Конспект лекций для студентов специальности 5В070900 Металлургия Шымкент, 2020 г
жүктеу/скачать 8,06 Mb.
|
|
Тема 13. Автогенные процессы Лекция 37. Применение автогенных процессов в цветной металлургии Лекция 38. Автогенные агрегаты работающие в режиме «в факеле», КИВЦЭТ Лекция 39. Агрегаты работающие в режиме «в расплаве, Печь Ванюкова и др План темы: 1.Автогенных процессов в цветной металлургии 2.Виды автогенных процессов 3. Печь Ванюкова 4. КИВЦЭТ 5, Финская плавка 1. Автогенных процессов в цветной металлургии Большой удельный вес сульфидных концентратов в производстве тяжелых цветных металлов позволяет развивать технологические процессы их переработки, основные главным образом на использовании теплотворной способности сульфидов в качестве топлива с получением богатых по содержанию металлов штейнов и концентрированных отходящих сернистых газов. Поэтому при выборе технологии переработки сульфидного сырья предпочтение должно отдаваться автогенным процессам, использующим теплоту от сжигания сульфидов для плавления шихты. Преимущества автогенных процессов заключается в полном отсутствии или минимальном расходе при плавке углеродистого топлива, большой единичной мощности агрегатов, высокой производительности труда и меньших капитальных затратах на последующие переделы и для переработки серусодержащих газов. Все это определяет высокую экономическую эффективность автогенных процессов и их большое значение для создания лучших санитарно – гигиенических условий при производстве меди, никеля и свинца.
2.Виды актогенных процессов Группу, где автогенные процессы производятся в расплаве представляют процессы: «Норанда» (Канада), «Мицубиси» (Япония), ПЖВ (СССР). Автогенные процессы, осуществляемые в расплавах, имеют особый механизм плавки. Его элементарные стадии: плавление загруженной шихты и растворение ее компонентов в первичном, хорошо перегретом сульфидно – оксидном расплаве, окисление сульфидов, процессы штейно –шлакообразования. Продувочные варианты автогенной плавки в какой – то мере аналогичны продувкам сталеплавильных ванн кислородом. Это плавки в жидкой ванне (ПЖВ) продувкой кислородом сбоку и снизу и плавки в конвертерах продувкой сверху. Разрабатываются варианты и шахтной автогенной плавки. Плавка в жидкой ванне (ПЖВ) среди автогенных процессов занимает особое место. Её разработка была начата в 1951 г. в Московском институте цветных металлов и золота им. М. И. Калинина под научным руководством профессора А. В. Ванюкова и продолжается ныне в Московском институте стали и сплавов. В зарубежной практике этот процесс больше известен как процесс Ванюкова. Принцип плавки в жидкой ванне состоит в том, что перерабатываемое сырье непрерывно загружается на поверхность барботируемого окислительным газом расплава, где осуществляются с большой скоростью требуемые физико-химические превращения и генерируется тепло для поддержания необходимой температуры. Полученные в результате плавки расплавы (шлак, штейн или черновой металл) расслаиваются в подфурменной зоне и раздельно, непрерывно выпускаются из печи через сифоны. Шлак, отделенный от штейна, может подвергаться перед выпуском из печи восстановительной обработке для глубокого обеднения и отгонки цинка и других летучих компонентов. Штейн, отделенный от шлака, можно непрерывно конвертировать до чернового металла в том же аппарате. Печь для плавки в жидкой ванне (рис.13.1) представляет собой шахту, кессонированную в средней части и выполненную из огнеупорного кирпича ниже фурм. Боковые фурмы для подачи дутья с любым содержанием кислорода расположены в нижней части кессонированного пояса шахты, заполняемой расплавом до уровня 400-500 мм выше фурм. Общая высота шахты составляет 6-6,5 м. Компоненты шихты подаются дозировано в печь из бункеров. При плавке содержание меди в шлаках составляет не более 0,01 % от ее содержания в штейне. Плавка в жидкой ванне и печь для ее осуществления позволяют непрерывно плавить на штейн и кусковые и мелкие материалы. При этом крупную шихту загружают на поверхность расплава, а мелкие и пылевидные материалы вдувают через фурмы. Материалы можно плавить любого состава – и медные, и медно-никелевые, и медно-цинковые руды и концентраты с влажностью до 7-8% и крупностью кусков до 50мм. Рис. 13.1 – Схема печи для плавки в жидкой ванне 1-расплав надфурменной зоны; 2-фурма; 3- штейновый сифон; 4-шлаковый сифон; 5-газоход Содержание кислорода в дутье зависит от влажности исходной шихты. При плавке сухой шихты (1-2%) содержание кислорода 40-45%, при плавке влажной шихты (6-8%) – 55-65% О2. Расплав в печи делится на две зоны: верхнюю надфурменную, где идет барботаж, и нижнюю подфурменную, где относительно спокойная зона. В верхней зоне осуществляется окисление сульфидов и укрупнение мелких сульфидных частиц. Затем крупные капли сульфидов спускаются сквозь слой шлака вниз, образуя слой штейна. Состав штейна можно регулировать широко, вплоть до получения черновой меди. Принцип окислительного плавления сульфидов в расплавах, положенный в основу плавки в жидкой ванне, следует признать наиболее перспективным направлением развития автогенных процессов. Только этим можно объяснить повышенный интерес к нему за рубежом, где предложено много различных вариантов плавки в расплавах, направленных в основном на прямое получение черновой меди. 3.Печь Ванюкова На рис. 13.2 показана печь Ванюкова – частично кессонированная печь шахтного типа с двусторонним фурменным поясом по длинным сторонам печи с двумя сифонными устройствами для раздельного непрерывного выпуска штейна и шлака, аптейком для отвода технологических газов и сводовыми загрузочными устройствами ( Оптимальная длина промышленных ПВ определяется их потребной производительностью и может изменяться от нескольких метров до > 30 м, ширина с учетом физико – химических свойств расплавов и мощности дутьевых устройств 2,5 – 3м, общая высота шахты (от пода до свода) 6 – 6,5м. Характерная особенность плавки Ванюкова, отличающая ее принципиально от всех известных плавок сульфидных плавок сульфидных концентратов на штейн (кроме шахтной плавки), - плавление и окисление шихты происходит в объеме в основном шлакового расплава, а не в штейне, жидкие продукты плавки перемещаются в печи в вертикальном направлении – сверху вниз. В результате наряду с получением сразу шлаков конечного сотава обеспечивается получение в самой печи шлаков, не требующих дополнительного обеднения. Рис. 13.2 Печь Ванюкова ПВ – частично кессонированная печь шахтного типа с двусторонним фурменным поясом по длинным сторонам печи с двумя сифонными устройствами для раздельного непрерывного выпуска штейна и шлака, аптейком для отвода технологических газов и сводовыми загрузочными устройствами. Оптимальная длина промышленных ПВ определяется их потребной производительностью и может изменяться от нескольких метров до > 30, ширина с учетом физико – химических свойств расплавов и мощности дутьевых устройств 2,5 – 3м, общая высота шахты (от пода до свода) 6 – 6,5м. Характерная особенность плавки Ванюкова, отличающая ее принципиально от всех известных плавок сульфидных плавок сульфидных концентратов на штейн (кроме шахтной плавки), - плавление и окисление шихты происходит в объеме в основном шлакового расплава, а не в штейне, жидкие продукты плавки перемещаются в печи в вертикальном направлении – сверху вниз. В результате наряду с получением сразу шлаков конечного состава обеспечивается получение в самой печи шлаков, не требующих дополнительного обеднения. Еще одним примером агрегатов осуществляющих автогенный процесс в расплаве является Печь «Норанда», разработанный в Канаде (рис. 13.3) К факельным вариантам (с образованием так называемого сульфидного факела) относятся плавки на техническом кислороде (кислородно – факельная плавка – КФП, кислородно – взвешенная циклонно – электротермическая плавка - КИВЦЭТ) и взвешенная плавка КВП (способ Оутокумпу), в которой сульфиды окисляются за счет обогащенного кислородом подогретого воздуха. Автогенные процессы получают все более широкое применение в СНГ 200 и за рубежом, где распространен процесс взвешенной плавки, разработанный финской фирмой «Оутокумпу». В настоящее время по лицензии и при содействии этой фирмы, построено около тридцати установок в различных странах для переработки медных и никелевых концентратов. Рис. 13.3 Печь «Норанда» А) при продувке Б) при заливке штейна Процесс «Оутокумпу» - финская плавка. Схема установки приведена на рис. 13.4. Плавильная печь финской плавки имеет две вертикальные шахты — плавильную камеру и аптейк для отвода технологических газов вблизи торцов горизонтальной отстойной камеры. На своде плавильной шахты установлено от одной до четырех шихтовых горелок. Стены камеры выполнены в виде откосов, внутренняя кладка стен — из магнезитового кирпича, внешняя - из шамотного. Между этими двумя слоями кладки установлены вертикальные медные водоохлаждаемые кессоны. Печь для плавки во взвешенном состоянии состоит из трех основных частей – реакционной шахты, отстойника и аптейка. Окислительные реакции и плавка протекают в вертикальной реакционной шахте диаметром до 5 м высотой до 10-12 м; высушенный до 0 – 0,5 % влаги концентрат, тонкозернистые флюсы и оборотную пыль подают в печь через одну или несколько вертикальных горелок, установленных в своде реакционной шахты. Горелки устроены таким образом, что шихта подается по оси горелки, а воздушное дутье поступает тангенциально. При этом обеспечивается наилучшее взаимодействие сульфидных частиц шихты окислителем, интенсивное протекание экзотермических процессов и более высокая стойкость горелок. Необходимыми условиями более полного завершения реакции окисления являются хороший контакт сульфидов с воздухом, соблюдение постоянной скорости подачи и равномерное распределение шахты в реакционной шахте. В тех частях реакционного пространства, где наблюдается недостаток воздуха, тепла выделяется меньше, и часть шихты в нерасплавленном состоянии будет поступать в отстойник. При избытке воздуха происходит переокисление части железа до магнетита, вызывающее повышение содержания меди в шлаке. Рис. 13.4. Печь для плавки «Оутокумпу Оу» В зависимости от десульфурации содержание меди в штейне колеблется от 45 до 65 %. Шлак содержит 0,8 – 1,5 % Cu и требует дальнейшей обработки. Отходящее печные газы уносят 10 – 14 % пыли от количества подаваемой в печь шихты. Они проходят аптейк с температурой 1270 - 1300° С, поступают в котел – утилизатор и дополнительно в теплообменник, где охлаждаются сответственно до 650 - 700 ° С, и затем направляются на очистку от пыли в электрофильтры. Обычно газы взвешенной плавки перерабатывают на серную кислоту. В особых случаях, когда требуется получение из них элементарной серы, в аптейке печи производят восстановление сернистого ангидрида каким – либо восстановителем. В отличии от зарубежной практики в СССР развитие автогенных процессов направлено на применение технического кислорода, содержание которого в дутье 60 – 95 %. Такое направление более прогрессивное, так как его осуществление требует меньших капитальных затрат, обеспечивает более полное (по заводу в целом) использование серусодержащих газов и минимальное загрязнение воздушного бассейна. 4. КИВЦЭТ Кивцэтный процесс был разработан в полупромышленном масштабе во ВНИИцветмете в 1964 году. Основными конструктивными узлами кивцэтного агрегата являются плавильная камера и электротермическая печь, разделенные перегородкой в газовом пространстве и соединенные в зоне расплава сифонным каналом. Агрегат оснащен независимыми системами отвода и очистки газов от плавильных и электротермических частей. В своде плавильной камеры установлен циклон или вертикальная горелка для подачи шихты в зону плавления, электропечь оборудована конденсатором для конденсации паров жидкий металл. Кивцетная плавка (КИВЦЭТ) – сокращенное название очень сложного по технологической структуре пирометаллургического процесса. Его название расшифровывается как кислородно – взвешенная циклонно – электротермическая плавка. Кивцетная плавка впервые была опробована на полупромышленном агрегате в 1964 году на опытном заводе ВНИИцветмета. В дальнейшем процесс прошел длительные испытания на опытно – промышленной установке Иртышского медеплавильного завода применительно к переработке медно – цинковых, медных, медно – свинцово – цинковых и других концентратов. Рис. 13.5. Схема агрегата «КИВЦЭТ» КиВЦЭТ совмещает в одном агрегате процессы взвешенной и циклонной плавки сульфидного концентрата с электро – термическим обеднением шлака. Подсушенный концентрат подают в циклонную камеру, а кислород вводят в нее тангенциально со скоростью до 150 м/с. Для кивцэтного процесса требуется такая же подготовка шихты, как и для кислородно – факельной или взвешенной плавки, то есть материал должен быть сухим (< 0,5 % влаги) и тонкоизмельченным. Подготовленная с учетом этих требований шихта вдувается кислородом в реакционную зону плавильной камеры; расплав скапливается на поду и протекает через сифонный канал в электротермическую часть, а газы, пройдя охлаждающие, пылеулавливающие и очистные устройства, направляются для переработки на серную кислоту. Уловленные пыли являются оборотным материалом. Лучшие результаты получены при плавке в кивцэтном агрегате сульфидных свинцовых концентратов. Как известно, в мировой практике основное количество свинца получают восстановительной шахтной плавкой агломерированного сульфидного концентрата. Сравнительная оценка топливо – энергетических затрат по схемам агломерации – шахтная плавка и кивцэтной технологии показала, что в последнем случае они сокращаются на 46%. Большое значение имеет при этом и экономия дорогостоящего и дефицитного металлургического кокса. На УКСЦК осуществляется освоение построенного кивцэтного комплекса. Этот процесс и агрегат для переработки свинцового сырья запатентованы во многих странах мира. Некоторые зарубежные фирмы приобрели лицензию на его применение, а в Боливии в 1984 году введен в эксплуатацию завод, работающий по этой технологии. Контрольные вопросы: 1.Что означает автогенность процесса? 2.Чем эффективнее автогенные процессы? 3. Как подразделяются автогенные процессы? 4. Чем отличаются взвешанные плавки от плавок в расплаве? 5. Какие требования предъявляют к качеству сырья КИВЦЭТ – плавке? жүктеу/скачать 8,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|