книги из ГПНТБ / Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов

тель постоянно контактирует со свежими массами шлака. При взаи­ модействии восстановителя со шлаком в первую очередь будут вос­ станавливаться окислы меди, никеля и железа. Но поскольку окис­ лов железа в плавке больше, чем окислов других металлов, то преи­ мущественно будут восстанавливаться окислы железа. В результате образуется металлический сплав, состоящий в основном из железа. Реакции взаимодействия окислов шлака с углеродистым восстано­ вителем приведены на стр. 58.

Для снижения температуры плавления сплава и предотвращения намерзания его в виде настылей на подине в печь заливают опреде­ ленное количество штейна из руднотермических печей. Металличе­ ский сплав растворяется в штейне и образуется металлизированный штейн. При взаимодействии шлака со сплавом и металлизированным штейном происходит восстановление большей части окислов кобальта, меди и никеля металлическим железом штейна согласно уравнению

{MeО) + [Fe]M6T= [Me] + (FeO).

Восстановленные металлы (кобальт, никель, медь) реагируют с сульфидом железа и, перейдя в сульфидную форму, растворяются в штейне. Таким образом, восстановление окислов цветных метал­ лов конвертерного шлака происходит как непосредственно углеро­ дистым восстановителем, так и металлическим железом.

В результате обеднительной электроплавки конвертерных шла­ ков получают бедные по содержанию цветных металлов шлаки

иобогащенные металлизированные штейны. Последние направляют

вконвертерный передел, а обедненные шлаки — в отвал или частично

врудотермические электропечи в качестве железистого флюса.

По данным В. Г. Бровкина, извлечение кобальта в штейн при обеднительной электроплавке жидких конвертерных шлаков зави­ сит от расхода восстановителя, времени пребывания шлака в печи в контакте с восстановителем, температуры процесса, состава и ко­ личества поступающего в печь штейна, состава конечных жидких фаз.

Расход восстановителя определяется в основном средним време­ нем пребывания шлака в печи. На комбинате «Североникель» при переработке конвертерных шлаков в электропечах обеднения расход коксика составляет 4—5% от массы шлака при среднем времени пребывания шлака в печи 9— 10 ч. Время пребывания жидкого шлака в печи в контакте с восстановителем определяется как част­ ное от деления количества шлака, находящегося в печи, на коли­ чество шлака, проходящего через печь в единицу времени. Так, например, при переработке 1 0 т/ч шлака в объеме шлаковой ванны, вмещающей 1 0 0 т шлака, среднее время пребывания шлака в печи составляет 10 ч. Чем больше время пребывания шлака в печи, тем выше извлечение металлов в штейн. При расходе штейна25% от массы шлака и температуре шлака 1325° С увеличение времени пребывания шлака в печи с 5 до 10 ч повышает извлечение кобальта из обедненных шлаков в щтейн с 40 до 75%. При выдержке шлака в печи сверх 10 ч прирост извлечения незначителен (рис. 93).

231

Извлечение кобальта во многом зависит от температуры плавки. Известно, что в системе конвертерный шлак — штейн с повышением температуры увеличиваются химические потери кобальта со шлаками. Вместе с тем повышение температуры приводит к возрастанию скорости восстановления окислов железа шлака восстановителем и увеличению концентрации металлического железа в штейне, что способствует обеднению шлака. При этом прирост извлечения цвет­ ных металлов из конвертерных шлаков в металлизированный штейн значительно опережает прирост химических потерь за счет повыше­

ния температуры плавки. В завод­ ских условиях верхний предел

< § ■ § §

массы шлака

температуры расплава лимитируется стойкостью футеровки печи. С целью сохранения футеровки плавку ведут при температуре, не превышающей 1350° С.

На полноту извлечения кобальта из шлака значительное влия­ ние оказывает состав штейна, являющегося извлекающей фазой. Штейн служит растворителем железокобальтового сплава, образую­ щегося при контакте шлака с восстановителем, и тем самым предот­ вращает настылеобразование на подине печи. С ростом концентра­ ции металлического железа в штейне повышается извлекающая способность штейнов по отношению к кобальту. Соответственное снижение в штейне содержания серы, меди и никеля также увели­ чивает извлечение кобальта в штейн. Для обеспечения высокого извлечения кобальта из конвертерного шлака при восстановительной

кобальта, не более 20% никеля + меди, не более 20% серы. С уве­ личением расхода бедного штейна рудной плавки снижается, кон­ центрация кобальта в конечном обогащенном штейне, что в свою очередь способствует уменьшению содержания кобальта в обеднен­ ных шлаках (рис. 94). По данным В. Г. Бровкина, для получения бедного шлака расход штейна должен составлять не менее 25% от массы шлака. При расходе штейна менее 25% от массы перераба­ тываемого шлака возникают затруднения с выпуском металлизи­ рованного штейна из печи, выражающиеся в намерзании штейна в шпуровых отверстиях и на желобах особенно после больших перерывов между выпусками штейна.

232

§ 48. Практика обеднительной плавки жидких конвертерных шлаков в электропечах

Конструкция электропечей обеднительной плавки

Электропечи для обеднительной плавки конвертерных шлаков могут быть как круглой формы в горизонтальном сечении (рис. 9 5 ), так и прямоугольной (рис. 96). Прямоугольные трехэлектродные печи имеют более простую кон­ струкцию футеровки и загру­ зочных устройств, лучший до­ ступ к электродам, их можно строить с большей площадью пода, они лучше вписываются в планировку цеха, но распре­

получение достаточно высоких значений cos ср. Характеристика электропечей обеднения кон­ вертерных шлаков приведена

втабл. 32.

Вконструкциях печей обед­ нения большое внимание уде­ лено системе охлаждения стен

вобласти шлакового пояса, так как при работе в агрес­ сивных железистых шлаках хромомагнезитовая футеровка быстро изнашивается. Для уд­ линения срока службы кладки стен в нее закладывают до 1 0 рядов медных водоохлаждаемых кессонов, расположенных через 115 мм друг от друга (рис. 97); подину печей также охлаждают воздухом (каналы, расположен­ ные в бетонной подушке). Так как температура подсводового пространства достигает 800— 1000 °С, то свод печей выпол­ няют из шамота, течки под

свод не опускают, стояки газоходов на участке от свода до сборного коллектора делают кессонированными.

Конструкция прямоугольных печей обеднения мало отличается от конструкции руднотермических печей (см. главу V и табл. 32). Поэтому рассмотрим только конструкцию круглых печей обеднения

233

(рис. 95), которые эксплуатируются на комбинате «Североникель». Внутренний диаметр (по футеровке ванны) этих печей равен 6100 и 8570 мм, площадь пода — соответственно 28,5 и 57,5 м2. Самоспекающиеся электроды диаметром 900—1200 мм располагаются по вер­ шинам треугольника, вписанного в окружность диаметром 2400— 5000 мм. Подина и стены печи заключены в цилиндрический кожух

из листовой стали толщиной 25 мм. Для предотвращения разрыва кожуха вследствие расширения кладки при нагревании, кожух выполняют из двух или трех секций, скрепленных болтами с пру­ жинными компенсаторами. Подина печи покоится на столбчатом фундаменте и выполнена из слоя огнеупорного бетона и 4-х рядов шамотного кирпича (920 мм). Между бетоном и магнезитовыми ря­ дами имеется засыпка из магнезитового порошка. Подину принуди­ тельно охлаждают воздухом через каналы, встроенные в бетонную подушку.

Стены печи в области штейнового расплава сложены из трех рядов магнезитового кирпича и имеют толщину 900—1265 мм. Кла-

234

Таблица 32

Характеристика электропечей для обеднительной плавки жидких конвертерных шлаков

1 Имеется D виду диаметр окружности, в которую вписан треугольник с расположением электродов по его вершинам.

235

Таблица 33

1 пог. м кладки. По всей окружности печи в кладку шлакового пояса закладывают 10 рядов водоохлаждаемых медных кессонов (рис. 97). Свод печи выполнен из шамота толщиной 300 мм в специальном опорном кольце с водяным охлаждением. Подобная конструкция свода позволяет при ремонтах кладки печи легко и быстро менять свод, который устанавливают на печь при помощи особой домкратной тележки. В своде печи имеются три отверстия диаметром 1050— 1350 мм для электродов; отверстия для заливки штейна, шлака

236

и удаления газов. Кроме того, в своде расположены четыре отвер­ стия для загрузки в печь восстановителя, руды или оборотов (корок). Течки для загрузки твердых материалов снабжены водоохлаждае­ мыми шиберными затворами. Подача материала к течкам произво­ дится двумя скребковыми транспортерами.

Для выпуска продуктов плавки служат два штейновых и два шлаковых шпура. Выпуск штейиа производится через графитовую втулку, вставленную в медную водоохлаждаемую плиту, закреплен­ ную в стальной раме. Выпуск шлака

Трехфазный трансформатор печной установки имеет несколько ступеней напряжения (табл. 33). При наиболее часто приме­

бифилярный. Стационарная часть шинопровода выполнена из мед­ ных шин сечением 1 0 0 x 1 0 мм2, гибкая часть — из медных лент.

Технология обеднительной электроплавки жидких конвертерных шлаков

Процесс обеднительной электроплавки характеризуется разно­ образием технологических вариантов и аппаратурного оформления. В зависимости от конкретных заводских условий схема обеднения может быть двустадийной и одностадийной. Двустадийная схема обеднения конвертерных шлаков, применяемая на комбинате «Североникель», приведена на рис. 98. Согласно этой схемы в электро-

237

печах I стадии обеднения производится усредненное и частичное обеднение конвертерных шлаков, затем шлак поступает на дора­ ботку до отвального шлака в электропечи II стадии обеднения. В этих печах доработка обедненных шлаков до отвальных происходит за счет увеличения времени контакта шлака с ' восстановителем, увеличения расхода бедного штейна, повышения температуры про­ цесса.

Штейнрудной злект роплавпи

Рис. 98. Схема двустадийного обеднения конвертерных шлаков в электропечах

Рассмотрим работу электропечей I стадии обеднения, в которые заливают все шлаки по мере их получения в конвертерном пере­ деле (до 700 т/сут на одну печь). Содержание кобальта в поступающих на обеднение шлаках составляет 0,4—0,6%. Через равные проме­ жутки времени в электропечи I стадии обеднения заливают штейн из электропечей рудной плавки. Количество штейна составляет 25—30% от массы перерабатываемого конвертерного шлака. За­ ливке штейна должна предшествовать выдача обогащенного штейна из печи. Восстановитель загружают в каждую печь не менее четырех раз в смену. Его количество дозируют таким образом, чтобы все зеркало ванны было покрыто слоем восстановителя толщиной 50— 100 мм. Расход восстановителя составляет примерно 20 кг на тонну конвертерного шлака, что обеспечивает получение металлизирован­

238

в пределах 1200— 1700 мм, в том числе глубину штейновой ванны 300—400 мм, шлаковой ванны 900— 1400 мм. ■

Выпуск из печи обогащенного штейна производится 2—3 раза в смену, но не ранее, чем через час после заливки в печь бедного штейна. Обогащенный штейн направляют на конвертирование. Вы­

Рис. 99. Каскадное расположение электропечей для обеднения конвертерных шлаков

В печах первой стадии обеднения содержание кобальта в шлаках снижается с 0,4—0,6% до 0,2—0,30%, никеля с 0,7—0,9% до 0,25— 0,3%, меди с 0,8—0,9% до 0,4—0,5%. Средняя используемая мощ­ ность составляет 5,5— 6 МВт. Расход электроэнергии на переработку шлака в I стадии обеднения составляет примерно 160 кВт-ч/т. Для самотечного перелива обедненного шлака из печи I стадии обеднения в печь II стадии обеднения указанные печи располагают каскадно (рис. 99).

Электропечи II стадии обеднения работают в периодическом

вителя (25—30 кг/т шлака) осуществляется так же, как и в I стадии обеднения. Залитую порцию шлака выдерживают в печи 2—2,5 ч. Затем через шпур, расположенный со стороны шлакового пролета, часть шлака выпускают в шлаковую чашу и отвозят на отвал. Об­

239

щая глубина ванны расплава составляет 1200—1700 мм, глубина слоя шлака 900— 1400 мм, слоя штейна 300—400 мм. Во второй поло­ вине смены в печь заливают новую порцию шлака и рудного штейна, а также загружают восстановитель. После 2—2,5-ч обработки часть шлака выпускают из печи и транспортируют в отвал. Выпуск штейна производят через равные промежутки времени. Содержание в нем кобальта должно быть не более 1 ,2 %.

Во II стадии обеднения содержание кобальта в перерабатывае­ мых шлаках снижается с 0,25—0,35% до 0,05—0,06%, никеля с 0,25—0,3% до 0,04—0,05%, меди с 0,4—0,5% до 0,2—0,3%. Сред­ няя используемая мощность печи 5,5 МВт. Расход электроэнергии на переработку 1 т шлака составляет примерно 340 кВт-ч/т.

Для удлинения срока службы футеровки печей процесс обедне­ ния проводят при температуре, непревышающей 1350° С. При повы­ шении температуры шлака выше 1350°С в печи загружают твердые материалы (сульфидную руду, шлаковые корки, кварцит). Средняя температура шлака, выдаваемого из печей I и II стадий обеднения, составляет 1285°С. Средняя температура штейна из печи I стадии составляет 1185°С, из пёчн II стадии 1240 °С. Основные технические показатели работы электропечей обеднения приведены в табл. 38. Суммарное извлечение в штейн при двустадийной схеме обеднения: 90% Со, 98,5% Ni, 95% Cu. Суммарный расход электроэнергии на двустадийное обеднение 1 т шлака составляет 465 кВт-ч.

На комбинате «Североникель» с внедрением обеднителы-юй плавки конвертерных шлаков значительно уменьшились потери кобальта с отвальным шлаком рудной плавки, так как резко сократился возврат кобальта с оборотным шлаком; кроме того, сокращение количества оборотного шлака уменьшило выход отвального шлака и расход кварцевого флюса при рудной электроплавке. До внедре­ ния обеднительной плавки конвертерных шлаков содержание, ко­ бальта в отвальном шлаке рудной плавки составляло 0,046 %, по­ сле внедрения двустадийного обеднения оно снизилось в среднем до 0,022—0,025%.

За счет сокращения потерь с отвальным шлаком извлечение кобальта в файнштейн возросло примерно в два раза, что позво­ лило резко увеличить выпуск этого важного для народного хозяй­ ства металла.

На Норильском комбинате технологию обеднения жидкого кон­ вертерного шлака до отвального осуществляют в прямоугольной электропечи с площадью пода 83 м2 в одну стадию. В эту печь, кроме конвертерного шлака (1,5% Ni; 1,3% Cu; 0,3% Со) и восстановителя (угольный штыб), загружают сухие окатыши из медно-никелевого концентрата, при плавке которых образуется штейн, являющийся извлекающей фазой.

Следует отметить, что при освоении печи обеднения норильские металлурги делали попытки применить в качестве извлекающей фазы штейн руднотермических печей. Но поскольку такая технология неизбежно приводила к возникновению дугового режима плавки, получению очень низкого значения cos ср, охлаждению штейна

240