Отражательная плавка медеплавильного цеха

- повысить концентрацию сернистого ангидрида и извлечение меди в штейн. Повышение температуры в фокусе печи сокращает срок службы огнеупоров, поэтому с целью удлинения кампании печи используют рассредоточенную подачу кислорода в печь. В этом случае температура в фокусе печи снижается на 100°С по сравнению с подачей кислорода в воздухопровод. Содержание SO₂ в газах повышается до 7,8%, удельный проплав - до 7,0 т/(м²*сут).

б) Комбинированное торцово-сводовое отопление печей.

При установке сводовых горелок на 2/3 длины отражательной печи термический КПД растет пропорционально доле тепловой нагрузки, подаваемой через свод (В_свод/В_торц). При B_свод/B_торц = 18-20% термический КПД возрастает с 31 до 40%, а удельная производительность с 5,45 до 6,85 т/(м²*сут), увеличивается равномерность проплава по длине печи и снижается на 100-150°С температура кладки.

Особенно эффективно совмещение комбинированного торцово-сводового отопления, с рассредоточенной подачей кислорода.

Расход природного газа при использовании торцово-сводового отопления в сочетании с рассредоточенной подачей кислорода уменьшается почти в два раза.

Производительность отражательных печей в среднем увеличилась по сравнению с торцевым газокислородным отоплением на 22,5 отн.%.

в) Продувка шлакового расплава топливно-воздушным факелом.

Плавка шихты в барботируемой продуктами сгорания топлива шлаковой ванне позволяет на 15-20% повысить конвективную составляющую общего процесса тепломассопередачи. Сжигание природного газа осуществляется с помощью погруженных в шлак вертикальных сводовых фурм.

Фурмы устанавливают в плавильной зоне печи и погружают в шлак на глубину 0,2-0,4 м, что обеспечивает проникновение топливновоздушного факела в штейновую фазу. В этом случае дополнительно протекают процессы десульфуризации расплава за счет взаимодействия дымовых газов с FeS. При сжигании в шлаке природного газа общий расход топлива при плавке сокращается и повышается степень десульфуризации.

Последнее обстоятельство при использовании кислорода способствует получению кондиционных для производства серной кислоты газов (5% и более), что позволяет отражательной плавке конкурировать с современными процессами.

г) Подогрев дутья.

Подогрев дутья интенсифицирует кинетическую стадию горения топлива, снижает удельный расход условного топлива. Отсутствие надежных конструкций рекуператоров ограничивает температуру подогрева до 500-540 К (°С).

д) Утилизация тепла отходящих газов.

Наиболее распространенным вариантом является утилизация тепла в котлах-утилизаторах в сочетании с рекуператорами.

е) Усовершенствование конструкции агрегата отражательной плавки. Фирма «Оутокумпу» (Финляндия) рекомендует к отражательной печи пристроить реакционную шахту и аптейк (рис. 4.1). Окисление сульфидов с образованием штейна и шлака будет проходить в реакционной шахте в техническом кислороде или воздухе, обогащенном кислородом. Отражательная печь выполняет роль отстойника.

Процесс «Оксиджен спринкл смелтинг» (США) представляет собой кислородно-инжекционную плавку медных концентратов в отражательной печи (рис. 4.2).

В Китае разработан процесс «Пекин» (рис. 4.3). Печь представляет модернизированный вариант отражательной печи, разделенной перегородкой на плавильную и отстойную зоны, отличающийся от обычной печи боковым вводом дутья при помощи фурм, установленных ниже уровня расплава в плавильной зоне печи. Шлак выпускают из отстойной зоны самотеком, штейн - с помощью сифона, расположенного в противоположной от шлаковой летки стороне печи. Переток штейно-шлакового расплава из плавильной зоны в отстойную осуществляется по всей ширине печи. В каждой зоне установлено по одной короткофакельной горелке для подачи угольной пыли. Пылеугольная горелка плавильной зоны расположена на своде, ближе к границе зон; горелка отстойной зоны - в торцевой стене печи.

I - шахта; II - аптейк; 1 - медный концентрат; 2 - подогретый воздух, кислород; 3 - штейн; 4 - шлак; 5 - отходящие газы.

Рисунок 4.1. Схема реконструкции ОП по варианту «Оутокумпу»

1 - медный концентрат, флюс, кислород; 2 - медный концентрат, уголь, кислород; 3 - штейн; 4 - конвертерный шлак; 5 - шлак; 6 - отходящие газы

Рисунок 4.2. Схема реконструкции ОП по варианту «Драво Корпорейшн»

1 - шлаковое окно; 2 - штейновый сифон; 3 - перегородка с нижним перетоком; 4 - фурмы; 5 - аптейк; 6 - загрузка; 7, 8 - сводовая, торцевая горелки

Рисунок 4.3. Схема реконструкции ОП по способу «Пекин»

Загрузку печи осуществляют через 6 водоохлаждаемых течек, расположенных двумя параллельными рядами (по 3 течки в каждом) на своде плавильной зоны. Каждый ряд течек снабжен транспортером. Конвертерный шлак заливают в отстойную зону через специальное отверстие в боковой стенке в середине зоны. Тепловая нагрузка обеспечивается сжиганием топлива на сводовой горелке и окислением сульфидной шихты, которую загружают на поверхность барботируемой ванны.

Процесс кислородно-инжекционной плавки (ОСС) разработан корпорацией «Драво Инжинирс энд Констракторс» (США). Особенностью реконструкции ОП по проекту ОСС является замена обычных торцевых топливных горелок инжекционными форсунками, устанавливаемыми в своде печи. С помощью этих форсунок в подсводовое пространство агрегата потоком воздуха, обогащенного кислородом, инжектируется тонкоизмельченная смесь медного концентрата и флюса.

Фирма «Гумбольд Ведаг АГ» (Германия) рассматривает возможность использования принципа циклонной плавки для реконструкции отражательной печи (рис. 4.4). Способ предусматривает плавку сульфидных концентратов на чистом кислороде в водоохлаждаемом циклоне и обеднение шлаков в стационарном реакторе «Контоп» с верхней продувкой.

Узел заливки конвертерного шлака и циклонные топки расположены вдоль осевой линии печи

Рисунок 4.4. Печь «Контоп»



Плавка осуществляется в вертикальной кессонированной циклонной печи (рис. 4.5) с тангенциальной загрузкой сухого концентрата и флюсов вдуваемым технологическим кислородом. Время пребывания частиц флюсов и концентрата в циклоне - 0,1 с. Расплав вместе с отходящими газами выпускается из циклона непрерывно в отстойник, где происходит разделение шлака (6-8% Cu), штейна (72% Cu) и газа. Температура в плавильной зоне составляет 1800-1900°С. В отстойной зоне шлак обрабатывают струями окислительно-восстановительного газа (О₂+С_nН_m), истекающего из сопел вертикальных фурм со сверхзвуковой скоростью. Газ инжектируется через три фурмы, сопла которых расположены на расстоянии 0,3-0,7 м от поверхности расплава. Производительность процесса - 150 т концентрата в сутки, содержание меди в шлаке - 1%. Отмечается, что процесс «Контоп» особенно рентабелен при переработке комплексных концентратов, при этом Zn, Pb, As, Se, Bi, Ge, Te переходят в возгоны.

Рисунок 4.5. Циклонная топка «Контоп»

Размеры промышленного циклона, м: диаметр около 2,0; высота около 4,0. Имеет 4 кислородно-шихтовые фурмы и 4 кислородно-топливные горелки. Каждый циклон плавит от 20 до 25 тонн сухого концентрата в час.



Заключение

Было рассмотрено отделение отражательной плавки медеплавильного цеха. Было дано описание медных руд и концентратов, технологии и оборудования отражательной плавки. Отражены основные недостатки и преимущества. Составлен материальный и тепловой баланс процесса.

До настоящего времени отражательные печи остаются основными агрегатами на медеплавильных заводах. Однако с повышением требований к комплексному использованию сырья и охране окружающей среды, перспективы их дальнейшего использования существенно снизились. Кроме того, в отражательных печах практически не используется тепло, получаемое при окислении серы, выделяющееся при разложении сульфидных минералов. Поэтому в последнее время осуществляется постепенная замена отражательных печей более совершенными агрегатами для автогенной плавки медных концентратов на штейн.



Библиографический список

1. Аветисян Х.К. Металлургия черновой меди / Х.К. Аветисян. - М.: Металлургиздат, 2014. - 464 с.

2. Уткин Н.И. Металлургия цветных металлов / Н.И. Уткин Учебник для техникумов. М.: Металлургия, 1985. - 440 с.

3. Процессы и аппараты цветной металлургии / С.С. Набойченко, Н.Г. Агеев, А.П. Дорошкевич и др. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. - 700 с.

4. Купряков, Ю.П. Отражательная плавка медных концентратов / Ю.П. Купряков. - М.: Металлургия, 2012. - 352 с.

5. Лоскутов, Ф.М. Расчеты по металлургии тяжелых цветных металлов / Ф.М. Лоскутов, А.А. Цейдлер. - М.: ГНТИ, 1963. - 591 с.

6. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии / Д.А. Диомидовский, Л.М. Шалыгин, А.А. Гальнбек и др. - М.: Металлургия, 1963. - 460 с.

7. Расчеты металлургических процессов производства меди: учебное пособие / Е.И. Елисеев, А.И. Вольхин, Г.Г. Михайлов, Б.Н. Смирнов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. - 221 с.

8. Лыкасов, А.А. Металлургия меди: учебное пособие / А.А. Лыкасов, Г.М. Рысс. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 75 с.

Размещено на Allbest.ru