книги из ГПНТБ / Клушин Д.Н. Применение кислорода в цветной металлургии

настолько велики, что завод покрывал расходы на кислород за счет других мероприятий. Так, плавка 15% клинкера непосредственно в шахтной печи полностью окупала содержание кислородной стан­ ции и давала прибыль. Уменьшение простоев и сокращение ремонтов печей также дает экономию. Таким образом, применение кислорода при шахтной плавке дало положительный экономический эффект.

В ходе десятилетней эксплуатации результаты проведенных испы­ таний в основном подтвердились, а экономическая эффективность применения обогащенного кислородом дутья возросла. Шахтные печи были снова увеличены, что привело к снижению удельного про­ плава. В шихту агломерации вводили до 30% клинкера от массы медного концентрата. Содержание серы в агломерате было снижено до 10%.

сыпи 3,5—4 м от плоскости фурм. При содержании кислорода в дутье 28% удельный проплав шихты равен в среднем 65 ml(м2 - сутки). Удельный расход кокса составляет всего 6% от массы шихты. Тем­ пература отходящих газов не превышает 400° С Содержание меди в штейне поднялось до 45%, цинка — до 7% ; шлак содержит 0,5% Си, 1,2% РЬ, 5,0% Zn. В пыли электрофильтра — 42% РЬ и 4—5% Zn. Сифонный выпуск штейна прекращен из-за периодического накопле­ ния в переднем горне свинцового штейна.

В 1955 г. на опытной круглой шахтной печи Металлургического института Фрайбергской горной академии [132] были проведены полупромышленные опыты по шахтной плавке мансфельдских медносланцевых руд с дутьем, обогащенным кислородом. Опытная печь, футерованная шамотом, имела сечение в области фурм 0,28 м2. Вы­ сота сыпи составляла 2,8—2,9 м. Вследствие малого размера печи

и 2% S. В руде было сравнительно много мелочи; крупность кокса +40 мм. Производительность и другие показатели плавки устанавли­ вали после достижения устойчивого хода печи на минимальном для каждого режима расходе кокса. Для сравнения были проведены

жания кислорода: с 36% при воздушном дутье до 17% при 33,5% 0 2 в дутье.

110

4. По мере роста содержания кислорода в дутье температура отходящих газов снижалась: при 30,2% 0 2 она доходила до 40—80° С. Повышение расхода воздуха при воздушном дутье увеличивало тем­ пературу отходящих газов, а при дутье, обогащенном кислородом, наоборот, снижало.

В отходящих газах содержание СО составляло 24—28% и оста­

составляло 1—1,5%. При этом увеличился проплав и экономия кокса. Применение кислорода давало экономию по 2500 марок в день.

При медно-серной плавке на Медногорском комбинате расход коксика составляет 7—10% от массы сульфидного сырья. Размер кусков коксика 10—25 мм, к нему добавляют до 30% кокса 25—40 мм. К- И. Ушаков, В. И. Садыков, Р. И. Фельман, Л. А. Блинова [135— 137 ] на основе обследования работы промышленной шахтной печи медно-серной плавки выдвинули предложение применить для этого процесса дутье, обогащенное кислородом. Как видно из рис. 41, при воздушном дутье содержание кислорода в печных газах промыш­ ленной печи уже на высоте 0,3 м выше уровня фурм составляло 2%, а на уровне 0,5 м снижалось до 0,5% в полном соответствии с умень­ шенным размером кусков применяемого кокса.

Содержание окиси углерода по всей высоте печи было очень низким и колебалось в пределах десятых долей процента. Сумма сероорга-

111

нических соединений COS + CS2 составляла 0,4—0,5% и по всей высоте печи практически не менялась; содержание H2 S колебалось около 1%. Содержание S0 2 по высоте печи, начиная от плоскости фурм, резко возрастало и на расстоянии 0,15 м от фурм достигало 10—13%, затем оно снижалось, на расстоянии 1 м от фурм составляло 3% и далее не менялось. Специальные исследования показали, что

менялось мало. В соответствии с горением углерода кокса зона вы­ соких температур в печи начиналась на высоте 0,3 ж от фурм и дости­ гала максимального значения 1300° С на высоте 0,5 м.

Проведенное исследование показало наличие очень короткой кислородной зоны, поэтому авторы сделали вывод о недостатке кисло­ рода при осуществляемом режиме плавки.

Низкая температура в верхних и средних горизонтах печи при­ водит к тому, что брикеты не успевают полностью прогреться и до­ стигают кислородной зоны, имея в составе пиритную серу, которая здесь окисляется до сернистого ангидрида, расходуя кислород дутья, что уменьшает выход элементарной серы и снижает степень окисле­ ния сернистого железа. Восстановление S0 2 в холодных зонах печи также не успевает завершиться.

Лабораторные исследования, проведенные под руководством К- И. Ушакова [137, 138], показали закономерность повышения ско­ рости окисления расплавленных сульфидов при обогащении газовой фазы кислородом и нецелесообразность значительного увеличения доли кокса в шихте в восстановительной зоне, что приводит к повы­ шенному переходу серы в формы CS2 и COS и снижает выход эле­ ментарной серы.

На основании проведенных исследований было предложено при­ менить дутье, обогащенное кислородом. Для этой цели рекомендо­ вали установить на шахтной печи второй ряд фурм, расположенный выше существующего на 0,4—0,5 м. Верхний ряд фурм будет выпол­ нять функции обычных фурм печи и обеспечивать повышенную про­ изводительность печи и степень сокращения. Через нижний же ряд фурм будет производиться окисление жидкого сульфида железа, не успевшего окислиться в верхней зоне.

Сернистый газ, образующийся в результате дополнительного окисления сульфида железа, поступая в восстановительную зону печи, будет частично восстанавливаться до элементарной серы.

112

водительность шахтной печи возрастет на 26,4%, а температура в кислородной зоне увеличится с 1393 до 1764° С, соответственно повысится температура в шахте печи. Если же одновременно с обо­ гащением дутья кислородом снизить расход кокса на 20%, то произ­ водительность шахтной печи увеличится на 35,6%, а температура кислородной зоны понизится до 1637°.

Процесс медно-серной шахтной плавки на обогащенном кислород­ ном дутье намечено проверить в промышленных печах.

ШАХТНАЯ ПЛАВКА СВИНЕЦСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Первые опыты по шахтной плавке свинцового агломерата на дутье, обогащенном'кислородом, были проведены на Лениногорском поли­ металлическом комбинате в 1948 г. [140]. Кислород подавали в воз­ душное дутье из баллонов. Полученная воздушно-кислородная смесь содержала 24% О 2 . Несмотря на кратковременность опыта (подача кислорода длилась 3 ч), шлак из печи начал выходить более горячим, температура отходящих газов повысилась, так как расход кокса не был своевременно снижен; содержание свинца в шлаке не изменилось.

В 1957 г. на заводе «Электроцинк» была сооружена установка для использования кислорода, получаемого в качестве побочного продукта на водородной станции соседнего завода, при шахтной свинцовой плавке. Опыты проводили завод совместно с СевероКавказским горно-металлургическим институтом. Дутье обогащали кислородом до 22,9% на шахтной печи сечением 1,3 м2 в течение 2,5 месяцев [141]. Технологические показатели шахтной плавки свинцового агломерата на воздушном дутье и дутье, обогащенном кислородом, на заводе «Электроцинк» приведены ниже:

Наблюдения показали, что при обогащении дутья кислородом до 22,9% проплав шихты увеличился на 12,5%; при неизменном рас­ ходе кокса возросла температура отходящих газов и шлаков. Был отмечен более устойчивый ход шахтной печи.

Промышленное применение кислорода при шахтной плавке свин­ цового агломерата впервые было осуществлено на Усть-Каменогор­ ском свинцово-цинковом комбинате после пуска в 1958 г. кислородной

станции с разделительным блоком КТ-3600Ар [142,143]. Налаживание режима и первые испытания были проведены комбинатом совместно с ВНИИцветметом.

Шахтные печи Усть-Каменогорского комбината были снабжены круглыми фурмами диаметром 100 мм, расположенными в два ряда по продольным сторонам печи на уровне 400 и 550 мм от верха ванны.

плавки свинцового агломерата на воздушном и воздушно-кислород­ ном дутье на Усть-Каменогорском комбинате приведены ниже:

114

Статистическая обработка заводских данных за первые 7 месяцев работы на дутье, обогащенном кислородом, показала, что проплав прямо пропорционален концентрации кислорода при постоянном ко­ личестве дутья, равном 34 м3/{м2-мин) (рис. 43). Зависимость кон-

центрации кислорода от количества дутья, необходимого для полу­ чения одинакового проплава, по заводским данным приведена на рис. 44. При постоянном количестве дутья и содержании кислорода 26,7% производительность печи возрастала на 27%, а при этой же концентрации кислорода и неизменном проплаве количество дутья снижалось на 34%, что соответственно уменьшало количество отхо­ дящих газов и облегчало газоочистку.

За 4 года промышленной эксплуатации шахтных печей с приме­ нением кислорода комплекс различных организационно-технических мероприятий позволил значительно улучшить показатели плавки;

шатра колошника и введение принудительного воздушного охлажде­ ния отводящего газохода.

4. Запыленность колошниковых газов снизилась вдвое и состав­ ляла 1,5 г/м3.

5. Перегрев продуктов плавки и устойчивая работа печи улуч­ шили работу сифона, который был передвинут ближе к рабочему

выдавали через отстойники). Это способствовало освоению непре­ рывного выпуска шлака, облегчило обслуживание горна и сократила количество образующегося оборотного шлака на 20—30%; значи­ тельно уменьшилось содержание свинца в оборотных шлаках.

6. Содержание в шлаках свинца снизилось в среднем с 2,3 до 1,8%, а окиси цинка повысилось с 18 до 24%, что значительно сни­ зило расход флюсов.

7.Извлечение в черновой свинец возросло с 89 до 91%, а общее извлечение по плавильному цеху достигло 97,6%.

8.Кампания шахтных печей увеличилась до трех лет, хотя стой­ кость кессонов несколько уменьшилась.

Еще более заметный эффект от применения дутья, обогащенного кислородом, был отмечен при плавке медистых оборотных продуктов. Так, если при дутье с содержанием кислорода 27% прирост произ­ водительности печи при плавке свинцового агломерата составлял

Ровный безаварийный ход печей и перечисленные технологические преимущества дутья, обогащенного кислородом, облегчили условия труда и улучшили санитарное состояние; в цехе полностью прекра­ тились отравления свинцом.

В ходе промышленного использования кислорода периодически наблюдали явления ухудшения хода печей со снижением техникоэкономических показателей.

Исследователями [145] был сделан вывод, что ухудшение хода печей вызывалось изменением свойств агломерата, прежде всего снижением температуры его размягчения. Если агломерат имеет более высокую температуру размягчения, куски его сохраняются почти до зоны плавления и он отличается лучшей восстановимостью.

116

При этом в фокусе печи отмечается более высокая температура, а от­ ходящие газы получаются более холодные, газы распределяются в печи более равномерно; сопротивление в печи ниже, проплав вы­ сокий, содержание свинца в шлаках минимальное.

При пониженной температуре размягчения агломерата сопро­

агломерата, снижает его восстановимость и еще сильнее расстраи­ вает ход плавки.

Снижение температуры размягчения агломерата вызывается уменьшением расхода флюсов при агломерации и повышением содер­ жания свинца, что экономически выгодно. Поэтому применение обо­ гащенного кислородом дутья, сглаживающего указанные неполадки,, особенно желательно при плавке богатых свинцом агломератов.

В 1962 г. на кислородной станции УКСЦК был пущен еще один разделительный блок БР-5, что позволило провести промышленные испытания шахтной плавки с повышенным содержанием кислорода в дутье [146, 147, с. 13—19]. К этому времени подогрев дутья ранее применявшийся периодически был полностью прекращен.

Испытания проводили при обогащении дутья кислородом до 27— 29, 30—32% 0 2 и, кратковременно, при 33% 0 2 - Процесс плавки характеризовался устойчивой работой печи, высоким проплавом и пониженным расходом кокса (табл. 24).

В результате проведенных испытаний была установлена возмож­ ность работы шахтных печей с повышенным содержанием свинца в агломерате на шлаки с повышенным содержанием окиси цинка.

Для увеличения стойкости впоследствии было введено испари­ тельное охлаждение кессонов.

При увеличении концентрации кислорода в дутье до 30—32%. производительность печи по агломерату увеличилась на 30%, по* свинцу— на 53%; расход кокса снизился на 40—45%. Расход воз­ духа на единицу проплавляемой шихты сократился почти вдвое* выход колошниковой пыли уменьшился, пылевынос составил 0,3— 1,3% от массы шихты.

Снижение расхода кокса приводило к некоторому повышению содержания свинца в шлаках. Наиболее богатые по свинцу шлаки были получены при наименьшей восстановительной способности печи,, как это видно из рис. 45. Среднегодовые технико-экономические по­ казатели шахтной плавки на УКСЦК за 1957, 1960 и 1966 гг. при ­ ведены ниже:

117*

Технико-экономические расчеты, проведенные по данным, при­

•с 28—30% О а позволило снизить расход кокса на 14—35%, флюсов —

J18

на 41—62%, увеличить содержание свинца в агломерате с 37 до 42—47%; уменьшить выход шлака на 37—48% и повысить удельную производительность шахтных печей на 6—10%.

Суммарный экономический эффект составил в среднем 1,43 млн. руб. в год. Экономия от сокращения расхода кокса полностью по­ крыла затраты на кислород, а первоначальные капиталовложения на кислородную станцию окупились в течение первых трех лет экс­ плуатации.

На Чимкентском свинцовом заводе кислородная станция была пущена в 1965 г. и в последующие годы были проведены исследования и внедрение дутья, обогащенного кислородом при свинцовой шахт­ ной плавке. Заводские работники и сотрудники Гинцветмета и Ин-

Рис. 46. Влияние содер­ жания кислорода в дутье на показатели свинцовой шахтной плавки на ЧСЗ:

/ — р а с х о д д у т ь я ; 2 — у д е л ь ­

ш л а к е

Содержание Og S дутье, %

ститута металлургии и обогащения АН КазССР особое внимание

Плавки с различной концентрацией кислорода при холодном воз­ душном дутье велись в 1965—1966 гг. На плавку поступал агломерат,,

В таблице приведены также для сравнения показатели плавки на холодном воздушном дутье за 1963 г. Проведенные испытания по­ казали, что при обогащении дутья до 27,5% 0 2 возможно повышение проплава на 34—83% и снижение расхода кокса на 27—31% при содержании свинца в шлаках 1,5—2,2% и повышении температуры колошниковых газов.

При проведении балансовой плавки по цеху в целом при содер­ жании кислорода в дутье 26,5% средний проплав вырос на 14%,. удельный расход кокса составил 13,1%, содержание свинца в шлаке 1,5%. В табл. 26 приведен тепловой баланс плавки.

На Чимкентском заводе впервые в мировой практике свинцового, производства было испытано в промышленных условиях сочетание

119>