Металлургия черных и цветных металлов

перемещается с верхних зон в нижние.

Скорость гааа должна обеспечить подвижность зерен обжи­ гаемого материала и газа, подобную подвижности спокойной вязкой жидкости. При превышении такой скорости слой из псевдоожиженного состояния перейдет в состояние пневмотранс­ порта, и частицы обжигаемого материала будут выноситься газом. Работающая печь КС загружается непрерывно через питатель. Степень загруженности печи постоянная. После пред­ варительного разогрева печи и слоя до 700—800 °С включается дутье, постепенно увеличиваются расход воздуха и давление. Температура частичного обжига достигает 800—900 °С в зави­ симости от свойств шихты и технологии. Характерен следующий состав материалов на частичный обжиг сульфидных медных шихт, концентратов Алавердского комбината (А) и Средне-

Подобные материалы для производства меди, медные суль­ фидные руды и их концентраты подвергают частичному обжигу, чтобы: 1) удалить излишнюю для процесса серу; 2) полнее ути­ лизировать серу концентрата для производства серной кислоты

плавке огарка на штейн и переделе последнего на медь меньше железа перешло в штейн, последний был бы более богат медью и это повысило бы экономическую эффективность всего пере­ дела на медь). Степень десульфурации для этих двух примеров 50—55 %. Газы содержали 12—14 % SO2, и извлечение серы в H2SO4 составляло 50—70 %. Таким образом, газы также являются одним из продуктов обжига. Газы, движущиеся с вы­ сокой скоростью, выносят из печи 30—40 % шихты, а если фло­ тационный концентрат очень тонкий, то и больше. По существу выносится продукт, поэтому пыль улавливают несколькими циклонами и электрогазоочисткбй на 90—95 %, и она идет возвратом на обжиг или непосредственно в производство, при­ мешиваясь к огарку, или более эффективно подвергается окускованию. В оставшейся части зерна шихты размягчаются, покрываются пленками эвтектического состава, слипаются друг с другом, образуя огарок. Аналогично при обжиге нике­ левого файнштейна происходит слипание и срастание его зе­ рен, чему способствует образование оксида никеля.

Образовавшийся огарок обжига в печах КС всегда значи­ тельно мельче, чем огарок, полученный в многоподовых печах. Это, а также получение продукта обжига в основном в виде пыли — отрицательные особенности печей КС. В связи с этим в технологии производства цветных металлов часто применяют окомкование продукта обжига на тарельчатых грануляторах, на них же производят окомкование шихты, подвергающейся об­ жигу, обжигая уже не пыль мелких фракций, а окатыши. Выгружают огарок обычно непрерывно, и эффективнее его транспортировать в последующий агрегат в горячем виде ваго­ нетками, а более совершенно — пневматически по трубам. Окислительный обжиг сульфидных материалов проходит за счет сильно экзотермических реакций окисления сульфидов же­ леза кислородом воздуха, поэтому после зажигания развива­ ются достаточно высокие температуры (600—900 °С). В приве­ денном примере обжига медно-сульфидного концентрата (табл. 1.3) развивалась температура 850—880 °С. Обжиг мате­ риалов не нуждался в притоке тепла извне, горелки отключа­ лись, и обжиг протекал без затраты горючего. Обжиг проходил за счет теплоты горения сульфидов и серы, так называемый пиритный обжиг.

В печах КС обычно тепло утилизируется на нагрев воды. Для обжига сульфидных материалов в печах КС эффективно применение кислорода. Обогащение воздуха кислородом уско­ ряет процесс и, что примечательно, дает огарок более крупный, чем при обжиге на необогащенном дутье. Если при обжиге раз­ виваются невысокие температуры (500—600 °С) при большом

Т а б л и ц а 1.3. Состав продуктов частичного обжига концентратов Среднеуральского медеплавильного завода, %'

избытке воздуха, будут образовываться сульфаты, такой обжиг называют сульфатизирующим:

2SOj -(- 0 2 = 2S03; Fe20 3 -f- 3S03 = Fe2 (SO^-, CuO + S03 = CuS04.

В настоящее время обжиг в печах КС является основным этапом в процессе получения меди, еще более широко в печах КС проводят окислительный обжиг никелевых сульфидных кон­ центратов и полупродуктов в производстве никеля. Обжиг нике­ левого концентрата обычно ведут до получения оксида никеля, так как в последующих восстановительных процессах получе­ ния никеля серу будет трудно удалить, а даже небольшие при­ меси ее отрицательно сказываются на процессе электролитиче­ ского рафинирования/никеля. В результате обжига в печах КС получают порошок, содержащий 69—75 % Ni, 3,5—4,0 % Си, 1,0—1,3 % Со, <0,4 % S.

§ 5. Окускованне рудных материалов спеканием

Общая схема процесса и физико-химические основы спекания

Окускованне мелких руд и концентратов осуществляется пре­ имущественно спеканием с одновременным просасыванием воз­ духа сквозь слой шихты, что называется агломерацией. Цель агломерации не только окускованне, но и улучшение металлур­ гических свойств рудного материала: упрочнение кусков, повы­ шение пористости, удаление серы, создание новых качеств и составляющих материалов, благоприятных в последующем про­ цессе. Рудные материалы составляют основную массу в объеме расходуемого сырья и формировании себестоимости чернового металла. Поэтому повышение качества и производительности агрегатов для получения конечного металла невозможно без

обобщение дает концентрат в виде тонкоизмельченного мате­ риала (шлих или эфель). Применение агломерата в доменной плавке уменьшает расход материалов и интенсифицирует про­ цесс. В связи с этим доля агломерата в шихте из года в год увеличивается, в среднем в стране достигла 80 %, на многих заводах— 100 %.

Для агломерации измельченные до < 8 мм рудные мате­ риалы тщательно перемешивают с коксиком крупности 3—0 мм, увлажняют до оптимальной влажности 8—15 % и подготовлен­ ную шихту загружают на колосники спекательной машины слоем высотой 200—450 мм. Топливо в шихте поджигается сверху. Эксгаустер создает разрежение, максимальная величина которого в зоне спекания 9,8—12,2 кПа. Предварительное пере­ мешивание увлажненной шихты распределяет влагу по поверх­ ности зерен материалов, на них создаются водяные пленки, раз­ деляющие зерна друг от друга. С другой стороны, капиллярные силы стягивают зерна в малые комочки, увеличивающиеся при комковании. Увеличение и уплотнение комков способствует равномерному просасыванию воздуха. Благодаря этим усло­ виям при воздействии горелки сверху, в узко ограниченной об­ ласти (20—25 мм) образуется зона горения.

На рис. 1.14 схематично представлен разрез слоя шихты в процессе спекания. Характерный для агломерации узкий слой горения создается тем, что скорость горения так высока и кис­ лород так быстро расходуется, что за зоной горения его уже недостаточно для развития горения. Кроме того, под нижней кромкой зоны горения топливо нагревается до температуры воспламенения как раз к моменту появления достаточных коли­ честв кислорода на этом горизонте. Этими обстоятельствами и

вызвано передвижение зоны горения сверху вниз, узко ограни­ ченной по высоте. За зоной горения остается все увеличиваю­ щийся слой спеченного материала, т. е. готового агломерата. Через слой готового горячего агломерата под действием разре­ жения продолжает просасываться воздух, который охлаждает горячий агломерат. Зону, остающуюся за понижающейся зоной горения, называют зоной охлаждения. При охлаждении агломе­ рат интенсивно отдает воздуху большое количество тепла, кото­ рое вносится в зону горения, возвращаясь в процесс. Продукты сгорания несут много тепла, которое усваивается слоем шихты, лежащей под зоной горения, которую называют зоной подо­ грева. Горение топлива и усвоение его тепла в процессе агло­ мерации происходят в исключительно благоприятных условиях: 1) топливо горит в слое материалов, которые поглощают вы­ деляющееся при этом тепло; 2) тепло спеченного материала (агломерата) в значительной доле возвращается в процесс; на­

антрацитовый штыб, угольная пыль. Продукты сгорания, остав­ ляя в процессе большую часть своего тепла, уходят при 600— 700 °С. Если бы зона горения доходила до колосников, они бы скоро сгорели. Для предохранения их, а также чтобы шихта не проваливалась через колосники, на них укладывают постель из возврата готового агломерата фракцией 10—25 мм.

Температура в зоне горения меняется в зависимости от пере­ мещения зоны сверху вниз. Это изменение показано линией а на средней позиции (см. рис. 1.14). Пунктирной линией б пред­ ставлен уровень оптимальной, обычно 1250—1350 °С, и, следо­ вательно, желательной температуры в зоне горения.

В начале процесса до достижения зоной горения трети или четверти высоты слоя о,т его поверхности тепла для агломера­ ции не хватает. Это определяется еще недостаточным подогре­ вом шихты, высокой теплоотдачей в атмосферу, отсутствием или недостаточным подогревом просасываемого воздуха. Все эти недостатки по мере продвижения зоны горения уменьша­ ются, и наступает момент (линии а и б пересекаются), когда температура в зоне горения достигает оптимальной. После этого теплопотери уменьшаются; воздух для горения просасывается сквозь толстый и все увеличивающийся слой горячего агломе-

/

Рис. 1.16? Упрощенная схема современной аглофабрнкн:

30 — питатель ленты шихтой

массы скатывается к головной части машины. Две ведущие звёздочки привода захватывают первую в ряду паллету за гру­ зовые ролики (подъемные) или за специальные выступы рамы, поднимают наверх и ставят на ходовые рельсы рабочей ветви машины. Постановка последующих паллет звездочкой стыкует их, при этом задние торцы бортов первой паллеты смыкаются с передними торцами последующей, звездочка оказывает нажим на всю ленту паллет. Выпавший из паллеты готовый горячий (700—800 °С)/ агломерат дробится в валковой дробилке,, про­ ходит грохочение, выделенный возврат <5 мм конвейером в горячем состоянии собирается в бункере возврата. Годный агломерат > 5 мм охлаждается в охладителе продувкой или прососом воздуха.

В СССР было распространено охлаждение агломерата в хво­ стовой части аглоленты. Получившийся агломерат на паллетах входит в зону охлаждения, где через его слой просасывается сверху холодный воздух. Получают распространение линейные ленточные охладители, представляющие собой цепной пластин­ чатый конвейер, смонтированный на наклонном каркасе. Агло­ мерат на конвейере продувается снизу воздухом под давлением

более высокую газопроницаемость, при основности 1,3—1,5 про­ изводительность ленты увеличивается на 10—12 %. Укрупнение концентрата после комкования может улучшить газопроницае­ мость на 25—30 % и в результате повысить производительность ленты на 7— 10 %.

В зоне сушки и нагрева из материалов шихты испаряются влага и связанная вода. Пары воды уносятся горячим газовым потоком в холодную зону, где в полосе высотой 30—40 мм на холодной шихте конденсируется влага при точке росы 51— 53 °С. Возникает местное переувлажнение, резко ухудшающее газопроницаемость. Для борьбы с переувлажнением сырые ма­ териалы подогревают до температуры 60—70 °С горячим воз­ духом, газовыми горелками в бункере; .паром или сжиганием газа во вращающемся барабане; горячим воздухом или сжи­ ганием газ-а над шихтой до ее зажигания на ленте. Эффек­ тивна добавка в шихту горячего возврата при 400'—600 °С. Кроме температуры, возврат повышает газопроницаемость шихты, ускоряет формирование агломерата.

В верхних слоях аглослоя в зоне горения имеет место не­ достаток тепла, тогда как в нижних горизонтах избыток тепла, а вследствие этого перегрев и излишнее появление жидкой фазы с ухудшением газопроницаемости. В борьбе с этими яв­ лениями эффективна двуслойная агломерация. Технология ее состоит в приготовлении двух шихт. В первую дается коксика меньше на 20—30 %, эта шихта укладывается в нижнюю поло­ вину слоя. Затем загружается верхний слой шихты с обычным количеством коксика. Кроме того, за счет этого экономится на 10—15% расход коксика и улучшается качество агломерата. Перегрев и переоплавление уменьшаются при спекании шихты на офлюсованный агломерат. Это связано с разложением изве­ стняка при 800 °С и офлюсованием шихты, происходящими с поглощением тепла, в результате эндотермических реакций температура в зоне горения оказывается ниже на 250—200 °С.

Повышает газопроницаемость шихты спекание под давлением. В этом случае вакуум увеличивается до 15—20 кПа, а к верхней поверхности спекае­ мого слоя от воздуходувки подают сжатый воздух под давлением 50—500 кПа. Повышение перепада давления увеличивает количество просасываемого воз­ духа, ускоряет горение в 4—5 раз. Эта технология очень перспективна, она позволяет увеличить спекаемый слой до 1 м. Обогрев шихты сверху ленты го­ релками, сжатым горячим воздухом повышает температуру в зоне горения, интенсифицирует горение, уменьшает переувлажнение и расход твердого топ­ лива. Эффективно применение в зажигательном горне воздуха, обогащенного кислородом. Обогащение воздуха при горении повышает температуру факела, увеличивает количество кислорода в продуктах сгорания до 18—23 %, тем создает условия ускорения зажигания и интенсификации горения. Разрабаты­ вается перспективный способ спекания высоконагретых шихт. В газовых го­ релках сжигают доменный газ, создавая температуру в факеле 1100—1200 °С. Чтобы не зажглось топливо шихты, в продуктах сгорания обеспечивается не более 2—3 % 0 2. Чтобы не расходовался углерод на реакцию С +С 02=2С0, нагрев шихты должен быть менее 800 °С. В пределах зоны сушки — подогрева