ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ
(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ)КУРСОВАЯ РАБОТА
НА ТЕМУ: «ТЕХНОЛОГИЯПРОИЗВОДСТВА ЧЕРНОВОЙ МЕДИ НА ОАО «СРЕДНЕУРАЛЬСКИЙ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫЙ ЗАВОД»»
Москва, 2009
Содержание
1 Общиесведения о меди
2 Областииспользования и потребления меди
3 Физическиеи химические свойства меди
4 Сырьедля производства меди
5 Основныеминералы меди
6 Историяразвития ОАО«Среднеуральский медеплавильный завод»
7 Производственныйкомплекс ОАО «СУМЗ»
8 Организациямедеплавильного цеха на ОАО «СУМЗ»
9 ИнтенсификацияПроцесса плавки медного сырья
10 Сущностьпроцесса плавки в жидкой ванне
11 Процессыпротекающие в надфурменной и подфурменной зонах печи для плавки в жидкой ванне
12 Конструкцияпечи Ванюкова
13 Технологияпроцесса конвертирования медных штейнов
14 Особенности проведения 1-го и 2-го периодов конвертирования
15 Преимуществаи недостатки процесса конвертирования
16 Устройствоконвертера
Выводы
1 Общие сведения о меди
Медь (лат. Cuprum), Cu, химический элемент I группыпериодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546;мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная состоит из смеси двухстабильных изотопов — 63Cu (69,1 % ) и 65Cu (30,9 % )./>/>Среднее содержание меди. в земнойкоре (кларк) 4,7·10-3 % (по массе. Среди многочисленных минералов медипреобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самороднаямедь, карбонаты и окислы.
Ткип=2310ºС
Тпл=1083ºС
/>=8.9 т/м/>
/>=7.96 т/м/>
Медь легкоподдается прокатке, может вытягиваться в проволоку, обладает высокойэлектропроводностью (уступает только серебру), является малоактивным,электроположительным металлом. Не растворяется в соляной и серной кислоте, нолегко растворяется в азотной кислоте.
Медь образуетмногочисленные сплавы с другими металлами: бронза, латунь, мельхиор,нейзильбер.
2 Области использования и потребления меди
1. Электроникаи электротехника – провода, кабели, обмотка электродвигателей, фольга,электропроводимые шины (45-25%)
2. Машиностроениеи транспорт – теплообменники, радиаторы, детали и узлы автомобилей, самолетов,судов, вагонов и т.д. (15-25%)
3. Строительныематериалы – кровельные материалы, декоративные украшения (8-10%)
4. Химическаяпромышленность – соли входят в состав красок, катализаторы (3-6%)
5. Изделиябытового назначения – посуда, часы, украшения (10%)
/>
3 Физические и химические свойства меди
Цвет меди красный, в изломе розовый, при просвечивании втонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическуюрешётку с параметром а = 3,6074 />; плотность 8,96 г/см3(20 °С). Химическая активность меди невелика. Компактный металл притемпературах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. Вприсутствии влаги и CO2 на поверхности меди образуется зелёнаяплёнка основного карбоната. При нагревании меди на воздухе идёт поверхностноеокисление; ниже 375 °С образуется CuO, а в интервале 375—1100 °С при неполномокислении меди. — двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находитсяCuO, а во внутреннем — Cu2O. Влажный хлор взаимодействует с медьюуже при обычной температуре, образуя хлорид CuCl2, хорошорастворимый в воде. Особое сродство медь проявляет к сере и селену; так, онагорит в парах серы С водородом, азотом и углеродом медь не реагирует даже привысоких температурах. Растворимость водорода в твёрдой меди незначительна и при400 °С составляет 0,06 мг в 100 г меди. Водород и другие горючие газы (CO, CH4),действуя при высокой температуре на слитки меди, содержащие Cu2O,восстановляют её до металла с образованием CO2 и водяного пара. Этипродукты, будучи нерастворимыми в меди, выделяются из неё, вызывая появлениетрещин, что резко ухудшает механические свойства меди.
При пропускании NH3 над раскалённой медьюобразуется Cu3N. Медь подвергается воздействию окислов азота, аименно NO, N2O (с образованием Cu2O) и NO2 (собразованием CuO). Карбиды Cu2C2 и CuC2 могутбыть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей М. Нормальныйэлектродный потенциал меди для реакции Cu2+ + 2e Сu равен+0,337 в, а для реакции Cu+ + е Сu равен +0,52 в. Поэтомумедь вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами (впромышленности используется железо) и не растворяется в кислотах-неокислителях.В азотной кислоте медь растворяется с образованием Cu(NO3)2и окислов азота, в горячей концентрации H2SO4 — собразованием CuSO4 и SO2, в нагретой разбавленной H2SO4— при продувании через раствор воздуха. Все соли меди ядовиты
Медь в двух- и одновалентном состоянии образуетмногочисленные весьма устойчивые комплексные соединения. Примеры комплексныхсоединений одновалентной меди (NH4)2CuBr3; K3Cu(CN)4— комплексы типа двойных солей; [Сu {SC (NH2)}2]CIи другие. Примеры комплексных соединений 2-валентной меди CsCuCI3, K2CuCl4— тип двойных солей. Важное промышленное значение имеют аммиачные комплексныесоединения меди [Сu (NH3)4] SO4, [Сu (NH3)2]SO4.4 Сырье для производства меди
Основноесырье для производства меди – руда. Медь может производится из вторичного сырья(отходы металлообработки, металлолом, брак)
Руда состоитиз минералов, различают минералы:
— ценные (вих состав входят извлекаемые металлы)
— пустойпороды
Поминералогическому составу медные руды делятся на:
— сульфидные
— окисленные
— смешанные
— самородные
По количествусульфидов:
— сплошные — полностью состоят из сульфидов
— вкрапленные– сульфиды присутствуют в виде вкраплений
По количествуценных компонентов:
— монометаллические
— полиметаллические (комплексные)
5 Основные минералы меди
Сульфидные:
— ковелин CuS,
— халькопиритCuFeS2,
— халькозинCu2S,
— бормит Cu5FeS4,
— кубанит CuFe2S3
Окисленные:
— малахитCuCO3 Cu(OH)2,
— куприт Cu2O,
— азурит CuCO3 Cu(OH)2,
— тенорит CuO
Кроме медносодержащих минералов в руде может содержаться:
— cфалерит ZnS
— пирротин Fe7S8
— пирит FeS2
— галинит PbS
В руде рисутствуют минералы пустой породы, в основном оксиды(SiO2, CaO, Al2O3, MgO), силикаты, карбонаты,алюмосиликаты.
Содержание меди в рудах: 0,5-1,5 меди, 0,8-1,5 в основном –руды с таким содержанием в металлообработку сразу отправлять нельзя. Применяютобогащение. Метод флотации – получают медный концентрат с содержанием меди10-30 %, максимальное количество меди в концентрате до 50%. В России основнымипредприятиями по производству меди являются: Норильский никель, Северныйникель, Пышма, Среднеуральский медеплавильный завод.6 История развития ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод»
Правительственноепостановление о строительстве на Урале крупного медеплавильного предприятия набазе Дегтярского месторождения медистых перитов —медно-серно-цинково-колчеданных руд, — расположенного в 15 км. к югуот Ревды было принято в августе 1931 года. Работы по возведению итехническому оснащению производств, прокладке коммуникационных и транспортныхсетей, строительству жилья для работников завода заняли без малого девять лет.25 июня 1940 года были получены первые тонны черновой меди. Этот день считаетсяднем рождения СРЕДНЕУРАЛЬСКОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА. В последующиедесятилетия завод рос, наращивал свой технический потенциал, увеличивал объемывыпуска продукции и прочно вошел в число лидеров отрасли. Тяжелые испытанияпришлись на 1990-е годы, когда из-за недостатка медьсодержащего сырья резкосократилось производство черновой меди, хронические неплатежи за переработку иполученную продукцию привели к большой задолженности по заработной плате и, какследствие, к недовольству коллектива. Критическая ситуация была разрешена лишьблагодаря совместным усилиям руководства СУМЗа и АО «Уралэлектромедь». Сприходом на пост генерального директора А.А. Козицына завод начал работатьдостаточно стабильно, постоянно увеличивая объемы производства. В настоящеевремя, согласно оценкам экспертов, ОАО «СУМЗ» входит в первую двадцаткунаиболее динамично развивающихся компаний России, с2000 года входит в состав УГМК.
СУМЗ являетсяградообразующим предприятием. Он является основным плательщиком в муниципальныйбюджет. Обеспечивает половину жилого массива города теплом и горячей водой.Завод содержит стоматологическую клинику, профилакторий, базу отдыха для детей,большой спортивный комплекс и Дворец культуры.7 Производственныйкомплекс ОАО «СУМЗ»
СУМЗпредставляет собой крупный химико-металлургический комплекс, включающий в себяпять основных производств:
— обогатительнуюфабрику, которая после реконструкции достигла мощности по переработке 1миллиона тонн шлаков в год;
— медеплавильныйцех, производящий свыше 100 тысяч тонн черновой меди из собственного ипривозного сырья. Попутно из концентратов и флюсов в готовую продукциюизвлекаются золото и серебро;
— сернокислотныйцех, вырабатывающий около 500 тысяч тонн серной кислоты в год. Здесь такжеизвлекается сера из обжиговых и конверторных газов и газов печи Ванюкова;
— суперфосфатныйцех, производящий фосфорные удобрения с использованием собственной сернойкислоты. После частичной реконструкции оборудования в цехе освоен выпусктриполифосфата натрия — составляющего сырья для технических и бытовых моющихсредств;
— цехксантогенатов — крупный производитель бутилового ксантогената калия,флотореагента для обогатительных фабрик. Цех может выпускать до 8,5 тысячи тоннэтого продукта, которым обеспечивает большинство горно-обогатительныхкомбинатов Уральского региона, Башкортостана и Казахстана.
Предприятие поставляетсвою продукцию на переработку на российские заводы, а также на экспорт. Основнымпотребителем черновой меди производства ОАО «СУМЗ» является АО«Уралэлектромедь». Потребителями прочей продукции являютсяпредприятия Урала, Центральных и Восточных районов России. Основным видомэкспортной продукции является рафинированная медь.
Динамика объемовпроизводства продукции ОАО «СУМЗ», тНаименование видов продукции 1997 1998 1999 2000 2002 Медь черновая 92446 70138 81327 103065 106253 Серная кислота 394000 319194 362730 412706 410551 Триполифосфат 15605 16050 31101 36002 36566 Ксантогенат (85%) 3688 2400 3651 5302 5154
Завод является носителемпередовых технологий в комплексной переработке техногенных отходов. Напредприятии действует самая современная система экологического мониторинга.
Перспективные планы ОАО«СУМЗ» предусматривают продолжение работ по реконструкции и модернизацииоборудования завода с целью увеличения объемов производства, повышения качествапродукции, комплексного использования сырья, сокращения вредного воздействия наокружающую среду, утилизации отходов производства.
В настоящеевремя на предприятии развертывается реконструкция всего основного производства
8 Организация медеплавильного цеха на ОАО «СУМЗ»
До 1995 годамедеплавильный цех завода перерабатывал медные концентраты по схеме обжига впечах «кипящего» слоя, отражательной плавки огарка и конвертирования.
Отражательнаяплавка характеризуется низкой удельной производительностью, высоким расходомогнеупорных материалов, низким тепловым КПД, высоким удельным расходомуглеродистого топлива и большим количеством газов с низким содержаниемсернистого ангидрида (1,0-2,5%), обезвреживание которых связано созначительными капитальными и эксплуатационными затратами. Такие ценныесопутствующие компоненты, как сера, свинец, цинк, кадмий, германий, рений и др.при отражательной плавке полностью теряются.. Отражательная плавка,основанная на внешних источниках теплоты, — процесс несовершенный. Основнымипричинами острой необходимости замены отражательной плавки стали высокиетребования к предотвращению загрязнения окружающей среды выбросами оксидовсеры. В условиях отражательной плавки, характеризующейся образованием огромныхколичеств очень бедных по SO2 газов, их обезвреживание требует большихкапитальных затрат и обходится дорого в эксплуатации. В связи с этим, а также всвязи с необходимостью активного использования теплотворной способностисульфидов и ряда других рассмотренных выше факторов были разработаны и освоеныновые способы плавки медного сырья. В 1987 году на заводе было начатостроительство комплекса плавки медесодержащего сырья в жидкой ванне (печьВанюкова). В 1995 году комплекс был пущен в эксплуатацию.9 Интенсификация процесса плавки медногосырья
Целью плавкилюбого типа является перевод всей перерабатываемой шихты в расплавленное игазообразное состояние с получением штейна или чернового металла, возгонов ишлака и их разделением.
Значительныеразличия физико-химических свойств химических соединений, составляющих шихту и,в первую очередь, температуры их плавления приводят к постепенному формированиюрасплава. Сначала образуется первичный расплав из наиболее легкоплавкихкомпонентов, а затем происходит растворение в них более тугоплавких веществ.
Следовательно,процессы штейно- и шлакообразования протекают в две стадии: расплавлениелегкоплавких составляющих шихты и растворение более тугоплавких веществ в этихрасплавах.
Из числаприсутствующих в сульфидных шихтах химических соединений наиболее легкоплавкимиявляются сульфиды (за исключением ZnS). При этом их эвтектические смеси по сравнению сотдельными сульфидами имеют еще меньшие температуры плавления. Поэтому процессыштейнообразования начинаются раньше процессов шлакообразования и идут сбольшими скоростями.
Шлакообразованиеначинается позднее и происходит медленнее потому, что для большинства оксидовшихты температура плавления выше, чем температура в печи. При ограниченныхтемпературах в плавильных агрегатах особо важное значение приобретают процессырастворения тугоплавких оксидов в первичных шлаковых расплавах.
Процессырастворения являются диффузионными и поэтому протекают значительно медленнеепроцессов расплавления легкоплавких компонентов.
Образованиешлаков в металлургических печах начинается, как правило, с полученияоксидно-сульфидных эвтектик или более сложных многокомпонентных легкоплавкихкомпозиций.
В дальнейшемв них растворяются более тугоплавкие оксиды и, в первую очередь, кремнезем,вводимый обычно в шихту в виде кварцевого флюса.
На скоростьрастворения кремнезема в фаялитовом расплаве наибольшее влияние оказываетинтенсивность движения шлака, крупность частиц флюса и его реакционнаяспособность. В условиях отражательной плавки (при которой наблюдается наименееинтенсивное перемешивание по сравнению с другими известнымипирометаллургическими процессами) около 50—60 % кварцевого флюса, несмотря надлительное пребывание в расплаве (10—15 ч), не успевает полностью растворитьсяв шлаке. Мелкие частицы кварца образуют тонкую взвесь, а более крупные плаваютна поверхности шлаковой ванны в виде «кварцевой шубы». Экспериментыпоказывают, что принудительное перемешивание расплава вызывает резкое ускорениепроцесса растворения тугоплавких составляющих шихты.
Наиболеемедленным этапом плавки, даже для современных процессов, у которых времязавершения других стадий мало, является коалесценция сульфидных капель иразделение штейна и шлака.
Значительнаячасть меди находится в шлаках в виде эмульсии — мелких капель штейна. Крометого, при восстановлении или сульфидировании металлов в шлаковом расплавеобычно образуется дополнительное количество капель металлсодержащей фазы,отстаивание которых происходит крайне медленно и не успевает завершиться заприемлемое с практической точки зрения время. Поэтому необходимо обеспечитьпринудительное укрупнение штейновых или металлических частиц.
Можнооднозначно утверждать, что именно медленное укрупнение мелкой штейновой(металлической) взвеси и ее отделение от шлака являются одним из самыхмедленных этапов плавки в целом
Наиболееэффективным приемом ускорения коалесценции штейно-вой взвеси являетсяперемешивание шлака с получающимся при плавлении штейном. Известно, что дажезагрузка сульфидов на поверхность шлаковой ванны и однократная промывка шпакакаплями штейна заметно обедняют шлак.
Сочетаниепроцессов восстановления и перемешивания шлака со штейном позволяет резкоинтенсифицировать укрупнение штейновых частиц и разделение фаз. Доказано, чтокрупность частиц при этом возрастает настолько, что для разделения штейна ишлака требуется менее 1 ч вместо 8—12 ч.
Правильнаяорганизация процесса разделения фаз создает предпосылки для резкойинтенсификации работы плавильных агрегатов и повышения их удельнойпроизводительности.
Анализпереработки сульфидного сырья на штейн позволил выявить роль и взаимосвязьпоследовательных элементарных стадий физико-химических превращений иустановить, что оптимизация технологии плавки требует определенного сочетанияследующих условий:
1) созданиеусловий для высокой степени использования кислоро
2) да газовойфазы в локальной зоне металлургического реактора, от
3) деленнойот конечных продуктов плавления;
4) обеспечениевысокой скорости массообменных процессов в сис
5) темеисходные твердые компоненты — конечные расплавы;
3) создание условий длядостижения заданного приближения к
равновесию междуконечными продуктами плавки;
4} ускорениеукрупнения диспергированного штейна или металла и обеспечение полнотыразделения продуктов плавки.
Результатынаучных разработок позволили сформулировать основной принцип новой технологии:плавление сырья и массообмен осуществляются в турбулентно перемешиваемой ваннеэмульсии штейна (металла) в шлаке.
Перемешиваниерасплава при барботаже его технологическими газами, образующимися при, подачедутья в расплав через боковые фурмы, обеспечивает требуемую степеньтурбулизации для ускорения металлургических превращений в зоне расплава вышеуровня фурм.
При этомобеспечивается коалесценция мелких штейновых капель и формирование составовфаз, близких к конечным. Расслаивание штейна и шлака организовано в прямоточномпотоке вертикально движущихся расплавов. Это обеспечило совмещение в одномагрегате для непрерывного процесса реакционной зоны с высокой степеньютурбулентности движения барботируемого расплава и зоны с ламинарным движениемрасплава, необходимой для организации разделения и отдельного выпуска шлака иштейна (металла).
Научнообоснованная оптимизация организации физико-химических процессов и движениярасплава позволила создать новую технологию — плавку в жидкой ваннеСравнительныетехнико-экономические показатели
Показатель
ПЖВ
Отражательная плавка Удельный проплав, т/(м2 • сут) 60—80 4—5 Содержание меди, %: в штейне 45—55 20—30 в шлаке (без обеднения) 0,5—0,6 0,4—0,5 Содержание Si02 в шлаке, % 30—32 34—42 Влажность шихты, % 6—8 6—8 Максимальная круп ность шихты, мм До 50 5 Пылевынос, % 1 1—2 Содержание О2в дутье, % 60—65 До 25 Содержание SO2 газах, % 20—40 1—2 Расход условного топ лива, % До 2 18—22
10Сущность процесса плавки в жидкой ванне
Сущностьтехнологического процесса плавки в жидкой ванне заключается в следующем. Кислородсодержащийгаз вводится под избыточным давлением около 0,1 МПа в расплав через фурмы встенах печи на уровне примерно 0,3—0,7 м ниже уровня расплава в спокойномсостоянии внутри шахты печи.
Общая глубинаванны расплава в печи без барботажа 2,0—2,5 м. Кислородсодержащий газ дутья,барботируя верхнюю часть расплава, энергично перемешивает его и создаетгазонасыщенный слой гетерогенного расплава, состоящего в основном из шлака свключениями до 10 % (вес.) сульфидов в виде капелек штейна и при недостаткетепла — угля или кокса. Высота барботируемого газонасыщенного расплаваувеличивается на величину, равную 2—3-х кратному расстоянию от оси фурм доуровня расплава в спокойном состоянии. Кислородсодержащий газ взаимодействует,в первую очередь, с сульфидом железа, серой и углем и генерирует тепло,необходимое для плавления загружаемой шихты и нагрева расплава именно в зонетехнологического процесса равномерно во всем верхнем слое.
Благодаряинтенсивному перемешиванию капельки сульфидной фазы, образуемые из загруженныхчастиц сырья, соударяются и сливаются, достигая гидродинамически устойчивогоразмера 0,5-5 мм, достаточного для выпадения их из верхнего барботируемого слояи быстрого опускания в донную фазу.
Шихта,состоящая из флотационного концентрата или кусковой руды с флюсом и, еслинеобходимо, с кусковым углем, вводится сверху в барботируемый слой; вследствиевысокой энергии перемешивания она равномерно распределяется по всему егообъему.
Расплавленныесульфиды шихты вследствие высокой активности серы и железа интенсивновзаимодействуют со шлаком и кислородом дутья, поддерживают низкое содержаниемагнетита в шлаке. Это способствует получению шлаков, бедных по цветнымметаллам. В условиях активного перемешивания происходит быстрое растворениекварца и других тугоплавких компонентов шихты, и поэтому во всем объемерасплава постоянно поддерживается оптимальный состав лака, обеспечивающийминимальные потери цветных металлов. Наличие в расплаве пузырьковбарботирующего газа способствует быстрой и полной (в соответствии с величинойравновесного давления пара) возгонке летучих компонентов.
Расположениепереточного канала для вывода шлака из шахты на 1 м ниже уровня фурм привело ктому, что весь образующийся в верхнем барботируемом слое шлак постепеннодвижется сверху вниз, проходя свой путь в течение 1,5—3,0 ч. При этом оннепрерывно промывается дождем крупных капель штейна, выпадающих из верхнегоперемешиваемого слоя. Ниже фурм движущийся поток шлака уже не перемешивается ив нем можно создавать соответствующие градиенты температуры, состава и другихпараметров, способствующие обеднению шлака. Благодаря такой организации егодвижения исключена возможность проскока и быстрого выхода из печинепроработанного шлака с повышенным содержанием цветных металлов. Сульфидная доннаяфаза, образующаяся на дне печи из опускающихся капель, отдельно от шлакавыводится из плавильного агрегата.
11 Процессы, протекающиев надфурменнои и подфурменной зонах печи для плавки в жидкой ванне
Внадфурменной зоне происходитплавление, окисление сульфидов, растворение
тугоплавкихкомпонентов, укрупнение мелких сульфидных частиц.
При этом все процессыпроходят одновременно и с высокой скоростью. Высокая скорость обеспечиваетсяинтенсивным перемешиванием расплава. Отсутствие диффузионных ограничений.
Важнаяособенность:
- невысокоесодержание магнетита в шлаке в сравнение с другими автогенами процессамиспособствует снижению потерь меди со шлаком .
- 100%использование кислорода в расплаве, что позволяет изменять состав штейна засчет изменения соотношения кислорода в дутье и количества шихты.
Вподфурмениой зоне происходит оседание капель штейна. Скорость движения
капель штейнанамного превышает скорость движения шлака вниз. Происходит промывка шлака
каплямиштейна. За счет этого ускоряется разделение и отстаивание шлака и штейна. Этипроцессы
позволяютдостигнуть удельную производительность 60-80т/м в сутки. Процесс может идти какв автогенном, так и полуавтогеном режиме. Во втором случае используетсятопливо: уголь, природный газ, мазут.
12 Конструкция печи Ванюкова
Достоинствапечи Ванюкова:
— возможно широкое управление составомштейна и получение на богатых штейнах относительно бедных отвальных шлаков.
— процессхарактеризуется низким пылеуносом и получением возгонов, богатых по содержаниюценных компонентов
— надежная идолговечная аппаратура
— роцесс не требует сложнойподготовки сырья и пригоден для переработки как кусковой руды, так иконцентратов различного состава
— по своимпоказателям он превосходит все известные в мировой практике процессы./>
Рис. 1. Печь дли плавки врасплаве
1— штейновый сифон; 2 —плавильная камера; 3 — газоход; 4 — шлаковый сифон; 5 — огнеупорная кладка; 6 — воздушно-кислородный коллектор; 7—кессоны; 8 — фурма
Печь Ванюковапредставляет собой прямоугольную шахту шириной 2,5, длиной 10,0 и высотой 6,0м. В боковых продольных стенах печи на высоте 2,5 м от подины водоохлаждаемыефурмы для подачи дутья, а если необходимо, и углеродистого топлива (природногогаза, мазута или пылеугля). Экспериментально установлено, что ни один изизвестных огнеупоров не способен длительное время противостоять воздействиюнагретого до 1500—1600 К шлака при энергичном его перемешивании.
Для надежногоограждения расплава потребовалось смонтировать боковые и торцевые стены шахтыиз массивных охлаждаемых водой медных кессонов, расположенных в зонеперемешивания шлака от уровня, около 1 м ниже оси фурм, до уровня 3,5 м вышеоси фурм. Горн шахты печи ниже кессонированного пояса выполнен из огнеупорногокирпича. В торцевых стенах горна созданы два переточных канала для вывода изнего шлака и штейна. Снаружи к шахте печи у переточных каналов герметичнопримыкают емкости, сообщающиеся через них с внутренним пространством шахты,называемые шлаковым и штейновым сифонами. В стенах этих сифонов предусмотреныщелевидные окна, положение порога которых определяется соответствующим уровнемслива шлака и штейна.
13Технология процесса конвертирования медных штейнов
Процессконвертирования медных штейнов осуществляется с целью перевода железа изштейнов в шлаки и сульфидных соединений меди в металлическую медь. Это возможнов процессе продувки воздуха через расплавленный штейн. В результате того, чтовоздух в расплав штейна врывается мощной струей с большой скоростью (130—170м/с), он раздрабливает на своем пути жидкий штейн на мелкие капли и образует ветруе дутья штейново-воздушную эмульсию. При этом в ней бурно развиваютсяокислительные процессы, за счет чего в зоне окисления температура поднимаетсядо 1400—1500 СС. Эта температура в объеме ванны конвертера снижаетсявследствие теплопередачи в окружающее пространство. Образующиеся в результатеокисления оксиды железа на первой стадии конвертирования всплывают наповерхность шгейновой ванны и шлакуются кремнеземом, присутствующим наповерхности ванны. На второй стадии окисления образующиеся оксиды медивзаимодействуют с сульфидами меди, что приводит к образованию в конвертерерасплава черновой меди и газов, удаляющихся через горловину конвертера.
Процесспереработки штейнов на СУМЗ осуществляют следующим образом. Штейны после плавкив печах Ванюкова выпускают в специальные штейновые ковши и заливают впредварительно разогретый конвертер. При каждой заливке порции штейна вконвертер загружают кварц, величина кусков которого не должна превышать 3,5 мм.Кварцевый флюс, содержащий не менее 80 % кварца, загружают в конвертер пушкой,вдувающей дробленый кварц в конвертер равномерным слоем по всей поверхности штейна.
После заливкиштейна и загрузки кварца в конвертер через фурмы подают воздух при давленииоколо 190 кПа. По мере накопления жидкого шлака его сливают через горловину вковш. С этой целью отключают воздух, что необходимо для разделения шлака иштейна. После слива конвертерного шлака в конвертер загружают новую порциюштейна и флюсов и снова проводят продувку для образования шлаков. Таким образомпроцесс продувки ведут до тех пор, пока в конвертере не накопится достаточноеколичество белого матта, содержащего не менее 75 % Сu и десятые доли процентажелеза. Производительность конвертера на этой стадии определяется содержаниеммеди в штейне.
Во второмпериоде белый матт продувают непрерывно, без добавки флюсов и холодныхприсадок. Шлак, благодаря отсутствию в нем железа, практически не образуется.Содержание меди в шлаке второго периода до 30 %. Такой шлак также необходимоперерабатывать. Продувка во втором периоде продолжается 2-2.5 часа. Основнойпродукт черновая мед, шлак, газы.
14 Особенностипроведения 1-го и 2-го периодов конвертирования
Первыйпериод
Проводитсяселективное окисление сульфидов железа (FeS). Железо обладаетбольшим сродством с кислородом, чем медь. Пока в расплаве присутствует железо,медь почти не окисляется.
Основныереакции:
2FeS + Ю2 = 3FeO + SO2 + Q
За счеткислорода воздуха дутья. Реакция проходит с выделением тепла. Для отделенияоксида железа(FeO) от сульфидного расплава, необходимо FeO перевести в шлак. Дляэтого конвертор постояннс добавляют кварцевый флюс.
FeO + SiO2 = 2FeO • SiO2 + Q — экзотерсическая
В фурменной зонеконвертора возможно переокисление железа, т.к. там много кислорода. Собразованием магнетита
6FeO + O2 = 2Fe3O4 +Q
tплFe2O3=1590«С
Поэтомуобразование большого количества магнетита не желательно. Разрушается магнетит(восстановление) по реакции:
3Fe^O4 + FeS + 5SiO2 — 5(2FeOSiO2) + SO2 —Q-эндотермическая
Эта реакцияпротекает интенсивно при температуре свыше 1200 С. Поэтому процессконвертирования желательно проводить при максимально высоких температурах.Однако, для увеличения срока службы футеровки конвертора существует температурныйпридел 1280-1320°С.
Основная цельэтого периода: накопление в конверторе богатой по меди сульфидной массы. Послепервой заливки штейна и частичной продувки из конвертора сливают шлак. Послечего заливакп следующую порцию штейна. Эти операции повторяют несколько раз(3-4 раза). До тех пор пока не накопится достаточное количество сульфидноймассы. После этого проводят холостую продувку (без заливки штейна). Врезультате получают белый штейн или белый матт.Практически чистыйсульфид меди (CuS). На практике в нем остается 4% FeS. Шлаки первого периодасодержат 1,5-3% меди. Это высокое содержание, их необходимо переработать.Переработка заключается в том, что их отправляют в плавильную печь или вотдельные агрегаты. Дополнительное топливо для процесса не требуется. Впроцессе конвертирования происходит избыток тепла. Температура повышается на5-7°С в минуту. Для избежания перегрева расплава в конвертор загружают холодныеприсадки (дробленый шлак, твердый штейн, вторичное сырье, медный концентрат).
Теоретическоесодержание SO2 в газах 15%, но засчет подсоса воздуха концентрациясоставляет 2-4%. Для обеспечения максимальной производительности в процессеработы проводят прочистку фурм. Это делают вручную или автоматически.Длительность первого периода:
- прибогатом штейне 6-9 часов;
- прибедном штейне 16-24 часа
a. Второй период
Основныереакции:
2CuS + ЗО, — 2Си2О + 2SO2
Cu2S + 2Си2О = 6Сы+ SO2
/>3Cu2S + 3О2 = 6Cu+ 3SO2Проведение второгопериода:
Основнойпроцесс — это продувка белого маттавоздухом. Процесс ведут без добавкифлюсов и холодных присадок. Однако, теоретически шлака не должно получится.Практически шлак бывает, т.к. осталось 4%FeS и полностью шлак впервом периоде не удается слить. Содержание меди в шлаке второго периода до30%. Такой шлак так же необходимо перерабатывать. Продолжительность второгопериода — 2-3 часа. Основной продукт черновая медь, шлак, газы. Теоретическоесодержание SO2 21%, на практике 4-6% в газах.
Производительностьконвертора определяется временем работы конвертора под дутьем (это время втечение которого идет продувка расплава). Обычно время работы под дутьемсоставляет 70-80% от общего времени.
15 Преимущества и недостаткипроцесса конвертирования
Преимуществапроцесса:
- конвертированиевесьма эффективный процесс;
- характерновысокой степенью использования кислорода;
- высокаяудельная производительность во время дутья;
- процессявляется автогенным (не требует добавки топлива).
Недостаткипроцесса:
- периодичностьпроцесса. Время расходуется на заливку штейна, слив шлака, слив черновой меди.
- Большоевремя затрачивается на рабочий режим;
- труднодобиться во время работы герметичного соединения горловины конвертора с системойгазоходов. Что приводит к поступлению в атмосферу цеха серо содержащий газов.
- небольшойсрок службы конвертора из-за разрушения футеровки. Срок службы 1,5-3 месяца.