Проектировать участок огневого рафинирования с годовой производительностью 123000 тонн анодов в год в условиях ПО «БЦМ»

их содержании в черновой меди удаляются  лишь частично, а при низком содержании полностью остаются в Cu. Частично удаляется также сера. Наиболее трудно удаляются примеси висмута, селена и теллура. Они практически полностью остаются в расплавленной меди. Золото, серебро и металлы платиновой группы в процессе огневого рафинирования практически полностью сохраняются в меди.

После удаления большей части примесей, обладающих большим по сравнению  с медью сродством к кислороду, в ней остаются значительное количество кислорода (0,5-0,9%) и растворенные газы (SO₂ и др.). Прежде чем приступить к следующей операции, с поверхности ванны тщательно удаляют шлак, иначе присутствующие в шлаке оксиды восстановятся, и примеси вновь растворятся в металлической меди.

         По окончании окислительной продувки меди и съема шлака приступают к восстановлению Cu₂O (раскислению меди) и удалению растворенных газов. Эта операция слагается из двух последовательно проводимых стадий – дразнения на плотность и дразнения на ковкость.

         Основная цель дразнения на плотность – удаление из меди серы и растворенных газов. Для этого расплавленную медь перемешивают газом, что создают благоприятные условия в первую очередь для протекания реакции.

При дразнении на плотность не следует  допускать глубокого восстановления оксида меди и создавать в печи сильно восстановительную атмосферу, так как это может привести к восстановлению SO₂ и обратному переходу серы в медь. Иными словами, медь на этой стадии еще должна содержать достаточное количество растворенного кислорода. Для продувки меди используют газообразные продукты сухой перегонки древесины, природный газ (лучше конверсированный), продукты перегонки нефти.

         По завершении операции дразнения на плотность приступают к операции дразнения на ковкость. Цель этой операции - восстановление практически всего оставшегося Cu₂O до металла. В отличие от операции дразнения на плотность дразнения на ковкость осуществляют в сильно восстановительной атмосфере при

загрузке восстановителя  на поверхность  ванны. В качестве восстановителя можно использовать древесину, древесный угол, нефтяной кокс, конверсированный газ  и мазут.

         Основными восстановителями Cu₂O следует считать твердый углерод, оксид углерода СО, углеводороды и водород. Каменный угол, содержащий всегда серу, использовать в качестве восстановителя нельзя.

         При дразнении возможно «заражение» меди водородом вследствие его растворения. При затвердевании растворимость водорода резко снижается, и он выделяется, образуя в затвердевший меди многочисленные пузырьки. Такая пузырчатая медь чрезвычайно нежелательна для последующего электролитического рафинирования. Во избежание насыщения меди водородом нельзя полностью восстанавливать оксид меди Cu₂O, так как при его наличии налаженный водород быстро им окислятся с образованием легко удаляемых паров воды. На практике обычно оставляют в готовой  меди 0,05-0,2% Cu₂O. На этом заканчивается операция огневого рафинирования черновой меди.

Продукты процесса:

• Анодная медь направляется в цех электролиза меди для получения катодной меди.
• Анодный шлак, так как он богат по меди, его направляют в качестве холодных материалов в конвертерный участок.
• Газы не имеют в своем составе ценных компонентов, поэтому их выбрасывают в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

1.4. Практика процесса  огневого рафинирования

 

         Огневое рафинирование черновой меди состоит из следующих операций:

• Разделка, заделка и просушка летки;
• Загрузка печи;
• Плавление;
• Съем шлака;
• Окисление;
• Восстановление;
• Разлив;
• Обработка, сортировка и взвешивание анода;
• Разделка, заделка и просушка летки.

         После окончания каждого разлива производится разделка выпускного отверстия- летки, заключающаяся в очистке ее от меди, шлака и старой леточной массы на глубину не менее 400 мм от чугунной арматуры. Затем на эту же глубину летка заделывается специальной массой в два слоя по 200 мм:

а) внутренний слой – черной глиной;

б) наружный слой – белой глиной.

         Состав черной глины:

- Динасовый мертель – 50%

- Каменный уголь (порошок) – 33%

- Хвосты обогащения (порошок) -17%

  Всего: -100 %

         Состав белой глины:

- Динасовый мертель – 50%

- Хвосты обогащения (порошок) – 50%

  Всего: - 100%

         Мертель, каменный уголь и хвосты предварительно просеиваются через сито с размером ячеек 2 мм, а затем перемешиваются механической мешалкой в сухом виде и разводятся водой до такой консистенции, когда масса из теряет приданной ей формы.

         После заделки летки, на нее устанавливается специальный затвор, снимаемый перед началом разлива, и летка просушивается в течение 40 минут до начала залива в печь жидкой меди.

         Загрузка печи. В период разделки и заделки летки шаржирном краном в печь загружается твердая шихта, поданная на вагонетках в виде «слитков».

 

         При этом в первую очередь грузятся анодный возврат и лишь после закрытия лещади печи возвратом, производится загрузка бракованных анодов, изложниц и слитков твердой привозной меди.

         После просушки летки и загрузки твердой шихты в загрузочное окно устанавливается съемный желоб, футерованный шамотном кирпичом и начинается заливка в печь жидкой медью производится до уровня верхней заправки шлакового порога.

         Температура жидкой черновой меди, заливаемой в печь  1150-1200оС.

         Количество твердой шихты, загружаемой в печь, обычно не превышает 35-45% от веса жидкого металла.

         Вся операция загрузки печи продолжается обычно от 8 до 15 часов и зависит в основном от наличия жидкой меди.

         Плавление. Обычный процесс плавления начинается сразу же после загрузки в печь первой порций твердой шихты. Этот период работы печи характерен интенсивным окислением топлива и повышением температуры газов в печи до 13500С. Продолжительность плавления зависит от количества загруженной в печь твердой шихты и колеблется от 0,5 до 1,5 часов.

         Съем шлака. Съем шлака в процессе огневого рафинирования производят дважды: после плавления и окисления – шлак I периода и в период восстановления – шлак II периода. Так как вместе с черновой медью в печь заливается в жидкий конвертерный шлак, то съем его начинается сразу же после окончания плавления. Операция съема шлака осуществляется следующим образом: в расплавленную ванну через трубки подается сжатый воздух и имеющийся в печи шлак относятся к шлаковому окну и скребком через пороги сгребается в шлаковые

коробки емкостью 0,3 м3, которые убираются шаржирным краном. После остывания шлак выбивается в ковш и направляется на переработку в конвертеры. Количество снятого шлака колеблется от 1,5 до 6 т и зависит, в основном, от частоты слива меди из конвертера и количества шлака залитого в печь с этой медью.

         Окисление. Операция окисления проводится для перевода примесей в шлак и начинается практически с момента снятия шлака, когда в ванну печи вставляется первая трубка.

         Окисление осуществляется путем ввода в расплавленную медь сжатого воздуха через газовые трубки (8-9 шт.) диаметром 19 мм. Для уменьшения расхода трубок снаружи их обмазывает огнеупорным составом. Воздух для окисления берется от общей магистрали идущей от центральной трубокомпрессорной, его давление до 5 атмосфер.

         Атмосфера в печи в этот период поддерживается окислительной при отрицательном давлении 0,5 мм вод.ст. Продолжительность окисления колеблется от 1 до 2,5 часов и зависит главным образом, от доводки черновой меди в конвертерах и от количества и качества твердой шихты.

         Конец окисления металла определяется по внешнему виду пробы, налитой в изложницу размером 100х50х40 мм. Поверхность ее должна иметь гладкий вид с утяжкой посередине, а металл в изложнице крупнокристаллическую структуру и кирпично-красный цвет без металлического блеска.

Содержание кислорода в металле  к концу окисления должно быть 0,4-0,5%, температура металла 1180-12000С.

         Восстановление. Так как во время окисления примесей окисляется, и часть меди то после снятия шлака проводится ее восстановление.

Процесс восстановления меди производится воздухомазутной эмульсией, вводимой в расплавленную ванну при помощи трубок аналогичных окислительным.

Воздухомазутная эмульсия приготовляется в специальном смесителе, установленном у каждой печи, в которой подается мазут, давление 5-6 атм. и воздух давлением не менее 4-5 атм.

         Мазут к смесителю подводится от общей магистрали мазутопровода. Для регулирования количества мазута, поступающего к смесителю мазутопровод снабжен вентилем и расходометром. Давление мазута контролируется по манометру.

         В период восстановление отключается форсунки и атмосфера в печи поддерживается восстановительной с положительным давлением +2 +3,5 мм. вод. столба. Температура отходящих газов в борове не должна превышать 12000С. Температура металла при восстановлении 1140-11800С. Конец восстановления определяется по внешнему виду отлитого пробного штычка. Поверхность пробы должна быть мелкоморщинистой без утяжки в изломе – мелкокристаллическая структура.

         Операция восстановления по времени длится от 0,5 до 2,0 часов,  зависит от температуры металла, количества подаваемого восстановителя и глубины окисления в предыдущей операции.

         Разлив. Для разлива меди из печи открывается летка, для чего ломком срубается верхняя часть заделки, которая в процессе разлива постоянно подрубается для поддержания необходимой струи.

         Медь из печи через летку по футерованному желобу поступает в промежуточный ковш (футерованный и просушенный), емкостью 0,18 м3, из которого медь выливается в изложницу карусельной разливочной машины производительностью 45 т/час. На машине установлено 20 медных изложниц, отливаемых в участке при разливе металла в специальную форму.

Подъем и спускание ковша  осуществляется при помощи пневмоподъемника. Важным фактором при разливе меди является охлаждение анодов, в следовательно и температура изложниц, которая должна быть в пределах 120-1300С. Поэтому во время движения карусели изложницы входят под зонт, где охлаждаются водой. Чтобы аноды не приваривались к изложницам, последние перед заполнением металлом опрыскиваются раствором огнеупорной глины.

         Обработка, сортировка и маркировка анодов. Обработку анодов производят вручную при помощи зубила и кувалды. Обрубаются заусеницы, выправляется полотно и уши, разравниваются вздутия и т.д.

Полотно анодов должно быть равным, изгиб  по вертикали допускается не более 5 мм.

         По поверхности и краям не должно быть: заплесок и утолщений кромок, более 5 мм; шишек и пузырей высотой более 7 мм; углублений и выступов более 3 мм.

         Не допускается на поверхности анода включений шлака, глины, угля и других немедных включений.

         Размер анода должен быть: длина 910 5 мм, ширина 820 5 мм. Толщина анода на расстоянии 200-250 мм от верхней кромки допускается от 38 до 43 мм. Аноды, толщина которых составляют от 33 до 38 мм и от 39 до 43 мм, сортируются в отдельные партии, если они не имеют других дефектов.

Толщина анодов внизу должна быть меньше на 4-6 мм толщины верха.

Химический состав анодной меди, в %:

Cu+Ag – 99,10  Ni – 0,041   O2 = 0,08

Fe – 0,004   As – 0,068

S – 0,005   Sb – 0,056

Bi – 0,002   Pb – 0,17

         Маркировка анодов производится выбиванием номера плавки на контактных ушах анодов. При клеймении анодов, погруженных на вагонетки, клеймо ставится на 2-х крайних анодах с обеих концов вагонетки. Аноды, находящиеся на эстакаде, клеймятся поштучно каждый.

 

 

 

 

 

2. Специальная часть

2.1. Проектирование анодной печи

 

1. Проектирование анодной  печи. Определение предварительных размеров печи. Для этого используем формулу:

 м²                                                                                                        (2.1.1.)

где F – рабочая площадь печи, м²

А – общая производительность печи, т/сутки

а – удельная производительность печи, т/м² сутки.

Общая производительность печи согласно задания равно 250 т/сутки по черновой меди.

По данным заводской  практики принимаем а = 3,9 т/м² сутки. Отсюда:

 м²                                                                                            (2.1.2.)

Длина печи берется по данным заводской  практики

L = 12 метров

Следовательно, ширина печи равно:

В = 64,1 : 12 = 5,3 м.

Высота печи принимается по данным аналогичным действующим заводским печам:

Н = 2,5 м.

2. Уточнение размеров печи.

Для уточнения размеров печи необходимо рассчитать «а» - удельную производительность:

 т/м² сутки                                                               (2.1.3.)

где К – отношение эффективной  поверхности шихты и площади  пода печи. В случае плавления совместно  жидкой и твердой меди равно – 1.

τ₁ – время, затрачиваемое печью за одну операцию рафинирования, час.

 

τ₂ – практические данные 17 часов, общее время операции рафинирования.

21,6 – число часов работы печи  в сутки.

Необходимо определить q_сум.

q_сум. = 5,2 ∙ ε_гкм

ккал/м² час                                              (2.1.5.)