2.2 Сушка мелких материалов

Как правило, медные концентраты, поступающие с обогатительных фабрик имеют влажность 12-18%. Это в основном гигроскопическая влага, задерживаемая мельчайшими частицами концентрата. Переработка такого влажного материала без предварительной подсушки нерациональна. При переработке такой шихты возникают трудности с транспортировкой и загрузкой материала в печь. При этом снижается производительность металлургического агрегата, увеличивается количество отходящих газов и их коррозионная способность. Исходя из экономической целесообразности, устанавливают оптимальное содержание влаги в шихте или концентрате. Так влажность концентрата, поступающего на холодную грануляцию должна составлять 6-12%, в отражательную печь- 3,5-5%, в печь для плавки в пылеобразном состоянии - 0,1-1%.

Сушка мелких материалов осуществляется в сушильных печах барабанного типа и трубах - сушилах.

На практике для сушки материалов используются сушильные барабаны. обладающие следующими техническими характеристиками:

диаметр - 1500 - 3000 мм;

объём сушильного пространства - 14-86 м3;

число оборотов - 5 об/мин;

масса барабана - 13-17 тонн.

Для поддержания материала в барабане во взвешиваемом состоянии внутри его вмонтированы распределительные устройства или насадки. Они изготовляются из стальных пластин и имеют разную форму. Коэффициент заполнения сечения барабана составляет 0,1-0,25%.

В качестве сушильного агента обычно используются дымовые газы, образующиеся в результате сжигания в печи природного газа или мазута. Для сжигания используют горелки турбулентно - диффузионного горения. Расход природного газа составляет порядка 140 м3 в час. На каждую печь устанавливают обычно две горелки. Газы, поступающие из топки, имеют температуру 700 - 800оС. Время пребывания материала в печи 20 - 40 минут.

Удельная производительность барабана на 1м3 объёма барабана составляет 75-90 кг/ч влаги. Пылевынос составляет 6-8%. Отходящие газы подвергаются очистке от пыли в электрофильтрах. Коэффициент полезного действия электрофильтров составляет 98-99%.

Труба-сушило представляет собой вертикальную стальную трубу диаметров 900 мм и высотой 22 м. Труба изолирована минеральной ватой. Подсушка материала осуществляется за счёт сжигания природного газа. Сжигание газа осуществляется в многосопловых горелках с принудительной подачей воздуха. Расход газа 600-700 м3/ч. Продукты сгорания на выходе из топки разбавляются вторичным воздухом для поддержания температуры в топке 500-700оС. На входе в трубу - сушило температура составляет порядка 300-500оС. Скорость газов в сушильной камере составляет 30-40 м/с. Разделение твёрдой шихты от газа осуществляется в сепараторе и циклонах, расположенных непосредственно после сушильного агрегата. Производительность трубы в пересчёте на влагу составляет около 350 кг/(м3ч).

Процесс сушки, как в барабанных печах, так и в трубах - сушилах механизирован и автоматизирован.

2.3 Окускование мелких материалов

Окускование мелких материалов необходимо для подготовки шихты к процессу плавки в шахтных печах. Плавка в таких печах материалов крупностью менее 10 - 15 мм существенно ухудшает газопроницаемость шихты. Это приводит к неравномерному распределения воздуха и газа в сечении печи. При этом процесс плавки расстраивается, образуются настыли. Возможно даже замерзание печи. Следовательно, мелкий материал перед шахтной плавкой необходимо окусковать.

Окускование материала осуществляется брикетированием, агломерацией и холодной грануляцией с последующей прокалкой гранул. Выбор способа окускования материалов определяется, прежде всего, технологической схемой металлургического предприятия.

Брикетирование сульфидных медьсодержащих материалов осуществляется, как правило, с добавкой связующих компонентов. Для брикетирования материалов для медно-серной плавки осуществляется из материалов: руда, пыль, брикетная мелочь, известняковая пушонка, трепел.

Известняковая пушонка представляет собой гашёную известь, содержащую практически чистую гидроокись кальции Са(ОН)2.

Трепел - аморфный кремнезём, содержащий 73-75% SiO2, 5,05% FeO, 10,4% Al2O3, 1,93% CaO.

Содержание влаги в шихте 39 - 40%. После предварительного измельчения ( руда 8 мм, трепел 0,5 мм, известь 3 мм) шихтовые компоненты поступают в смесительный барабан. Состав шихты: руда + брикетная мелочь 87- 90%, трепел - 6-8%, известь 4-5 %.В смесительный барабан подают пари небольшое количество воды. В барабане одновременно протекает процесс смешения и гашения извести. Процесс длится порядка 45-60 минут. Готовая шихта подаётся на механические пресса для брикетирования. Диаметр брикета 110 мм, высота 76- 80 мм, вес 2,0-2,2 кг. Производительность пресса 6000 брикетов в час. Полученные брикеты поступают в автоклавы для пропарки. Процесс пропарки длится 5 - 6 часов при температуре 175оС и давлении 750-800 кН/м2. В автоклаве протекает химическая реакция:

Сa(OH)2 + SiO2 +1,5H2O = CaO·SiO2·1,5H2O (1.1)

Образующийся силикат кальция служит связующим материалом.

Охлаждённые после пропарки брикеты имеют механическую прочность на раздавливание порядка 160-230кгс/см2, что вполне удовлетворяет требованиям шахтной плавки.

Повышение давления в автоклаве до 1200-1600 кН/м2 и повышение температуры до 200оС позволяет сократить время пропарки с 6 до 2 часов. Прочность брикетов при этом также увеличивается. Существуют и другие технологические схемы брикетирования.

Наиболее распространённым способом брикетирования является процесс агломерации. Этот процесс осуществляется на агломерационных ленточных машинах с просасыванием или продувом газовой фазы.

В процессе агломерации сульфидная шихта претерпевает значительные физико-химические превращения, связанные с частичным удалением серы, образованием химических соединений, легкоплавких эвтектических смесей и твёрдых растворов. Легко плавкие смеси цементируют тугоплавкие компоненты шихты, в результате чего получается механически прочный пористый материал, являющийся хорошей составляющей шихты шахтной печи. Шахтные печи, работающие на агломерате, имеют высокую удельную производительность. Это связано с тем, что начатые на агломерационной машине процессы шлакообразования, при соответствующих температурах легко возобновляются в шахте плавильной печи.

По химическому составу шихта, поступающая на агломерацию должна удовлетворять следующим требованиям:

содержать определенное количество кремнезёма для образования соответствующих силикатов и получения оптимального шлака при плавке;

содержать определённое количество сульфидов для обеспечения процесса без затраты углеродистого топлива.

При агломерации медных концентратов среднее содержание серы в шихте обычно составляет 18-25%. Если в концентрате много серы (35-40%), то из -за выделения большого количества тепла возможно сильное разогревание шихты и её оплавление на паллетах машины. В этом случае концентрат разубоживают оборотными материалами.

Загруженная на паллеты машины шихта проходит под зажигательным горном, который отапливается природным газом или мазутом. Температура внутри горна 1200-1250оС. Эта температура вполне достаточна для воспламенения сульфидов поверхностного слоя. В результате прососа воздуха зона окисления сульфидов проникает внутрь слоя шихты. За счёт экзотермических реакций окисления сульфидов температура в слое шихты достигает порядка 1200оС, что обеспечивает образование жидкой фазы, необходимой для цементирования тугоплавких компонентов шихты.

Выгорание серы в процессе агломерации происходит как за счет диссоциации высших сульфидов, так и за счёт их окисления: и

2FeS2 = 2FeS + S2 (1.2)

FeS2+0,5O2 = Fe2O3 + 4SO2 (1.3)

Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2 (1.4)

Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO· SiO2) + SO2 (1.5)

Агломерация сульфидных материалов по сравнению с брикетирванием обладает следующими преимуществами:

агломерат представляет собой продукт с пониженным содержанием серы, что обеспечивает получение богатых штейнов при плавке;

агломерат имеет значительно более высокую механическую прочность, чем брикеты:

агломерат имеет пористую структуру, что обеспечивает хорошую газопроницаемость шиты шахтной печи, что в свою очередь, улучшает её технико-экономические показатели: производительность, расход кокса и другие.

Ниже приведены некоторые технико-экономические показатели агломерирующего обжига медных концентратов:

удельная производительность, т/м2 - 25;

выход годного агломерата от массы шихты, % 80-85;

десульфуризация ,% 50 -70;

расход электроэнергии, кВт· ч 15-20:

расход топлива на зажигание шихты, кг 2 -4;

безвозвратные потери ,% 0,3-0,4

Технологическая схема грануляции включает в себя следующие операции;

подготовка материалов к окатыванию;

окатывание;

упрочнение окатышей.

Первая операция представляет собой подготовку материалов по гранулометрическому составу, влажности тщательное перемешивание со связующим, если введение последнего предусмотрено технологическим процессом. Практика показала, что чем мельче материал, тем лучше показатели процесса окатывания. Для сульфидных материалов, обладающих склонностью к слёживанию, считается целесообразным измельчение до крупности 2 мм. Для измельчения используют специальные валки, снабжённые зубьями, или другие приспособления.

Влажность шихты для окатывания обычно колеблется в пределах 6-12%. Концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, имеет влажность 12 - 15%. Для её снижения в концентрат вводят сухую пыль, обороты, флюсы.

В качестве связующего широкое распространение в цветной металлургии получил сульфит-целлюлозный щелок.

Окатывание осуществляют в барабанных или чашевых грануляторах. Наибольшее распространение получили чашевые грануляторы, так как в барабанных грануляторах получаются неоднородные по размеру окатыши. Чашевые грануляторы имеют диаметр до 5,5м; высоту 90 см, угол наклона 45-50 градусов. Производительность чашевого гранулятора зависит от его диаметра и может быть рассчитана по эмпирической формуле:

Р = , (1.6)

где D - диаметр чаши, м;

Н - высота чаши, м;

Р - производительность чаши, кг/ч;

С -постоянный коэффициент, учитывающий степень заполнения чаши.

Поскольку сырые окатыши обладают низкой механической прочностью, тони подвергаются процессу упрочнения. Прочность окатышей возрастает при уменьшении в них влаги. Влага может быть удалена естественным путём или искусственной сушкой. В целях интенсификации процесса на практике применяют только искусственную сушку при температуре выше 100оС. Если этого недостаточно, то прибегают к прокалке (обжигу) окатышей при температуре 1000оС и выше. Для пропарки используют шахтные печи и прокалочные машины ленточного типа, аналогичные по конструкции агломерационным машинам. Наиболее широкое применение получили прокалочные машины ленточного типа.

Способ подготовки шихты к плавке в каждом конкретном случае должен решаться с учётом технологической схемы учёта масштабов производства. Выбор способа зависит от содержания меди, серы и цинка в шихте. Схема подготовки должна обеспечить комплексное использование сырья с максимальным извлечением всех его основных компонентов. Так для электроплавки сульфидных концентратов предпочтительным способом следует считать окускование мелких материалов методом холодной грануляции с последующей просушкой или прокалкой гранул. При плавке во взвешенном состоянии лучшим способом подготовки шихты является её сушка в трубах - сушилах.

Для шахтной плавки наиболее рациональным способом окускования материала является агломерирующий обжиг.