Медеплавильщик

ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ПЛАВКА МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Как в СССР, так и за рубежом отражательная плавка в на­ стоящее время является основным видом плавки концентратов на штейн. В отражательную печь шихту загружают’ через отвер­ стия в своде или! боковых стенах. Шихта образует вдоль стен от­ косы, на которых и идет процесс плавления.

Печь отапливается твердым (угольная пыль), жидким (нефть, мазут) или газообразным (натуральный газ) топливом, при сжи­ гании которого в печи развивается высокая (до 1500° С) тем­ пература, достаточная, чтобы частицы шихты расплавились, стекли по откосу вниз и образовали жидкую ванну, в которой из сульфидных частиц образуется штейн, а из частиц пустой по­ роды — шлак.

Отражательная печь представляет собой прямоугольную ка­ меру с арочным оводом и имеет длину 30—36 ж, ширину 7—10,5 м и высоту 2,5—3,5 м.

Одной из основных особенностей отражательной плавки яв­ ляется то, что газы, образующиеся в результате сжигания топ­ лива, соприкасаются только с поверхностью шихты, находящей­ ся на откосах. Поэтому, чем выше температура газов, тем интенсивнее идет плавление и тем выше производительность.

Кроме тепла газов, шихта 'получает еще тепло, отражающее­ ся от раскаленных 'стен и свода печи, откуда и возник термин «отражательная плавка». Сжигание топлива в печи идет при небольшом избытке воздуха. Свободного кислорода в газах мало и реакции окисления идут благодаря взаимодействию меж­ ду отдельными составляющими шихты и за счет имеющихся в ней окислов (так называемого «твердого» кислорода). Недоста­ ток свободного кислорода понижает и степень десульфуризации, которая при отражательной плавке в среднем составляет 25%. Однако увеличение подачи воздуха, способствуя увеличению вы­ жига серы и получению более богатых штейнов в то же время снижает температуру газов, а следовательно, и производитель­ ность печи.

По сравнению с шахтной плавкой, которая в отечественной практике занимает второе после отражательной место, отража­ тельная плавка имеет следующие преимущества:

1 ) в отражательной печи можно перерабатывать любые мел­ кие содержащие медь и золото материалы (а в шахтной печи — только сравнительно богатые кусковые материалы);

2 ) процесс протекает более просто, легче поддается контро­ лю и регулированию, за отдельными элементами печи возможно систематическое наблюдение, что крайне затруднено при шахт­ ной плавке;

3) может быть применено менее дефицитное и менее доро­ гостоящее топливо (в то время как при шахтной плавке — толь­ ко кокс);

4)имеет место небольшой расход воздуха (для шахтной плавки требуется сооружение мощных воздуходувных уст­ ройств) ;

5)при переработке однородной по составу шихты содержа­ ние меди в штейне более постоянно;

6)при отражательной плавке меньше выход шлаков и мень­ ше абсолютные потери меди, несмотря на более повышенное со­ держание меди в шлаках.

Но несмотря на указанные преимущества, отражательная плавка имеет и ряд недостатков:

1 ) более низкая десульфуризация и меньшая степень со­

кращения, в силу чего для высокосернистой шихты требуется предварительный обжиг; по этой же причине содержание SO2 в отходящих газах не превышает 1,0—1,5%, и без предваритель­ ного обогащения их нельзя использовать для производства сер­ ной кислоты;

2 ) шихту необходимо тщательно перемешивать и подсуши­ вать (если нет предварительного обжига);

3 ) при загрузке в печь 'мелких материалов происходит их частичное раЬпыливание, потери меди с отходящими газами и шлаками увеличенные, кроме того, пыль постепенно разрушает кладку печи;

4)отражательная печь имеет значительно большие размеры

итребует больше затрат как на сооружение собственно печи, так и здания цеха;

5 ) при работе печи на угольной пыли требуется сооружение

специальной углепомольной установки, а при работе на жидком топливе — нефтяного или мазутного хозяйства, что увеличивает затраты на переработку 1 т шихты;

6) отражательная печь имеет значительно меньшую удель­ ную производительность (от 3—5 т/м2 при плавке сырой шихты, до 9—Ю т/м2 при плавке обожженной шихты, тогда как шахт­ ные печи плавят 50 т/м2 и более);

7)коэффициент использования тепла не превышает 33%, т. е.

в2 раза ниже, чем при шахтной плавке, и для его повышения

углем или мазутом. Для сушки концентратов или готовой шихты обычно применяют барабаны прямоточного типа (материал и газы движутся в одном направлении, материал сразу попадает в зону максимальных температур). Для сушки угля применяют барабаны противоточного типа (материал и газы движутся на­ встречу друг другу, температура по ходу материала постепенно повышается).

Предварительная подсушка шихты позволяет увеличить про­ изводительность отражательной печи почти в два раза по срав-

Отвод газов

Рис. 32. Схема сушильного барабана:

а — противоточный; б — прямоточный

нению с плавкой сырой шихты и создает условия для эффектив­ ной механизации и автоматизации отражательной плавки.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ

При расплавлении шихты, в состав которой входят сульфиды и окислы различных элементов, образуется два жидких распла­ ва: штейн — расплав, состоящий из сульфидов меди, железа, •свинца, цинка, никеля и др. металлов, и шлак — 'расплав, состоя­ щий из различных окислов (кремнезем, окислы железа, кальция, алюминия, цинка, бария и др.).

Ввиду того что удельный вес штейна находится в пределах 4,8—5,3 г/см3, а шлака 3,0—3,5 г/см3, эти расплавы в ванне печи расслаиваются и штейн как более тяжелый оказывается внизу,

ашлак наверху.

Впроцессе отражательной плавки медь переходит в суль­ фидную форму (Cu3;S) и (концентрируется в штейне (за исклю­ чением той части, которая теряется со шлаками и пылью). Суль-

А120з называются алюминатами (СаО*А12Оз), с Бе20 з — ферри­ тами (Zn0-Fe20 3).

Значительные содержания в шлаке (более 1 0 %) А120 3, Mg.O, BaO, ZnO и др. повышают температуру его плавления, удельный вес, вязкость, усложняют процесс плавки и увеличивают потери меди. Поэтому в практических условиях шлак обычно рассчи­ тывается на содержание iSi02 — 37—42%, FeO — 40—45%, CaO — 5—8 %.

Наряду с удельным весом и температурой плавления харак­ тер шлака определяется его вязкостью, которая измеряется в пуазах специальным прибором — вискозиметром. Если вязкость воды при 0° равна 0,02 пз (0,002 н-сек/м2), то при температуре 1200° Связность очень жидкого шлака около 5 пз (10,5 н-сек/м2), •очень вязкого — до 50 пз (5 н-сек/м2). Повышение температуры снижает вязкость шлака, повышение содержания Si02, А120 3 — увеличивает, а СаО — уменьшает.

Медь в шлаках находится в виде:

1 ) механических включений частиц штейна, не успевших осесть или увлеченных выделяющимися из штейна газами (ос­ новной фактор);

2 ) растворенных в шлаке сульфидов и окислов меди;

3)включений металлической меди (поступающей в основ­ ном с конвертерными шлаками);

4)осажденных на поверхности шлака и уносимых газами частиц шихты и пыли.

Поскольку выход шлака составляет до 70% от веса шихты, снижение содержания в нем меди чрезвычайно важно и может быть достигнуто в результате:

1)повышения кислотности шлака (но не более 45% Si02,

В отражательную печь заливают жидкий конвертерный шлак, содержащий 20—28% Si02, 1,5—3,0% Си, 60—70% FeO и Fe30 4. В печи шлак отстаивается и содержащаяся в нем в виде запу­ тавшихся частиц штейна медь переходит в штейн. Магнетит ча­ стично восстанавливается до закиси и переходит в шлак, а ча­ стично постепенно высаживается на лещади печи. Последнее, особенно в случае повышенного содержания в шихте цинка, рез­ ко ухудшает условия работы печи, так как вместе с магнетитом высаживается феррит цинка. В результате лещадь постепенно зарастает, объем ванны уменьшается, условия отстаивания шлака ухудшаются. Поэтому при плавке обожженной шихты коли­ чество заливаемого в печь конвертерного шлака не должно пре­ вышать 25% от веса шихты, а при плавке сырой малоцинковистой шихты оно может быть увеличено до 10 0 %.

ОТОПЛЕНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

Производительность отражательной печи и эффективность ее работы в первую очередь зависят от системы отопления печи, вида топлива и полноты сжигания его при минимальном удель­ ном расходе. Топливо должно сжигаться интенсивно, с получе­ нием максимальной температуры на коротком участке печи, т. е. в зоне плавления.

За исключением реакций шлакообразования, большинствореакций в печи идет с поглощением большого количества тепла, поэтому до 90% всего необходимого для'плавки тепла должнобыть получено за счет сжигания топлива. Если же учесть, что из общего количества поступающего в печь тепла непосредствен­ но на расплавление шихты расходуется только около 30%, а остальное теряется с продуктами плавки и в атмосферу, то фак­ тический расход топлива в 3—4 раза превышает теоретическийПоэтому при теоретическом расходе тепла 250—570 кал (1000— 2280 дж) для нагрева и расплавления 1 кг шихты фактически при плавке горячего огарка расходуется 700—1000 кал/кг (2800—4200 дж/кг), а при плавке сырой шихты 1200—1750 кал/кг (4800—7000 дж/кг).

В результате увеличения газового пространства печи (рас­ ширения печи и подъема свода), увеличения абсолютного коли­ чества сжигаемого в единицу времени топлива и повышения тем­ пературы в плавильной зоне производительность печи может быть увеличена с одновременным снижением удельного расхода топлива. Однако пределом повышения температуры является стойкость свода печи, т. е. температура его оплавления, которая для арочного динасового свода составляет около 1600° С (для; подвесного магнезитового и арочного хромомагнезитового сводов эта температура может быть несколько увеличена).

Температура в плавильной зоне печи зависит от:

1 ) качества топлива (теплотворной способности, теоретиче­ ской температуры горения, для угольной пыли от зольности, то­ нины помола, влажности);

2 ) избытка воздуха;

3) интенсивности сжигания топлива (степени перемешивания топлива с воздухом, концентрации факела горения).

Температура горения топлива может быть увеличена в ре­ зультате подогрева воздуха или обогащения его кислородом. Оптимальным температурным режимом печи следует считать температуру в начале печи (5— 12 м от топочной стенки) 1500— 1550° С, а в конце печи (перед газоходом) 1200—1230° С.

Передача тепла от газов к шихте прямо зависит от скорости

работающих на огарке, не рекомендуется скорость газов более 7 м/сек.

Отопление печи жидким топливом дает хорошие результаты, не требует сооружения больших и сложных установок и доста­ точно просто в эксплуатации.

В металлургическом цехе необходимо иметь только соответ^ ствующие промежуточные емкости, в которые топливо подается с заводских хранилищ. Перед поступлением в форсунки нефть или мазут подогревают до 80—100° С (для снижении вязкости, улучшения распыливания и смешения с воздухом) и под дав­ лением 1 — 2 ат нагнетают в форсунки.

Форсунки- (рис. 33) представляют собой вставленные друг в друга две стальные трубы, по внутренней трубе подается топ­ ливо, в зазор между трубами — сжатый воздух с давлением 140—200 мм вод. ст. На входящий в печь конец трубы надевают сопло с отверстиями, через которые и производится распыление и перемешивание топлива и воздуха. В топочной стенке печи форсунки располагают в один или два ряда в количестве 6—• 10 штук. Количество подаваемого мазута регулируется вентилем.

Отопление печи натуральным газом также не требует ника­ ких специальных сооружений, газ можно забирать от общего газопровода. В случае перевода печи на газовое отопление всю систему подачи жидкого или пылеугольного топлива можно со­ хранить как резерв.

Применение натурального газа уменьшает износ свода печи и увеличивает ее кампанию без снижения производительности. Газ подается в печь через форсунки (рис. 34) диаметром 220— 280 мм под давлением 1,5—2 атм. Расход газа составляет около 100 ж3 на 1 тшихты. Необходимый для горения воздух подсасы­ вается в форсунки из окружающей атмосферы или подается при­ нудительно. Количество и установка газовых форсунок анало­ гичны мазутным.

Отопление печи пылеуголЬным топливом значительно слож­ нее'в конструктивном отношении и требует сооружения специ­ альных пылеприготовительных устройств. Уголь для отражатель­ ной печи должен иметь теплотворную способность не ниже 6500 кал/кг (30000 дж/кг), содержание золы не более 1 2 %, лету­ чих не менее 25%. Он должен быть размолот до такой крупно­ сти, чтобы не менее 85% частиц имели величину менее 0,074 мм (74 мкм). Угольная пыль должна содержать не более 1,5% влаги.

Приготовление угольной пыли. С заводского базисного скла­ да уголь в железнодорожных вагонах подают на склад углепо­ мольной установки (УПФ). Грейферным краном уголь подают в бункер над валковой дробилкой. Дробленый уголь многоков­ шовым элеватором подают в бункер перед сушильным бараба­ ном. Сушка производится в противоточном сушильном барабане длиной 12—15 ж, диаметром 1,5—2 м, вращающимся со ско­ ростью 1,5 об/мин. Производительность сушилок такого типа

6 Б, В. Мальцев