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

Испытания показали, что подача кислорода в воздухопровод печи обеспечивает получение более высокого удельного проплава печи и более низкого удельного расхода топлива, что объясняется

1700

то\

1500

1400

7300

то

более интенсивным протеканием процесса горения топлива, получе­ нием более высокой температуры в пространстве печи (рис. 49).

Повышение концентрации кислорода в дутье сопровождается резким увеличением удельной производительности отражательной

представлены на рис. 51. Зона максимальных температур по высоте печи находится на расстоянии примерно 1,25—2 м от свода. Темпера­ тура под сводом печи значительно ниже, чем температура в центре

печи. Из данных рис. 51 следует, что температура в печи при подаче кислорода в воздухопровод устанавливается выше, чем при подаче в фурмы

Температура, °c

Рис. 51. Распределение температур по высоте печи при различном удалении от тор­

132

рода в газовой фазе с повышением его содержания в дутье прибли­ жается к передней стенке. Исследованиями установлено, что с ро­ стом концентрации кислорода в дутье степень его использования по длине печи значительно увеличивается.

—У

/

Содержание водорода и окиси углерода в газовой фазе с обога­ щением дутья кислородом возрастает, причем в первой половине длины печи концентрация водорода, как правило, выше, чем окиси углерода. Максимальные концентрации этих газов по длине печи при одинаковом содержании кислорода в дутье, но при разных спосо­ бах его подачи различны.

133

Скорости образования окиси углерода и водорода на начальном участке длины печи при подаче кислорода в фурмы значительно выше. Объясняется это, вероятно, тем, что в этом случае на начальном уча­ стке длины печи происходит недостаточно хорошее перемешивание технологического кислорода с газо-воздушной смесью, что приводит при недостатке кислорода к образованию окиси углерода и разви­ тию процесса термической диссоциации природного газа с выделе­ нием водорода.

При подаче технологического кислорода в воздухопровод при­ родный газ и кислород хорошо перемешиваются, что обеспечивает снижение недожога топлива и развитие процесса термической дис­ социации. Вероятно, именно этим и объясняется получение в печи более высоких температур при подаче технического кислорода в воз­ духопровод.

пределения меди между шлаком и штейном в этих условиях остается практически неизменным, то следует, что потери меди со шлаками в этих условиях остаются приблизительно постоянными. Повышение содержания кислорода в дутье до 30%, как видно из табл. 31, сопро­ вождается уменьшением запыленности отходящих газов.

Дальнейшее увеличение концентрации кислорода в дутье при­ водит к росту запыленности отходящих газов, что авторами работы

[166]объясняется интенсивным ростом средней температуры в печи

иболее продолжительной в этом случае загрузкой шихты. В период проведения исследований особое внимание было уделено наблюде­

шая скорость выгорания свода (0,23 мм/сутки) отмечалась при ча­ стой смене технологических режимов — изменении содержания кис­ лорода в дутье и расходе топлива. В среднем за весь период испыта­ ний износ свода составил 0,20 ммісутки.

Анализ тепловой работы отражательной печи показал, что с уве­ личением концентрации кислорода в дутье с 21 до 40%, потери тепла со штейном и шлаком на испарение влаги, а также потери через кладку возрастают [167]. Потери тепла с отходящими газами при одновременном уменьшении их количества и температуры снижаются с 66,6 до 41,82%, что повышает коэффициент использования тепла топлива в печи с 27,1 % при воздушном дутье до 49,3% при исполь­ зовании дутья с 40% 0 2 .

угольным отоплением были проведены четыре серии опытов по обо­ гащению дутья кислородом в пределах 22,0—23,8% [168]. Кисло­ род подавали в воздухопровод вторичного воздуха на расстоянии 8 м от горелок. Температура факела в печи контролировалась радиа­ ционными пирометрами, установленными в шести точках по длине свода.

Ш

Результаты испытаний показали, что температура факела в районе 2—3 секций выросла с 1650 до 1720—1750° С. Износ свода

проплавляемой шихты по длине рабочего пространства печи показало, что на первые три воронки, т. е. на зону наиболее высоких темпера­ тур факела и непосредственного контакта факела с откосом шихты

в печном пространстве, обеспечивает увеличение площади непосред­ ственного контакта факела с ванной и как результат этого — увеличивает на 15—20% производительность печей по проплаву шихты.

Отопление сводовыми горелками особенно целесообразно при использовании дутья, обогащенного кислородом. В этом случае зона максимальных температур факела сосредоточивается непосред­ ственно у поверхности расплавляемого материала, в результате про­ цесс плавления будет несомненно ускоряться [169].

Воздух, обогащенный кислородом, применяется на заводе в Коп­ пер-Клифф (Канада) для сжигания топлива в отражательных печах

135

при плавке никелевого (рудного) концентрата [127, с. 36]. На этом заводе на одной из промышленных печей были проведены две серии опытов с применением дутья, обогащенного кислородом в течение продолжительного периода времени. В одной серии опытов была доказана возможность снижения расхода топлива, во второй — увеличения производительности печи. Полученные данные в сравнении

кислорода экономит по меньшей мере 0,5 m угля и проплав печи можно увеличить на 33%.

Максимальную производительность печи в процессе проведения этих серий опытов установить не представилось возможным, так как многоподовые обжиговые печи лимитировали количество пода­ ваемого огарка и для второй серии опытов (с увеличенным пропла­ вом) подавали огарок от восьми (вместо шести) обжиговых печей. Было принято решение о замене многоподовых механических печей на печи кипящего слоя, эквивалентные по производительности восьми многоподовым механическим печам. Применение дутья, обогащен­ ного кислородом, по предварительным данным, не увеличило рас­ ход огнеупоров на отражательной печи, что достигалось введением кислорода через форсунки, расположенные под горелками для топ­ лива. В результате такого подвода кислорода наиболее горячая зона пламени переместилась вниз к поверхности шлака — на высоту 0,6 м над ней.

Американские фирмы Alcan Aluminium Corp. и Arco Industriol gases [170—172] внедряют на заводе Освега (штат Нью-Йорк) плавку алюминия в отражательных печах с применением кислородного дутья. Две действующие отражательные печи емкостью по 40 m, работающие на мазуте, дооборудуют дополнительными, встроенными в свод, водоохлаждаемыми форсунками специальной конструкции с кислородным дутьем. Форсунки работают только в период плавле­ ния шихты и дают дополнительно 2500 тыс. кал.

136

Результаты опытов по применению кислородного дутья при плавке алюминия в отражательной печи приведены ниже:

Строящаяся на заводе третья отражательная печь будет также оборудована дополнительными форсунками для кислородного дутья. По имеющимся данным, опытные плавки в отражательных печах вторичного алюминиевого сырья были проведены и другими фирмами.

Дутье, обогащенное кислородом, начали применять и при сжига­ нии природного газа в отражательных печах малых размеров дли­

Положительный опыт применения воздуха, обогащенного кисло­ родом, при сжигании топлива в отражательных печах различных размеров и назначений безусловно будет быстро расширяться и это прогрессивное направление интенсификации процесса будет по достоинству оценено металлургами.

Г л а в а V I I I

ПЛАВКА ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ

В 1945 г. в лаборатории завода Коппер-Клифф (Канада) на уста­ новке производительностью до 3 m концентрата в сутки были на­ чаты первые опыты по применению технологического кислорода при плавке во взвешенном состоянии сульфидных медных кон­ центратов. Эти опыты в 1947 г. были продолжены в полупромышлен­ ном масштабе на установке производительностью до 25 m концен­

В 1952 г. на заводе Коппер-Клифф (Канада) начата плавка мед­ ных концентратов в промышленных печах [174, 175].

137

рода было начато в Гинцветмете под руководством Л. М. Бочкарева

совместно с ВНИИцветметом и Гипроцветметом [176—179].

Полупромышленная установка состояла из печи кислородновзвешенной плавки (КВП), системы подготовки шихты, охлаждения газов, пылеулавливания и опытных установок по использованию отходящих газов для производства серной кислоты.

Полупромышленная печь КВП имела внутренние размеры 5,3 х X 1,9 ж с зеркалом ванны размером 8,4 м2. Печь в плане имела прямо­ угольную форму; отвод газов осуществлялся через аптейк, располо­ женный примерно в центре свода печи и опирающийся на специально

релки были расположены в одном торце печи, а пиритная — на своде противоположного конца. Собственно плавка велась только с ших­ тового конца печи, другой конец служил для обеднения шлаков с по­ мощью пиритного концентрата и отстаивания шлака над бедным штейном. Выпуск штейна и шлака осуществлялся в ковши через шпуры и летки, сделанные в обеих зонах печи. Исследованиями уста­ новлено, что шихта, поступающая в печь КВП, должна быть круп­ ностью не менее 90% — 0,16 мм и с влажностью не более 1%. По­ следнее необходимо для надежной и устойчивой работы всей системы подачи шихты в печь: бункеров, течек, питателей и шихтовых го­ релок, а также обеспечения воспламенения и горения сульфидов в факеле.

В процессе проведения опытов было установлено, что для устой­ чивого автогенного хода процесса КВП в условиях небольшой опыт­ ной печи необходимо иметь в шихте не менее 23—28% сульфидной серы. При меньшем содержании серы в шихте печь приходилось подтапливать мазутом.

Производительность печи меняли от 26—37 до 78 m шихты в сутки. В отдельные периоды на короткое время производительность печи поднимали до 106—120 m шихты в сутки. Плавку вели на получе­ ние штейна, содержащего 60% Си. В период проведения опытов были испытаны шихты различного состава, включая медно-цинко- вую, но основные исследования проведены на балхашских и джез­ казганских концентратах и их смесях.

Расход технологического кислорода при этом составлял 140— 160 MS на тонну шихты. Кислород подавали в форсунки (горелки) под давлением 1,6—2,6 am. Шлаки без обеднения пиритом содержали 1,5—3,0% Си, 30—34% Si02 , 8—12% СаО, 25—35% Fe. Темпера­ тура шлака при выходе из печи была 1210—1240 °С. При обеднении пиритом получали шлаки с 0,3—0,6% Си.

Содержание сернистого ангидрида в отходящих газах состав­ ляло 80—85%. В газы переходило до 75% серы. Вынос пыли ме-

138

нялся в зависимости от крупности перерабатываемой шихты и ко­ лебался от 3 до 7% от количества перерабатываемой шихты.

Исследования по плавке во взвешенном состоянии медных и медно-цинковых концентратов проводили также в период 1958— 1960 гг. сотрудники Института металлургии УФАНа Унипромеди и ВНИИМТа на установке производительностью до 5 m в сутки шихты [180, 181]. Были получены результаты, практически аналогичные описанным выше в опытах Гинцветмета и ВНИИцветмета.

При плавке балхашской медной шихты с содержанием 24% S расход кислорода был 120—160 м3/т, при плавке медного концен­ трата, содержащего 28% Си и 33% S, расход кислорода составил 150—250 м3/т, температура горения 1500, а отходящих газов 1160— 1250° С. Содержание меди в шлаках 1,5%. После обезмеживания шлаков сульфидным медным концентратом перед их выпуском, кон­ центрация меди снижалась до 0,7%. Содержание меди в штейне составляло 40—75%, извлечение меди в него было 80—83,5%, пылевынос 7—9%.

Десульфуризация при плавке была 70—75%. Газы содержали

Температура факела достигала 1600° С, степень десульфуризации шихты 70—95%, содержание сернистого ангидрида в отходящих газах 80—92%. Извлечение меди в штейн достигало 90—95%, а ее содержание 50—75%. Пылевынос составлял 5—6% от массы шихты. В процессе плавки до 72% цинка переходило в шлак, а при возврате пыли в шихту — до 90%. Шлаки содержали до 1,5% Си, а после обезмеживания —0,7%. Исследования показали, что 30—40% меди шлака представлены окисленными формами.

Опытами установлено, что в процессе взвешенной плавки в пыль и возгоны переходит значительно больше (в 2—3 раза) легколету­ чих редких и рассеянных элементов, чем при отражательной плавке.

Переход в пыль и возгоны составляет: 24% Zn, 80% Cd, 40% In, 65% Те, 60% Se, 75% Tl, 30% Ge.

Были поставлены также опыты по плавке медно-цинковых кон­ центратов в восстановительном факеле. Для проведения этих опытов под кислородно-шихтовую горелку была установлена горелка, через которую с помощью сжатого воздуха распыливали в печи керосин. Воздух в горелку подавали из расчета неполного сжигания керо­ сина. В печи создавалась слабо восстановительная атмосфера, содержавшая 3% СО и до 1 % 0 2 . Отгонка легколетучих, редких и рассеянных элементов при этом значительно увеличилась: до 56— 61% Zn, 68—78% Pb, 77—100% Cd, 52—68% In, 75—98% Ga, 55— 78% Se, 100% Te, 57—85% Ge. УНИХИМом применительно к газам, получаемым при КВП (до 85% S02 ), был разработан метод получения серной кислоты.

Опытно-промышленный комплекс кислородно-взвешенной плавки на переработку 1400 m шихты в сутки был сооружен на медеплавиль-

139