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

собой прямоугольные коробки из листового железа. Размер вакуумкамеры 2x2 м2. Вакуум-камеры присоединены патрубками к газо­ проводу-коллектору, из которого газ отсасывается мощным эксгау­ стером, создающим разрежение до 800— 1300 мм вод. ст. в вакуумкамерах и 1400 мм вод. ст. у своего патрубка. Производительность эксгаустера составляет 3500 м3/мин.

Через колосники паллет в вакуум-камеры просасывается часть мелкого материала и засасывается в газовый коллектор. Поэтому вакуум-камеры и коллектор снабжены бункерами для выгрузки осевших здесь грубых частиц пыли. Для очистки газов от тонкой пыли перед эксгаустером установлены скрубберы. Очищенный от пыли газ выбрасывается в атмосферу. '

Газоотводящие патрубки имеют задвижки, с помощью которых можно регулировать скорость просасывания воздуха через шихту, т. е. регулировать процесс спекания над данной камерой. Для предупреждения прососа воздуха между паллетой и краями камеры всасывания имеется специальное уплотнение.

Из дробилки агломерат поступает на наклонный колосниковый грохот для отделения крупной фракции от мелкой. Зазор между колосниками грохота составляет 20 мм. Материал класса —20 мм просыпается через решетку и попадает в бункер. Этот материал является возвратом; выход его составляет 40—45% от массы агло­ мерата. Из бункера возврат направляют в тушильный барабан, где его охлаждают водой. Расход воды для тушения устанавливают из расчета получения возврата с влажностью не более 3,0%.

Для увеличения содержания серы в возврате широко практикуется загрузка в тушильный барабан сырой шихты, которая выполняет роль гасителя агломерата. Охлажденный агломерат транспортируют в смесительное отделение.

Надгрохотный продукт крупностью —300 +20 мм — это гото­ вый агломерат. Горячий агломерат (температура агломерата в мо- 'мент разгрузки с аглоленты составляет 600—700° С) поступает в тушильные барабаны, где происходит тушение его водой до тем­ пературы 80— 150° С. Диаметр тушильного барабана 1,8 м, длина 4,84 м, угол наклона 1°30', производительность 65 т/ч. Охлажденный агломерат дробят в валковых дробилках до крупности —50 мм и транспортируют к электропечи. В охлажденном агломерате должно быть не более 3% влаги.

Следует отметить, что для экономии электроэнергии было бы целесообразнее направлять в электроплавку горячий агломерат. Однако для транспортировки в печь горячего материала необходимы специальные герметичные транспортеры и загрузочные приспособ­ ления.

При окускованйи агломерацией материалы шихты претерпевают различные физико-химические превращения. При нагревании из шихты в первую очередь удаляется гигроскопическая вода. По мере повышения температуры слоя спекаемого материала разви­ ваются процессы термического разложения высших сульфидов, удаляется кристаллизационная вода, разлагаются карбонаты, обра­

30

зуются легкоплавкие силикаты, которые связывают частицы шихты в прочный агломерат. Окусковывают шихту и образующиеся сплавы сульфидов никеля, меди, железа. Рассмотрим важнейшие реакции спекания сульфидных руд и концентратов.

Р е а к ц и я т е р м и ч е с к о г о р а з л о ж е н и я в ы с ­ ш и х с у л ь ф и д о в ш и х т ы . Содержащиеся в шихте суль­ фиды под действием высокой температуры разлагаются и теряют часть серы. Так, пирротин разлагается по реакции

Fe7S8 —>7FeS -j- V 2S 2

и теряет 1/8 часть серы. Халькопирит при разложении теряет Ѵ4 часть серы:

2CuFeS3 —>Cu2S + 2FeS + V2S2,

а пентландит Ѵв часть:

3 (FeS•NiS) —>Ni3S 2 + 3FeS + V 2S 2.

Сера окисляется кислородом воздуха, образуя сернистый ангидрид:

а за счет кислорода избыточного воздуха — до окиси железа:

с образованием магнитной окиси железа (магнетита) и элементар­ ной серы:

3FeS + 2S02 = Fe304 + 2V2S 3.

Процесс окисления сульфидов сопровождается выделением зна­ чительного количества тепла. За счет этого тепла, а также за счет тепла от горения коксовой мелочи в шихте развивается температура до 1100—1200° С. При этой температуре протекают реакции шлако­ образования, в результате которых образуются легкоплавкие си­ ликаты, связывающие частицы шихты в прочный агломерат. Наиболее легкоплавок силикат закиси железа, который в основном и окусковывает шихту. Образование силиката закиси железа протекает по реакции

2 FeO + S iO , = (Fe0)2-Si02.

31

Ниже приведены технические показатели агломерации меднопнкелевого концентрата.

Агломерат является хорошим материалом для электроплавки, так как образовавшийся в процессе спекания первичный шлак способствует легкоплавкости агломерата. В связи.с этим при плавке

2.Агломерация концентратов с повышенным содержанием серы (до 28%) сопровождается низкой десульфуризацией (до 45—50%). При электроплавке сернистого агломерата (11% S) увеличивается выход штейна, что осложняет работу конвертерного передела.

3.Слой шихты при спекании обладает высоким сопротивлением, что требует применения мощных эксгаустеров.

4.Из-за плохой газопроницаемости слоя процесс характеризуется малой вертикальной скоростью спекания и низкой удельной произ­

водительностью.

5. При работе агломашины вакум-камеры коллектор и мульти­ циклоны забиваются мелочью шихты, которая просыпается в зазоры между колосниками. Просыпь спекается в газоходах, образуя настыли. Сечение газоходов сокращается, резко возрастает сопро­ тивление системы газоудаления и уменьшается количество проса­ сываемого воздуха. Очистка системы газоудаления от настылей вызывает значительные простои агломашины. Ввиду несовершен­ ства системы пылеулавливания сильно истирается ротор эксгау­ стера: срок службы роторавсего 16—22 суток.

32

Окускование флотоконцещпрата методом окатывания с последующим окислительным обжигом

За последние 15 лет на заводах цветной металлургии начали внедрять новый прогрессивный методокускованиятонкоизмельченных материалов путем .их окатывания в окатыши диаметром 8—15 мм, которые затем подвергают термическому упрочнению на ленточной

в соотношении, обеспечивающем ее влажность 10—12,5%. Смешение материалов выполняют в двухвальных лопастных смесителях. Тща­ тельное смешение кека с возвратом, равномерность подачи шихты на гранулятор — важнейшие условия получения окатышей опти­ мальной крупности.

На фабриках комбината «Печенганикель» концентрат перед окатыванием подвергают предварительной подсушке до влажности 8—10% в сушильном барабане (рис. 8). Эта операция позволяет либо полностью, либо частично отказаться от применения возврата и обеспечивает условия для увеличения производительности фабрики окомкования. Кроме того, подсушенный концентрат лучше смеши-

Таблица 5

Показатели процесса окатывания шихты на заводах Кольского полуострова

34

вается с возвратом, что положительно сказывается иа процессе окатывания.

На заводах Кольского полуострова окатывание шихты осуще­ ствляют в чашевых (тарельчатых) грануляторах (рис. 9). Материал окатывается на чаше, которая закреплена на валу привода, состоя­ щего из электродвигателя 4 и редуктора 5. Рама, на которой крепится привод чаши, шарнирно соединена с опорным фундаментом. Это

от 40 до 60°. Диаметр чаши промышленных грануляторов состав­ ляет 4—5,5 м, высота борта чаши 0,55—0,6 м, окружная скорость 1,25—2,1 м/с.

Механизм окатывания шихты на чашевом грануляторе заклю­ чается в следующем: материал для окатывания, имеющий опреде­ ленную влажность, подается на днище вращающейся чаши. Под действием центробежной силы частицы материала поднимаются по днищу и, достигнув наивысшего положения, скатываются вниз. Столкновения между частицами материала при его перекатывании способствуют образованию мелких комков неправильной формы, которые склеиваются в более крупные. В результате многочисленных соударений друг с другом и с бортом чаши форма сростков посте­

пенно становится шарообразной — образуются так называемые гра­ нулы, или окатыши диаметром 8—15 мм.

Готовые окатыши выгружаются из чаши самопроизвольно. По мере укрупнения образовавшихся окатышей уменьшается угол естественного откоса слоя материала на грануляторе; более крупные окатыши накапливаются в нижней части чаши и пересыпаются через борт. Таким образом, чашевый гранулятор служит одновременно и классификатором получаемых окатышей. Гранулометрический состав окатышей зависит от влажности шихты, угла наклона чаши, скорости ее вращения, высоты борта чаши, продолжительности ока­ тывания.

Каждый материал имеет свою оптимальную влажность, при ко­ торой процесс окатывания протекает наиболее равномерно и ока­ тыши приобретают максимальную прочность. При недостатке влаги окатыши получаются мелкие, при избытке — слишком крупные. Как недостаток, так и избыток влаги в шихте ведет к уменьшению прочности окатышей. Оптимальная влажность зависит от крупности, пористости и влагоемкости зерен окатываемых материалов. При окатывании рудных концентратов Кольского полуострова с возвратом обожженных окатышей в отношении 3 : 2 оптимальная влажность

От угла наклона и окружной скорости вращения чаши грануля­ тора зависит траектория движения материала и скорость увеличения размера окатышей\ Чем больше угол наклона, тем больше кине­ тическая энергия падающих окатышей, тем эффективнее укрупняется материал. Однако с увеличением угла наклона уменьшается запол­ нение чаши материалом, что сокращает продолжительность окаты­ вания при постоянной скорости загрузки. Оптимальным углом наклона гранулятора считается' 45° .

Окружная скорость вращения чаши зависит от числа оборотов и ее диаметра. Применяемые на заводах грануляторы работают при окружной скорости вращения чаши 1,9—2,1 м/с. При прочих рав­ ных параметрах размеры окатышей зависят от производительности гранулятора.

С увеличением производительности сокращается время, окаты­ вания и увеличивается выход окатышей мелких классов. Для дости­ жения хороших показателей при последующем обжиге окатышей на конвейерной машине содержание мелочи крупностью —5 мм в окатанной шихте не должно превышать 5%. Поэтому верхний предел производительности гранулятора определяется производи­ тельностью, при которой выход материала класса —5 мм составляет не более 5%.

Сырые окатыши имеют малую механическую прочность (раздав­ ливающее усилие для окатыша диаметром 10 мм не превышает 1,3 кгс). Для придачи окатышам необходимой прочности их под­ вергают термической обработке, которая включает две последова­ тельных операции: сушку и окислительный обжиг. Термическое упрочнение окатышей выполняют на ленточных конвейерных маши-

36 .

пах, конструкция которых отличается от конструкции обычных агломашин для спекания руд и концентратов в основном системой газового тракта. Характеристика конвейерных машин приведена в табл. 6.

Рабочая площадь конвейерной машины разделяется на три зоны: сушки, обжига и охлаждения. Для обеспечения температурного режима сушки и обжига над ветвью паллет располагается футеро­ ванная огнеупорным кирпичом камера, которая в зоне обжига отапливается мазутом. Так как рабочие зоны машины должны иметь разные температурные режимы, то в камере сооружены две пере­ городки, которые отделяют зону обжига от зоны сушки и охлажде­ ния. Разрежение в вакуум-камерах создается вентилятором.

Сырые окатыши перед обжигом должны обязательно подвер­ гаться сушке. При несоблюдении этого условия влажные окатыши, поступившие в зону обжига, где поддерживается температура 650— 1200° С, немедленно разрушатся из-за бурного испарения содержа­ щейся в них влаги. При разрушении окатышей снижается газопро­ ницаемость шихты и нарушается процесс обжига: материал с ленты сходит сырым, необожженным.

Окатыши сушат оборотными газами, поступающими из зоны обжига. Ниже приведены параметры сушки окатышей на конвейер­ ной машине К-2-18:

* Здесь и далее объем газа дан для. нормальных условий.

37,

Газы из коллектора зоны сушки подвергаются пылеочистке и затем выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Обжиг окатышей осуществляют с помощью топочных газов, получаемых при сжигании мазута над слоем материала. Обжиг ведется при значительном избытке кислорода в газе. Для получения прочных окатышей температура в слое обжигаемого материала должна быть примерно 1050° С. Упрочнение окатышей при обжиге достигается за счет образования на поверхности окатыша оболочки из окислов металлов и одновременного цементирования частиц концентрата расплавленными сульфидами во всем объеме окатышей. Тепло, необходимое для достижения в слое указанной температуры, частично вносится топочными газами, частично образуется за счет окисления сульфидов на поверхности окатышей.

При прочих равных условиях (высота слоя, количество просасы­ ваемого газа и т. д.) температура топочных газов зависит от содержа­ ния серы в окатышах. При содержании 18—22% серы температура топочных газов должна составлять 650—700° С, при 12—14% серы 1150—1200° С.

При температуре в слое выше 1050° С из окатышей будут выплав­ ляться сульфиды. Это явление вызывает спекание слоя в агломерат; кроме того, потеки выплавившегося штейна могут приварить слой окатышей к колосникам паллет, что приведет к нарушению техноло­ гического процесса. Параметры обжига окатышей на различных заводах приведены в табл. 7.

Газы из зоны обжига направляются на пылеочистку в батарейные циклоны, а затем при температуре 200—240° С поступает в оборот в зону сушки. В случае необходимости часть газов можно удалить после пылеочистки в атмосферу или направить в зону обжига.

Недостаточная площадь зоны охлаждения конвейерной машины не позволяет полностью охладить обожженные окатыши непосред­ ственно над вакуум-камерами. Так, на фабрике № 1 комбината «Печенганикель» окатыши вначале охлаждают водо-воздушной смесью в зоне охлаждения обжиговой машины, а затем они остывают при транспортировке. На фабрике № 2 обжиговая машина не имеет зоны охлаждения; окатыши охлаждают водо-воздушной смесью в бара­ бане-охладителе.

Так как обожженный материал может содержать некоторое количество спека, то после разгрузки с паллет конвейерной машины его дробят в одновалковой дробилке, а затем подают на грохочение.

В результате грохочения обожженный материал разделяется на два класса: -f-5 мм и —5 мм. Класс -(-5 мм — это готовый про­ дукт; он подается на склад сырья. Класс —5 мм — возврат (оборот­ ный материал); он поступает на смешивание с сырым концентратом и окатывание. При обжиге окатышей выход материала класса -j-5 мм составляет 60—85%, а класса —5 мм— 15—40% от массы обож­ женного материала.

Если влажный концентрат перед окатыванием подвергать пред­ варительной сушке, то операцию грохочения можно ликвидировать, а весь обожженный материал направлять в плавку. Так, например,

38

Содержание серы в исходных окатышах,

поступают на фабрике № 2 и отчасти на фабрике № 1 комбината «Печенганикель». Выход готовой продукции от массы сухого исход­ ного концентрата составляет 90—92%; извлечение металлов в гото­ вую продукцию 98,5—99,0%.

Технология обжига окатанного концентрата' имеет ряд преиму­ ществ по сравнению с агломерацией:

1. С металлургической точки зрения, обожженные окатыши как сырье для электроплавки обладают лучшими технологическими свойствами. В обожженных окатышах легко поддерживать заданное содержание серы. При необходимости степень десульфуризации при обжиге можно понизить, если ввести в шихту для окатывания угольную мелочь (2—3% от массы шихты) или уменьшить содержа­ ние кислорода в обжиговых газах, введя в зону обжига оборотные газы. Возможность широкой регулировки содержания серы в ока­ тышах при их обжиге на конвейерной машине — важнейшее пре-

39