мЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ. Металлургия меди

• Название: Металлургия меди
• Анкор: мЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ.docx
• Дата: 15.11.2017
• Размер: 14.69 Mb.
• Имя файла: мЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ.docx
• Тип: Лекция; #10243
• страница: 16 из 25

Лекция 16 Современная практика конвертирования и направление совершенствования процесса.

Вопрос 1. Характеристика конвертеров и технологии

На современное состояние и развитие технического прогресса в области конвертирования медных штейнов значительное влияние оказывают проблемы, связанные с охраной окружающей среды, дефицитом рудного сырья и энергетических ресурсов. Поэтому актуальны вопросы получения богатого по содержанию SO₂ газа, пригодного для экономически выгодного производства серной кислоты, переработки в конвертерах других медьсодержащих материалов (медных концентратов, медьсодержащих отходов, скрапа и т.д.) и утилизации тепла.

В цветной металлургии доминирующее положение по-прежнему занимают горизонтальные конвертеры, конструкция которых за многие годы практически не изменилась. Периодичность процесса создает значительные трудности в использовании сернистых газов, предотвращении их выбросов в окружающую среду и снижает многие технико-экономические показатели работы конвертерного передела.

Технические характеристики используемых на некоторых уральских заводах и в мировой практике горизонтальных конвертеров показаны в табл. 1

Таблица 1

	ЗАО	ОАО	ПМК ОАО
Характеристика	"Карабашмедь"	"СУМЗ"	"Уралэлектромедь'
Размеры, м:
диаметр наружный	3.66	4.00; 3.95	3.05 -
длина	6.1	9.15; 9.20	7.87
Фурмы
количество, шт.	32	46; 52	36
диаметр (внутр.), мм	40	52	44
Расход воздуха, тыс. м3/ч	35	48; 54	30
Давление воздуха, МПа	0.08-0.12	0.09-0.12	0.09-0.12
Площадь горловины, м2	4.25	5.22	3.44
Масса (с футеровкой), т	189.2	167.2	167.2
Емкость по меди, т	40	75; 80	40

Технико-экономические показатели процесса приведены ниже.
Время работы конвертера под дутьем, %………………… 65-70

Расход воздуха на 1т штейна, м³…………………………… 1250-1750

Выход конвертерного шлака от массы штейна, %……….. 30-80

Извлечение меди, %:

в черновую медь…………………………………… 87-92

в конвертерный шлак……………………………… 3-6

в обороты…………………………………………… 4-6

потери……………………………………………… 0.5-0.8

Расход огнеупорных материалов на 1 т черновой меди, кг … 10-20

Концентрация SO₂ %, об. ( в объеме конвертера)…………… 12-14

Кампания (фурменный пояс), сут……………………………… 45-90

С точки зрения полного использования конвертерных газов, кроме концентрации SO₂ в отходящих газах, существенное значение приобретает коэффициент нахождения конвертера под дутьем

К_э= t_д/τ_общ,

где t_д-чистое время работы под дутьем, τ_общ.-общая продолжительность операции.

Величина К_эзависит от организации производства, содержания меди в штейне и своевременности его выдачи, ковшевого хозяйства и т.д. В связи общим дефицитом сырья и снижением ритма обеспечения конвертеров штейном, за последние годы снизился до уровня К_э =50-60 %.

Состав черновой меди, получаемой на уральских предприятиях (табл. 5.25), в основном соответствует маркам МЧ 1-2 (табл.2) и определяется качеством перерабатываемого сырья. Наличие в шихте конвертирования значительного количества разнообразных ломов, отходов производства, оборотных материалов, заметно снижает марочность металла.

Оборотным продуктом является конвертерный шлак (КШ), имеющий химический состав, %, мас: Сu 1.5-3; Zn 1.0-6.0; Fe 50-55; Fe₃O₄15-30; SiO₂20-24, CaO 0.5-1.5: Al₂O₃ 2-4, S 0.5-2.0;

Характеристика марок черновой меди (ТУ 48-7-21-89)

Марки	Концентрация, %. мас
	Сумма: Cu,Ag,Au, не менее	Sb	Bi	Ni	As	Pb
МЧ0 МЧ1 МЧ2 МЧ3 МЧ4 МЧ5 МЧ6	99.5 99.4 99.2 98.8 98.3 97.5 96.0	0.03 0.05 0.08 0.15 0.20 0.30 0.35	0.002 0.005 0.010 0.020 0.03 0.040 0.050	0.10 0.20 0.30 0.75 0.85 1.50 не ограни- чивается	0.03 0.05 0.08 0.15 0.20 0.30 0.35	0.10 0.10 0.20 0.20 0.40 0.40 не нормируется

В результате проведенных мероприятий по увеличению размеров конвертеров (Саганосеки) повышена производительность по черновой меди за операцию с 130 до 180 т. и увеличился срок службы торцевой футеровки. Последнее объясняется некоторым удалением ее от области непосредственного воздействия конвективных потоков расплава, создаваемых дутьем крайних фурм.

Количество вводимого в расплав дутья (кислорода) зависит от числа фурм, их диаметра и, соответственно, от площади сечения всех фурм. Обычно при нормальной работе конвертера количество дутья, подаваемого через 1 см² сечения фурм, составляет 0,9-1,2 м³/мин.

Для конвертеров размером 4*9 м удельный расход дутья изменяется от 35000-36000 м³/ч (ЗАО Карабашмедь, ПМК Уралэлектромедь) до 45000 (Норддойче Аффинери) и 46000-52000 м³/ч (ОАО СУМЗ) при давление дутья 0.08-0.12 МПа.

Прочистку фурм осуществляют вручную и механическим способом с помощью пневмофурмовщиков. При этом за рубежом используют в основном два вида устройств: индивидуальные типа Кеннекотт, установленных на каждой фурме, и групповые типа Гаспе (по 4-6 шт.), передвигаемые на тележке вдоль конвертера [25, 95].

Кампания конвертеров на большинстве заводов изменяется от 3 до 4 месяцев и определяется сроком службы футеровки.

Разрушение футеровки происходит вследствие химической коррозии за счет взаимодействия составляющих огнеупорных материалов с высокожелезистыми шлаковыми расплавами, а также физических процессов (пропитки). Шлаки с высокой текучестью проникают в поры и трещины футеровки. При частых теплосменах во время межоперационных остановок, пусков конвертера, периодичной его работы, вследствие разницы в температуропроводностях шлака и огнеупора, происходит его растрескивание.

Появление новых трещин способствует распространению химической и физической коррозии внутрь огнеупорного кирпича. Гидродинамическое воздействие дутья в зоне фурменного пояса интенсифицирует протекание обоих процессов.

На отечественных и зарубежных заводах для футеровки корпуса и фурменного пояса ранее широко использовали хромомагнезитовые огнеупоры. В настоящее время большинство предприятий переходит на магнезитохромитовую футеровку. Причиной этого является чрезмерное насыщение конвертерных шлаков оксидами хрома при использовании высокохромистых огнеупоров.

Ведется поиск новых материалов, в частности, рекомендовано использовать безхромистые огнеупорные изделия (84.6-93.4 MgO), которые характеризуются меньшей зоной пропитки [101].

Использование хромитопериклазовых огнеупоров по сравнению периклазохромитовыми позволяет увеличить их стойкость на 30-35 % [102].

Для поддержания огнеупорной кладки в рабочем состоянии необходим постоянный контроль за ее состоянием и своевременный «горячий» ремонт футеровки.

Японскими исследователями с помощью кислородных датчиков погруженных в расплавы черновой меди, белого матта и шлака (после завершения процесса конвертирования), измерена активность кислорода. Установлено, что шлак не достигает равновесия с белым маттом, а черновая медь на конечной стадии продувки переокислена до Cu₂O [103]. В этой связи практический интерес может представлять разработанный технологическим институтом г. Лунд (Швеция) и фирмой «Семтек металлурджи АБ» (Швеция) способ точного определения готовности черновой меди (74 -78 % Сu ) на стадии образования шлака [104]. К сожалению, на отечественных заводах контроль за готовностью черновой меди осуществляется визуально.

Технология конвертирования в горизонтальных агрегатах практически не изменилась и ее совершенствование в основном развивалось по пути обогащения дутья кислородом.

На уральских предприятиях кислород при переработке штейна в горизонтальных конвертерах не используется. В мировой практике применение дутья, обогащенного кислородом (до 28-30% О₂) носит ограниченный характер: Геншер (Швеция), Коппер-Клифф (Канада), Моренси (США) и Гатсила (Индия) [25]. Общей причиной является быстрый износ футеровки в области фурм и как следствие низкая кампания конвертеров.

Повысилось качество флюсов. На большинстве заводов применяют кварцит (от 70 до 98% SiO₂), что позволяет получать оптимальные конвертерные шлаки (25-27% SiO₂), содержащие минимальное количество оксидов алюминия и кальция. Оптимизации состава конвертерных шлаков способствовал также переход большей части заводов на магнезитохромитовую футеровку.

Конвертора имеют простои, поэтому актуален процесс работы 4 конверторов по определенному графику. Для того чтобы иметь постоянную концентрацию SО2.

Эта задача решается автоматизацией управления конвертером. В определенной степени связан с этим и коэффициент нахождения конвертера под дутьем.

К_дутья = t_дутья/t_общее

Коэффициент нахождения конверторов по дутьём от 65-70%, это связано с обеспеченностью сырьем. Все проблемы обусловлены периодичностью процесса конвертирования. Для получения богатых серосодержащих газов с постоянной концентрацией SО2, эффективной утилизации тепла отх.газов, целесообразно применение непрерывного конвертирования.

Оборотным продуктом является конвертерный шлак.

Состав по массе:

• 
  Cu = 1,5 – 3
  
• 
  Zn = 1 – 6
  
• 
  Fe = 50 – 55
  
• 
  Fe₃O₄ = 15-30
  
• 
  SiO₂ = 20-24
  
• 
  CaO = 0,5 – 1,5
  
• 
  Al₂O₃ = 2 – 4
  
• 
  S = 0,5 – 2
  

50% шлака идет на флотацию, это разумно в условиях дефицита сырья и простаивания. Печная обработка, шахтная плавка, электропечное обеднение.

Вопрос 2. Прогресс в области конвертирования:

Есть тенденция к увеличению размера конверторов СА-го-на-се-ки норд-дольчи-афинели. Производительность черновой меди за 1 операцию поднята со 130-180 тонн и увеличен срок службы торцевой футеровки. Это из-за удаления ее от области действия конвективных потоков дутья.

Фурмы фурмуют с помощью пнемнофурмовщиков, это позволяет чаще фурмовать и увеличить пропускную способность воздуха через фурмы.

Применение в зоне фурменного пояса плотной футеровки переклаза-шпинелевидных огнеупоров футеровки применение фурм с защитной газовой оболочкой. Актуально чередование кессона и футеровки.

Использование фурм с защитной газовой оболочкой. Этот способ разработан в России. Он может быть рекомендован на медных конвертерах (тестировался на никелевых). Конструкция фурм – труба в трубе. По внутренней трубе подается воздух, по внешней – инертный газ (как правило, азот). Это приводит к тому, что при выходе струи, область, которая непосредственно граничит с кладкой, имеет несколько меньшую температуру, тем самым создавая условия для нарастания шлакового гарниссажа.

В объеме конвертера происходит перемешивание инертного газа с дутьем.

По данным японских инженеров использование хромито-переклазовых огнеупоров позволяет по сравнению с переклазо-хромитовыми повысить стойкость фурменного пояса на 30-35%. Рекомендовано использовать безхромистые материалы, состоящие из 84-95 плавленого MgO, он характеризуется высокой плотностью и меньшей степенью пропитки. Механизм разрушения огнеупорного материала начинается со стадии пропитки, которая зависти от степени пористости огнеупора. Пусть медь попала в поры и, расширяясь и остывая в них, приводит к разрушению огнеупора. Можно применить менее пористые материалы или меньшее количество теплосмен – бесконечное конвертирование.

Механизм разрушения огнеупорного материала начинается со стадии пропитки, которая зависит от степени пористости огнеупоров.

За бугром применяют датчики количества кислорода, а у нас по ложечной пробе. Благодаря динамичному контролю лучше ведут процесс.

Практически все зарубежные и отечественные предприятия осуществляют постоянный контроль за состоянием футеровки и ее своевременный «горячий» ремонт.

Вопрос 3. Повышение качества флюса.

Для повышения качества флюса надо применять кварцит 98% SiO2, минимальное количество других оксидов. На отечественных предприятиях кислород не используется. Кислород работает на реншенре швеция, моренси США, коперфилт Канада. Там не технологический кислород, до 30% О2. Применение в фурменной зоне более плотного огнеупора и более частая намотка защитного шлакового гарнисажа. Для этого в него заправляют бедный штейн, в нем много FeS, его продувают без загрузки флюса, это приводит к FeS + O2  Fe3O4 + FeS FeO + SO2.

Поэтому при охлаждении конвертора и прекращении дутья образуется гетерогенный магнетит, Который ложится на поверхности огнеупоров. При этом бочку конвертера поворачивают для равномерного осаждения магнетита на огнеупоры.

Лекция 17. Технический прогресс в области конвертирования.

Основным направлением развития научно-технического прогресса следует считать применение новых типов конвертеров и технологий, обеспечивающих полную утилизацию отходящих газов. Рассмотрим альтернативные (горизонтальному конвертеру) конструкции агрегатов, в которых решается задача переработки медного штейна, полученного в других медеплавильных печах, на черновую медь.

Вопрос 1. Конвертеры с боковым отводом газов (КБО).Агрегаты данного типа характеризуются принципиально иной системой эвакуации газов. Конструкция КБО или сифонных конвертеров разработана фирмой «Металлуржи Хобокен Оверпелт» (Бельгия) и в дальнейшем усовершенствована институтом «Бипромет» (Польша). Первый отечественный конвертер сконструирован СКБЦМ при Гинцветмете для Красноуральского медеплавильного комбината (1975 г.). За прототип был принят 40-тонный горизонтальный конвертер. Опыт работы КУМК’а позволил спроектировать и построить на базе КБО конвертерный передел для Иртышского полиметаллического комбината (1982-1983 г.г.).

Основным достоинством КБО по сравнению с горизонтальными конвертерами является более высокая концентрация сернистого ангидрида в отходящих газах (примерно в два раза), обусловленная меньшим их объемом (при одинаковой дутьевой нагрузке) и меньшими подсосами воздуха. Это позволяет осуществлять практически полную их утилизацию.

В таблице 1. приведены технические характеристики КБО, используемых в различных странах. В настоящее время насчитывается 34 конвертера на 10 заводах мира.

Характерным отличием КБО от горизонтальных агрегатов является уменьшенная горловина, в которой с помощью эксгаустера, работающего в автоматическом режиме, поддерживается нулевое давление. Система автоматики также контролирует режим работы конвертера и состояние газоходного тракта. Принципиальной особенностью конструкции является наличие сифонно-осевого (бокового) отвода технологических газов (рис. 1), что позволяет осуществлять непрерывный их отсос при любых рабочих положениях конвертера.

Конвертер фирмы «Хобокен» (рис. 1 а) имеет три опоры - две основные и одну демпфирующую. Третья опора - вспомогательная основной опоре, примыкающей к П-образному газоходу. Она закреплена на специальных рессорах, которые обеспечивают некоторое биение опирающегося на опору бандажа. У этого конвертера между рабочей частью бочки и П-образным газохо дом установлен отбойник брызг, а свод сифонного газохода выполнен из блоков, изготовленных из хромомагнезитовой массы.

	Характеристики конвертеров с боковым						отводом газов [105]
Завод	Вместимость е,т	Число конвертеров, шт.	Размеры бочки (внешние) ЛхД м	Внутренний объем Кк.мЗ	Диаметр фурм, мм	Число фурм, шт.	Расход дутья Нд тыс. м^/ч	Удельные расходы дутья		Газовая*
(страна)								V IV мУ(м'-ч)	У= Кд/(О-60), м3/(тмин.)	нагрузка {]= К„/(^-3600), м/с
Хобокен (Бельгия)	40-45 28-33	3	6.26x3.04 6.1x3.05	19.4	42 38	17 18	10.8-11.4	557-588	4.0-4.74 5.75	0.265-0.28
Пайноте (Чили)	25	2	6.1x3.05	19.8	38(33)	21	12.7-13.0	642-657	8.47-8.67	0.313-О.32
Майами-Глог (США)	100 (до 150)	5	11.58x4.27	87	38(51)	52(44)	25.5-34	293-391	4.25-5.67	-
Легнице (Польша)	33	2	6.8x3.35	25.4	38	17	6-10	236-394	3.04-5.04	0.122-0.204
Легнице-Глогув-1 (Польша)	40^5**	2+5	Н.д. 3.65	30.3	38	24	15-21 (13-15)	495-692 (428^195)	5.55-8.75 (5.4)	-
Глогув-1, Глогув-И (Польша)	80**	5+2	8.84x4.2	62.2	42	38	27 (19.2-30)	434 (308^182)	5.62 (4.0-6.25)	0.308 (0.218-0.342)
Караиба Метайс (Бразилия)	100 (до 120)	3	10.1x4.32	70 (73)	42 (38)	50 (42)	18-27	257-385	3.0-4.5	0.174-0.261
ОАО "Святогор" (Россия)	40	1	8.1x3.72	40	41	33	18-21	450-525	5.0-8.7	0.266-0.31
Иртышский медеплавиль-	40(60)	4	8.215x3.72	40	40	32	15-21	375-525	4.2-8.7	0.266-0.317
ный завод (Казахстан)							(до 25)	(625)	(до 10.4)	(0.37)
Горизонтальные	40		6.1x3.66	28(30)	38-44	30-34	19.8-21	707-750	8.25-8.75	0.487-0.517
конвертеры			(6.1x3.72)				(до 23.4)	(780)	(9.7)
(стандартные	80		10x3.95	62.5	44-53	44-52	36-51	576-815	7.5-10.6	0.425-0.60
и усовершенствованные	100		12.06x3.95	78.0	52	56	52-55	667-705	8.67-9.17	0.488-0.517
для сравнения с КБО)	150		11.4-5.2	117.5	60	28	72	612	8	0.533
* Р - площадь горизонтального		)сечен	ля бочки (виз	/тр.).
** При реконструкции за	вода «Г	тогув-1	» проведена з	амена конвертеров на более мощные				(80 т).

Презентация

Презентация

Конструкция КБО завода «Майами-Глог» снабжена двумя опорами, расположенными на концах бочки (рис. 1, б). Сифонно-осевой отвод газа обеспечивается за счет перегородки в ванне конвертера и П–образном газоходе. В перегородке установлены кессоны воздушного охлаждения.

На польских конвертерах 2-я опора размещена под поворотным газоходом (рис. 5.37, в) за счет удлинения площадки П-образного газохода для установки бандажа.

Агрегаты КБО имеют различные дутьевые характеристики и отличаются от горизонтальных конвертеров более низкими их значениями, что обусловлено специфическими особенностями конструкции и эксплуатации ( настылеобразование в П-образном газоходе).


Вопрос.2. Инжекционный конвертер «Инспирейшн».Модернизированной разновидностью КБО является инжекционный конвертер «Инспирейшн». Агрегаты данной конструкции снабжены двумя горловинами, расположенными по оси верхней образующей бочки конвертера (рис.1). Малая горловина предназначена для загрузки в конвертер перерабатываемых материалов, слива конвертерного шлака и черновой меди. Большая горловина снабжена водоохлаждаемым напыльником и предназначена для отвода технологических газов. Напыльник не имеет открывающихся стенок и обеспечивает необходимую герметизацию газового тракта во время работы конвертера. Особенностью конструкции является также применение теплового экрана с воздушным охлаждением, изготовленного по ширине колпака и монтируемого на корпусе бочки.

Рис. 1. Модифицированная конструкция конвертера в Майами :

1 - опорное кольцо; 2 - подача воздуха в фурмы; 3 - горловина; 4 - фурмы; 5 горловина для газа; 6 - отвод газов; 7 - водоохлаждаемый напыльник; 8 - жидкий штейн

На заводе в Майами (США), использующем данный конвертер, были достигнуты достаточно высокие показатели процесса. В частности, его кампания, оцениваемая по выпуску меди, составила 30-35 тыс. т, концентрация SO₂ в отходящих газах 5-10 % об., извлечение серы - 97.6-99.4%. Достигнута производительность 480 т штейна (58% Cu) за цикл при общей продолжительности цикла 13.5 ч. Были получены шлаки с концентрацией меди около 4 % [22].

КБО установлен на единственном в Бразилии медеплавильном заводе «Караиба Метайс» и характеризуется следующими показателями :

Производительность по штейну (60% Cu), т/цикл 144-160

Число циклов в сутки, шт. 3.5-5.5

Обогащение дутья кислородом, %.об. 24-26

Объем отходящих газов, м³/ч 36000-42500

Концентрация SO₂ в газах, %,об. 6-12

Кампания, циклы 160-320

В настоящее время КБО на Красноуральском медеплавильном комбинате не используют. При работе на бедные штейны (19-21 % Cu) периодически возникали трудности со стойкостью уплотнения в П-образном газоходе; конвертирование более богатых штейнов (≥30% Cu) протекало без заметных осложнений. Производительность процесса по черновой меди составляла 3 т (за 1 ч. дутья ), концентрация SO₂ 4.7% (1-ый период) и около 7 % во втором, коэффициент нахождения под дутьем 66.4 % [106].

Типичными недостатками КБО являются:

- необходимость удаления настылей в П-образном газоходе;

- низкая стойкость уплотнения газохода;

- потребность в большой производственной площади:

- более высокий расход огнеупорных материалов ( на 20 %).

В связи с тем, что горизонтальные конвертеры сохранят свое ведущее положение в течении определенного периода времени, представляется целесообразным их переоборудование в КБО, что сопровождается сравнительно низкими капитальными затратами и малым сроком реконструкции.

Вопрос 3. Конвертерная печь Мицубиси. Новым по конструктивному исполнению агрегатом является конвертерная печь процесса Мицубиси, отличающаяся от описанных выше типов оборудования наличием стационарного аптейка, обеспечивающего практически полную герметизацию газового пространства. Особенностью конвертера является применение верхней продувки с помощью вертикальных фурм. Агрегат работает на непрерывном потоке жидкого штейна, черновую медь выпускают из печи через сифон, а богатый шлак переливается через открытое шлаковое окно. С момента начала эксплуатации опытной установки (1968 г.) конструкция печи постоянно модернизировалась.

Современный вариант печи Мицубиси имеет круглую (внутренний диаметр 6650 мм) форму и максимальную высоту 2935 мм. Печь футерована в основном магнезитохромовым кирпичом. Кладка шлакового пояса выполнена из литых магнезитохромовых блоков. Глубина ванны расплава в печи около 750 мм, в том числе 150 мм шлака, остальное - черновая медь. Кампания агрегата составляет около одного года