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

нием расхода дутья из-за малой производительности котла-утили­ затора. Большое влияние температуры на полноту и скорость от­ гонки цинка, свинца и олова было установлено еще в 1954 г. Б. Ф. Вернером и В. В. Костеловым1 . Как видно из лабораторного исследования этих авторов (см. рис. 78), повышение температуры шлака с 1250—1275° С до 1400—1425° С особенно сильно влияло на поведение Свинца, обеспечивая полную отгонку его за 60 мин, от­ гонка цинка при 1400° С достигала почти 100%. В меньшей степени

иную точку зрения на механизм фьюмингования и влияние кисло­ рода. Анализируя результаты своих лабораторных опытов (рис. 71), авторы пришли к выводу, что восстановление окислов происходит преимущественно за счет твердого углерода. Как видно из рис. 71, при концентрации 50% СО за 60 мин продувки содержание цинка в шлаке снизилось всего с 16,8 до 13,6%, а при 20% СО — до 15,0%;

180

процесс отгонки цинка проходил быстрее, чем при 50% СО. Наиболее эффективно отгонялся цинк при 50% СО и загрузке коксика.

Исходя из этих представлений и сопоставляя их с практикой фьюмингования, что будет рассмотрено ниже, С. С. Новоселов пред-

18

,1

16

*-2

14

s 12

II 10

Рис. 71. Влияние концентрации окиси углерода в газовой фазе и добавки коксика на скорость отгонки цинка и свинца (лабораторные опыты [234]):

положил, что ускорение отгонки цинка при обогащении дутья кис­ лородом связано преимущественно с повышением температуры шлака,, хотя он и не отрицал положительного влияния снижения коэффи­ циента расхода кислорода за счет увеличенного расхода топлива.

ПРАКТИКА ФЬЮМИНГОВАНИЯ ШЛАКОВ СВИНЦОВОЙ ПЛАВКИ С П Р И М Е Н Е Н И Е М КИСЛОРОДА

Первые опыты по фьюмингованию шлаков свинцовой плавки с применением кислорода на заводе Коминко в Трейле были про­ ведены еще в 1949 г. В последующие годы фьюмингование на дутье, обогащенном кислородом, на этом заводе применялось постоянно [152, 235].

Печь, на которую было подано воздушно-кислородное дутье в Трейле, имела размеры в области фурм 7,2x3 м; с каждой длинной стороны ее было расположено по 36 фурм диаметром 50 мм. В опыт­ ных операциях, описанных в 1949 г., расход воздуха составлял

181

450 м3/мин (21 м3/(м2 • мин), расход угольной пыли — около 90 кг/мин. 8 печь заливали 50 m расплавленного шлака, содержавшего 16,5% Zn, 20% SiO 2, 10% CaO, 28% Fe. Продолжительность продувки при воздушном дутье составляла около 160 мин; на печи проводилось 9 операций в сутки. Газы с окисью цинка охлаждали под котломутилизатором до 480° С, затем они проходили экономайзер и посту­ пали в мешочный фильтр с температурой около 100° С.

При дутье, обогащенном кислородом, температура ванны повы­

в отвальном шлаке снижалось с 2,9 при воздушном дутье до 0,9% при дутье, обогащенном кислородом до 24,8%; соответственно отгонка

устойчивого теплового баланса печи в нее подавали с дутьем 75%

182

Поданным работы [236], в Трейле была построена вторая фьюминговая печь. Недостаточная производительность вспомогательного оборудования не позволяла значительно увеличить общее количество подаваемой угольной пыли и ограничивала применение кислорода для повышения производительности печи. Поэтому дутье, обогащен­ ное кислородом, использовали для присадки в фьюминг-печь хо­ лодных шлаков.

На УКСЦК установка для фьюмингования шлаков была введена в работу в 1956 г. [144, 237]. Размеры печи составляли 3,6x2,1 м (7,6 м2)\ печь имела 24 фурмы диаметром 40 мм и была полностью кессрнирована. К огневой поверхности кессонов были приварены

штыри для удержания гарниссажа из шлака. Конструкция фурм была аналогична конвертерным; продолжением фурм внутри печи служили огневые патрубки, выполненные из жаропрочной стали. Схема цепи аппаратов установки приведена на рис. 72. Шлак шахт­ ных печей, имеющий температуру 1100—1200° С, ковшами зали­ вали в шлаковозгоночную печь, в которую предварительно пода­ вали воздушное дутье. После заливки порции шлака давали пылеутольное дутье и начинали процесс возгонки.

Дутье в печь подавали от турбовоздуходувки под избыточным давлением 1 am. Образующиеся газы вместе с парами металлов при температуре 1200—1300° С отводили в котел-утилизатор, затем — в воздухоподогреватель, предназначенный для подогрева дутья шла­ ковозгоночной и шахтных печей. Газы, охлажденные до 100° С* поступали в цех пылеулавливания. Для частичного выделения мед­ ного продукта была установлена электропечь емкостью 6 ж3 с тремя графитированными электродами. В печь выпускали шлак из печи после продувки.

183

184

уменьшали объем дутья. При этом общая подача кислорода во вре­ мени сохранялась примерно на том же уровне, как на воздушном

должительность операции сокращалась на 38%, соответственно

В одном режиме при обогащении дутья кислородом до 25,3% коэффи­ циент расхода кислорода а был сохранен таким же, как на воздушном дутье (0,71); при этом температура шлака составила в среднем 1250° С. За 120 мин продувки степень отгонки цинка была 79,3%, содержание цинка в шлаке снизилось с 14,8 до 3,1%; скорость его отгонки была в среднем равна 26 кг/мин.

В сравнительном режиме при содержании кислорода в дутье 25,0% коэффициент расхода кислорода был снижен в среднем до 0,60. При этом температура шлака была меньше и составила 1190° С. За такую же продолжительность продувки (90 мин) концентрация цинка в шлаке была уменьшена с 15,2 до 1,5%, степень отгонки цинка повысилась до 90,2% а скорость отгонки — до 30,3 кг/мин. Результаты этих опытов позволили авторам сделать вывод о необхо­ димости снижения а за счет увеличения расхода топлива при обо­ гащении дутья кислородом.

Результаты работы шлаковозгоночной установки на УКСЦК за описываемый период проанализированы также С. С. Новоселовым, А. К. Кухаревым и М. В. Якушиным [234]. Они обратили внимание на влияние высоты шлаковой ванны в печи на показатели процесса. Как видно из рис. 73, на воздушном дутье при а = 0,6 -^0,7 увели­ чение высоты шлакового расплава с 0,5 до 1 м повышало скорости отгонки цинка с 1,6 до 2,5 кгі(м*• мин), а при 24,2% 0 2 в дутье — с 2,4 до 3,5 кг/(м* • мин), т. е. в 1,5 раза. В этих же пределах уменьша­ лась продолжительность продувки на единицу массы шлака. Расход угля на единицу возогнанного цинка и удельный расход угля сокра­ щались более чем в два раза.

Авторы [234] пришли к выводу, что резкое повышение удельного расхода угля по мере уменьшения высоты ванны связано с увели­ чением выноса пылеугля из печи дутьем, т. е. с величиной недожога. Анализ газов, отобранных из печи по ходу продувки показал, что

18S

Эти наблюдения дали авторам [234] основание считать, что вос­ становление шлака при фьюминговании идет преимущественно твердым углеродом. Поскольку вблизи фурм уголь сгорает лишь частично, определение коэффициента расхода кислорода а по со­ отношению требуемого кислорода для полного сгорания топлива к фактическому, по мнению авторов, теряет смысл. Вместе с тем

/ 2 3

X

экспериментальные данные авторов подтвердили, что увеличение расчетного а до 0,9—1,1 при воздушном дутье резко замедлило, а обогащение дутья кислородом при а = 0,6 ч-0,86 ускорило отгонку

ход дутья уменьшили на 20—25% в соответствии с возможностями системы охлаждения газов и выдерживали во всех режимах постоян­ ным. Расчетный коэффициент расхода кислорода а был примерно одинаковым и колебался от 0,58 до 0,66. Температура шлака возрас-

186

центрации кислорода. Скорость отгонки свинца в меньшей мере зависела от кислорода.

При 29,6% 0 2 производительность печи выросла на 85% по срав­ нению с воздушным дутьем, а экономия кокса составила 34%. Однаковысокая концентрация кислорода привела не только к затрудне-

ниям при охлаждении газов. Невозможность увеличения расхода кокса до расчетного (а ниже 0,5) приводила к повышению темпера­ туры расплава и размыванию гарниссажа. Этому способствовал» несовершенство системы смешения воздуха с кислородом и повыше­ ние температуры на отдельных участках печи, сопровождавшееся прогаром фурменных кессонов. Процесс с повышенной концентра­ цией кислорода остался недоработанным.

За период 1962—1964 гг. при использовании не в полной мере преимуществ обогащенного кислородом дутья из-за малой мощности котла-утилизатора применение кислорода на установке УКСЦК все же дало положительный эффект. Увеличение концентрации кисло­ рода в дутье до 24—25% обеспечило рост удельной производитель­ ности установки по выдаче цинка в возгонах на 47%, извлечения цинка с 73 до 82—84%, расход угля снизился на 22%. Экономия

возгоночной установки была сооружена другая, увеличенного раз­ мера 1242, 243]. Установка работает без обогащения дутья из-за недостатка кислорода на комбинате.

187

Согласно расчетам \ проведенным на основании отмеченных выше опытов с концентрацией кислорода до 29,6% 1240], как это видно из табл. 48, экономический эффект от применения кислорода при фьюминговании велик и растет с повышением концентрации кисло­ рода в дутье.

Процесс фьюмингования ведется повсеместно с применением пы­ левидного угля, который вдувают в смеси с воздухом в ванну жидкого шлака. Пылеуголь служит одновременно топливом и вос­ становителем. Применение природного газа позволяет ликвидиро-

1 Г е ц к и н Л. С , Б у т е н к о Р . С., С а г и м б а е в Е. Ф. — В сб. «Вне­ дрение кислорода на металлургических предприятиях свинцово-цинковой отрасли». Дветметинформация, 1970, с. 9—20.

,188

вать систему приготовления и подачи угольной пыли, что снижает капиталовложения на фьюминг-установку, уменьшает затраты на топливо, удешевляет и упрощает производство.

Процесс фьюминговании с заменой пылеугля природным газом был разработан Гинцветметом совместно с заводом «Рязцветмет» и институтами «Гипроникель» и «ВНИИпромгаз» под руководством Е. С. Гнатовского, А. И. Евдокименко, В. В. Котляренко и И. В. Са­ вина и проверен на опытной установке завода [139, с. 43—56]. Полу­ промышленная установка завода состояла из электропечи для рас­ плавления шлака, фьюминговой печи площадью пода 1,05 м> (1,46 X X 0,72 м), газораспределительного пункта, системы КИП и автома­ тики, системы пылеулавливания и другого оборудования. Печь была полностью кессонирована. Жидкий шлак заливали порциями по 1,5—3 т. Газ от ГРП поступал под давлением 1,47 am.

Опыты по продувке шлаков смесью природного газа с холодным воздушным дутьем показали неприемлемость этого способа из-за образования магнетита и загустевания шлака. Сохранить жидкоплавкость шлака удалось лишь предварительным сжиганием при­ родного газа в выносной топке и подачей в расплав высокотемпера­ турных продуктов горения, не содержащих свободного кислорода. Однако для хорошей отгонки цинка и свинца оказалось необходи­ мым при этом загружать на расплав твердый восстановитель— дроб­ леный каменный уголь.

для сохранения неизменного суммарного коэффициента расхода кислорода а (отнесенного к сумме топлив —• угля и природного газа)

одинаковой длительности продувки увеличилась по сравнению с воз­ душным дутьем с 63,3 до 81,6%, а концентрация цинка в шлаке после продувки снизилась с 2,0 до 1,33%. Температура шлака на обога­ щенном дутье увеличилась на 60° С. При этом, как это видно из рис. 75, временного снижения температуры в процессе продувки не

В табл. 49 приведены данные по аналогичному режиму с 28% кислорода в дутье, но прерванному через 90 мин продувки. При этом

189