МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГБОУ СПО СО « Уральский государственный колледж имени И.И. Ползунова»

КП. 150102.09.ПЗ

ПРОЕКТ ЦЕХА КОНВЕРТИРОВАНИЯ МЕДНОГО ШТЕЙНА

Пояснительная записка

Руководитель Разработал

__________/ В.А. Меньщиков / __________/ И.В. Михалев /

Ф.И.О. Ф.И.О.

__.__.2014. __.__.2014.

Содержание

Y

Введение 4

1 Теоретические основы процесса 5

2 Металлургический расчет с составлением материального и теплового балансов 10

2.1 Расчет рационального состава штейна 10

2.2 Расчет рационального состава кварцевого флюса 11

2.3 Расчет рационального состава конвертерного шлака 12

2.4 Расчет рационального состава холодных материалов 15

2.5 Расчет первого периода конвертирования 17

2.6 Расчет второго периода конвертирования 25

2.7 Расчет теплового баланса I периода конвертирования 28

2.8 Расчет теплового баланса II периода конвертирования 32

2.9 Расчет времени операции конвертирования 35

3 Расчет и выбор оборудования 36

3.1 Расчет конвертера 36

3.2 Выбор конвертера 37

4 Мероприятия по охране труда 38

5 Охрана окружающей среды 42

6 Мероприятия по гражданской обороне 44

Приложение А 46

Приложение Б 50

Список использованных источников 51

Введение

Медь является важной составляющей рынка цветных металлов. Металлургия меди сохраняет ведущие позиции в экономике высокоразвитых стран. Развитие современной металлургии меди протекает в условиях ужесточения требований к охране окружающей среды и необходимости разработки новых технологий, обеспечивающих высокую степень комплексности использования рудного сырья и сокращение расходов топливно-энергетических ресурсов.

Конвертирование в медном производстве является ключевой стадией получения металлической меди. Появившись в медеплавильном деле, конвертирование обнаружило столь неоспоримые преимущества перед всеми другими методами переработки штейнов.

Данный курсовой проект содержит теоретические сведения о процессе конвертирования с описанием мероприятий по охране труда и окружающей среды. В практическую часть входит расчет конвертирования медных штейнов с составлением материального и теплового балансов.

1 Теоретические основы процесса

Медные штейны, содержащие в зависимости от состава исходного рудного сырья и вида применяемого процесса плавки от 10 до 60 % Сu [1], повсеместно перерабатывают методом конвертирования. На конвертирование, кроме штейна, в расплавленном или твердом состоянии поступают богатые медью обороты, кварцевый флюс и другие материалы.

Медные штейны состоят в основном из сульфидов меди (Cu₂S) и железа (FeS). Исследуя строение и состав медных штейнов, В.Я. Мостович [2] определил, что устойчивыми сульфидами, составляющими основную часть штейна, являются FeS и Cu₂S. Основная цель процесса конвертирования — получение черновой меди за счет окисления железа и серы и некоторых сопутствующих компонентов. Благородные металлы практически полностью (а также часть селена и теллура) остаются в черновом металле. Вследствие экзотермичности большинства реакций конвертирование не требует затрат постороннего топлива, то есть является автогенным процессом.

Организационно процесс конвертирования медных штейнов делится на два периода. Первый период — набор сульфидной массы. В основе его лежит процесс окисления сульфидов железа и перевод образующихся при этом его оксидов в шлак. Преимущественное окисление сульфидов железа в первом периоде обусловлено повышенным сродством железа к кислороду по сравнению с медью.

Во втором периоде конвертирования происходит продувка воздухом сульфидной массы с целью удаления серы и получения черновой меди.

Химизм первого периода конвертирования медных штейнов характеризуется протеканием реакций:

2FeS + 4O₂ +SiO₂ = 2FeO∙SiO₂ + 2SO₂;

3Fe +2O₂ = Fe₃O₄;

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂;

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO.

Эти реакции обеспечивают практически полное удаление из штейна железа. Обычно конвертирование медных штейнов ведут при 1250 — 1300°С [1]. Чрезмерно высокие температуры (свыше 1300°С) ведения процесса способствуют быстрому разрушению футеровки конвертера. Для уменьшения температуры процесса в конвертер подают некоторое количество холодных присадок, представляющих собой штейновые корки от ковшей и желобов, сплески черновой меди, привозные штейны других заводов и прочих богатых медью материалов. Холодные материалы подают в конвертер равномерно. При единовременной подаче холодных оборотов происходит резкий перепад температур, что приводит к быстрому износу футеровки, а также повышается образование в расплаве магнетита — тугоплавкого оксида железа.

Первый период процесса конвертирования носит циклический характер. Каждый цикл состоит из операций заливки жидкого штейна, загрузки кварцевого флюса и холодных присадок, продувки расплава воздухом, слива конвертерного шлака. Длительность каждого цикла в зависимости от состава исходного штейна составляет 30 – 50 мин. После каждой продувки в конвертере остается обогащенная медью сульфидная масса. Содержание меди в массе постепенно возрастает до предельной величины, отвечающей почти чистой полусернистой меди (Cu₂S).

Продолжительность первого периода определяется, кроме содержания меди в штейне, количеством подаваемого воздуха, которое зависит в основном от размеров и числа фурм и от состояния конвертера и организации работы. При богатом штейне (40-45 % Сu) первый период продолжается от 6 до 9 ч, при бедном (менее 20-25 %) — 16-24 ч [1].

Коэффициент использования конвертера под дутьем в первом периоде составляет 70-80 %. Остальное время тратится на слив шлака и на загрузку конвертера.

По окончании первого периода и слива последней порции шлака в конвертере остается почти чистая полусернистая медь — белый матт (78 – 80 % Сu). Железо переходит в шлак, сера уходит с отходящими газами в виде сернистого и, частично, серного ангидрида. Все благородные металлы, а также большая часть селена и теллура, переходят в белый матт.

Продолжительность второго периода конвертирования составляет 2 – 3 часа [1]. Во втором периоде в конвертер подают в основном только дутьё.

Химизм процесса во втором периоде описывается реакцией:

Cu₂S + О₂ = 2Cu + SО₂.

Во втором периоде, в отличие от первого, в отходящих газах более высокая концентрация сернистого ангидрида.

Образовавшаяся во втором периоде медь выделяется в отдельную жидкую металлическую фазу ниже уровня фурм благодаря большой разнице между плотностями меди и белого матта.

Золото и серебро во втором периоде переходит из белого матта в черновую медь. В результате двух периодов конвертирования благородные металлы практически полностью концентрируются в черновой меди, и лишь небольшая их часть в виде штейновых включений может входить в состав конвертерного шлака. Извлечение золота и серебра в черновую медь составляет 99,0-99,5% [3].

После выключения дутья немедленно начинается разливка черновой меди из конвертера.

Продуктами конвертирования являются [1]:

1. черновая медь (до 99,5% Cu);

2. конвертерный шлак (1,5 – 3 % Cu);

3. отходящие газы.

Черновая медь в виде слитков направляется на стадию огневого рафинирования. Шлаки являются оборотным продуктом и обязательно обедняются по меди и другим необходимым металлам. Отходящие газы

содержат достаточную концентрацию SO₂, поэтому используются для производства серной кислоты.

Черновая медь выпускается шести марок с суммарным содержанием меди, золота и серебра не менее 99,4% (МЧ1) и 96% (МЧ6) [3]. Наиболее строгие требования при этом предъявляются к содержанию в черновой меди висмута, мышьяка и сурьмы.

Для конвертирования используются горизонтальные конвертеры вместимостью 80 – 130 т, длиной 6 – 12 м, диаметром 3 – 4 м и с числом фурм 32 – 62.

Кампания конвертеров на большинстве заводов изменяется от 3 до 4 месяцев и определяется сроком службы футеровки в зоне фурм. Шлаки с высокой текучестью проникают в поры и трещины футеровки, и при частых теплосменах вследствие разницы в теплопроводностях шлака и огнеупора происходит растрескивание последнего. Появление новых трещин способствует распространению химической и физической эрозии внутрь огнеупорного кирпича. Гидродинамическое воздействие дутья в зоне фурменного пояса интенсифицирует разрушение футеровки.

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 чего является чрезмерное насыщение конвертерных шлаков оксидами хрома при использовании высокохромистых огнеупоров [3].

Производительность конвертера возрастает при переработке более богатых штейнов за счет сокращения продолжительности межоперационных циклов (загрузка штейна, слив шлака, заправка футеровки), увеличения количества подаваемого воздуха через фурмы. Ручную прочистку фурм вытесняют индивидуальные или групповые пневмофурмовщики.

Для отвода отходящих газов используют напыльники с водяным охлаждением. При этом подсосы воздуха через горловину достигают 300-400% от объема отходящих газов, что существенно снижает в них концентрацию сернистого ангидрида.

К достоинствам горизонтальных конвертеров относятся:

• простота конструкции;

• низкие экономические затраты;

• высокая производительность;

• долговечность;

• надежность в работе.

К недостаткам относятся:

• низкая кампания агрегата;

• загрязнение атмосферы цеха отходящими газами (особенно при выходе из-под напыльника);

• снижение концентрации SO₂ в отходящих газах из-за подсоса большого количества воздуха через горловину.