Металлургия цветных металлов
..pdf
воздуха и управлении тягой в борове. Автоматическое ре гулирование плавкой позволяет снизить расход топлива на 10—11% и увеличить проплав шихты на 6—9%.
Щихту в печь загружают через отверстия в своде, рас положенные вдоль боковых стен. В эти отверстия опу щены течки бункеров, установленных на колошниковой площадке, над сводом печи. Загруженная шихта ложит ся откосами вдоль стен, предохраняя их от прямого дей ствия жидкого шлака и горячих газов.
Рис. 34. Сифон для выпуска штейна из отражательной печи (по В. И. Смирнову):
1 — продольная |
2 — канал сифона; 3 — выход сифона: |
|
4 — желоб |
Жидкий конвертерный шлак заливают по желобу че рез окно в торцовой или боковой стене передней части печи.
Штейн и шлак выпускают по мере их накопления. Шлаковое окно расположено в хвостовой части печи на высоте около 1 м от лещади. Уровень шлака поддержи вается плотинкой из огнеупорной глины. Шпуровых от верстий для выпуска штейна имеется два, они находятся в боковой стене на уровне лещади. В'проем кладки здесь заложена охлаждаемая водой чугунная или медная пли та с квадратными отверстиями, в которые вставлены чу гунные втулки (летки) внутренним диаметром 45—50 мм. Летки закрыты пробками из огнеупорной глины, наса женными на ломик.
На советских заводах теперь также применяют более удобный сифонный выпуск штейна (рис. 34). Сифон —
это канал в кладке, соединяющий ванну с приямком вне печи. Выход из сифона перекрывается огнеупорной гли ной, для выпуска штейна этот затвор пробивают.
Плавка обожженных концентратов
Шихта из концентрата и флюсов, составленная до обжига, хорошо перемешивается в обжиговой печи и вы ходит из нее горячей. Это тепло желательно использовать при плавке, но перевозка и загрузка горячей шихты за труднительна: от выделения газов она сильно распили вается. Чтобы не терять тепло, обжиговые печи распола гают над сводом отражательных печей, а если это невоз можно, загружают шихту уже остывшей, пользуясь различными механизированными питателями и транспор терами.
По мере нагревания шихты в печи в ней начинаются реакции восстановления окиси меди, высших окислов же леза, а также реакции шлакования:
6CuO -|- FeS —>■FeO -4- ЗС112О -j- S02; 2FeS + 6Fe20 3 + 7Si02-^ 7Fe2Si04 + 2S02; FeS -(- 3Fe3C>4 5Si02 ~ 5 Fe2Si0 4 -j- S02‘,
2FeO + Si02-^ Fe2Si04.
Силикаты плавятся и, стекая по поверхности откосов, растворяют другие окислы, образуя шлак.
Сульфиды меди и железа, сплавляясь, дают первич ный штейн, который, стекая по откосам вниз, обедняется железом и обогащается медью:
[2FeS] + (2CU20) + (Si02) |
[2Cu2S] + (Fe2Si04). |
Эти и другие реакции отражательной плавки требуют одновременного участия трех или большего числа исход ных веществ, поэтому тщательное перемешивание ших ты при обжиге облегчает плавление.
Во время плавки сульфидная сера в шихте окисляется преимущественно кислородом высших окислов, а окис ление ее кислородом печных газов идет с меньшей скоро стью: избыточного кислорода в газах обычно мало. Счи тают, что при плавке обожженных концентратов окисля-*
* Здесь и далее составляющие штейна заключены в квадрат ные скобки, составляющие шлака — в круглые.
ется 20—25% серы, оставшейся в концентрате после обжига.
Благородные металлы — золото и серебро — хорошо растворимы в жидких штейнах; растворимость же их в шлаках ничтожно мала, поэтому в качестве флюсов отра жательной плавки выгодно использовать золотосодержа щие руды, концентраты от их обогащения и другие золо тосодержащие материалы. Все эти материалы можно по давать вместе с концентратом в обжиговые печи.
Реакции между окислами и сульфидом железа имеют весьма существенное значение: Рез04 и другие ферриты должны быть возможно полней восстановлены, так как они трудно растворимы в шлаках. Если восстановление ферритов не заканчивается на откосах, оно продолжается в ванне на границе раздела штейна и шлака. Пузырьки выделяемого при этом сернистого газа увлекают части цы штейна в шлаковый слой; шлаки, выносящие с со бой неотстоявшийся штейн, богаты медью.
Состав штейна, получаемого при плавке, зависит от десульфуризации при обжиге и плавке. Задаваясь соста вом штейна, можно рассчитать обжиг.
П р и м е р расчета десульфуризации при обжиге и со
става штейна. Обжигу |
и плавке |
подвергается |
медный |
|
концентрат следующего |
состава, |
%: 14 Си; |
32 Fe; 38 S; |
|
4S i02; бАЬОз; 1 CaO; 3 прочих; 3 влаги. |
По |
правилу |
||
Требуется получить |
штейн с 30% Си. |
|||
В. Я. Мостовича, в этом штейне должно быть 25% S. Со держание прочих составляющих примем равным 10%.
Следовательно, железа в штейне будет, %:
ПО—(25+30+10) =35.
Извлечение меди в штейн при отражательной плавке бывает в пределах от 95 до 98%. Выберем первую циф ру, тогда из 100 кг концентрата в штейн перейдет меди
14.95100 = 13,3 кг.
Штейна получим
13,3-100 = 44,4 кг.
30
Серы в штейне будет
44,4-25 = 11,1 кг.
100
Если при плавке выгорает 20% серы от содержащей ся в шихте, тогда серы в шихте должно быть
11,1-100
13,9 кз.
80
Необходимо окислить при обжиге серы 38— 13,9 = 24,1 кг.
Степень десульфуризации
24,1 -100 = 63,3%.
38
П л а в к а с ыр ых ( н е о б о ж ж е н н ы х ) к о н ц е н т р а т ов
Сырыми концентраты плавят при пониженном содер жании серы в них, при отсутствии потребителей серной кислоты или при одновременном поступлении окисленных, либо смешанных концентратов.
Шихту, состоящую из концентратов и небольшого ко личества флюсов, тщательно перемешивают в смесителях и загружают в печь. По мере нагревания на откосах из шихты выделяется сера высших сульфидов, которая тут же сгорает и уносится газами в виде SO* Десульфуриза ция достигает 45—50%. Реакции между сульфидами и окислами возможны, но они не характерны для плавки сырых концентратов, так как окислов в шихте сравни тельно мало.
Плавка сырых концентратов характеризуется боль шими затратами топлива, так как в печь загружается холодная и часто влажная шихта, несколько меньшим выносом пыли и меньшей производительностью печей. Сера при плавке сырых концентратов в значительной ме ре теряется, создавая антисанитарные условия в приле гающем районе. Главное достоинство плавки сырых кон центратов— в снижении потерь меди и золота. Крупней шие заводы Советского Союза, США, Чили и Африки работают на подсушенной «сырой» (необожженной) шихте.
Если концентрат, приведенный в предыдущем расчете, плавить сырым с десульфуризацией в 50%, в штейн перейдет из 100 кг кон центрата серы
38 - 50 |
, Q , |
кг. |
--------- = |
19,4 |
100
19,4-100
= 77,6 кг.
25
Меди в штейне будет
14-95
= 13,3 кг,
100
13,3-100
= 17,1% .
77,6
Расчеты показывают, что предварительный обжиг концентрата позволяет получить более богатый штейн.
П р о д у к т ы п л а в к и
Штейн выпускают по мере его накопления через си фон или шпуры (летки) — при неполадках в сифоне. От крывать летки труднее, так как для этого часто прихо дится прожигать пробки электрическим током или кис лородом.
Штейн по желобу вытекает в ковш, который перено сится мостовым краном в конвертерное отделение цеха.
Получать очень богатые штейны при отражательной плавке невыгодно, так как возрастают физические и ме ханические потери меди в шлаках. На большинстве со временных заводов выплавляют штейны, содержащие 20—40% Си.
Извлечение благородных металлов в штейн при отра жательной плавке благодаря малому выходу шлаков до стигает 95—98%.
Шлак выпускают периодически через шлаковое окно, сбив плотнику из огнеупорной глины. Шлак стекает по желобу в ковш и направляется в отвал или на грануля цию i. Гранулированный шлак, если он не содержит цен ных спутников меди, применяется в строительном деле и для закладки горных выработок. Иногда шлак отлива ют в виде блоков и используют в дорожном и городском строительстве.
Выход шлака при отражательной плавке в 2—3 раза превышает выход штейна по массе и в 3—5 раз — по объему. Поэтому, оценивая потери меди, надо принимать
1 Шлак разбивают водой на мелкие зерна — гранулы.
во внимание не только ее процентное содержание в шла ке, но и выход шлака.
Реакции между ферритами и сульфидом железа не заканчиваются до начала Оплавления, поэтому в шлаки переходит некоторое количество ферритов, в частности магнетита, от этого шлаки становятся вязкими. Подоб но ферритам, на вязкость шлаков влияет и сернистый цинк. Растворимость Рез04 и ZnS в шлаках зависит от их состава и температуры.
Примерный состав шлаков отражательной плавки приведен ниже, %:
Си |
0,35 |
0,30 |
0,30 |
0,25 |
|
S i0 2 |
45 |
,0 |
37,4 |
32,0 |
35,0 |
FeO |
26,7 |
36,0 |
44,8 |
38,6 |
|
СаО |
14,2 |
4,2 |
6 ,0 |
5,0 |
|
А120 3 |
11,8 |
8 ,3 |
10,2 |
10,1 |
|
MgO |
— |
|
2,0 |
0,4 |
— |
ZnO |
0 |
,5 |
1,0 |
— |
— |
s- |
— |
3,5 |
2,0 |
— |
|
Важнейшие свойства шлаков определяются в основ ном соотношением трех главных составляющих: БЮг, FeO и СаО.
Чтобы расход флюсов и выход шлака были наимень шими, при расчете шихты отражательной плавки выби рают состав шлака, известный из практики других заво дов и наиболее близкий по отношению основных компо нентов к пустой породе концентрата.
П р и м е р ' расчета |
шихты. |
Требуется |
рассчитать |
шихту |
для |
|||
плавки огарка, состав которого вычислен |
ранее. |
Он |
содержит: |
|||||
18,3% Си, 41,8% Fe, |
17,3% S, 5,2% S i0 2, 1,3% СаО, 13,5% |
прочих. |
||||||
Состав местных флюсов, %: |
|
|
|
|
|
|
||
Составляющие |
|
S i0 2 |
Fe |
А120 3 |
СаО |
П. п. п.* |
Про |
|
|
|
|
3,0 |
3,0 |
|
1,0 |
чие |
|
Золотодержащий |
кварц |
90,0 |
1,0 |
2,0 |
||||
Известняк |
|
3,0 |
1,0 |
1,0 |
52,0 |
42,0 |
1,0 |
|
* П. п. п. — потери при прокаливании.
Выход |
и состав получаемого штейна были |
определены выше. |
|
Из 100 кг |
сырого концентрата получалось 76,7 |
кг огарка, |
а при |
плавке его — 44,4 кг штейна, содержавшего 30% Си, 35% Fe, |
25% S, |
||
10% прочих. Следовательно, выход того же штейна из 100 кг огарка будет
При продувке штейна в конвертере получится конвертерный шлак (см. стр. 133), возвращаемый на отражательную плавку. Примем следующий его состав: 26% S i0 2, 50% Fe (64,3% FeO), 2% Си, 22% прочих.
Выход конвертерного шлака можно приближенно определить, считая, что в него перейдет все железо из штейна:
57,9-35-100
В отражательной печи медь из конвертерного шлака образует дополнительное количество штейна, равное
2-40,6-0,95-100
= 2,6 кг.
100-30
Всего штейна будет
57,9 + 2,6 = 60,5 кг.
Далее определяем количества веществ, переходящих в шлак, пользуясь расчетной табл. 10. Полученное соотношение SiC>2, FeO и СаО несходно с составами типовых шлаков и показывает необхо димость добавления флюсов.
По данным, приведенным па стр. 117, выбираем шлак следую щего состава (округленно): 32% S i0 2; 45% FeO (35% Fe); 6% СаО; 17% прочих.
Для определения расхода флюсов составляем материальный ба ланс шлакования (табл. 11) в виде системы уравнений, обозначив расход кварцевого флюса — х, известняка — у и выход шлака — г.
|
|
|
S9 |
|
|
|
X а |
|
i о sc |
|
О.Ч |
|
|
|
|
|
|
я•©■5 |
|
|
|
о * |
|
|
. |
|
|
|
|
« Ч |
|
|
ЬifЭ sя |
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
а>о |
|
|
|
|
|
|
|
|
С ш |
Fe |
40,9 |
+ |
0,03л; + |
0,01у |
= |
0,352 |
|
S i0 2 |
15,8 |
+ |
0,9* |
+ |
0,03у |
= |
0,32z |
СаО |
1,3 |
+ |
0,01* |
+ |
0,52у |
= |
0,06z |
После исключения z и решения системы этих уравнений найдем
у = 10,8; *=24,5.
Результаты расчета проверяем, составляя материальный баланс
плавки (табл .11). |
|
Т е х н и к о - э к о н о м и ч е с к и е |
п о к а з а т е л и |
п л а в к и |
|
Основными технико-экономическими показателями от ражательной плавки считают суточный проплав шихты и расход топлива. Последний обычно выражают в услов ном топливе (теплотворная способность 7000 ккал/кг), в процентах от массы проплавленной шихты. На совре менных заводах проплав колеблется в пределах от 2,0
Расчетная таблица
|
|
|
|
Содержание элементов или окислов |
|
|||
Материал |
Масса, кг |
Си |
|
Fe |
|
S |
SiO* |
СаО |
|
% | |
кг |
% |
| |
кг |
% | кг |
% | кг |
% | |
Загружено
Огарок |
100,0 |
18,3 |
18,3 |
41,8 |
41,8 |
17,3 |
17,3 |
5 |
,2 |
5,2 |
1,3 |
1,3 |
Конвертерный шлак |
40,6 |
2,0 |
0,8 |
50,0 |
20,3 |
— |
— |
26 |
|
10,6 |
— |
— |
В с е г о |
140,6 |
|
19,1 |
— |
62,1 |
— |
17,3 |
— |
15,8 |
— |
1 ,з |
|
Получено
Штейн |
60,5 |
30,0 |
18,2 |
35,0 |
21,2 |
25,0 |
15,1 |
|
|
|
|
Газы и пыль |
|
|
0,5 |
|
|
|
2,2 |
|
|
|
|
Требуется ошлаковать |
74,7 |
0,5 |
0,4 |
54,8 |
40,9 |
|
|
21,2 |
15,8 |
1,7 |
1,3 |
|
|
|
|
|
FeЮ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
73,5 |
52,6 |
|
|
|
|
|
|
В с е г о |
— |
— |
19,1 |
— |
62,1 |
— |
17,3 |
— |
15,8 |
— |
1,3 |
119
П р и м е ч а н и е . При определении количества веществ, переходящих в пыль и газы, принимаем:
а) потери меди распределяются поровну между пылью и шлаком; б) сера, не перешедшая в штейн, сгорает до S 0 2*
Т а б л и ц а 11
Материальный баланс плавки
Материал |
Масса, кг |
|
Си |
Fe |
|
S |
|
S10, |
СаО |
|||
% |
кг |
% | |
кг |
% | |
кг |
I % |
кг |
% 1 |
кг |
|||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
Загружено |
|
|
|
|
|
|
|
|
Огарок |
100,0 |
18,3 |
18,3 |
41,8 |
41,8 |
17,3 |
17,3 |
5,2 |
5,2 |
1,3 |
1,3 |
|
Конвертерный шлак |
40,6 |
2,0 |
0,8 |
50,0 |
20,3 |
— |
— |
26,0 |
10,6 |
— |
— |
|
Кварцевый флюс |
24,5 |
— |
— |
3,0 |
0,7 |
— |
— |
90,0 |
22,0 |
1,0 |
0,2 |
|
Известняк |
10,8 |
— |
— |
1 ,0 |
0,1 |
— |
— |
3,0 |
0,3 |
52,0 |
5,6 |
|
В с е г о |
|
— |
19,1 |
— |
62,9 |
— |
17,3 |
— |
38,1 |
— |
7.1 |
|
|
|
|
|
Получено |
|
|
|
|
|
|
|
|
Штейн |
60,6 |
30,0 |
18,2 |
35,0 |
21,2 |
25,0 |
15,1 |
— |
— |
— |
*— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Шлак |
119,5 |
0,3 |
0,4 |
35,0 |
41,7 |
|
— |
32,0 |
38,1 |
6,0 |
7,1 |
|
Газы |
— |
— |
0,5 |
— |
— |
— |
2,2 |
— |
— |
— |
— |
|
В с е г о |
|
— |
19,1 |
— |
62,9 |
|
17,3 |
— |
38,1 |
— |
7,1 |
|