Технология производства черной меди на ОАО "Среднеуральский медеплавильный завод"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КУРСОВАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ: «ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧЕРНОВОЙ МЕДИ НА ОАО «СРЕДНЕУРАЛЬСКИЙ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫЙ ЗАВОД»»

Москва, 2009

Содержание

1. Общие сведения о меди

2. Области использования и потребления меди

3. Физические и химические свойства меди

4. Сырье для производства меди

5. Основные минералы меди

6. История развития ОАО "Среднеуральский медеплавильный завод"

7. Производственный комплекс ОАО «СУМЗ»

8. Организация медеплавильного цеха на ОАО «СУМЗ»

9. Интенсификация Процесса плавки медного сырья

10. Сущность процесса плавки в жидкой ванне

11. Процессы протекающие в надфурменной и подфурменной зонах печи для плавки в жидкой ванне

12. Конструкция печи Ванюкова

13. Технология процесса конвертирования медных штейнов

14. Особенности проведения 1-го и 2-го периодов конвертирования

15. Преимущества и недостатки процесса конвертирования

16. Устройство конвертера

Выводы

1 Общие сведения о меди

Медь (лат. Cuprum), Cu, химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546; мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная состоит из смеси двух стабильных изотопов — ⁶³Cu (69,1 % ) и ⁶⁵Cu (30,9 % ).Среднее содержание меди. в земной коре (кларк) 4,7·10^-3 % (по массе. Среди многочисленных минералов меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная медь , карбонаты и окислы.

Ткип=2310ºС

Тпл=1083ºС

=8.9 т/м

=7.96 т/м

Медь легко поддается прокатке, может вытягиваться в проволоку, обладает высокой электропроводностью (уступает только серебру), является малоактивным, электроположительным металлом. Не растворяется в соляной и серной кислоте, но легко растворяется в азотной кислоте.

Медь образует многочисленные сплавы с другими металлами: бронза, латунь, мельхиор, нейзильбер.

2. Области использования и потребления меди

1. Электроника и электротехника – провода, кабели, обмотка электродвигателей, фольга, электропроводимые шины (45-25%)

2. Машиностроение и транспорт – теплообменники, радиаторы, детали и узлы автомобилей, самолетов, судов, вагонов и т.д. (15-25%)

3. Строительные материалы – кровельные материалы, декоративные украшения (8-10%)

4. Химическая промышленность – соли входят в состав красок, катализаторы (3-6%)

5. Изделия бытового назначения – посуда, часы, украшения (10%)

3 Физические и химические свойства меди

Цвет меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решётку с параметром а = 3,6074 ; плотность 8,96 г/см³ (20 °С). Химическая активность меди невелика. Компактный металл при температурах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и CO_>2> на поверхности меди образуется зелёная плёнка основного карбоната. При нагревании меди на воздухе идёт поверхностное окисление; ниже 375 °С образуется CuO, а в интервале 375—1100 °С при неполном окислении меди . — двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится CuO, а во внутреннем — Cu_>2>O. Влажный хлор взаимодействует с медью уже при обычной температуре, образуя хлорид CuCl_>2>, хорошо растворимый в воде. Особое сродство медь проявляет к сере и селену; так, она горит в парах серы С водородом, азотом и углеродом медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твёрдой меди незначительна и при 400 °С составляет 0,06 мг в 100 г меди. Водород и другие горючие газы (CO, CH_>4>), действуя при высокой температуре на слитки меди, содержащие Cu_>2>O, восстановляют её до металла с образованием CO_>2> и водяного пара. Эти продукты, будучи нерастворимыми в меди, выделяются из неё, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механические свойства меди.

При пропускании NH_>3> над раскалённой медью образуется Cu_>3>N. Медь подвергается воздействию окислов азота, а именно NO, N_>2>O (с образованием Cu_>2>O) и NO_>2> (с образованием CuO). Карбиды Cu_>2>C_>2> и CuC_>2> могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей М. Нормальный электродный потенциал меди для реакции Cu²⁺ + 2e  Сu равен +0,337 в, а для реакции Cu⁺ + е  Сu равен +0,52 в. Поэтому медь вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами (в промышленности используется железо) и не растворяется в кислотах-неокислителях. В азотной кислоте медь растворяется с образованием Cu(NO_>3>)_>2> и окислов азота, в горячей концентрации H_>2>SO_>4> — с образованием CuSO_>4> и SO_>2>, в нагретой разбавленной H_>2>SO_>4> — при продувании через раствор воздуха. Все соли меди ядовиты

Медь в двух- и одновалентном состоянии образует многочисленные весьма устойчивые комплексные соединения. Примеры комплексных соединений одновалентной меди (NH_>4>)_>2>CuBr_>3>; K_>3>Cu(CN)_>4> — комплексы типа двойных солей; [Сu {SC (NH_>2>)}_>2>]CI и другие. Примеры комплексных соединений 2-валентной меди CsCuCI_>3>, K_>2>CuCl_>4> — тип двойных солей. Важное промышленное значение имеют аммиачные комплексные соединения меди [Сu (NH_>3>)_>4>] SO_>4>, [Сu (NH_>3>)_>2>] SO_>4>.

4 Сырье для производства меди

Основное сырье для производства меди – руда. Медь может производится из вторичного сырья (отходы металлообработки, металлолом, брак)

Руда состоит из минералов, различают минералы:

- ценные (в их состав входят извлекаемые металлы)

- пустой породы

По минералогическому составу медные руды делятся на:

- сульфидные

- окисленные

- смешанные

- самородные

По количеству сульфидов:

- сплошные - полностью состоят из сульфидов

- вкрапленные – сульфиды присутствуют в виде вкраплений

По количеству ценных компонентов:

- монометаллические

- полиметаллические (комплексные)

5. Основные минералы меди

Сульфидные:

- ковелин CuS,

- халькопирит CuFeS2,

- халькозинCu2S,

- бормит Cu5FeS4,

- кубанит CuFe2S3

Окисленные:

- малахитCuCO3 Cu(OH)2,

- куприт Cu2O,

- азурит CuCO3 Cu(OH)2,

- тенорит CuO

Кроме медносодержащих минералов в руде может содержаться:

- cфалерит ZnS

- пирротин Fe7S8

- пирит FeS2

- галинит PbS

В руде рисутствуют минералы пустой породы, в основном оксиды (SiO2, CaO, Al2O3, MgO), силикаты, карбонаты, алюмосиликаты.

Содержание меди в рудах: 0,5-1,5 меди, 0,8-1,5 в основном – руды с таким содержанием в металлообработку сразу отправлять нельзя. Применяют обогащение. Метод флотации – получают медный концентрат с содержанием меди 10-30 %, максимальное количество меди в концентрате до 50%. В России основными предприятиями по производству меди являются: Норильский никель, Северный никель, Пышма, Среднеуральский медеплавильный завод.

5. История развития ОАО "Среднеуральский медеплавильный завод"

Правительственное постановление о строительстве на Урале крупного медеплавильного предприятия на базе Дегтярского месторождения медистых перитов — медно-серно-цинково-колчеданных руд, — расположенного в 15 км. к югу от Ревды было принято в августе 1931 года. Работы по возведению и техническому оснащению производств, прокладке коммуникационных и транспортных сетей, строительству жилья для работников завода заняли без малого девять лет. 25 июня 1940 года были получены первые тонны черновой меди. Этот день считается днем рождения СРЕДНЕУРАЛЬСКОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА. В последующие десятилетия завод рос, наращивал свой технический потенциал, увеличивал объемы выпуска продукции и прочно вошел в число лидеров отрасли. Тяжелые испытания пришлись на 1990-е годы, когда из-за недостатка медьсодержащего сырья резко сократилось производство черновой меди, хронические неплатежи за переработку и полученную продукцию привели к большой задолженности по заработной плате и, как следствие, к недовольству коллектива. Критическая ситуация была разрешена лишь благодаря совместным усилиям руководства СУМЗа и АО «Уралэлектромедь». С приходом на пост генерального директора А.А. Козицына завод начал работать достаточно стабильно, постоянно увеличивая объемы производства. В настоящее время, согласно оценкам экспертов, ОАО «СУМЗ» входит в первую двадцатку наиболее динамично развивающихся компаний России, с 2000 года входит в состав УГМК.

СУМЗ является градообразующим предприятием. Он является основным плательщиком в муниципальный бюджет. Обеспечивает половину жилого массива города теплом и горячей водой. Завод содержит стоматологическую клинику, профилакторий, базу отдыха для детей, большой спортивный комплекс и Дворец культуры.

5. Производственный комплекс ОАО «СУМЗ»

СУМЗ представляет собой крупный химико-металлургический комплекс, включающий в себя пять основных производств:

• обогатительную фабрику, которая после реконструкции достигла мощности по переработке 1 миллиона тонн шлаков в год;

• медеплавильный цех, производящий свыше 100 тысяч тонн черновой меди из собственного и привозного сырья. Попутно из концентратов и флюсов в готовую продукцию извлекаются золото и серебро;

• сернокислотный цех, вырабатывающий около 500 тысяч тонн серной кислоты в год. Здесь также извлекается сера из обжиговых и конверторных газов и газов печи Ванюкова;

• суперфосфатный цех, производящий фосфорные удобрения с использованием собственной серной кислоты. После частичной реконструкции оборудования в цехе освоен выпуск триполифосфата натрия — составляющего сырья для технических и бытовых моющих средств;

• цех ксантогенатов — крупный производитель бутилового ксантогената калия, флотореагента для обогатительных фабрик. Цех может выпускать до 8,5 тысячи тонн этого продукта, которым обеспечивает большинство горно-обогатительных комбинатов Уральского региона, Башкортостана и Казахстана.

Предприятие поставляет свою продукцию на переработку на российские заводы, а также на экспорт. Основным потребителем черновой меди производства ОАО "СУМЗ" является АО "Уралэлектромедь". Потребителями прочей продукции являются предприятия Урала, Центральных и Восточных районов России. Основным видом экспортной продукции является рафинированная медь.

Динамика объемов производства продукции ОАО "СУМЗ", т

Наименование видов продукции	1997	1998	1999	2000	2002
Медь черновая	92446	70138	81327	103065	106253
Серная кислота	394000	319194	362730	412706	410551
Триполифосфат	15605	16050	31101	36002	36566
Ксантогенат (85%)	3688	2400	3651	5302	5154

Завод является носителем передовых технологий в комплексной переработке техногенных отходов. На предприятии действует самая современная система экологического мониторинга.

Перспективные планы ОАО «СУМЗ» предусматривают продолжение работ по реконструкции и модернизации оборудования завода с целью увеличения объемов производства, повышения качества продукции, комплексного использования сырья, сокращения вредного воздействия на окружающую среду, утилизации отходов производства.

В настоящее время на предприятии развертывается реконструкция всего основного производства

8 Организация медеплавильного цеха на ОАО «СУМЗ»

До 1995 года медеплавильный цех завода перерабатывал медные концентраты по схеме обжига в печах "кипящего" слоя, отражательной плавки огарка и конвертирования.

Отражательная плавка характеризуется низкой удельной производительностью, высоким расходом огнеупорных материалов, низким тепловым КПД, высоким удельным расходом углеродистого топлива и большим количеством газов с низким содержанием сернистого ангидрида (1,0-2,5%), обезвреживание которых связано со значительными капитальными и эксплуатационными затратами. Такие ценные сопутствующие компоненты, как сера, свинец, цинк, кадмий, германий, рений и др. при отражательной плавке полностью теряются.. Отражательная плавка, основанная на внешних источниках теплоты, — процесс несовершенный. Основными причинами острой необходимости замены отражательной плавки стали высокие требования к предотвращению загрязнения окружающей среды выбросами оксидов серы. В условиях отражательной плавки, характеризующейся образованием огромных количеств очень бедных по SO2 газов, их обезвреживание требует больших капитальных затрат и обходится дорого в эксплуатации. В связи с этим, а также в связи с необходимостью активного использования теплотворной способности сульфидов и ряда других рассмотренных выше факторов были разработаны и освоены новые способы плавки медного сырья. В 1987 году на заводе было начато строительство комплекса плавки медесодержащего сырья в жидкой ванне (печь Ванюкова). В 1995 году комплекс был пущен в эксплуатацию.

9. Интенсификация процесса плавки медного сырья

Целью плавки любого типа является перевод всей перерабатываемой шихты в расплавленное и газообразное состояние с получением штейна или чернового металла, возгонов и шлака и их разделением.

Значительные различия физико-химических свойств химических соединений, составляющих шихту и, в первую очередь, температуры их плавления приводят к постепенному формированию расплава. Сначала образуется первичный расплав из наиболее легкоплавких компонентов, а затем происходит растворение в них более тугоплавких веществ.

Следовательно, процессы штейно- и шлакообразования протекают в две стадии: расплавление легкоплавких составляющих шихты и растворение более тугоплавких веществ в этих расплавах.

Из числа присутствующих в сульфидных шихтах химических соединений наиболее легкоплавкими являются сульфиды (за исключением ZnS). При этом их эвтектические смеси по сравнению с отдельными сульфидами имеют еще меньшие температуры плавления. Поэтому процессы штейнообразования начинаются раньше процессов шлакообразования и идут с большими скоростями.

Шлакообразование начинается позднее и происходит медленнее потому, что для большинства оксидов шихты температура плавления выше, чем температура в печи. При ограниченных температурах в плавильных агрегатах особо важное значение приобретают процессы растворения тугоплавких оксидов в первичных шлаковых расплавах.

Процессы растворения являются диффузионными и поэтому протекают значительно медленнее процессов расплавления легкоплавких компонентов.

Образование шлаков в металлургических печах начинается, как правило, с получения оксидно-сульфидных эвтектик или более сложных многокомпонентных легкоплавких композиций.

В дальнейшем в них растворяются более тугоплавкие оксиды и, в первую очередь, кремнезем, вводимый обычно в шихту в виде кварцевого флюса.

На скорость растворения кремнезема в фаялитовом расплаве наибольшее влияние оказывает интенсивность движения шлака, крупность частиц флюса и его реакционная способность. В условиях отражательной плавки (при которой наблюдается наименее интенсивное перемешивание по сравнению с другими известными пирометаллургическими процессами) около 50—60 % кварцевого флюса, несмотря на длительное пребывание в расплаве (10—15 ч), не успевает полностью раствориться в шлаке. Мелкие частицы кварца образуют тонкую взвесь, а более крупные плавают на поверхности шлаковой ванны в виде "кварцевой шубы". Эксперименты показывают, что принудительное перемешивание расплава вызывает резкое ускорение процесса растворения тугоплавких составляющих шихты.

Наиболее медленным этапом плавки, даже для современных процессов, у которых время завершения других стадий мало, является коалесценция сульфидных капель и разделение штейна и шлака.

Значительная часть меди находится в шлаках в виде эмульсии — мелких капель штейна. Кроме того, при восстановлении или сульфидировании металлов в шлаковом расплаве обычно образуется дополнительное количество капель металлсодержащей фазы, отстаивание которых происходит крайне медленно и не успевает завершиться за приемлемое с практической точки зрения время. Поэтому необходимо обеспечить принудительное укрупнение штейновых или металлических частиц.

Можно однозначно утверждать, что именно медленное укрупнение мелкой штейновой (металлической) взвеси и ее отделение от шлака являются одним из самых медленных этапов плавки в целом

Наиболее эффективным приемом ускорения коалесценции штейно-вой взвеси является перемешивание шлака с получающимся при плавлении штейном. Известно, что даже загрузка сульфидов на поверхность шлаковой ванны и однократная промывка шпака каплями штейна заметно обедняют шлак.

Сочетание процессов восстановления и перемешивания шлака со штейном позволяет резко интенсифицировать укрупнение штейновых частиц и разделение фаз. Доказано, что крупность частиц при этом возрастает настолько, что для разделения штейна и шлака требуется менее 1 ч вместо 8—12 ч.

Правильная организация процесса разделения фаз создает предпосылки для резкой интенсификации работы плавильных агрегатов и повышения их удельной производительности.

Анализ переработки сульфидного сырья на штейн позволил выявить роль и взаимосвязь последовательных элементарных стадий физико-химических превращений и установить, что оптимизация технологии плавки требует определенного сочетания следующих условий:

1. создание условий для высокой степени использования кислоро

2. да газовой фазы в локальной зоне металлургического реактора, от

3. деленной от конечных продуктов плавления;

4. обеспечение высокой скорости массообменных процессов в сис

5. теме исходные твердые компоненты — конечные расплавы;

3) создание условий для достижения заданного приближения к

равновесию между конечными продуктами плавки;

4} ускорение укрупнения диспергированного штейна или металла и обеспечение полноты разделения продуктов плавки.

Результаты научных разработок позволили сформулировать основной принцип новой технологии: плавление сырья и массообмен осуществляются в турбулентно перемешиваемой ванне эмульсии штейна (металла) в шлаке.

Перемешивание расплава при барботаже его технологическими газами, образующимися при, подаче дутья в расплав через боковые фурмы, обеспечивает требуемую степень турбулизации для ускорения металлургических превращений в зоне расплава выше уровня фурм.

При этом обеспечивается коалесценция мелких штейновых капель и формирование составов фаз, близких к конечным. Расслаивание штейна и шлака организовано в прямоточном потоке вертикально движущихся расплавов. Это обеспечило совмещение в одном агрегате для непрерывного процесса реакционной зоны с высокой степенью турбулентности движения барботируемого расплава и зоны с ламинарным движением расплава, необходимой для организации разделения и отдельного выпуска шлака и штейна (металла).

Научно обоснованная оптимизация организации физико-химических процессов и движения расплава позволила создать новую технологию — плавку в жидкой ванне

Сравнительные технико-экономические показатели

Показатель	ПЖВ	Отражательная плавка
Удельный проплав, т/(м2 • сут)	60—80	4—5
Содержание меди, %: в штейне	45—55	20—30
в шлаке (без обеднения)	0,5—0,6	0,4—0,5
Содержание Si02 в шлаке, %	30—32	34—42
Влажность шихты, %	6—8	6—8
Максимальная круп ность шихты, мм	До 50	5
Пылевынос, %	1	1—2
Содержание О2в дутье, %	60—65	До 25
Содержание SO2 газах, %	20—40	1—2
Расход условного топ лива, %	До 2	18—22

10 Сущность процесса плавки в жидкой ванне

Сущность технологического процесса плавки в жидкой ванне заключается в следующем. Кислородсодержащий газ вводится под избыточным давлением около 0,1 МПа в расплав через фурмы в стенах печи на уровне примерно 0,3—0,7 м ниже уровня расплава в спокойном состоянии внутри шахты печи.

Общая глубина ванны расплава в печи без барботажа 2,0—2,5 м. Кислородсодержащий газ дутья, барботируя верхнюю часть расплава, энергично перемешивает его и создает газонасыщенный слой гетерогенного расплава, состоящего в основном из шлака с включениями до 10 % (вес.) сульфидов в виде капелек штейна и при недостатке тепла — угля или кокса. Высота барботируемого газонасыщенного расплава увеличивается на величину, равную 2—3-х кратному расстоянию от оси фурм до уровня расплава в спокойном состоянии. Кислородсодержащий газ взаимодействует, в первую очередь, с сульфидом железа, серой и углем и генерирует тепло, необходимое для плавления загружаемой шихты и нагрева расплава именно в зоне технологического процесса равномерно во всем верхнем слое.

Благодаря интенсивному перемешиванию капельки сульфидной фазы, образуемые из загруженных частиц сырья, соударяются и сливаются, достигая гидродинамически устойчивого размера 0,5-5 мм, достаточного для выпадения их из верхнего барботируемого слоя и быстрого опускания в донную фазу.

Шихта, состоящая из флотационного концентрата или кусковой руды с флюсом и, если необходимо, с кусковым углем, вводится сверху в барботируемый слой; вследствие высокой энергии перемешивания она равномерно распределяется по всему его объему.

Расплавленные сульфиды шихты вследствие высокой активности серы и железа интенсивно взаимодействуют со шлаком и кислородом дутья, поддерживают низкое содержание магнетита в шлаке. Это способствует получению шлаков, бедных по цветным металлам. В условиях активного перемешивания происходит быстрое растворение кварца и других тугоплавких компонентов шихты, и поэтому во всем объеме расплава постоянно поддерживается оптимальный состав лака, обеспечивающий минимальные потери цветных металлов. Наличие в расплаве пузырьков барботирующего газа способствует быстрой и полной (в соответствии с величиной равновесного давления пара) возгонке летучих компонентов.

Расположение переточного канала для вывода шлака из шахты на 1 м ниже уровня фурм привело к тому, что весь образующийся в верхнем барботируемом слое шлак постепенно движется сверху вниз, проходя свой путь в течение 1,5—3,0 ч. При этом он непрерывно промывается дождем крупных капель штейна, выпадающих из верхнего перемешиваемого слоя. Ниже фурм движущийся поток шлака уже не перемешивается и в нем можно создавать соответствующие градиенты температуры, состава и других параметров, способствующие обеднению шлака. Благодаря такой организации его движения исключена возможность проскока и быстрого выхода из печи непроработанного шлака с повышенным содержанием цветных металлов. Сульфидная донная фаза, образующаяся на дне печи из опускающихся капель, отдельно от шлака выводится из плавильного агрегата.

11 Процессы, протекающие в надфурменнои и подфурменной зонах печи для плавки в жидкой ванне

В надфурменной зоне происходит плавление, окисление сульфидов, растворение

тугоплавких компонентов, укрупнение мелких сульфидных частиц.

При этом все процессы проходят одновременно и с высокой скоростью. Высокая скорость обеспечивается интенсивным перемешиванием расплава. Отсутствие диффузионных ограничений.

Важная особенность:

- невысокое содержание магнетита в шлаке в сравнение с другими автогенами процессами способствует снижению потерь меди со шлаком .

- 100% использование кислорода в расплаве, что позволяет изменять состав штейна за счет изменения соотношения кислорода в дутье и количества шихты.

В подфурмениой зоне происходит оседание капель штейна. Скорость движения

капель штейна намного превышает скорость движения шлака вниз. Происходит промывка шлака

каплями штейна. За счет этого ускоряется разделение и отстаивание шлака и штейна. Эти процессы

позволяют достигнуть удельную производительность 60-80т/м в сутки. Процесс может идти как в автогенном, так и полуавтогеном режиме. Во втором случае используется топливо: уголь, природный газ, мазут.

12 Конструкция печи Ванюкова

Достоинства печи Ванюкова:

- возможно широкое управление составом штейна и получение на богатых штейнах относительно бедных отвальных шлаков.

- процесс характеризуется низким пылеуносом и получением возгонов, богатых по содержанию ценных компонентов

- надежная и долговечная аппаратура

- роцесс не требует сложной подготовки сырья и пригоден для переработки как кусковой руды, так и концентратов различного состава

- по своим показателям он превосходит все известные в мировой практике процессы.

Рис. 1. Печь дли плавки в расплаве

1— штейновый сифон; 2 — плавильная камера; 3 — газоход; 4 — шлаковый сифон; 5 — огнеупорная кладка; 6 - воздушно-кислородный коллектор; 7—кессоны; 8 — фурма

Печь Ванюкова представляет собой прямоугольную шахту шириной 2,5, длиной 10,0 и высотой 6,0 м. В боковых продольных стенах печи на высоте 2,5 м от подины водоохлаждаемые фурмы для подачи дутья, а если необходимо, и углеродистого топлива (природного газа, мазута или пылеугля). Экспериментально установлено, что ни один из известных огнеупоров не способен длительное время противостоять воздействию нагретого до 1500—1600 К шлака при энергичном его перемешивании.

Для надежного ограждения расплава потребовалось смонтировать боковые и торцевые стены шахты из массивных охлаждаемых водой медных кессонов, расположенных в зоне перемешивания шлака от уровня, около 1 м ниже оси фурм, до уровня 3,5 м выше оси фурм. Горн шахты печи ниже кессонированного пояса выполнен из огнеупорного кирпича. В торцевых стенах горна созданы два переточных канала для вывода из него шлака и штейна. Снаружи к шахте печи у переточных каналов герметично примыкают емкости, сообщающиеся через них с внутренним пространством шахты, называемые шлаковым и штейновым сифонами. В стенах этих сифонов предусмотрены щелевидные окна, положение порога которых определяется соответствующим уровнем слива шлака и штейна.

13 Технология процесса конвертирования медных штейнов

Процесс конвертирования медных штейнов осуществляется с целью перевода железа из штейнов в шлаки и сульфидных соединений меди в металлическую медь. Это возможно в процессе продувки воздуха через расплавленный штейн. В результате того, что воздух в расплав штейна врывается мощной струей с большой скоростью (130—170 м/с), он раздрабливает на своем пути жидкий штейн на мелкие капли и образует в етруе дутья штейново-воздушную эмульсию. При этом в ней бурно развиваются окислительные процессы, за счет чего в зоне окисления температура поднимается до 1400—1500 ^СС. Эта температура в объеме ванны конвертера снижается вследствие теплопередачи в окружающее пространство. Образующиеся в результате окисления оксиды железа на первой стадии конвертирования всплывают на поверхность шгейновой ванны и шлакуются кремнеземом, присутствующим на поверхности ванны. На второй стадии окисления образующиеся оксиды меди взаимодействуют с сульфидами меди, что приводит к образованию в конвертере расплава черновой меди и газов, удаляющихся через горловину конвертера.

Процесс переработки штейнов на СУМЗ осуществляют следующим образом. Штейны после плавки в печах Ванюкова выпускают в специальные штейновые ковши и заливают в предварительно разогретый конвертер. При каждой заливке порции штейна в конвертер загружают кварц, величина кусков которого не должна превышать 3,5 мм. Кварцевый флюс, содержащий не менее 80 % кварца, загружают в конвертер пушкой, вдувающей дробленый кварц в конвертер равномерным слоем по всей поверхности штейна.

После заливки штейна и загрузки кварца в конвертер через фурмы подают воздух при давлении около 190 кПа. По мере накопления жидкого шлака его сливают через горловину в ковш. С этой целью отключают воздух, что необходимо для разделения шлака и штейна. После слива конвертерного шлака в конвертер загружают новую порцию штейна и флюсов и снова проводят продувку для образования шлаков. Таким образом процесс продувки ведут до тех пор, пока в конвертере не накопится достаточное количество белого матта, содержащего не менее 75 % Сu и десятые доли процента железа. Производительность конвертера на этой стадии определяется содержанием меди в штейне.

Во втором периоде белый матт продувают непрерывно, без добавки флюсов и холодных присадок. Шлак, благодаря отсутствию в нем железа, практически не образуется. Содержание меди в шлаке второго периода до 30 %. Такой шлак также необходимо перерабатывать. Продувка во втором периоде продолжается 2-2.5 часа. Основной продукт черновая мед, шлак, газы.

14. Особенности проведения 1-го и 2-го периодов конвертирования

Первый период

Проводится селективное окисление сульфидов железа (FeS). Железо обладает большим сродством с кислородом, чем медь. Пока в расплаве присутствует железо, медь почти не окисляется.

Основные реакции:

2FeS + Ю_>2> = 3FeO + SO_>2> + Q

За счет кислорода воздуха дутья. Реакция проходит с выделением тепла. Для отделения оксида железа (FeO) от сульфидного расплава, необходимо FeO перевести в шлак. Для этого конвертор постояннс добавляют кварцевый флюс.

FeO + SiO_>2> = 2FeO • SiO_>2> + Q — экзотерсическая

В фурменной зоне конвертора возможно переокисление железа, т.к. там много кислорода. С образованием магнетита

6FeO + O_>2> = 2Fe_>3>O_>4> +Q

tплFe2O3=1590"С

Поэтому образование большого количества магнетита не желательно. Разрушается магнетит (восстановление) по реакции:

3Fe^O_>4> + FeS + 5SiO_>2> - 5(2FeOSiO_>2>) + SO_>2> —Q-эндотермическая

Эта реакция протекает интенсивно при температуре свыше 1200 С. Поэтому процесс конвертирования желательно проводить при максимально высоких температурах. Однако, для увеличения срока службы футеровки конвертора существует температурный придел 1280-1320°С.

Основная цель этого периода: накопление в конверторе богатой по меди сульфидной массы. После первой заливки штейна и частичной продувки из конвертора сливают шлак. После чего заливакп следующую порцию штейна. Эти операции повторяют несколько раз (3-4 раза). До тех пор пока не накопится достаточное количество сульфидной массы. После этого проводят холостую продувку (без заливки штейна). В результате получают белый штейн или белый матт. Практически чистый сульфид меди (CuS). На практике в нем остается 4% FeS. Шлаки первого периода содержат 1,5-3% меди. Это высокое содержание, их необходимо переработать. Переработка заключается в том, что их отправляют в плавильную печь или в отдельные агрегаты. Дополнительное топливо для процесса не требуется. В процессе конвертирования происходит избыток тепла. Температура повышается на 5-7°С в минуту. Для избежания перегрева расплава в конвертор загружают холодные присадки (дробленый шлак, твердый штейн, вторичное сырье, медный концентрат).

Теоретическое содержание SO2 в газах 15%, но за счет подсоса воздуха концентрация составляет 2-4%. Для обеспечения максимальной производительности в процессе работы проводят прочистку фурм. Это делают вручную или автоматически. Длительность первого периода:

• при богатом штейне 6-9 часов;

• при бедном штейне 16-24 часа

1. Второй период

Основные реакции:

2CuS + ЗО, - 2Си_>2> О + 2SO_>2>

Cu_>2>S + 2Си_>2>О = 6Сы + SO_>2>

3Cu_>2>S + 3О_>2> = 6Cu+ 3SO_>2>_> >Проведение второго периода:

Основной процесс - это продувка белого матта воздухом. Процесс ведут без добавки флюсов и холодных присадок. Однако, теоретически шлака не должно получится. Практически шлак бывает, т.к. осталось 4%FeS и полностью шлак в первом периоде не удается слить. Содержание меди в шлаке второго периода до 30%. Такой шлак так же необходимо перерабатывать. Продолжительность второго периода - 2-3 часа. Основной продукт черновая медь, шлак, газы. Теоретическое содержание SO2 21%, на практике 4-6% в газах.

Производительность конвертора определяется временем работы конвертора под дутьем (это время в течение которого идет продувка расплава). Обычно время работы под дутьем составляет 70-80% от общего времени.

15 Преимущества и недостатки процесса конвертирования

Преимущества процесса:

• конвертирование весьма эффективный процесс;

• характерно высокой степенью использования кислорода;

- высокая удельная производительность во время дутья;

• процесс является автогенным (не требует добавки топлива).

Недостатки процесса:

• периодичность процесса. Время расходуется на заливку штейна, слив шлака, слив черновой меди.

• Большое время затрачивается на рабочий режим;

- трудно добиться во время работы герметичного соединения горловины конвертора с системой газоходов. Что приводит к поступлению в атмосферу цеха серо содержащий газов.

• небольшой срок службы конвертора из-за разрушения футеровки. Срок службы 1,5-3 месяца.

16 Устройство конвертера

Конвертер для продувки штейнов

1— фундамент; 2 — опорные ролики; 3 – бочка; 4 – опорный обод; 5 – горловина; 6 - футеровка; 7 — воздушный коллектор; 8 — фурма; 9 — зубчатое колесо; 10 — привод для вращения бочки

Конвертер для переработки штейнов (рис. 74) имеет цилиндрический сварной воздух из стальных листов, футерованных магнезитовым и хромомагнезитовым кирпичом. На кожухе укреплены стальные литые ободы, которыми конвертер опирается на стальные ролики, а также зубчатый обод, связанный через редуктор с электродвигателем, с помощью которого осуществляется поворот конвертера. Эта конструкция позволяет вращать конвертер вокруг продольной оси в любую сторону на 360 "С. В верхней части кожуха предусмотрено отверстие, на которое установлена горловина для отвода газов из конвертера.

Воздух в жидкую ванну штейна подается через фурмы, вставленные в фурменные отверстия в кожухе и кладке и закрепленные к кожуху по длине конвертера. Каждая из них состоит из стальной трубки, через которую воздух поступает под давлением 100—120 кПа и фасонной отливки с тремя отверстиями. Одно отверстие служит для подачи воздуха из рукава воздухопровода, второе — для крепления фурменной трубки к отверстию в кожухе и третье — для фурмования, т. е- для очистки фурменных трубок от настывающих корок штейна.

Кладку конвертера выполняют из магнезиальных огнеупоров: хромомагнези-товых и периклазошпинелидных. Наиболее изнашивающиеся части кладки — фурменная зона и прилегающая к ней надфурменная и торцевая зоны. В кладке фурменного пояса конвертера наиболее стоек периклазошпинелидный огнеупор. Толщина футеровки бочки и днища конвертера составляют 380—460 мм, В области фурм она достигает 540 мм. Продолжительность кампании конвертеров между текущими ремонтами 3—4 мес.

Выводы

Основными целями программы перспективного развития предприятия являются:

- повышение эффективности работы подразделений предприятия;

- увеличение объема производства продукции;

- повышение комплексности использования сырья;

- экономия материальных и энергоресурсов;

- уменьшение вредного воздействия на окружающую среду;

- автоматизация и механизация технологических процессов.

Сегодня СУМЗ внедряет современные технологии в комплексной переработке техногенных отходов. Так, в медеплавильном цехе был смонтирован и запущен в работу герметичный водоохлаждаемый напыльник, внедрение которого позволило снизить выбросы SO2

При плавке в жидкой ванне достигнута удельная производительность, превышающая более чем в 15 раз производительность отражательной печи при плавке сырой шихты Возможно широкое управление составом штейна и получение на богатых штейнах относительно бедных отвальных шлаков.

Основной задачей в металлургическом производстве является замена отражательной печи на печь Ванюкова с возможностью полной утилизации отходящих газов.

Помимо основного использования для плавки сульфидных концентратов на штейн, плавка в жидкой ванне пригодна для более широкого применения. При внедрении процесса в жидкой ванне необходимо учитывать его возможности, пути и направления развития, которые будут осуществляться уже в недалеком будущем.

К перспективным направлениям относятся прежде всего прямое получение черновой меди и глубокое обеднение шлаков, прямое получение медно-никелевого файнштейна, плавка коллективных медно-цинковых концентратов, комплексная переработка отвальных шлаков. Заслуживает внимания также использование принципов плавки в жидкой ванне для переработки окисленных никелевых и железных руд.

Дальнейшее развитие процесса конвертирования медных штейнов осуществляется в основном по 2-м направлениям: усовершенствование существующего процесса и создание новых высокоинтенсивных процессов и аппаратов.

С целью повышения эффективности работы горизонтальных конвертеров увеличивают их размеры, совершенствуют воздхоподводящую систему , применяют механическую продувку фурм и дутья, обогощенного кислородом, тщательно герметизируют напыльники и утилизируют тепло отходящих газов.

В настоящий момент на СУЗМ предусматриваются работы по отработке технологии плавки пылей и шихты в конвертерах. Дальнейшее развитие получит применение при конвертировании природного газа и технологического кислорода. Для конвертеров разрабатывается проект напыльников новой конструкции.

Список литературы

1. «Плавка в жидкой ванне», Ванюков А.В., Быстров В.П., Васкевич А.Д., под ред. Ванюкова А.В. – Металлургия, 1988 г.

2. «Технология металлургического производства цветных металлов», Матвеев Ю.Н., Стрижко В.С. – Металлургия, 1986 г.

3. «Металлургия черных и цветных металлов», Челищев, Арсентьев

4. «Общая металлургия», Уткин, Тарасов

5. Интернет