Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

вует изменению соотношения между кристаллической и жидкой фа­ зами, снижая устойчивость кирпича к воздействиям высоких темпе­ ратур и расплавов сложного состава.

Изменения фазового состава магнезитохромитового кирпича, слу­ жившего в своде отражательной печи, работавшей в комплексе с цик­ лоном, показаны в таблице 50, из которой следует, что в рабочей зоне по сравнению с переходной количество окиси магния и хрома, которое придает изделиям высокоогнеупорные свойства, снижается, а содержа­ ние кремнезема и окислов железа повышается [40].

Таблица 50

Перемещение атомов-элементов в динасовом кирпиче в процессе его службы *

* Расчет количества атомов-элементов в стандартном объеме сделан по мето­ дике, предложенной И. А. Ефимовым [63].

Такое изменение химического состава кирпичей, вызывающее увеличение количества силикатной фазы, в условиях эрозийного изно­ са нежелательно.

Большой износ огнеупорной клад­ ки отражательной печи, работавшей в комплексе с циклоном, несмотря на положительные технологические дан­ ные, показал нецелесообразность по­ добного сочетания.

Следует отметить, что последующие испытания циклонного способа приме­ нительно к различным материалам, в том числе и к медной шихте БГМК, поз­ волили разработать наиболее рацио­ нальное расположение плавильных цик­ лонов и отстойной камеры с раздель­ ным выводом продуктов плавки. Такое расположение циклонной камеры пол­ ностью исключает вращение ванны

.расплава и тем самым значительное влияние его на износ футеровки печи, Стойкость огнеупорных изделий в циклонной установке также

Изучалась, при переработке цинковых кеков [60]. Не останавливаясь

376

на технологических показателях циклонной плавки цинковых кеков, рассмотренных ранее, отметим, что воздействие вихреобразного потока и сегрегация расплава привели к неравномерному износу фу­ теровки по высоте (рис. 140). В связи с тем, что мелкие частицы омы­ вали верхние ряды кладки, а более крупные — нижние, износ в ниж­ ней части кладки был значительным. Величина износа и в этом слу­ чае зависела от состава и свойств применявшегося огнеупора.

В таблицах 51, 52 приводится изменение химического состава трех видов кирпичей (хромомагнезитового, магнезитового, форстеритового). Установлено, что наименьшее изменение состава рабочих зон в магнезитовом кирпиче; в хромомагнезитовых, форстерйтовых оно больше.

Рис. 141. Структура оплавленной корочки в магнезитовом (о) и хромомагнезито­ вом (6) кирпичах. Кристаллизация железистых соединений куприта и ферритов

меди в силикатной фазе.

Глубина проникновения расплава в различные огнеупорные кир­ пичи неодинакова: в магнезитовые — 6—30 мм, в форстеритовые 10—40 мм, в хромомагнезитовые — 50—70 мм.

На рабочей поверхности всех кирпичей имелась оплавленная ко­ рочка. Состав этой корочки на магнезитовых и хромомагнезитовых огнеупорах почти идентичен. Он представлен вторичными шпинелида­ ми с высокой отражательной способностью и двухфазной силикатной связкой, в которой расположены дендриты куприта и железистые вы­

деления, ферриты меди (рис. 141,а,б).

В рабочей зоне магнезитового кирпича отмечалась рекристалли­ зация зерен периклаза (размеры зерен достигли 300—350 вместо 50

377

Таблица 51

Таблица 52

Состав основных огнеупоров после службы в отстойной камере циклонной установки при плавке цинковых кеков

80 мкм) и выделение в них шпинелидов. Иногда шпинелиды концент­ рируются по периферии в виде широкой каймы (рис. 142). При удале­ нии от рабочей поверхности в кирпиче присутствуют каплевидные включения меди (до 230 мкм) и сульфиды меди (до 120 мкм). Связка представлена форстеритом и монтичеллитом со свойственными для них величинами светопреломления. Количество связки по направле­

.378

нию к холодному концу кирпича постепенно уменьшается, а периклаз изменяет цвет от черного до серого и даже светло-зеленого, что свиде­ тельствует об уменьшении степени насыщения его окислами железа.

В хромомагнезитовом кирпиче но мере удаления от рабочей по­ верхности наблюдается коррозия -зерен хромита и периклаза, а уве­ личенное количество силикатной связки способствует разделению зерен, агрегатов на отдельные мел­ кие обломки (рис. 143, а, б).

Изменение форстеритового кир­ пича идет в сторону образования оливинов, которые, как правило, значительно снижают огнеупорные свойства форстеритовых изделий.

Изменение фазового состава огнеупоров вызывает изменение их структуры, а структура при нали­ чии большого эрозийного износа имеет существенное влияние.

В хромомагнезитовом кирпи-

че^наличие крупных зерен хромита, слабо связанных с основной мас­ сой, способствует вымыванию и сдуванию поверхностной массы неров­

ными слоями, нарушая и ослабляя общую структуру кирпича в рабо­ чей зоне.

Р

Рис. 143. Структура хромомагнезитового кирпича после службы, а — рабочая зо­ на ; б — переходная зона. 1 — зерна хромита; 2 — периклаз.

379

В магнезитовом кирпиче при небольших отклонениях в размерах кристаллов периклаза омывание слоев приводит к меньшему наруше­ нию напряженности в кирпиче, что способствует уменьшению их из­ носа.

Неравномерность характера и степени износа по высоте кладки отмечалась и при опытных испытаниях по плавке медьсодержащих материалов [40]. Характер проникновения в глубь огнеупора соедине­ ний меди, силикатной фазы, изменение зерен и агрегатов хромита и периклаза под воздействием расплавов аналогичны описанным выше.

Как было отмечено, появление пористости в зернах кристалличе­ ских фаз, неравномерное распределение их приводит к «старению» огнеупора, т. е. к преждевременному снижению устойчивости его про­ тив воздействия высоких температур и движущихся расплавов [48, 49].

Изменение состава шихты, добавление флюсов различного соста­ ва только способствуют развитию процессов минералообразования [40], что отмечалось при опытных плавках богатого медью сульфид­ ного концентрата непосредственно на черновую медь. Добавка изве­ сти вызвала появление в кирпиче геденбергита и увеличение количе­ ства меди — куприта и металлической меди.

Увеличение количества фаз в силикатной связке, изменение со­ става хромшпинелида, образование твердых растворов периклаза и хромпшинелида с окислами железа придают огнеупору большую чув­ ствительность к воздействию температур. Возникающие термомеха­ нические напряжения приводят к образованию трещин и, следова­ тельно к снижению механической прочности кирпича; в значитель­ ной степени облегчают эрозийный износ огнеупора в условиях цик­ лонной плавки.

В последние годы в циклонных установках потоки газа и распла­ ва разделяются, что значительно улучшает условия службы огнеупор­ ной кладки за счет исключения вихреобразного направления потока газов, расплава, и, следовательно, снижения эрозии огнеупоров [10].

Однако и в этом случае стойкость огнеупорной кладки зависит от исходных свойств и структуры кирпича. Испытанием в циклонной установке с разделением газов и расплава периклазошпинелидного кирпича, имеющего более разнозернистую текстуру, чем хромомагне­ зитовый кирпич, установлено его преимущество в службе [63], хотя и в периклазошпинелидном кирпиче образуется корочка на его рабо­ чей поверхности. Ликвация фаз в реакционной корочке этого кирпича происходит в интервале 1060—1350°, а в хромомагнезитовом — на. 80—50° ниже (980—1300°).

Легкоплавкие фазы в условиях движущегося потока частично смываются, а частично проникают в глубь огнеупора, оказывая хими­

380

ческое воздействие и на кристаллические составляющие. Форстерит и периклаз в них растворяются, образуя вторичные шпинелиды и сили­ катные фазы низшей огнеупорности. Обращает на себя внимание кор­ родирование зерен периклаза и хромита сульфидными расплавами.

При переходе на циклонную плавку с применением дутья, обога­ щенного кислородом, или с использованием технического кислорода, естественно, будут активизироваться окислительные реакции. Темпе­ ратура в плавильных камерах должна повышаться, как и при взве­ шенной плавке на техническом кислороде. При этом создаются более тяжелые условия службы огнеупоров. Испытание и освоение высоко­ интенсивных пирометаллургических процессов должны сопровождать­ ся тщательным изучением службы огнеупоров в плавильных агрега­ тах. В этом направлении наиболее перспективным может быть исполь­ зование новых видов огнеупоров с повышенными термомеханически­ ми свойствами, применение кессонирования и гарниссажной футеров­ ки на огнеупорной подложке в циклонных и комбинированных уста­ новках.

Изучение стойкости огнеупоров на опытно-промышленных уста­ новках для плавки в распыленном состоянии, а также исследование характера их износа позволяет сделать следующие выводы.

1.Условия службы огнеупорной кладки при плавке в распылен­ ном состоянии отличаются от условий службы в других печах цветной металлургии повышенными рабочими температурами и наличием эрозийного износа огнеупоров, что обусловливает усиленный износ их.

2.Глубокие химические и фазовые изменения, происходящие под воздействием железисто-силикатных и сульфидных расплавов, в массе

кирпича нарушают состав и структуру кирпича и снижают устойчи­ вость кирпича механическому воздействию на него расплавов.

3. Огнеупорные изделия для плавки шихты в распыленном со­ стоянии должны обладать равнозернистой текстурой, повышенными термомеханическими свойствами, обеспечивающими необходимую стойкость к химическому и физическому воздействию медьсодержа­ щих и железисто-силикатных расплавов.

ЛИТЕРАТУРА

1.«Цветная металлургия капиталистических стран». М., 1955.

2.Canadian Mining and Metallurgical Bull., 1955, No 517.

во взвешенном состоянии. Материалы совещания по вопросам работы печей цветной металлургии и развития пирометаллургических процессов. М., 1957.

5. О н а е в И. А., К у р о ч к и н А. Ф., Ц е ф т А. Л. и др. Циклонная плавка балхашских медных шихт на обогащенном кислородном дутье. «Вестник АН КазССР», 1956, № 1.

381