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

Шихта влажностью 6—7% поступает в вертикальные трубысушилки (высота 25 м, внутренний диаметр 900 мм) производитель­ ностью 85 m шихты в час, в которых подсушивается в потоке про-

Рис. 55. Общий вид опытно-промышленного комплекса кислородно-взвешенной плавки (КВП):

140

дуктов сгорания природного газа, имеющих температуру на входе

температуры печи воспламеняется и плавится с выделением тепла. Автогенность процесса может быть обеспечена при содержании суль­ фидной серы в шихте не менее 17%.

Жидкие продукты плавки собираются в ванне печи, рабочий объем которой 580 м3, площадь пода 120 м2, а газы, имеющие тем­ пературу 1350° С, запыленность до 500 г/нм3 и содержащие до 75% SÖ 2 , через вертикальный аптейк поступают в системы охлаж­ дения (котел-утилизатор), пылеулавливание (инерционные пыле­ уловители и электрофильтры) и далее подаются совместно с кон­ вертерными газами в сернокислотный цех для получения из них серной кислоты.

Печь КВП в плане имеет прямоугольное сечение. В печи кессонирован шлаковый пояс, арка и часть стен аптейка.

Ванна печи разделена пароохлаждаемой перегородкой на зоны

в ковши и направляют на конвертирование. Проектом предусматри­ валось обрабатывать богатый шлак в зоне обеднения жидкими про­ дуктами плавки пиритного концентрата, для чего в торцовой стенке печи этой зоны, напротив шихтокислородных горелок устанавливали две пиритно-кислородные горелки производительностью 2,6 m пи­ рита в час при расходе кислорода 520 м31ч. Однако в процессе освое­ ния установки КВП от использования пиритных горелок отказались и богатые шлаки складировали.

Котел-утилизатор, часто выходящий из строя и в основном оп­ ределяющий неустойчивую работу всего комплекса КВП, охлаждает газы до 500° С, улавливает 30—40% пыли и производит пар с дав­ лением 40 am в количестве до 14 т/ч.

Из котла-утилизатора газ по двум параллельным газоходам по­ ступает на очистку в инерционные пылеуловители, циклоны Сиот и электрофильтры типа 0Г-4-16. Запыленность газов после очистки 100 мгім3.

При высоком содержании сернистого ангидрида в отходящих газах большую опасность представляет концентрация серной кис­ лоты (точка росы 260—270° С).

В связи с этим все пылеуловители, газоходы и дымососы тепло­ изолированы и максимально сокращена длина газового тракта от котла-утилизатора до электрофильтров.

Газоход от электрофильтров до сернокислотного цеха выполнен из кислотостойкого кирпича и теплоизолирован.

141

Трубы-сушилки в целом работают нормально с расходом 8—10 м3

При нарушении технологического режима сушки (нарушении равномерного питания сырой шихтой) наблюдается загорание су­ хой шихты.

Общий к. п. д. очистки газов после сушилок составляет 99,97%. Потери пыли составляют 12—15 кг/ч.

Применение циклонного принципа сжигания топлива для пере­ работки мелких руд и концентратов было предложено в Советском Союзе в 1951 г [182].

Циклонные топки характеризуются высокими значениями раз­ виваемых в них тепловых напряжений — до 10 млн. ккал/(м3-ч), вместо 200 тыс. ккалІ(м3-ч), получаемых в обычных факельных топ­ ках. Именно это обстоятельство — возможность получения весьма высоких тепловых напряжений в циклонной камере — послужило основанием для проверки применимости ее для плавки различных продуктов цветной металлургии.

Одна из основных, но не единственная причина столь высоких тепловых напряжений, развиваемых в циклонных камерах, — вы­ сокая степень турбулизации потока в них, обеспечивающая полу­ чение высоких относительных скоростей движения твердого топ­ лива (концентрата) и газовой среды, определяющих интенсивное протекание процессов массо- и теплообмена.

Первые опыты по плавке балхашского сульфидного медного кон­ центрата с использованием подогретого воздушного дутья были про­ ведены в лабораторной циклонной камере диаметром 100 мм и дли­ ной 200 мм. Эти опыты послужили основанием для проектирования и сооружения при Институте энергетики АН КазССР укрупненного циклонного стенда производительностью 10 тісутки, который не­ сколько раз реконструировали и на котором в дальнейшем были про­ ведены исследования по плавке различного сырья цветной метал­ лургии [183].

Плавку на стенде балхашского медного концентрата проводили на штейн с содержанием около 50% Си. В период этих опытов с 1954— 1957 гг. были испытаны горизонтальное и вертикальное положения циклонной камеры и было установлено, что положение циклона не влияет на расплавление шихты и на состав продуктов плавки. Однако отмечали, что при вертикальном расположении циклона значительно облегчаются условия выхода расплава в отстойную камеру, температуру в которой поддерживали на уровне 1250—

142

1300° С. Поэтому в дальнейших опытах было принято вертикально расположение циклона.

На циклонном стенде Института энергетики АН КазССР в Унипромеди, ВНИИМТе, опытном заводе ВНИИцветмета были перера­ ботаны цинковые кеки Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината, промпродукты Текелийской обогатительной фабрики, медно-цинковые концентраты Среднеуральского медеплавильного

Рис. 56. Схема цепи аппаратов циклонной установки ВНИИцветмета:

/ — отсеки; 2 — с у ш и л ь н ы й б а р а б а н ; 3 — ц и к л о н ; 4 — дымососы; 5 — мокрый циклону в — м о л о т к о в а я д р о б и л к а ; 7 — в и б р а ц и о н н ы й г р о х о т ; 8 — ш и х т о в ы е б у н х е р а ; 9 — э ж е к т о р ;

завода, шлаки Лениногорского свинцового завода, окисленные цинковые руды Ачисая и другие материалы.

Данные, полученные по плавке на циклонном стенде балхаш­ ских медных концентратов, были положены в основу проектирования полупромышленной (производительностью 100 т/сутки) циклонной установки, которая была построена на Балхашском горно-метал­ лургическом комбинате. На этой полупромышленной установке была отработана конструкция отдельных узлов, проведены опыты по плавке медных концентратов с использованием твердого и жидкого топлива. Циклон при этих испытаниях никаким переделкам не под­ вергали и он находился в эксплуатации в общей сложности около 4000 ч. Установка к завершающему периоду испытаний находилась в эксплуатации в течение 45 суток. В период этих испытаний было установлено, что процесс плавки медных концентратов идет с произ-

143

водительностью 3—4 т/(м3-ч), удельный расход топлива (условного) при этом составлял 12%.

На основании данных, полученных на полупромышленной уста­ новке, были запроектированы и размещены на первой отражатель­

0960

500 т/сутки. В этот период с целью интенсификации циклонного процесса и выяснения влияния повышения температуры и измене­ ния содержания кислорода в дутье на степень отгонки летучих ком­ понентов шихты были проведены полупромышленные опыты по плавке алтайских коллективных концентратов на подогретом воз­ духе, обогащенном кислородом, на опытном заводе ВНИИцветмета. Общая схема установки изображена на рис. 56 [183].

Испытания проводили в вертикальной циклонной камере диа­ метром 650 мм, с отношением высоты циклона к диаметру 1,7 с тан­ генциальным подводом вторичного воздуха, мазута и измельченного угля (восстановителя) (рис. 57).*

* Т о н к о н о г и й А. В. и др. — «Цветные металлы», 1960, № 3, с. 22.

144

Воздух после подогрева до 500° С обогащали кислородом до 28—30%. Плавке подвергали шихту влажностью 1—2% следующего состава: 8,5% Си, 1,65% РЬ, 8,6% Zn, 24,68% Fe, 32,31% S, 16,5% Si0 2 . Испытания были проведены в течение 60 ч при сле­ дующих основных технологических параметрах:

Результаты исследования приведены в табл. 33. Было установ­ лено, что плавка коллективного концентрата на дутье, обогащенном кислородом, в циклонной камере протекает стабильно, с более вы­ соким удельным тепловым напряжением, чем на воздушном дутье.

стигнута более высокая отгонка цинка (до 75%) при среднем содер­ жании цинка в шлаке 3,1% и в штейне 3,4%. Учитывая кратковре­ менность проведенных исследований, считали целесообразным про­ должить опыты для получения данных, необходимых для техникоэкономических расчетов.

Технологический кислород (95% 0 2 ) подавали в трубопровод подогретого вторичного воздуха из такого расчета, чтобы получить воздушно-кислородную смесь, содержащую 30—33% (объемн.) 0 2 . Были установлены следующие технологические параметры пере­ работки шихт:

Анализы полученных продуктов плавки приведены ниже.

146

Повышенное содержание меди в шлаке, как видно из приведен­ ных выше данных, авторы исследования объясняют не только влия­ нием состава шлака, образующегося в циклонной камере, но и тем­ пературы, и составом газовой фазы в отстойной зоне печи.

По данным микроскопического анализа, медь в шлаках от плавки в циклоне концентратов с применением дутья, обогащенного кисло­ родом, находится в основном (90%) в тонкодисперсной металличе­ ской и частично в сульфидной формах, в то время как в шлаках от плавки этих же материалов на воздушном дутье, она присутствует преимущественно (80%) в сульфидной и только около 20% в метал­ лической формах. Механический унос в процессе плавки на обога­

газа показывает, что подавляющая часть меди (82%) и свинца (92%) находится в них в форме сульфатов. Цинка сульфатного в пылях было 56%.

Применение обогащенного кислородом воздуха благоприятно сказывалось на отгонке содержащихся в шихте кадмия и рения. Кадмий на 91 %, а рений на 73,5% отгонялись в пыль, причем 49% Cd и 67,5% Re улавливалось в мокрых электрофильтрах. Авторы ис­ следований [79] указывают следующие преимущества использова­ ния воздуха, обогащенного до 30—33% 0 2 , при циклонной плавке балхашских медных шихт по сравнению с аналогичной плавкой на воздушном дутье: увеличение производительности установки на 20%, уменьшение расхода топлива на 31,5% и объема отходящих газов на 35% при одновременном повышении концентрации в них серни­ стого газа.

Исследования по применению воздуха, обогащенного кислородом, при бессемеровании медных штейнов были начаты впервые в СССР

в период 1932—1934 гг. С. X. Танакановым в Московском институте цветных металлов и золота им. М. И. Калинина х . Опыты, проведен­ ные в 30-кг конвертере с концентрацией кислорода в дутье до 38%, показали огромные преимущества применения обогащенного кисло­ родом дутья при бессемеровании медных штейнов по сравнению с обыч­ ным воздушным дутьем: была сокращена продолжительность про­ цесса, повышено комплексное извлечение ценных составляющих медных штейнов и процентное содержание сернистого ангидрида в отходящих газах. Однако это были только лабораторные исследо­ вания, не позволявшие судить о технической возможности и эконо­ мической целесообразности ведения процесса в производственных условиях. Из-за отсутствия в то время способа получения дешевого кислорода в крупных промышленных аппаратах исследования, не имевшие в то время перспективы скорого промышленного внедре­ ния, были прекращены.

В период 1946—1949 гг. сотрудниками Уральского филиала Академии наук СССР и Красноуральского медеплавильного завода, были проведены укрупненные опыты в специальном аппарате — ковше-конвертере (10-т заводской ковш, футерованный и оборудо­ ванный двумя фурмами) по применению кислорода при бессемеро­ вании медных штейнов. Эти опыты подтвердили сделанные ранее выводы о преимуществах применения обогащенного дутья. Однако вследствие несовершенства установки и отсутствия возможности бесперебойной подачи кислорода, они также были прекращены, без получения надежных количественных результатов.

по изучению применения воздуха, обогащенного кислородом, при

дувки и кислородной рампы. Конвертер имел 14 железных фурм диа­ метром 25 мм. Футеровка конвертера была выполнена из хромомагнезитового кирпича. Напыльник конвертера был герметизирован. Для подачи дутья использовали воздуходувку типа АТМ-500-2

148

На воздухопроводе между конвертером и воздуходувкой, на расстоянии 3 м от места присоединения кислородопровода к воздухо­ проводу был установлен предохранительный клапан для преду­ преждения возможности попадания кислорода в воздуходувку при ее внезапной остановке.

Кислородная рампа, состоящая из 14 секций, позволяла одно­ временно подключать 300 баллонов с кислородом и по двум парал­ лельным газопроводам подавать его в воздухопровод конвертера.

Штейн, необходимый для проведения опыта, выпускали из отра­ жательной печи в 12-т ковш, из которого разливали в 2-т ковши. Весь набор конвертера состоял из шести ковшей емкостью 2 m каж­ дый. Температура заливаемого в конвертер штейна была 950— 1100° С. Состав штейна следующий: 23,32—23,94% Си; 36,32— 36,60% Fe; 23—24,96% S; 5,40—8,50% Zn; 1,23—1,40% Pb; 0,44— 0,94% Si02 ; 5,67—8,16% Al2 Og; до 0,26% CaO; до 0,11% MgO.

Впроцессе исследования производили замеры количества и

состава подаваемого в конвертер дутья, температуры шлака, ванны и внутренней стенки фурменного пояса, количества, состава и запы­ ленности отходящих газов. Всего за период исследований было про­ ведено 68 плавок, переработано свыше 750 m штейна и получено более 130 m меди. Содержание кислорода в дутье изменялось по плавкам от 20,8 до 50%.

Было также осуществлено конвертирование двух наборов штейна в 40-т конвертере. Содержание кислорода в дутье при этом состав­ ляло 28%.

Из-за отсутствия необходимого количества кислорода обогащен­ ное дутье применяли только в первый или второй период конверти­ рования. Полученный на воздушном дутье белый штейн был про­ дут воздухом, обогащенным кислородом до 31%; при этом было получено 69 m меди.

Данные о степени использования дутья в конвертере для различ­ ных содержаний кислорода в дутье приведены ниже, %:

росту содержания кислорода в дутье (табл. 34). Степень использо­ вания дутья в конвертере также растет с повышением концентрации кислорода в дутье. Опытами установлено, что при содержании 35%0 2 в дутье прочистки фурм практически не требуется, что в значительной степени облегчает труд фурмовщиков и позволяет устранить имею­ щиеся при этом большие потери дутья.

Более полное использование обогащенного кислородом дутья следует объяснить также значительно меньшим в данном случае ферритообразованием.

149