1.2.1 Продувка штейнов а) не содержащих свободных металлов.

При продувке воздухом медно-никелевого штейна, не содержащего свободных металлов, в начале кислородом воздуха будет окисляться наиболее активная составляющая расплава FeS по реакции FeS+0.5´O₂ =FeO+SO₂ .

Находящийся в расплаве FeS защищает сульфиды Со, Ni и Cu от окисления, так как обменные реакции MeO+FeS=MeS+FeO, где Me означает Со, Ni, Cu, протекают слева направо

Основная реакция конвертирования неметаллизированных штейнов:

2´FeS+3´O₂+SiO₂= (FeO)₂´SiO₂+2´SiO₂ .

При конвертировании большее значение имеет процесс образования магнетита (Fe₃O₄). Магнетит образуется при конвертировании любых штейнов вследствие окислительного характера процесса.

Б) металлизированных штейнов.

При продувке металлизированных штейнов в начале протекает следующая реакция:

2´Fe+0.5´O₂+SiO₂= (FeO)₂´SiO₂

Только после практически полного окисления свободного железа начинает окисляться FeS, характеризующее начало периода продувки.

Основная реакция конвертирования металлизированных штейнов:

6´Fe+3´O₂+3´SiO₂=3´(FeO)₂´SiO₂

1.2.2 Тепловая работа конвертора

Конвертерный процесс осуществляется за счет тепла экзотермических реакций окисления свободного железа(Fe) и его сульфида(FeS) и ошлаковании закиси железа и по этому не требует использования топлива.

Основные реакции конвертирования:

6´Fe+3´O₂+3´SiO₂=3´[(FeO)₂´SiO₂]+448800 кал

2´FeS+3´O₂+SiO₂= (FeO)₂´SiO₂+2´SO₂+246080 кал

Продувка металлизированных штейнов имеет значительно большие резервы тепла, чем продувка насыщенных серой не металлизированных расплавов.

Основные данные по температурному режиму процесса конвертирования Сu-Ni штейнов:

Температура штейна руднотермических печей, ^oC…………………1100-1200

Оптимальная температура массы в конвертере в период

набора, ^oC……………………………………………………………...1220-1250

Оптимальная температура массы в конвертере в период

варки файнштейна, ^oC……………………………………………………1180

Температура, ^oC:

конвертерных шлаков…………………………………………….1150-1290

конвертерных газов………………………………………………...950-1000

Количество холодных присадок зависит от степени металлизации штейна и ряда факторов, связанных с емкостью конвертера и характером поведения процесса. В условиях комбината «Печенганикель» количество холодных присадок составляет 10-20 %.

1.2.3 Механизмы процессов, протекающих в конверторной ванне окисления штейна.

Окисление штейна происходит на границе воздух-штейн газового пузыря, образуемого дутьем, и в самой газовой струе на границе воздух -распыленный штейн, имеющей весьма развитую поверхность.

1) При продувке не металлизированных штейнов на границе газовый пузырь - штейновый расплав происходит преимущественное окисление сернистого железа, причем оно протекает непосредственно до магнетита по реакции 3´FeS+5´O₂= Fe₃O₄+3´SO₂. Магнетит далее частично восстанавливается в расплаве по реакции 3´Fe₃O₄+FeS=10´FeO+SO₂. Внутри дутьевого факела, кроме этой реакции, идут также следующие:

2´Ni₃S₂+7´O₂=6´NiO+4´SO₂ (после выгорания FeS)

2´Cu₂S+3´O₂=2´CuO+2´SO₂ (после выгорания основного количества Ni₃S₂) Сu₂S+2´CuO=6´Cu+SO₂.

Далее образовавшиеся окислы и металлы, взаимодействуя со штейном, восстанавливаются и сульфидируются по реакциям:

3´NiO+3´FeS=Ni₃S₂+3´FeO+0,5´S₂,

Cu₂O+FeS=Cu₂S+FeO, 2´Cu+FeS=Cu₂S+Fe.

Таким образом, в конечном счете окисляется сернистое железо штейна при незначительном переходе цветных металлов в шлак, определяемом равновесием последних трех реакций и другими причинами физического характера, рассматриваемыми ниже.

2) При продувке металлизированных штейнов окислительные процессы протекают по несколько иной схеме. На границе воздух - штейновый расплав идет реакция избирательного окисления металлического железа до вюстита FeO по реакции 2´Fe +O₂=2´FeO. Вдутьевой струе происходит окисление мелких капель штейна по стадиям:

2´Fe +O₂=2´FeO,

3´FeO+0,5´O₂.=Fe₃O₄,

3´FeS+5´O₂=Fe₃O₄+3´SO₂ (после выгорания Fe),

2´Ni₃S₂+7´O₂=6´NiO+4´SO₂ (после выгорания FeS),

2´Cu₂S+3´O₂=2´Cu₂O+2´SO₂ ( после выгорания большей части Ni₃S₂),

Cu₂S+2´Cu₂O=6´Cu+SO₂.

Окислы цветных металлов и двуокись серы взаимодействуют с расплавленным штейном, в результате чего металлы и сера снова переходят в штейн по реакциям:

3´Ni+2´FeS=Ni₃S₂+2´Fe,

Cu₂O+Fe=2´Cu+FeO,

2´Cu+FeS=Cu₂S+Fe,

SO₂+3´Fe=FeS+2´FeO.