкообразному увеличению меди в шлаках, и, с дальнейшим обеднением шлаков, суммарный расход энергии может повышаться. Суммарный расход энергии учитывает затраты на сушку, плавку, конвертирование, обезмеживание шлаков и производство серной кислоты. [c.143] Вернуться к основной статье