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

авторы исследования [83] объясняют низкой температурой под сво­ дом печи (560°), по сравнению с температурой в слое (650° С).

Авторы работы [83] считают, что в промышленных условиях со­ став пыли по водорастворимым компонентам практически не будет отличаться от огарка.

Во ВНИИцветмете И. М. Чередником были осуществлены укруп- ненно-лабораторные и полупромышленные исследования сульфатизирующего обжига пиритно-кобальтового концентрата в печах КС на кислородном дутье с рециркуляцией газов [84].

Укрупненно-лабораторные опыты были проведены на установке не­ прерывного действия с печью кипящего слоя диаметром 200 мм (в зоне слоя) и высотой 3 м. В первой серии опытов, проведенных при тем­ пературе 700° С на дутье, содержащем 60% S0 2 и 20% 0 2 , стреми­ лись получить газы с максимальным содержанием сернистого анги­ дрида и минимальным — кислорода. Были получены газы, содержа­ щие 80% S0 2 и 0,5—1,0% 0 2 , но в огарке было только до 23% водо­ растворимого кобальта. Низкое содержание кобальта в полученных огарках можно было объяснить только недостаточным избытком ки­ слорода в дутье.

Во второй серии опытов получали обжиговые газы, содержащие 10—25% 0 2 . Наблюдали конденсацию серной кислоты в газоходах,

По результатам второй серии опытов был сделан вывод, что

сульфатизирующего обжига пиритно-кобальтового концентрата в противоточной двухподовой печи КС на кислородном дутье с рециркуля­ цией газов. Общий вид двухподовой печи КС приведен на рис. 29.

Сырой концентрат тарельчатым питателем через запирающее устройство поступал на верхний под печи, где он частично обжигался за счет кислорода, содержащегося в газах нижнего пода. Заданную температуру в верхнем слое поддерживали при помощи водяного трубчатого холодильника, регулируя глубину погружения его в слой. Переток концентрата с верхнего пода на нижний осущест­ влялся через течку с запирающим устройством, препятствующим прорыву газов из нижней в верхнюю зону печи.

Газы очищали в циклоне и сухом электрофильтре, после чего часть из них газодувкой возвращали в процесс. Перед входом в печь очищенные от пыли газы смешивали с необходимым для процесса количеством кислорода.

Первая серия опытов была проведена при температуре на подах печи 650° С. Растворимость кобальта в огарках, полученных в этой серии опытов, составляла около 80%. В газах отсутствовал свобод­ ный кислород и содержание сернистого ангидрида в них составляло

70

71—78%. Однако растворимость железа в огарке нижнего слоя оказалась высокой и составляла 12—15%. Для снижения раствори­ мости огарка температуру в кипящем слое повысили до 800° С. Это положительно сказалось на качестве огарка: растворимость

71

железа снизилась до 0,4—0,6%, а растворимость кобальта практи­ чески не изменилась. В отходящих газах содержалось 76—85% S0 2 и практически отсутствовал кислород.-Удельная производительность печи составляла в среднем 5 т/(м2 • сутки). Результаты опытов при­ ведены в табл. 14.

В табл. 15 приведены основные показатели, полученные при исследовании процесса сульфатизирующего обжига пиритно-кобаль-

1 Т е м п е р а т у р а в с л о е в е р х н е г о пода с о с т а в л я л а 650° С.

высокую производительность печи и растворимость кобальта, пол­ ное использование кислорода, высококонцентрироваиные по S0 2 отходящие газы.

В процессе проведения опытов выявилась необходимость конструк­ тивной доработки некоторых узлов двухподовой печи и в особенно­ сти узла перегрузки концентрата из верхней камеры в нижнюю. Не­ смотря на это, полученные данные показывают, что двухподовые печи КС являются перспективными для промышленности агрега-

72

тами как для сульфатизирующего обжига, так и для многих других

до 27%, были проведены А. Ф. Ложкиным, 3. И. Сачковым и А. Р. Бабенко [85]. Данные анализа степени сульфатизации кобальта по среднесуточным пробам твердых продуктов обжига пиритно-кобаль- тового концентрата и температурного режима в печи КС за 10 дней ее эксплуатации на воздушном дутье и дутье, содержащем 25 и 27% 0 2 приведены ниже;

до 25—27% позволяет практически сохранить неизменным темпера­ турный режим печи, степень сульфатизации огарка, но значительно повышает степень сульфатизации обожженной пыли, осаждающейся

73

в стояках и циклонах, суммарный выход которой составляет 65— 70%. В результате степень сульфатизации кобальта при обжиге пиритно-кобальтовых концентратов в печи КС повышается на 6—8%. Авторы работы [85] делают совершенно правильный вывод о целе­ сообразности применения для обжига пиритно-кобальтового концен­ трата печей КС с раскрытым конусом в сепарационной части вместо установленных в настоящее время цилиндрических, что позволит сократить пылевынос, увеличить время пребывания материала в зоне обжига и создать условия, благоприятствующие протеканию про­ цесса сульфатизации кобальта.

Г л а в а V

ШАХТНАЯ ПЛАВКА ОКИСЛЕННЫХ Н И К Е Л Е В Ы Х Р У Д

Расход кокса при плавке окисленных никелевых руд на воздуш­ ном дутье составляет довольно большую величину и превышает 30 m на 1 m товарного никеля. Более 50% себестоимости никеля, который дороже меди в 2—3 раза, приходится на долю расходов на кокс. Повышенный расход кокса связан с тугоплавкостью руды и низким содержанием в ней никеля. Снижение расхода кокса и интен­ сификация процесса за счет применения дутья, обогащенного кисло­ родом — наиболее кардинальный способ усовершенствования шахт­ ной плавки. Это было обосновано А. А. Цейдлером [86] еще в 1945 г.

Систематическое изучение и испытание шахтной плавки окислен­ ных никелевых руд на обогащенном кислородом дутье было начато сравнительно давно.

П Е Р В АЯ ОПЫТНАЯ ПЛАВКА НИКЕЛЕВОГО АГЛОМЕРАТА НА ОБОГАЩЕННОМ КИСЛОРОДОМ Д У Т Ь Е

Впервые шахтная плавка агломерата окисленных никелевых

сти фурм. Воздушно-кислородную смесь готовили в смесителе, куда

74

Агломерат содержал в среднем 17% мелочи класса 0—3 мм. В от­ дельные периоды в агломерате было 5—11% влаги. Влажность кокса колебалась от 5,9 до 15,1%. В дальнейших расчетах учитывали массу сухого агломерата и кокса, а испарение влаги — в отдельной статье теплового баланса. Кокс содержал 3,3—3,7% S и 13,9— 19,2% золы, гипс 17,3—18,6% S.

В табл. 16 приведены сводные технологические показатели по всем испытанным режимам. Из приведенных данных видно, что при плавке на воздушном дутье были воспроизведены условия, соответ­ ствовавшие обычному заводскому режиму плавки никелевого агло­ мерата. Несколько повышенный расход кокса был обусловлен ма­ лыми размерами опытной печи.

75

Ход печи при введении кислорода улучшился: увеличились про­ плав агломерата и температура шлака, фурмы посветлели, облегчи­ лось обслуживание летки. Учитывая хорошее состояние фурм при 31% 0 2 , расход кокса был уменьшен и постепенно доведен до 22,9% от массы агломерата. Однако такое снижение оказалось чрезмерным и фурмы стали быстро темнеть. Одновременно понизилась температура шлака, а содержание никеля в нем резко повысилось. Поэтому рас­ ход кокса снова увеличили и дальнейшие опыты по определению минимально возможного расхода кокса прекратили.

В течение всей плавки при 31—35% 0 2 в дутье объем ванны оста­ вался небольшим. При открытии шпурового отверстия сначала выхо­ дила масса, обогащенная ферроникелем, а затем начинал вытекать жидкий штейн. В штейне былосеры8—14%, а попытка повысить ее содержание увеличением расхода гипса не имела успеха.

Снижение температуры отходящих газов было более значительным, чем указано в табл. 16, но прекращение подачи кислорода даже на 15 мин вызывало резкое повышение температуры газов и увеличивало среднюю температуру за сутки.

Высокий расход кислорода и связанный с этим повышенный про­ плав агломерата при плавке на дутье с 39% 0 2 вызывали ряд тех­ нологических и организационных затруднений. В отдельные смены проплав настолько возрастал, что не успевали подавать материалы и опускали сыпь. Подача кислорода стала неравномерной из-за пере­ боев в доставке жидкого кислорода. В отдельные смены содержание кислорода в дутье достигало 47%, концентрация СО2 повышалась до 44%, а концентрация СО снижалась до 2—3%. Однако в среднем за режим были достигнуты показатели, приведенные в табл. 16.

Неравномерное дутье и частое опускание сыпи периодически вы­ зывали повышение температуры отходящих газов. Наблюдалось образование настылей и частые зависания шихты. В таких случаях приходилось опускать уровень сыпи, загружать лишнюю порцию кокса, уменьшать расход дутья и сбивать настыли.

Несмотря на указанные неполадки при высокой концентрации кислорода в дутье, условия обслуживания горна печи улучшились: увеличилась струя шлака, что упростило обслуживание летки; выпуск штейна облегчился, ванна печи оставалась неизменной. В сменных пробах шлака концентрация никеля не была постоянной. Иногда она соответствовала содержанию при плавке на воздушном дутье, в другие смены шлаки получались более богатыми по никелю. Особенно высокое содержание никеля наблюдалось в пяти сменах, во время которых были зафиксированы зависания шихты. С учетом этих смен среднее содержание Ni составило 0,28%.

По результатам плавки были составлены материальные и тепловые балансы, анализ которых будет дан ниже.

дутье, обогащенном кислородом до 35—40%, без существенных из­ менений конструкции; в целях экономии кислорода необходима герметизация фурм.

76

2. При плавке на дутье, обогащенном кислородом, расход кокса был снижен по сравнению с воздушным дутьем на 18—23%. Эконо­ мия кокса была получена за счет большей полноты сжигания кокса до СО2 , а также вследствие снижения температуры отходящих газов и уменьшения относительного количества газов и воды, охлаждающей кессоны.

3. Обогащение дутья кислородом повысило удельный проплав агломерата. При содержании 31% 0 2 в дутье проплав составил 131% от проплава на воздушном дутье, при 39% 0 2 проплав возрос до 177%. Увеличение проплава было связано с повышением интен­

расхода дутья с 44 до 49 м3І(м2 • мин) при 39% 0 2 . Плавка на дутье с 39% 0 2 при расходе воздушно-кислородной смеси 49 м3/{м2• мин) сопровождалась сильным настылеобразованием и зависаниями шихты.

4.Плавка на обогащенном кислородом дутье характеризовалась укорочением кислородной зоны в печи и снижением температуры колошниковых газов. При бесперебойной работе температура газов понижалась до 100° С.

5.С повышением содержания кислорода в дутье росла темпера­

тура шлака. Перегрев шлака при 39% 0 2 достиг 102° С. Обслужива­ ние печи облегчилось благодаря получению более горячих распла­ вов. Количество оборотных продуктов уменьшилось вдвое.

6.При использовании в качестве сульфидизатора гипса возросло содержание в штейне никеля с 18,1 до 21,4%, кобальта с 0,41 до

0,57%. Штейн получался более металлизированный, содержание серы в нем снизилось с 16,3 до 7,7%. Содержание в шлаках никеля в среднем повысилось с 0,22 до 0,23—0,28%, а кобальта снизилось с 0,018 до 0,014% за счет большей металлизации штейна. Содержание магнетита в шлаке уменьшилось с 3,3 до 1,4%.

Опытная плавка показала значительные преимущества примене­ ния обогащенного кислородом дутья.

На основании полученных результатов было принято решение о проведении промышленных плавок на комбинате «Южуралникель».

ОП Ы Т Н АЯ ПЛАВКА КОНВЕРТЕРНОГО ШЛАКА НА ОБОГАЩЕННОМ КИСЛОРОДОМ Д У Т Ь Е

В1950 г. Гинцветметом была проведена трехсуточная плавка конвертерного шлака в печи Московского бронзо-латунного завода

на дутье, обогащенном до 31,5% 0 2 [87, 88]. Средние технологичес­ кие показатели опытной плавки и для сравнения заводской практики

77

При плавке на обогащенном кислородом дутье проплав конвер­ терного шлака достиг 82,8 ml(м2 сутки) — в 4 раза больше, чем по данным заводской практики. Интенсивность сжигания кокса повы­ силась до 17,7 т/(м2-сутки), что вдвое выше, чем на промышленных печах с воздушным дутьем.

Расход кокса уменьшился в два раза. Температура колошниковых газов была небольшая (58° С), несмотря на высокую интенсивность процесса и сравнительно большой расход дутья.

Для определения зоны высокой температуры в печь через колош­ ник вводили длинную термопару, опускавшуюся вместе с шихтой вдоль шахты печи. Измерения показали, что верхняя граница высо­ кой температуры была на уровне 0,5—0,6 м от оси фурм.

При плавке конвертерного шлака на обогащенном кислородом

был получен более богатый штейн, чем при плавке на воздушном дутье. Содержание никеля, кобальта и основных шлакообразующих компонентов в шлаке осталось таким же, как при заводской прак­ тике, а условные константы равновесия уменьшились, что свидетель­ ствовало о более полном сульфидировании и восстановлении никеля и кобальта, а также о большей металлизации штейна.

ОПЫТНО - ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПЛАВКИ НА КОМБИНАТЕ «ЮЖУРАЛНИКЕЛЬ»

Опытно-промышленные плавки на дутье, обогащенном кисло­ родом, были продолжены сотрудниками институтов «Гинцветмет» и «Гипроникель» на комбинате «Южуралникель» совместно с завод­ скими работниками после сооружения кислородной станции с блоком разделения KT-1000 производительностью 1000 м3!н кислорода [3] .

78

стигало всего 26%. Затем опыты были перенесены на специально сооруженную шахтную печь сечением 1,3 м2, в которой осуществляли длительные испытания и исследования при различных концентрациях кислорода в дутье вплоть до 45% 0 2 . Третья серия опытно-промыш­ ленных плавок с обогащенным дутьем была проведена позднее на реконструированной опытной печи сечением в области фурм 6,2 м2 в связи с работами по применению природного газа.

в течение 13 суток вели плавку на дутье со средним содержанием ки­ слорода 25,7%; перед этим была проведена плавка в контрольном режиме на воздушном дутье [891.

Опытно-промышленная печь имела закрытый колошник с загру­ зочным устройством из спаренных конусов. Проведенные испытания показали, что периферийный ход плавки, характерный для промыш­ ленных печей, имеющих открытый колошник, на опытной печи был выражен менее резко. Температура отходящих газов при воздушном дутье была ниже, а полезное использование тепла — выше, чем на промышленных печах.

Плавку на воздушном дутье вели с минимальным расходом кокса, недостаток которого восполняли периодической загрузкой «усилен­ ных» колош с повышенной долей кокса. Высоту сыпи поддерживали в пределах 4—5 м. Простои печи были относительно велики. Пока­ затели плавки приведены в табл. 17.

С переходом на воздушно-кислородное дутье печь пошла горячее, перегрев продуктов плавки возрос, объем горна увеличился, обслу­ живание горна облегчилось. Расход кокса, как и на воздушном дутье, поддерживали на минимально допустимом уровне и периоди­ чески увеличивали для исправления хода печи. Содержание окиси углерода в отходящих газах снизилось, что обеспечило наряду с повы­ шением проплава на 31% снижение расхода кокса на 20%. Несмотря на значительное увеличение количества подаваемого в единицу вре­ мени кислорода с дутьем, интенсивность сжигания кокса повысилась: незначительно—с 8,1 до 8,8 ml(м2 • сутки). Температура колошни­ ковых газов не снизилась.

Плавку на воздушном дутье вели с добавкой серного колчедана в качестве сульфидизатора. При плавке на обогащенном дутье по условиям работы цеха значительная часть колчедана была заменена гипсом, что способствовало получению более богатых штейнов. Потери никеля со шлаками возросли. Кратковременность опытов не позволила устранить недостатки плавки.

Дальнейшие исследования были перенесены на опытную уста­

из двух щелевидных фурм подвели к печи снизу, что позволило вести исследования в шахте печи со стороны освободившейся стенки. Подача воздушно-кислородной смеси в печь регулировалась автома­ тически. Загрузка печи осуществлялась с помощью скипового подъем­ ника. Был успешно применен радиоактивный уровнемер шихты.

79