Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 195
Скачиваний: 0
А К А Д Е М И Я Н А У К К А З А Х С К О Й ССР
И Н С Т И Т У Т М Е Т А Л Л У Р Г И И И О Б О Г А Щ Е Н И Я
А. М. Кунаев, С. М. Кожахметов,
И. А. Онаев,
А. В. Тонконогий
ЦИКЛОННАЯ ПЛАВКА
(Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление)
Ф
И з д а т е л ь с т в о «Н А У К А» К а з а х с к о й ССР
А Л М А - А Т А - 1 9 7 4
УДК 669.2
В книге обобщены материалы теоретических и экспери ментальных исследований циклонного спосвба переработки различного сырья цветной металлургии и других отраслей промышленности, рассматриваются физико-химические, теп лотехнические и технологические особенности применения циклонного процесса обжига — плавки. Освещаются также некоторые вопросы проектирования агрегатов циклонного типа, даны классификация и основные расчетные характери стики плавильных циклонных установок.
Книга рассчитана на инженерно-технических работни ков заводов, конструкторских бюро, научно-исследователь ских и проектных институтов, занимающихся разработкой, проектированием и эксплуатацией пирометаллургических процессов и агрегатов, а также на преподавателей, аспиран тов и студентов вузов металлургического профиля.
Рис. 143, табл. 52, библ. 635.
Гос. |
п блична |
|
н а у ч н о -то /нич |
кая |
|
библио |
ька |
: р |
ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО З А ЛА Под общей редакцией
академика АН КазССР
А. М. КУНАЕВА
3103—020 кя__7/< м 405(07)—74
Издательство «НАУКА» Казахской ССР. 1974 г.
П Р Е Д И С Л О В И Е
решениях XXIV съезда КПСС отмечено, что основой современной научно-технической революции должны служить принципиаль ные преобразования в технологии производственных процессов, кото рые обеспечивали бы максимально эффективное использование мате
риальных, трудовых и финансовых ресурсов.
Одним из определяющих факторов технического прогресса в об ласти цветной металлургии в условиях ограниченных запасов место рождений цветных металлов и дорогостоящей их разработки является комплексность извлечения всех ценных компонентов, содержащихся в исходной руде. Технический прогресс немыслим также без увеличе ния удельной и агрегатной производительности устройств и аппаратов, разрабатываемых с учетом механизации условий труда. Поэтому не случайно в научно-исследовательских и проектных организациях зна чительное внимание уделяется изысканию новых методов переработ ки сырья.
Почти все добываемые в настоящее время руды цветных металлов подвергаются флотационному обогащению, в результате чего полу чается порошкообразный концентрат с развитой удельной поверх ностью, что открывает широкие возможности для интенсификации ме
3
таллургических процессов. Однако эта особенность концентрата не может быть использована ни в шахтной, ни в отражательной печах. Все это привело к необходимости пересмотра классических способов пирометаллургической переработки сырья, в связи с чем появились новые варианты автогенных процессов — плавка во взвешенном со стоянии (на подогретом дутье и кислороде), в жидкой ванне, циклон ная плавка, возникшая на стыке двух наук — теплотехники и метал лургии.
Инициаторами разработки процесса циклонной плавки явились научные коллективы Института металлургии и обогащения Академии наук КазССР, КазНИИЭ, Московского энергетического института, МВТУ им. Баумана.
Возникнув сравнительно недавно, циклонный метод переработки диспергированного сырья нашел широкое применение в цветной ме таллургии, химической промышленности, промышленности стройма териалов, обезвреживании сточных вод и т. д. и открыл большие воз можности для разработки высокопроизводительной технологии, обес печивающей комплексное использование вещественного состава мине рального сырья. Как показывает практика эксплуатации циклонных установок, во всех случаях существенно повышается удельная произ водительность рабочего пространства, заметно улучшаются технологи ческие и энергетические показатели процесса.
В создание и освоение циклонного процесса, разработку его тео ретических основ много творческого труда вложили коллективы ин ститутов ВНИИЦветмет, Казгипроцветмет, ИХН АН КазССР, Гиредмет, НИУИФ, Унипромедь и многие производственные коллективы.
По мере расширения области применения способа растет число научно-исследовательских и проектных институтов, участвующих в. исследовании и разработке этой проблемы, о чем свидетельствуют регулярно проходящие Всесоюзные научно-технические совещания по энерготехнологическим циклонным процессам, организуемые Мини стерством цветной металлургии и химической промышленности
СССР и МЭИ.
, - Перспективность циклонного метода для огневой переработки раз личного измельченного сырья послужила основанием для обобщения результатов исследований, изложенных в нашей книге.
Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить всех, кто оказал действенную помощь в проведении исследовательских работ по циклонной плавке и помог в подготовке рукописи.
Особую признательность авторы выражают рецензентам — докто ру технических наук, профессору Н. А. Семененко и доктору техниче ских наук К. Б. Лебедеву за ценные советы и замечания.
Г Л А В А 1
СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ТЯЖЕЛЫХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ, ПУТИ ИХ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ИНТЕНСИФИКАЦИИ. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ПРОЦЕССОВI
I Jа современном этапе развития |
пирометаллургической переработ |
ки руд и концентратов цветной |
металлургии наиболее распрост |
раненными являются отражательная плавка, различные варианты электротермических способов, а также шахтная плавка кусковых руд или агломерированных концентратов. Технология каждого из них имеет свои особенности, зависящие от типа перерабатываемого метал лургического сырья. Применение каждого из указанных способов для переработки того или иного вида металлургического сырья достига лось в ходе длительной эксплуатации сообразно условиям получения конечного продукта с учетом преимуществ и недостатков технологи ческого процесса. Наиболее распространены они в металлургии тяже лых цветных металлов, но имеют недостаток, присущий почти всем процессам — потребляют большое количество тепла, вносимого от сжигания постороннего топлива или электроэнергии.
Поэтому усилия многих исследователей уже несколько десятиле тий направлены на изыскание новых способов, которые позволили бы интенсифицировать процесс плавки за счет использования теплотвор ной способности перерабатываемого материала.
5
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ПЛАВКА
После освоения процесса флотационного обогащения руд плавка концентратов в отражательных печах стала основным способом про изводства меди. Почти все медеплавильные заводы мира, включая и построенные за рубежом после второй мировой войны (Нью-Корне лия, Сан-Мануэль, Хайден в США, Чуквикамата в Чили, Гаспе в Ка наде и др.), применяют ее для плавки медных концентратов [1—3].
Внастоящее время на медеплавильных заводах мира работает свыше 100 отражательных печей, перерабатывающих в общей слож ности около 15 млн. тмедьсодержащих материалов в год.
С целью интенсификации и усовершенствования процесса отра жательной плавки вносились различные предложения по изменению основных размеров и конфигурации печи, возведению подвесных сводов [4—10], усилению фронта топочных устройств [11—12] и изменению поперечного профиля газоотводного борова печи [13—15]. Однако большинство этих предложений не получило применения главным образом из-за трудностей технического порядка.
Вотличие от процессов окислительной плавки сульфидных руд
вшахтных печах и бессемерования медных штейнов, где имеют место реакции окисления сульфидов, сопровождающиеся выделением боль шого количества тепла, при отражательной плавке в слое шихты и на откосах печи идут преимущественно процессы, связанные с его по глощением. Вследствие этого фактический расход топлива при совре менном состоянии техники его сжигания в 3—4 раза превышает тео ретически необходимый для плавления шихты со всеми ее химиче скими превращениями.
Теоретический анализ и изучение работы отражательных печей, выполненные советскими учеными [16—19], значительно расширили научную основу тепловой работы печи и оказали существенное влия ние на развитие исследований, связанных с повышением производи тельности печи за счет увеличения тепловой мощности и улучшения некоторых оптимальных параметров. В последнее время тепловая мощность отражательных печей, например Красноуральского и Бал хашского медеплавильных заводов, повысилась от 130—150 до 300—
330тыс. ккал/м2 пода печи в час [20, 21].
Встоимости отражательного передела топливо составляет 70— 80% без учета использования тепла газов в котлах-утилизаторах и 50—60% с учетом его использования. Оценка экономичности процес са затрудняется скрытыми в нем противоречиями: снижение стои мости передела достигается за счет увеличения производительности печи, а увеличение производительности — за -счет увеличения расхода топлива, т. е. основной доли стоимости передела. Поэтому дальней
6
шее усовершенствование процесса отражательной плавки основыва ется на нахождении оптимального соотношения между приведенны ми зависимостями. Проявилось это главным образом в увеличении площади сечения печи и газоходов, в подборе наиболее рациональ ного теплового режима работы отражательных печей в результате:
—интенсивного сжигания топлива и концентрации высокой температуры на ограниченном пространстве по длине печи (обычно
вголовной части печи);
—распространения зоны влияния умеренно высоких темпера
тур на всю длину печи, чтобы увеличением фронта загрузки повы сить проплав шихты и обеспечить необходимый перегрев шлака (применение этого режима отчасти связано с практикой интен
сивной плавки сырых концентратов с высоким |
содержанием ме |
ди) [22]. |
в нашей стране |
Отражательные печи медеплавильных заводов |
в основном работают по второму режиму. Однако наблюдается тен денция сочетания обоих упомянутых режимов, т. е. распространения максимальной температуры на всю длину печи с целью повышения производительности и одновременного использования отходящих га зов под котлами-утилизаторами.
За последние два-три десятилетия теплотехническая сторона про цесса отражательной плавки привлекает к себе все большее внима ние: появился ряд оригинальных исследований количественной теп ловой характеристики продуктов плавки, в которых анализируются условия теплообмена в отражательной печи, обобщаются данные за водской практики.
За рубежом, судя по научно-технической литературе, подобные исследования почти не проводились.
В практике отражательной плавки особое внимание уделяется вопросу экономичности и технологической эффективности плавки сульфидных материалов в предварительно обожженном или подсу шенном состоянии. В отечественной и зарубежной литературе этот вопрос обсуждался широко [23, 24]. Было установлено, что приме нительно к бедным по меди концентратам, прямая плавка которых не обеспечивает получения штейна, содержащего 20—25% меди, предварительный обжиг необходим и вполне целесообразен. Перера ботку богатых по меди, но бедных по сере концентратов следует осу ществлять непосредственно в отражательных печах без предваритель ного обжига.
При обосновании рентабельности того или иного способа отме чалось, что обжиг концентратов со значительной степенью десуль фуризации, способствует образованию большого количества магне тита в огарке, что повышает потери меди в отвальных шлаках. По
7
мнению авторов работ [22, 25], возможны также значительные поте ри благородных металлов.
Сравнение плавки подсушенных и обожженных концентратов показывает, что оба метода имеют свои недостатки и преимущества. Так, плавка подсушенного концентрата проводится в один рабочий процесс, причем по более простой аппаратурной схеме, чем плавка огарков. К числу недостатков этого процесса следует отнести:
—большой расход топлива (200—240 кг/г шихты), что отвечает 1,5—1,8 • 10® ккал/т шихты, или с вычетом тепла, использованного котлами-утилизаторами, около — 0,8 • 10® ккал/т;
—низкий удельный проплав (2—4 т/м2 площади пода в сутки);
—содержание меди в штейне не регулируется и практически лишь в 1,25—1,3 раза больше содержания меди в концентрате, что приводит к необходимости увеличения объема конвертерного пере дела.
Плавка с предварительным обжигом концентрата проводится в две стадии и требует применения обжиговой аппаратуры и связан ных с ней устройств для тонкой очистки газов, но зато обеспечивает значительную экономию топлива, расход которого не превышает
120—150 кг/г шихты (0,8—1,1 ■10® ккал/т шихты).
Удельный проплав на современных отражательных печах, рабо тающих на обожженной шихте с применением подогретого до 200—
250° дутья, составляет 7,5—8,5 т/м2 площади пода печи, т. е. в 1,5— 2 раза выше, чем при плавке подсушенной шихты.
Эффективность применения кислорода и подогретого воздуха при плавке обожженной и подсушенной шихты в отражательной печи достаточно подробно описана в работах [26—32].
Из краткого обзора состояния некоторых основных вопросов по переработке медного сырья способом отражательной плавки следует, что на подавляющем большинстве медеплавильных заводов наблю дается общая тенденция усовершенствования конструкции отража тельной печи в сторону увеличения объема и расширения полезной площади и технологии процесса плавки со стремлением к более ин тенсивному сжиганию топлива и резкому увеличению производитель ности печи.
Однако при всех достижениях отражательная печь в своем сов ременном состоянии остается все еще несовершенным плавильным агрегатом. К основным недостаткам ее относятся:
—низкий коэффициент использования тепла от горения топлива,, что составляет 30—35% при расходе условного топлива 0,22—0,24 кг на 1 кг твердой шихты;
—ограниченная возможность комплексного извлечения из кон
центратов всех ценных элементов;
8