Общая характеристика шахтной плавки

Воздух подается в ванну на глубине 0,5—0,7 м от ее поверхности через специальные фурменные отверстия.Давлениевоздуха

значительно превосходит гидростатическое давление слоя расплавленного штейна, вследствие чего струя воздуха проникает в слой штейна на некоторое расстояние от фурменной стенки. Из-за большой плотиости расплавленной штейновой массы (5—7) она оказывает воздушной струе значительное пробивное сопротивление, а также производит на нее большое гидростатическое давление, заставляющее струю воздуха вскоре после отрыва ее от фурмы разворачиваться кверху и всплывать на поверхность ванны. Поэтому при боковом

расположении фурм, имеющемся во всех конвертерах цветной металлургии, аэрация ванны происходит на ограниченном участке ванны, прилежащем к фурменной стенке. Можно считать, что участок, активно перемешиваемый воздухом, составляет не более 1/3 ширины ванны конвертера, а остальные 2/3 ширины ванны непосредственно воздухом не продуваются.

Истекшие из фурм воздушные струн имеют начальную скорость 150—200 м/сек. Большая масса относительно холодного воздуха, выходящая из фурм непрерывными, еще не разбитыми на отдельные пузырьки потоками, вызывает охлаждение расплава, прилежащего к фурменной стенке, и образование фурменных настылей в виде носков с постепенно уменьшающимся свободным проходом. Фурменные настыли уменьшают сечение фурм и постепенно снижают их пропускную способность по воздуху, что в конечном итоге может привести к полному прекращению поступления воздуха в конвертер и выходу его из строя. Для предотвращения этого приходится периодически пробивать фурмы ломками, которые механически сбивают образовавшиеся настыли и увеличивают сечение для прохода воздуха. Воздушная струя, проникая в массу расплавленного штейна, разбивается на большое число мелких пузырьков, вступающих в активное химическое взаимодействие с сульфидами и металлами.

Высокая температура ванны (1200—1300° С), расплавленное состояние материалов, значительная поверхность контакта воздуха и расплава интенсифицируют химические процессы окисления, которые протекают с очень большими скоростями. О большой скорости химических реакций в конвертере убедительно свидетельствует то, что степень использования кислорода дутья получается весьма высокой, не ниже 90—95%, при времени пребывания кислорода в ванне, измеряемом десятыми долями секунды. Химические процессы наиболее активно происходят в участке ванны, продуваемом воздухом, т. е. около фурменной стенки. Основные окислительные процессы в конвертере — реакции окисления железа и серы, которые и обеспечивают тепло, необходимое для нормального протекания процесса, без затраты топлива и электроэнергии.

В результате окисления серы образуется газообразный сернистый ангидрид, который смешивается с азотом воздушного дутья и остатками непрореагировавшегокислорода.Образовав

 

шаяся газовая смесь всплывает на поверхность ванны в районе, прилежащем к фурмам, и заполняет газовый объем конвертера, из которого она под небольшим положительным давлением удаляется через горловину.

В результате окисления железа образуются окислы FeO и Fe304, находящиеся в ванне в жидком состоянии и удаляемые из ванны с конвертерным шлаком.

В отличие от окислительных процессов, протекающих в весьма благоприятных условиях, процесс шлакообразования в конвертере происходит в очень тяжелых условиях, исключающих возможность получения отвального шлака. Процесс шлакообразования затрудняется несовершенством контакта кварцевого флюса, плавающего на поверхности ванны с образующимися в глубине ванны окислами железа. Перемешивание ванны газовыми струями препятствует процессу отстаивания штейна от шлака. Плохой контакт ванны с кварцем создает благоприятные условия для переокисле- ния образующейся закиси железа до магнетита, являющегося в условиях конвертера весьма устойчивым соединением, резко ухудшающим свойства шлака — вязкость, плотность и температуру плавления. Особенно ухудшается контакт кварцевого флюса и ванны с появлением заметного слоя шлака, который изолирует ванну от флюса. Поэтому приходится часто прекращать процесс продувки и сливать из конвертера образовавшийся шлак. Вследствие почти непрерывной продувки ванны воздухом масса штейна и шлака находится не в покое, а перемешивается, особенно в участках ванны, прилежащих к фурменной стенке.

В работающем конвертере непрерывно движутся жидкие и твердые материалы и продукты плавки. Основными причинами этого движения являются динамическое воздействие на ванну воздушных струй, истекающих из фурм, а также всплывание газовых пузырьков, усиленное тепловым расширением их под влиянием нагрева в результате экзотермических тепловыделений. Наиболее активное движение происходит в части ванны, прилежащей к фурменной стенке конвертера. Здесь бурно перемешивается надфурменный слой ванны всплывающими с большой скоростью газовыми пузырьками. Вырывающиеся из ванны газы увлекают с собой массу расплава, заставляя ее подниматься в виде всплесков и фонтанов над зеркалом ванны на высоту 0,5—1,0 м и выше. Большая часть всплесков при нормальной работе конвертера возвращается в ванну, не достигая верха кладки и горловины. Некоторое количество более мелких брызг по инерции или вследствие увлечения их газовым потоком выносится за пределы горловины конвертера и попадает в газоходную систему или на пол цеха. Так как производительность конвертеров по перерабатываемому штейну прямо определяется количеством вдуваемого в них воздуха, всегда стремятся к усиленному При увеличении количества воздуха, поступающего через фурмы в единицу времени, бурление ванны у фурменной воздушному питанию конвертеро

стенки усиливается, высота всплесков и фонтанов над зеркалом 

 

Конвертеры

Конструкция современных конвертеров для переработки медных, никелевых и медноникелевых штейнов показана на рис. 227. Наиболее распространен горизонтальный конвертер, имеющий форму горизонтального цилиндра.

а — вид с фронта; б — вид сверху; в — поперечный разрез по горловине; г — вид с торца со стороны воздухолодвода; д — усовершенствованный подвод воздуха; / — коллектор;

— конус; 3 — рукав; 4 — фурменный клапан; 5 — стойка фурмы; 6 — конический вкладыш; 7 — фурменная трубка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конвертер состоит из фундамента, опорных роликов, бочки, напыльника, воздухоподводящей системы, устройства для загрузки флюсов и приводного механизма.

Фундамент представляет две массивные железобетонные плиты, значительно выступающие над уровнем заводского пола, на которых установлены опорные ролики и приводной механизм.

Опорные ролики из литой стали расположены попарно, по две пары на каждый из фундаментных плит.

Бочка — основная рабочая часть конвертера. Ее цилиндрический сварной кожух состоит из котельного железа, футерованного изнутри магнезитовым- или хромомагнезитовым кирпичом. Толщина футеровки 300—400 мм. Между кирпичом и кожухом насыпан слой огнеупорной засыпки. Снаружи на кожухе по его концам устроены два стальных опорных бандажа, которые опираются на опорные ролики. Кроме бандажей на кожухе имеется большая кольцевая шестерня, служащая последним звеном привода. Воздух в конвертер подводится через фурмы, находящиеся на стенке бочки в один ряд параллельно оси цилиндра. Отвод

                   Таблица 44

Характеристика горизонтальных конвертеров

Показатели	Конвертеры
	1	2	3
Емкость по меди, т	20	40	80
Диаметр кожуха, м	2,26	3,65	3,9
Длина кожуха, м	4,5	6Д	10
Диаметр фурм, мм	38	41	45
Число фурм	17	32	52
Площадь сечения фурм, см2 ....	193	422	826
Пропускная способность по воздуху, м^/мин	130—170	300—400	600—700
Размеры г.орловины, мъ	2,5	3	6
Скорость поворота бочки, об/мин . .	0,86	0,7	0,81
Мощность основного электродвигателя, кет	16	30	50
Мощность аварийного электродвигателя, кет	16	21	21
Избыточное давление дутья у конвертера, кГ/см2		0,8—1,2
Производительность по штейну, ml су тки	100—150	200—300	350—450
Время на дутье, %		65—80

 

газов, загрузку материалов и выпуск продуктов осуществляют через горловину в верхней части бочки, представляющую прямоугольное отверстие, укрепленное стальным воротником. Днища бочки укреплены двутавровыми балками или швеллерами.

Воздухоподводящая система конвертера состоит из стального воздухопровода, имеющего сальниковое соединение с магистральным воздухопроводом, подводящих фурменных рукавов и самих фурм. Фурмы конвертера представлены стальными трубками диаметром 38—50 мм с шариковыми клапанами, позволяющими прочищать фурмы во время работы конвертера.

Напыльник конвертера собран из котельного железа и литых плит и представляет колпак, свободно соединяющий горловину конвертера с газоотводящей системой. »

Устройство для загрузки флюсов состоит из бункера и ленточного или пневматического питателя, подающих кварцевый флюс в ванну во время работы конвертера.

Приводной механизм конвертера состоит из двух электромоторов и редуктора для уменьшения числа оборотов. Один электромотор обычно переменного тока и предназначен для текущей работы. Второй электромотор постоянного тока и служит для аварийного поворота конвертера при внезапном отключении дутья. Характеристика конвертеров, применяющихся в цветной металлургии, приведена в табл. 44.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ретортные и муфельные печи

Общая характеристика печей

Многие высокотемпературные технологические процессы цветной металлургии могут проводиться только при надежной герметизации рабочего пространства печи и поддержании в нем строго определенного состава газов или вакуума. К таким процессам относятся: дистилляция цинка, термическое получение магния, окислительный и восстановительный обжиг сырья и полупродуктов редких и благородных металлов и др. Для промышленного осуществления этих процессов применяют печи, получившие название ретортных и муфельных печей. Основная их часть — керамическая или металлическая реторта или муфель, во внутреннем пространстве которых и протекают необходимые технологические процессы. Реторты и муфели обычно нагреваются с наружной стороны, и тепло, необходимое для процесса, передается во внутреннее пространство теплопроводностью через стенки реторты или муфеля. Поэтому необходимо, чтоб реторты и муфели изготовлялись из материалов с возможно большей теплопроводностью при ограниченной толщине стенок. Это требование находится в прямом противоречии с требованиями термической стойкости и механической прочности реторт и муфелей. На практике приходится применять компромиссные решения, в какой-то степени удовлетворяющие требованиям процесса теплообмена и стойкости реторт и муфелей.

В зависимости от режима и конструкции ретортные и муфельные печи могут работать периодически и непрерывно. В первом случае их загружают определенной порцией материалов, которая проходит процесс обработки и затем выгружается из печей, после чего цикл снова повторяется. Во втором случае материал подается в печи непрерывным потоком, проходит их рабочее пространство и непрерывно выгружается из печей. Непрерывная работа печей обеспечивает высокую производительность и тепловую экономичность, однако при этом осложняется герметизация рабочего пространства. Ретортные и муфельные печи старой конструкции, как правило, были периодического действия. В последнее время в цветную металлургию стали внедряться печи непрерывного действия. Ретортные и муфельные печи нагреваются углеродистым топливом или электроэнергией, как правило, с наружной стороны реторт. Исключение составляют печи, в которых обрабатываемая

шихта электропроводна, что позволяет осуществлять внутренний электронагрев реторт как печей сопротивления, используя шихту в качестве сопротивления. Возможен также электронагрев реторт изнутри с помощью угольных стержней, служащих нагревательными элементами.

2. Конструкция ретортных и муфельных печей

Регенеративная трехрядная дистилляционная цинковая печь с горизонтальными шамотными ретортами показана на рис. 228. Печь отапливается генераторным газом, общее число реторт в ней   5650

 

 

Рис. 228. Дистилляционная цинковая печь с горизонтальными ретортами (по

перечный разрез):

1,2 — подсводовые каналы для газа, воздуха и отходящих газов; 3 — реторты; 4 — конденсаторы; 5 — чугунные полки для конденсаторов; 6 — выгрузка раймовки; 7 —

алонж

 

достигает 216 при общей длине печи вместе с регенераторами 21,5 м. Реторты имеют поперечные размеры 0,2 X 0,3 м и длину 1,8—2,0 м при толщине стенок 25—50 мм. На открытом конце каждой реторты надет шамотный конденсатор для цинка длиной 0,5—0,9 м, газы из которого выходят через металлическую насадку, называемую алонжем и служащую для улавливания   цинка

в виде пыли. Реторты обогреваются снаружи в результате сжигания генераторного газа, подводимого по одному из верхних парных каналов. Генераторный газ и воздух после подогрева в регенераторах, расположенных на торцах печи, поступают в печь по левой паре каналов. Продукты горения проходят сначала левую часть печи сверху вниз, переходят в правую часть печи, по которой попадают в правую пару каналов, отводящих их в регенераторы. По мере охлаждения насадки регенераторов через каждые 30 мин перекидываются клапаны, регулирующие движение газов, которое начинает происходить уже в обратном направлении, справа налево. Печь работает по периодическому режиму. Вначале все реторты загружают шихтой, состоящей из обожженных цинковых концентратов, угля и оборотов. После загрузки на реторты надевают конденсаторы и алонжи и начинают разогрев печи до 1300—1400° С. Пары цинка конденсируются в конденсаторе, откуда расплавленный цинк вычерпывают ложкой. После удаления из шихты основной части цинка оставшуюся массу, называемую раймовкой, выгребают из реторт, чистят и ремонтируют печь и далее цикл повторяют. Общая продолжительность одного цикла 24 ч. В каждую реторту загружают до 100 кг шихты, что при 216 ретортах дает суточную производительность печи по шихте около 20 т (5—6 т цинка). Топлива на обогрев реторт и в шихту дистилляции расходуется до 3 т на 1 т полученного цинка.