Марченко Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.7. Кислородно-взвешенная циклонная электротермическая плавка – КИВЦЭТ-процесс



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

271

цинка – 70–75 %. Остаточное содержание его в шлаках – 2,5–3,5 %. Содер-

жание меди в шлаке менее 0,4 %.

Оценивая КИВЦЭТ-процесс в целом, необходимо отметить, что сохра-

няя все положительные качества, присущие автогенным процессам (высокое

извлечение серы, богатые по содержанию SO

газы, использование теплоты

от сгорания сульфидов) он имеет и дополнительные достоинства:

сокращение пылевыноса, что уменьшает циркуляционную нагрузку и

облегчает обслуживание газового тракта и котлов-утилизаторов;

дополнительное извлечение цинка, что повышает комплексность ис-

пользования сырья.

Вместе с тем процесс сохраняет и ряд недостатков: необходимость

глубокой сушки материала и низкая суммарная удельная производитель-

ность.

(

)

Плавка в

печи Ванюкова или процесс Ванюкова является высокоэф-

фективной отечественной разработкой автогенной технологии плавки суль-

фидного сырья в жидкой ванне (ПЖВ), используемой на предприятиях цвет-

ной металлургии. Процесс ПЖВ и печь для его осуществления были предло-

жены профессором А.В. Ванюковым в 1949 г. Впоследствии (1986) название

(ПЖВ) было изменено и плавке присвоено имя автора.

В медной промышленности первый производственный комплекс плав-

ки Ванюкова был введен в эксплуатацию на медном заводе Норильского гор-

но-металлургического комбината в 1977 г.

Сущность плавки заключается в том, что перерабатываемое сырье не-

прерывно загружается на поверхность интенсивно барботируемого окисли-

тельным газом шлакового расплава.

Окисление сульфидов может осуществляться при подаче дутья как в

слой штейна, так и в шлако-штейновую эмульсию. Большое значение также

имеет и то, каким образом дутье подается в расплав – на поверхность ванны

через погруженные в расплав вертикальные фурмы или через боковые

фурмы.

Расчеты, выполненные Гинцветметом, убедительно показали, что мак-

симальная скорость массообмена достигается при боковой подаче дутья. И в

этом случае могут быть использованы фурмы меньшего сечения, что способ-

ствует более равномерному распределению дутья. Применение вертикальных

подъемных фурм требует значительно большей высоты цеха, что приводит к

увеличению капитальных затрат, осложняет решение задачи герметизации

печи и более сложно в конструктивном отношении.

Важную роль при оценке технологии имеют требования к качеству

подготовки шихты. Предпочтение отдается процессам, в которых может пе-

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.8. Плавка в жидкой ванне (плавка Ванюкова)



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

272

рерабатываться как мелкая, так и крупно кусковая шихта с повышенной

влажностью (6–8 %).

Требования к подготовке шихты непосредственно связаны с методами

ее загрузки. При осуществлении плавки в расплаве шихту можно загружать

непосредственно на поверхность расплава или вдувать под слой расплава.

В последнем случае она должна быть хорошо измельчена и высушена. А это

требует дополнительных затрат на подготовку.

При разработке процесса плавки в жидкой ванне ставилась задача соз-

дания максимально благоприятных условий для протекания всех физико-

химических процессов.

Для осуществления процесса плавки предложено использовать частично

кессонированную печь шахтного типа (рис. 6.7

). Оптимальная длина – 10–30 м и

более, ширина, с учетом возможностей дутьевого хозяйства и свойств распла-

вов – 2,5–3,0 м, высота шахты – 6,0–6,5 м. Отличительной особенностью конст-

рукции печи является высокое расположение фурм над подом (1,5–2,0 м).

Рис. 6.7. Схема печи Ванюкова

Конструкция печи Ванюкова смешанная. Нижняя часть печи (горн)

включает шлаковый и штейновый сифоны и свод с аптейком, которые вы-

полнены в виде огнеупорной кладки из хроммагнезитового кирпича. До

уровня 900 мм от подины в кладке стен горна печи и шлакового сифона рас-

положены закладные кессоны из квадратных медных глиссажных труб.

Шахта печи представляет собой кессонированный пояс из нескольких

рядов кессонов специальной конструкции. Торцы печи до уровня третьего

ряда кессонов набраны из глиссажных медных труб. Кессоны печи Ванюкова

выполнены в виде прямоугольных плит толщиной 80–100 мм и соединены в

секции.

Выпуск жидких продуктов плавки производится непрерывно и раз-

дельно из нижней части ванны с помощью сифонов.

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.8. Плавка в жидкой ванне (плавка Ванюкова)



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

273

Отходящие печные газы через аптейк удаляются в систему пылеулав-

ливания и далее используются для извлечения из них серы.

Содержание кислорода в дутье для обеспечения автогенного режима

при плавке сухой шихты с влажностью менее 1–2 % составляет 40–45 %,

влажной шихты (6–8 %) – 55–65 %.

В печи можно плавить как мелкие материалы, так и кусковую шихту.

Крупную кусковую шихту загружают непосредственно на поверхность рас-

плава. При необходимости сухие мелкие и пылевидные материалы могут

вдуваться через фурмы.

Характерной особенностью плавки в жидкой ванне, отличающей ее от

всех, рассмотренных ранее, является то, что плавление и окисление сульфи-

дов осуществляется в ванне шлака, а не штейна, и шлак движется в печи не в

горизонтальном направлении, а в вертикальном – сверху вниз.

Горизонтальной плоскостью расплав в печи делится на две зоны: верх-

нюю надфурменную (барботируемую) и нижнюю подфурменную, где рас-

плав находится в относительно спокойном состоянии.

При выборе способа подачи дутья в расплав принципиально важным

является решение вопроса: куда подавать дутье – в штейновый или шлако-

вый расплав?

Подача дутья в штейновый расплав имеет ряд недостатков:

1. Интенсивное окисление сульфидов при энергичном перемешивании

расплава, приводящее к локальному перегреву расплава и, как следствие, к

быстрому разрушению футеровки.

2. Кессонирование штейновой ванны с целью создания на поверхности

огнеупорной кладки защитного гарнисажа невозможно из-за опасности попа-

дания воды кессонов в штейн (в случае их прогарания), а это приведет к

взрыву.

3. При подаче дутья в штейн из-за возможного перегрева расплава

нельзя использовать дутье с высоким содержанием кислорода, т.к. это приве-

дет к расходу углеродистого топлива, увеличению объема отходящих газов и,

следовательно, к понижению содержания в них SO

Большое значение имеет способ подачи дутья в расплав: на поверх-

ность ванны через вертикальные фурмы или через боковые фурмы. При вер-

тикальной подаче дутья на поверхность расплава наблюдается интенсивное

брызгообразование, приводящее к орошению свода печи расплавом и уско-

ренному его разрушению.

При боковой подаче дутья в шлаковый расплав с эмульгированными в

нем штейновыми частицами достигаются наибольшая интенсивность пере-

мешивания расплава, и, следовательно, благоприятные условия для массо- и

теплообмена. В этом случае также появляется возможность образования за-

щитного гарнисажа, состоящего в основном из магнетита. Это позволяет

монтировать боковые и торцевые стены печи из охлаждаемых водой медных

кессонов.

В надфурменной зоне осуществляются плавление, растворение туго-

плавких составляющих шихты, окисление сульфидов и укрупнение мелких

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.8. Плавка в жидкой ванне (плавка Ванюкова)



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

274

сульфидных частиц. Капли сульфидов быстро оседают в слое шлака, много-

кратно промывая шлак за время его движения сверху вниз в подфурменной

зоне. В результате устанавливается постоянное содержание сульфидов (ка-

пель) в шлаке – 5–10 % от массы расплава. Таким образом, все процессы в

надфурменной области протекают в шлако-штейновой эмульсии, в которой

преобладает шлак.

В шлако-штейновой эмульсии протекание процессов окисления суль-

фидов менее интенсивно, чем в сульфидном расплаве, фокус горения растя-

гивается, что позволяет избежать локального повышения температуры в об-

ласти фурм даже при использовании чистого кислорода. А это, в свою оче-

редь, облегчает создание надежной и долговечной аппаратуры. При этом

скорость окисления сульфидов остается достаточно высокой и степень ис-

пользования кислорода практически равна 100 %, т.е. окисление сульфидов

в шлако-штейновой эмульсии не лимитирует производительность агрегата.

Возможность интенсивного окисления сульфидов в шлако-штейновой

эмульсии без большого локального повышения температуры в области фурм

является важным достоинством плавки в жидкой ванне.

Характерная особенность окисления сульфидов в шлако-штейновой

эмульсии состоит в том, что оно не сопровождается образованием первичных

железистых шлаков и выпадением мелких сульфидных частиц. Оксиды, об-

разующиеся на поверхности сульфидных капель, немедленно растворяются в

шлаке конечного состава.

Отсутствие условий для образования значительных количеств мелкой

сульфидной взвеси является важным достоинством плавки в жидкой ванне,

создающим предпосылки для получения бедных отвальных шлаков.

Высокая степень использования кислорода обеспечивает простое

управление составом штейна и соотношением количеств подаваемого через

фурмы кислорода и загружаемого за то же время концентрата. Состав штей-

на можно регулировать в широком диапазоне, вплоть до получения белого

матта или даже черновой меди. (Однако содержание меди в шлаке начинает

резко возрастать с повышением содержание меди в штейне более 60 %. По-

этому, если в технологической схеме не предусмотрено обеднение шлаков,

увеличивать содержание меди в штейне более 50–55 % нецелесообразно).

Растворение тугоплавких составляющих шихты является одним из от-

носительно медленных процессов. Энергичный барботаж ванны резко уско-

ряет процесс растворения кварца и компонентов пустой породы, что позво-

ляет использовать даже сравнительной крупные флюсы.

Минимальное содержание магнетита в шлаках – обязательное условие

совершенного плавильного процесса. Процесс плавки в жидкой ванне по-

строен таким образом, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия

для разложения магнетита.

Несмотря на высокое содержание SO

в отходящих газах в условиях

интенсивного барботажа ванны расплава осуществляется хорошая эвакуация

его из зоны реакции с барботируемым газом за счет снижения парциального

давления SO

в месте протекания реакции. Хороший контакт компонентов

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.8. Плавка в жидкой ванне (плавка Ванюкова)



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

275

реакции приводит к тому, что уже в надфурменной зоне содержание магне-

тита невысокое – на уровне 6–10 %.

Дальнейшее восстановление магнетита протекает при прохождении

шлаком подфурменной зоны. Скорость оседания штейновых частиц намного

превышает скорость вертикального движения шлака вниз. Время пребывания

шлака в подфурменной зоне составляет 1,5–2,0 ч и весь штейн, образующий-

ся за этот период, промывает весь имеющийся в печи объем шлака. Благода-

ря этой многократной промывке содержание магнетита в шлаке может быть

снижено до 3–8 %.

Наиболее медленным процессом является коалесценция мелких капель

штейна и разделение фаз. В печи Ванюкова созданы благоприятные условия

для протекания этого процесса. Энергичное перемешивание ванны расплава,

наличие капель штейна разной крупности обеспечивает большую вероят-

ность их соударения и слияния.

При интенсивном барботаже шлаковой ванны стабильными в ней ста-

новятся лишь штейновые капли определенной величины. Мелкая сульфидная

взвесь быстро укрупняется и под действием силы тяжести укрупнившиеся

капли оседают в расплаве и перемещаются в относительно спокойную под-

фурменную зону. В этой зоне сульфидные капли постоянно контактируют со

шлаком и обедняют его в результате смещения реакции

(Сu

шл

+ [FeS]

шт

↔ [Cu

шт

+ (FeO)

шл

(6.68)

в сторону образования сульфида меди и продолжающегося разрушения маг-

нетита по реакции

3Fe

+ FeS + 5SiO

= 5(2FeO·SiO

) + SO

– 19,93 кДж (6.69)

Стабильный размер капли зависит от энергии перемешивания, вязкости

шлака и межфазного натяжения на границе штейн-шлак. В условиях ПВ диа-

метр стабильной капли находится в пределах 0,5–2,0 мм. Скорость оседания

таких капель составляет 6 см/мин. Это позволяет резко интенсифицировать

процесс отстаивания шлака и иметь отстойник малых размеров. Суммарная

удельная производительность плавильного агрегата составляет 60–80 т/м

·сут.

Благодаря этому при работе на штейны с 45–50 % меди уже на выпуске

из сифона содержание меди в шлаке составляет 0,5–0,6 %, что значительно

меньше, чем при любом другом виде автогенного процесса. Дополнительное

отстаивание шлака в течение 30–50 мин позволяет довести содержание меди

в шлаке до 0,3–0,4 %.

Пылевынос на уровне 1,0–1,5 % также способствует высокому извле-

чению меди в штейн – более 98 %.

К причинам низкого пылевыноса можно отнести следующее:

– при массированной загрузке шихты большим потоком основное ее

количество достигает поверхности расплава и быстро им смачивается;

– невысокая скорость газов в шахте печи, равная 1,5–2,0 м/с;

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.8. Плавка в жидкой ванне (плавка Ванюкова)



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

276

– небольшое количество шихтовой пыли, которая все-таки образуется

захватывается и ассимилируется обилием брызг расплава, образующихся при

продувании их газами.

Ниже приведены технико-экономические показатели работы печей Ва-

нюкова:

удельный проплав шихты – 60–80 т/(м

·сут.);

влажность шихты – до 6–8 %;

содержание кислорода в дутье – 60–65 об. %;

максимальная крупность шихты – до 50 мм;

расход кислорода – 140–300 м

/т концентрата;

расход условного топлива – до 2 %;

содержание меди в шихте – 14–19 %;

содержание SiO

в шлаке – 30–32 %;

содержание серы в шихте – 18– 34 %;

содержание SO

в газах – 20–40 %;

содержание меди в штейне – 45–55 %;

извлечение меди в штейн – 98 %;

содержание меди в шлаке – 0,5–0,6 %;

пылевынос – до 1,5 %.

Помимо плавки сульфидного сырья, процесс ПВ пригоден для более

широкого применения: прямое получение черновой меди и глубокое обед-

нение шлаковых расплавов, прямое, в одну стадию, получение медно-

никелевого файнштейна, переработка медно-цинковых и других полиметал-

лических концентратов, комплексная переработка окисленных никелевых и

железных руд.

Если нужно получить чистый металлический никель (без железа) и не

нужно попутно извлекать кобальт, то проще и дешевле окисленные никеле-

вые руды плавить на никелевый штейн. В этом случае плавку необходимо

вести как сульфидирующую и восстановительную.

В естественном виде никелевые руды мало пригодны для шахтной

плавки, т.к. они влажны и неоднородны по физическому и химическому со-

ставам. Для подготовки различных сортов руд к шахтной плавке их нужно

сперва усреднить по химическому составу, а затем окусковать посредством

брикетирования, окатывания или агломерации. Подготовленную руду вместе

с флюсами (известняком) и сульфидизаторами (гипсом или пиритом) плавят

в шахтной печи за счет тепла, выделяемого при сгорании кокса, расход кото-

рого зависит от температуры дутья и концентрации кислорода в нем и со-

ставляет от 20 до 35 % от массы шихты. Плавку на штейн окисленных нике-

левых руд в шахтных печах ведут на комбинате «Южуралникель». В резуль-

тате плавки получаются никелевый штейн и отвальный шлак, который под-

вергается водной грануляции и отправляется в отвал. Никелевый штейн про-

дувают сжатым воздухом в конвертерах. При этом сульфид железа штейна

окисляется и шлакуется, а сульфид никеля постепенно накапливается в кон-

вертере в виде файнштейна. Его дробят, измельчают и обжигают для удале-

ния серы и получения закиси никеля.

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.9. Восстановительно-сульфидирующая шахтная плавка окисленных никелевых руд



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

277

Цель шахтной плавки окисленных никелевых руд – максимальное из-

влечение никеля и кобальта в штейн и ошлакование пустой породы. Шихта

состоит из брикетов или агломерата, крупных кусков руды, оборотных мате-

риалов, известняка и сульфидизатора. Для создания необходимой температу-

ры в печи сжигают кокс за счет кислорода дутья, подаваемого через фурмы.

Все компоненты шихты и кокс грузят в печь послойно, строго последова-

тельно в соответствии с графиком загрузки, составленным на основании ме-

таллургического расчета. Отдельная порция загруженной шихты называется

колошей.

Использование известняка в качестве флюсующей добавки связано с

тем, что окисленные никелевые руды являются кремнистыми. Сульфидиза-

торами служат гипс CaSO

·2Н

О или безмедистый пирит FeS

. Гипс при

плавке одновременно является флюсующим материалом, т.к. в конечном

итоге практически полностью переходит в оксид кальция СаО.

Плавку ведут в восстановительной атмосфере, что необходимо для вос-

становления гипса и высших оксидов железа. При этом часть оксидов железа

и никеля восстанавливается до свободных металлов, которые растворяются в

штейне.

В связи с тем, что при шахтной плавке окисленных никелевых руд од-

новременно протекают процессы восстановления и образования сульфидов,

она называется восстановительно-сульфидирующей.

В шахтной печи при восстановительно-сульфидируюшей плавке проте-

кают следующие физико-химические процессы: сжигание топлива; восста-

новление и сульфидирование оксидов; штейно- и шлакообразование; разде-

ление шлака и штейна.

Сжигание топлива является основным процессом при шахтной плавке,

влияющим на состав газовой фазы, температуру, а вместе с этим и на удель-

ную производительность. Качество сжигания топлива определяется скоро-

стью его горения, полнотой использования теплотворной способности и со-

ставом газовой фазы различных зон шахтной печи.

Сначала происходит падение содержания кислорода в газах, на рас-

стоянии 500 мм от устья фурм оно становится близким к нулю. Это свиде-

тельствует о том, что горение кокса за счет кислорода воздуха протекает

очень быстро и скорость горения не ограничивает количество дутья, которое

может подаваться в печь. В зоне фурм горение кокса протекает в основном за

счет его взаимодействия с кислородом, поэтому она получила название ки-

слородной. При невысокой скорости истечения воздуха из фурм (~20–25 м/с)

горение углерода протекает одновременно по реакциям

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.9. Восстановительно-сульфидирующая шахтная плавка окисленных никелевых руд



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

278

С + 1/2O

= СО + 110 кДж (6.70)

С + O

= СО

+ 391,86 кДж (6.71)

При этом образуются газы с отношением СO

: CО = 2. Из реакций сле-

дует, что при сжигании одного киломоля углерода до СO

выделяется более

чем в три раза больше тепла, чем

при его сжигании до СО. Таким образом,

горение кокса в кислородной зоне протекает недостаточно эффективно. Его те-

плотворная способность используется всего на ~70 %. Это приводит как к пере-

расходу дефицитного кокса, так и к снижению температуры в фокусе печи.

Увеличение доли СO

в газовой фазе может быть достигнуто за счет

увеличения скорости истечения воздуха из фурм. Повышение скорости исте-

чения приводит к увеличению протяженности кислородной зоны и скорости

сжигания топлива, повышению содержания CO

в газовой фазе, а следова-

тельно, и производительности печи. При увеличении скорости дутья с 8 до

38,4 м/с проплав возрастает с 24,6 до 31,3 т/(м

·сут), что объясняется повы-

шением температуры. Оптимальная скорость истечения при холодном воз-

душном дутье составляет около 50 м/с.

При использовании подогретого дутья, особенно если его температура

превышает температуру воспламенения кокса, скорость истечения может

быть резко повышена (до 150 м/с и больше), что позволит дополнительно

существенно повысить теплотворную способность топлива, увеличить тем-

пературу в фокусе печи и повысить удельный проплав. Таким образом, по-

вышение температуры дутья до 800–1 000 °С является мощным неиспользо-

ванным резервом совершенствования сжигания топлива при шахтной плавке

окисленных никелевых руд.

За границей кислородной зоны по движению газов простирается зона

газификации. В этой зоне отсутствует свободный кислород и основной реак-

цией горения топлива является взаимодействие углерода с углекислым газом.

Эта реакция является основной причиной повышения содержания в газах СО

и снижения содержания СO

. Реакция эндотермическая, поэтому в этой зоне

температура быстро падает. Зона газификации называется также зоной вос-

становления. Максимальное содержание СО в ней достигает ~25 % (отноше-

ние СО : СО

= 2,5) и дальше начинает снижаться. Следовательно, протяжен-

ность зоны газификации также ограничена. Она простирается до высоты

1,5–2,0 м от плоскости фурм. Выше этой зоны содержание СО

в газах вновь

начинает возрастать за счет диссоциации карбонатов и восстановления выс-

ших оксидов железа. В связи с этим в тазовой фазе падает содержание СО.

Конечное отношение СО : СO

в отходящих газах близко к единице. В ре-

зультате этого использование теплотворной способности кокса составляет

всего около 65 %, т.е. является крайне низким. Отходящие газы вследствие

высокого содержания СО обладают значительной теплотворной способно-

стью. Однако в результате значительного их разбавления за счет подсосов

воздуха они не пригодны для использования в качестве топлива.

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.9. Восстановительно-сульфидирующая шахтная плавка окисленных никелевых руд



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

279

Сокращение расхода кокса может быть достигнуто за счет использова-

ния подогретого дутья или дутья, обогащенного кислородом. Подогретое ду-

тье вносит дополнительное физическое тепло, что позволяет сократить рас-

ход топлива. При этом одновременно несколько сокращается объем дутья на

единицу массы шихты (меньшее количество кокса требует и меньшего коли-

чества кислорода). Уменьшение количества газов приводит к снижению ко-

личества теплоты, поступающей в верхние горизонты печи. Это в свою оче-

редь способствует сокращению протяженности зоны газификации, увеличе-

нию времени пребывания газов в шахте печи и снижению температуры отхо-

дящих газов. Сокращение протяженности зоны газификации и расхода кокса

приводит к некоторому снижению содержания СО в печных газах, а увели-

чение времени их пребывания в шахте печи – к более резкому уменьшению

концентрации СО. В результате этого соотношение СО : СО

в отходящих га-

зах при подогреве дутья будет меньшим по сравнению с процессом на хо-

лодном дутье. При этом коэффициент использования теплотворной способ-

ности кокса возрастает.

Аналогичное влияние на процессы горения кокса оказывает небольшое

обогащение дутья кислородом. Сокращение тепловых потерь здесь происхо-

дит за счет уменьшения содержания в дутье балластного азота. Обогащение

дутья кислородом в большей степени, чем его подогрев, приводит к умень-

шению объема печных газов на единицу массы шихты и сокращению объе-

мов кислородной зоны и зоны газификации. Одновременно с этим снижают-

ся температура отходящих газов и содержание в них СО.

Обогащение дутья кислородом при постоянной производительности

печи ведет к сокращению объема дутья, поступающего в печь в единицу

времени, и, соответственно, скорости его истечения из фурм. Если сохранить

постоянным объем дутья и, соответственно, повысить удельную производи-

тельность, то возрастают количество теплоты, выделяющейся в единицу вре-

мени, и температура в кислородной зоне (до 1 600 °С). И то, и другое приво-

дит к увеличению размеров кислородной зоны, содержания СО в газах и к

ухудшению использования теплотворной способности топлива в кислород-

ной зоне.

Чтобы повысить эффективность использования подогретого дутья и

дутья, обогащенного кислородом, необходимо значительно повысить ско-

рость истечения воздуха из фурм. Особенно большие возможности при этом

открываются при использовании подогретого дутья. Необходимо отметить,

что хотя подогрев дутья или обогащение его кислородом и позволяют улуч-

шить условия сжигания топлива, однако эти изменения не являются ради-

кальными.

Многолетняя практика работающих печей (с 1968 г.) показала, что обо-

гащение дутья кислородом до 24–24,5 % способствовало увеличению про-

плава на 20 % и снижению расхода кокса на 19 %, но не оказало влияния на

содержание в шлаках никеля. Обогащенное кислородом дутье позволило пе-

рейти на плавку агломерата с повышенным содержанием кремнезема, в ре-

зультате чего содержание SiO

в шлаках возросло до 46,4 %. Это потребовало

6. ПЛАВКА МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ НА ШТЕЙН

6.9. Восстановительно-сульфидирующая шахтная плавка окисленных никелевых руд



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

280

несколько увеличить расход известняка, что привело к снижению удельного

проплава печей по агломерату на 3,0–3,5 % и некоторому увеличению выхо-

да шлаков.

Характер горения топлива и распределение газовых потоков, связанные

в значительной степени с содержанием кислорода в дутье и упругостью его

вдувания, хорошо определяют температурное поле печи и общие контуры

кислородной зоны (фокуса печи).

Наиболее высокая температура приурочена к границе кислородной зо-

ны печи и составляет 1 400–1 450 °С при воздушном дутье и до 1 600 °С при

обогащенном.

Очевидно, что главнейшей задачей совершенствования шахтной плавки

окисленных никелевых руд является улучшение качества агломерата или

создание других эффективных методов окускования шихты. При плавке аг-

ломерата улучшенного качества печь будет работать всем сечением, расход

воздуха при плавке кускового тяжелого материала может быть увеличен бо-

лее чем вдвое. Скорость же газов на выходе из шихты сократится при этом

также почти в два раза. Это приведет к снижению температуры отходящих га-

зов, резкому уменьшению пылеуноса. Форсированное ведение процесса при

постоянных тепловых потерях, снижение температуры отходящих газов и пе-

реработка более легкоплавкого, хорошо подготовленного физически и хими-

чески материала приведут к снижению расхода кокса. Удельная производи-

тельность при увеличении количества дутья, подаваемого в печь, и одновре-

менном снижении расхода кокса также увеличится более чем в два раза.

Цель шахтной плавки – образование штейна, максимальное извлечение

никеля в штейн, отделение штейна от шлака с раздельным их выпуском. Все

это должно быть достигнуто при минимальном расходе кокса.

В шахте печи шихта подвергается постоянному действию восходящего

газового потока, который нагревает составляющие шихту компоненты и

вступает с ними в химические реакции.

Реакции, протекающие в печи, можно условно разбить на три группы:

1) диссоциации; 2) восстановления; 3) сульфидирования.

Процессы диссоциации. В состав шихты шахтной плавки входят:

–- рудные брикеты или агломерат (этот материал преимущественно со-

стоит из окислов металлов и их силикатов);

– сульфидизатор (обычно это гипс или колчедан, или пирит);

– флюсы (как правило, известняк, имеющий формулу СаСО

Диссоциация известняка протекает по реакции

СаСО

= СаО + СО

– 17,64 кДж (6.72)

и идёт с поглощением тепла. Температура разложения известняка 908 °С.