Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии

 

Изобретение может быть использовано при автогенной плавке сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии. Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии включает вдувание шихты, состоящей из медно-никелевых материалов и флюсов, кислородсодержащим дутьем в реакционную зону печи, загрузку охладителей, содержащих цветные металлы. Окисленные и расплавленные продукты разделяются в зоне отстоя печи на шлак и штейн. Толщину подины уменьшают на 25 - 80% по сравнению с проектной. Образующуюся газовую фазу удаляют из печи. Охладители подают в количестве (0,07-0,2)·M·((H-H_т)/H)^0,5, где H-требуемая толщина подовой настыли; H_т-текущая толщина подовой настыли; M-удельная загрузка шихты в печь (т/м²· сутки). Отношение высоты расплава в печи от нижней выдачи штейна к ширине ванны расплава поддерживают в диапазоне от 0,12 до 0,18. Температуру на огневой поверхности подины или образующейся подовой настыли поддерживают не более 800^oC. Выдачу штейна производят с точки не менее H от нулевой точки подины, увеличивается срок службы печи. 1 з.п.ф-лы, 2ил., 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к автогенной плавке сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии.

Известен способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии, включающий вдувание их в смеси с флюсующими добавками кислородсодержащим газом в реакционную зону, окисление и плавление, загрузку твердых металлосодержащих охладителей, при обогащении дутья кислородом, разделение продуктов плавки в зоне отстоя и удаление газов (Авт. свид. 1351103, кл.C 22 В 5/08, 1985).

В данном способе твердые охладители подают на поверхность расплава, расположенную под реакционной зоной, в количестве 0.2-1% от массы загружаемой шихты на каждый дополнительный процент содержания кислорода в дутье сверх необходимого для автогенного протекания процесса. Плавку ведут при расходе кислорода на тонну шихты 170 нм³.

Однако в процессе плавки происходит износ футеровки печи, в частности, данный способ не обеспечивает защиту подины печи от размывания падающими сверху перегретыми агрессивными продуктами плавки. При этом плавление оборотов происходит в слое штейна, прилегающем к границе его раздела со шлаком, а внутренняя поверхность футеровки подины непосредственно контактирует с горячим штейном. Происходит проникновение расплава в поры футеровки и ее разрушение. Частицы футеровки всплывают на поверхность расплава и удаляются вместе со шлаком. При разрушении верхнего хромомагнезитового слоя футеровки подины расплав штейна начинает активно воздействовать на шамотный слой подины, обладающий меньшей стойкостью, что требует аварийной остановки печи и проведения длительного капитального ремонта. При несвоевременном контроле за состоянием подины возможна аварийная ситуация из-за проедания расплавом остатков футеровки подины.

Известен также способ (Заявка 4946797/02 от 20.06.91, пол. реш. от 03.06.92; Технологическая инструкция ТИ 48.0401.14.109-34-88) переработки сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии, включающий вдувание шихты, состоящей из медно-никелевых материалов и флюсов, кислородсодержащим дутьем в реакционную зону печи, окисление и плавление, загрузку твердых металлосодержащих охладителей, разделение продуктов плавки в зоне отстаивания печи и удаление газов. При этом, для увеличения срока службы подины, переработку ведут при расходе кислорода 190-230 нм³ на тонну шихты, а твердые охладители загружают в места наибольшего износа подины в количестве 1.1-1.5% от массы шихты на каждый дополнительный процент кислорода, превышающий теоретически необходимое для автогенного протекания процесса. Твердые охладители подают с образованием откосов в пределах 100-1000 мм над уровнем расплава. Отношение высоты расплава от нижней точки выдачи штейна к ширине ванны не превышает 0,11.

Процесс рассчитан на перенасыщение штейна оксидами железа и никеля, как за счет переокисления их сульфидов в реакционной зоне, так и за счет растворения оборотов. При этом предполагается образование слоя настыли из оксидов на поверхности подины, предохраняющей подину от размывания расплавом.

Данный способ не нашел применения, так как не обеспечивает устойчивой настыли на подине. Это объясняется в частности тем, что образование оксидов на поверхности подины процесс затруднительный, несмотря на увеличение доли кислорода в дутье. Окислы железа легче расплава штейна и переходят в шлаковую фазу. Получающаяся оксидная настыль не имеет плотной структуры, рыхлая и пропитана расплавом штейна, вследствие чего не устойчива к действию сульфидных расплавов и разъедается штейном. Низкая теплопроводность оксидов (в десятки раз меньше металлов) и высокая температура плавления не позволяют наращивать подину до необходимой толщины. Настыль получается с высокими теплоизолирующими свойствами, что не позволяет отводить необходимое количество тепла от настыли и способствовать кристаллизации новых слоев. Это, в лучшем случае, может позволить использовать способ для защиты верхних слоев подины или устранения небольших размывов поверхности подины.

Однако на практике разрушение подины происходит не только за счет разъедания расплавом и постепенным утоньшением окатов. Более опасным является случай: проникновения расплава под верхние окаты подины. В этом случае верхние окаты подины начинают всплывать, что требует аварийной остановки печи.

Введение дополнительных порций охладителей, совмещенное с увеличением доли кислорода в дутье, приводит к повышению температуры расплава из-за увеличения выделения тепла при горении. Высокая температура расплава повышает активность штейнового расплава и происходит более глубокое проникновение его в разрушающийся слой подины, что приводит к всплытию верхних окатов подины и проникновению разогретых масс расплава до шамотного слоя подины.

В результате настыль, образующаяся при ведении процесса по данному способу, неустойчива в период ведения процесса, не может быть сформирована необходимой толщины, тем самым не обеспечивает надежной защиты подины, что в результате не приводит к продлению срока службы печи.

Задачей изобретения является такое усовершенствование способа переработки медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии, при котором создаются условия для наращивания на подине печи настыли необходимой толщины и устойчивой к действию расплава штейна, что позволяет защитить подину от разрушения без ухудшения качества самого процесса плавки.

Технический результат от использования данного изобретения - увеличение срока службы печи.

Технический результат достигается тем, что переработка сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии, включает вдувание шихты, состоящей из медно-никелевых материалов и флюсов, кислородсодержащим дутьем в реакционную зону печи, их окисление и плавление, загрузку твердых металлосодержащих охладителей, разделение продуктов плавки в зоне отстоя печи, удаление газов и наращивание настыли на подине. При этом, согласно предлагаемому изобретению, толщину подины уменьшают на 25-80% от проектной величины, металлосодержащие охладители загружают в количестве (0,07-0,2)·М·((H-H_т)/P)^0,5, где H - толщина подовой настыли, которую необходимо нарастить; H_т - текущая толщина подовой настыли; M - удельная загрузка шихты в печь (т/м²·сутки), отношение высоты расплава в печи от нижней точки выдачи штейна к ширине ванны поддерживают равной 0,12-0,18, при этом температуру огневой поверхности подины или подовой настыли, образующейся из продуктов плавки металлсодержащих охладителей, поддерживают не более 800^oC, а выдачу штейна производят с высоты не менее H от нулевой точки подины.

Для ускорения образования подовой настыли в качестве охладителей используют материалы с содержанием цветных металлов более 60%.

Сущность изобретения заключается в том, что при ведении процесса согласно предлагаемому способу на подине печи происходит образование плотного слоя настыли преимущественно из сплава цветных металлом, стойкого к действию расплава. Сформированная до необходимой толщины настыль обеспечивает защиту подины от разъедания расплавами штейна, что обеспечивает технический результат данного изобретения.

Прохождение необходимых для образования настыли процессов требует определенного теплового баланса между продуктами плавки (расплавы штейна и шлака, и охладители - медно-никелевые обороты) и подиной. Этот баланс обеспечивается уменьшением толщины подины и увеличением высоты расплава от нижней точки выдачи штейна, а также введением определенного количества охладителей. Так как по мере наращивания настыли изменяются тепловые потоки через подину, количество загружаемых охладителей подается в соответствии с изменением толщины настыли.

Формированию настыли необходимого химического состава способствует определенное количество охладителей в ванне расплава и отсутствие избытка кислорода в дутье. Наращиванию и сохранению настыли определенной толщины способствует поддержание определенной температуры на границе расплава и подины и/или образующейся подовой настыли, а также загрузка определенного количества охладителей и слив штейна с высоты не менее требуемой толщины подовой настыли.

Требуемая толщина подовой настыли определяется несколькими факторами. Во-первых, необходимостью надежной защиты подины и прилегающих к ней стен печи от расплава. Во-вторых, минимизацией тепловых потерь. В-третьих, перерабатываемым сырьем, так как при переработке в печи ряда оборотов необходима большая высота расплава.

Настыль образуется из продуктов, содержащихся в загружаемых охладителях и штейне при их разделении в процессе плавки на тяжелые, относительно тугоплавкие, и более легкие фракции. Тяжелые фракции, содержащие высокие концентрации цветных металлов (медь и никель), под действием силы тяжести опускаются на дно ванны, где вследствие более высокой температуры плавления эти фракции застывают, образуя настыль. При кристаллизации этих продуктов образуется плотный слой богатый по содержанию цветных металлов. Часть же продуктов из охладителей, переходит в штейновую фазу, снимая при расплавлении избыток тепла от расплава. Фракции бедные по цветным металлам, в частности содержащие окисленное железо, переходят в шлак. Чтобы проходили успешно процессы описанные выше, необходимо создание ванны с более высоким слоем расплава, чему также способствует увеличение уровня расплава от нижней точки выдачи штейна.

Образующаяся настыль защищает подину от воздействия расплавов, что обеспечивает значительное увеличение срока эксплуатации печи и, в частности, экономии огнеупорных материалов, так как в этом случае отпадает необходимость в укладке верхних окатов огнеупорного кирпича на подине. При эксплуатации печи с обычной толщиной подины, выполненной по заложенной (проектной) схеме футеровки (шамотный и хромомагнезитовый слои), данный способ позволяет создать за счет настыли защитный слой на разрушающейся подине и тем самым обеспечить продолжение эксплуатации печи. Для этого удаляют ее верхние слои, а вместо них, ведя процесс плавки согласно предлагаемому способу, создают слой настыли с высоким содержанием цветных металлов. Сформированная настыль в силу ее высокой плотности и хорошего сцепления с огнеупорными материалами подины надежно удерживается на ней, обеспечивая защиту, и тем самым продление срока службы печи.

Уменьшение толщины подины на 25-80% по сравнению с проектной обеспечивает повышение отвода тепла от нижних слоев расплава и уменьшает тепловой поток от верхних слоев расплава, за счет удаления поверхности подины от разогретых слоев, что создает благоприятные условия для формирования настыли.

Загрузка охладителей в рекомендуемом количестве обеспечивает формирование настыли необходимого состава, а также снимает часть тепла от нижних слоев расплава. При этом количество подаваемых охладителей зависит от толщины сформированной подовой настыли - H_т. Это обеспечивает необходимое ведение процесса плавки и формирование подовой настыли определенного химического состава с высоким содержанием цветных металлов (Ni - 45-60%, Cu - 30-55%, Fe - 1-З%, S - 4-10%) и поддержание определенного качества штейна.

Поддержание отношения высоты расплава в печи от нижней точки выдачи штейна к ширине ванны от 0,12 до 0,18, обеспечивает необходимую тепловую емкость расплава и одновременно способствует снижению нагрева нижних слоев штейна и поверхности подовой настыли, так как при этом возрастает расстояние до верхних горячих слоев расплава.

Поддержание температуры на огневой поверхности подины или образующейся подовой настыли из продуктов металлсодержащих охладителей не более 800^oC обеспечивает кристаллизацию тяжелых композиций на поверхности подины или подовой настыли и препятствует ее оплавлению, позволяя сохранять заданную толщину подовой настыли и тем самым надежно защитить верхний окат подины.

Выдача штейна с уровня не менее H от нулевой точки подины обеспечивает движение разогретых потоков штейна при его скачивании (в период наращивания подины) преимущественно в верхней части расплава, тем самым не допуская активные и разогретые массы расплава штейна к образующейся подовой настыли, что способствует стабильности настыли по толщине и теплофизическим свойствам.

Использование в качестве охладителей материалов с высоким содержанием цветных металлов - более 60%, позволяет ускорить процесс формирования подовой настыли, так как уменьшается время на выделение богатых (по цветным металлам) фаз в процессе плавки и их кристаллизации.

Если уменьшить толщину подины менее 25% от проектной, то тепловой поток через подину будет недостаточный для создания необходимых условий, благоприятных для формирования подовой настыли.

Если уменьшить толщину подины более чем на 80% от проектной, то возможно полное разрушение подины расплавом ранее, чем будет сформировала необходимая подовая настыль. Кроме того, в процессе эксплуатации значительно возрастают тепловые потери через подину.

Если производить загрузку охладителей меньше, чем 0,07·M·((H-H_т/H)^0,5, то формирование настыли протекает медленно или может прекратиться, так как будет нарушен не только тепловой баланс, но и необходимый материальный баланс.

Если загружать охладители в количестве больше, чем 0,02·M·((H-H_т/H)^0,5, то, вследствие переохлаждения расплава, возможен неконтролируемый рост настыли, вплоть до застывания расплава, и нарушение технологического процесса плавки.

Если поддерживать отношение высоты расплава в печи от нижней точки выдачи штейна к ширине ванны менее 0,12, то возрастает тепловой поток от штейна на подину печи и повышается химическая активность штейна вследствие роста температуры (более 800^oC), что приводит к разрушению окатов подины или образующейся подовой настыли. При этом тепловая емкость расплава недостаточна для загрузки необходимого количества охладителей, что приведет к нарушению технологии плавки (в частности, повышается содержание ценных компонентов в шлаке).

Если отношение высоты расплава в печи от нижней точки выдачи штейна к ширине ванны более 0,18, то тепловой поток недостаточен для поддержания подовой настыли необходимой толщины, что приведет к самопроизвольному наращиванию настыли, тем самым уменьшая полезную емкость печи. Также возможно попадание штейна в шлак при сливе последнего.

Если температура на огневой поверхности подины или образующейся подовой настыли будет выше чем 800^oC, то начнется процесс оплавления образующейся настыли или будет невозможно ее образование на подине.

Если выдавать штейн с уровня менее H от нулевой точки подины, то горячие и активные массы расплава будут омывать подовую настыль, что приведет к ее интенсивному оплавлению и уменьшению необходимой для защиты подины толщины. Кроме того, нарушится требуемое качество выдаваемого штейна, так как он будет обогащаться цветными металлами из подовой настыли.

Если загружать охладители с содержанием цветных металлов менее 60%, то для выделения тяжелых и тугоплавких фракций потребуется больше времени, это увеличит время формирования настыли.

Изобретение поясняется рисунками. На фиг. 1 изображена печь в период наращивания подовой настыли. На фиг. 2 изображена печь после наращивания подовой настыли. Печь взвешенной плавки содержит: корпус 1, подину 2, подовую настыль 3, слой штейна 4, слой шлака 5, охладители 6, нулевую точку подины 7, нижнюю точку выдачи штейна 8.

Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии включает вдувание шихты, состоящей из медно-никелевых материалов и флюсов, кислородсодержащим дутьем в реакционную зону печи (не показано), загрузку охладителей, содержащих цветные металлы. Окисленные и расплавленные продукты разделяются в зоне отстоя печи на шлак 5 и штейн 4. Толщину подины 2 уменьшают на 25-80% по сравнению с проектной. Образующуюся газовую фазу удаляют из печи. Охладители 6 подают в количестве (0,07-0,2)·M·((H-H_т/H)^0,5, (где H - требуемая толщина подовой настыли, H_т - текущая толщина подовой настыли, M - удельная загрузка шихты в печь (т/м²-сутки)). Отношение высоты расплава в печи от нижней точки выдачи штейна 8 к ширине ванны расплава поддерживают в диапазоне от 0,12 до 0,18. Температуру на огневой поверхности подины 2 или образующейся подовой настыли 3 поддерживают не более 800^oC. Выдачу штейна 4 производят с точки 8 не менее H от нулевой точки 7 подины 2.

Для ускорения образования подовой настыли в качестве охладителей используют материалы с содержанием цветных металлов более 60%.

Пример конкретного осуществления предлагаемого способа.

Предлагаемый способ был реализован на ПВП-1 Надеждинского металлургического завода НГМК.

В процессе эксплуатации печи при замере высоты расплава был отмечен подъем верхних окатов в нескольких участках подины, вызванный проникновением штейна в глубь подины. Возможность всплытия подины требовала аварийной остановки печи и проведения ремонтных работ, которые останавливали функционирование одной из двух линий до 6 месяцев.

Для реализации предлагаемого способа продолжили эксплуатацию печи, доведя до удаления разрушающихся окатов расплавом. После чего расплав из печи был скачен и проведен внешний осмотр печи. Было отмечено, что удалены 2 оката примерно с 30% площади подины. Промеры показали, что удалено 0,8 м (60%) от проектной толщины (1,4 м) подины. На поверхность подины, где были удалены окаты, загружены охладители и начат подъем уровня расплава. Для предотвращения активного разъедания нижних окатов подины расплавом и поддержания температуры огневой поверхности подины не выше 800^oC, производили принудительное охлаждение днища печи за счет обдува воздухом с помощью вентиляторов (более 30000 нм³/ч). Контроль температуры подины осуществляли по данным термопар, вмонтированных в подину и тепловизионными обследованиями. По мере расплавления охладителей вводились их новые порции. В качестве охладителей использовали обороты (например, конвертерный шлак). Уровень расплава в печи от нижней точки выдачи штейна поддерживали 1,2-1,3 м (отношение к ширине ванны расплава 0,15-0,16). Штейн выдавали через шпуровое отверстие, расположенное на высоте 0,83 м от нулевой точки подины. Качество штейна в период испытаний составляло от 43 до 50. По мере эксплуатации подины происходило дальнейшее удаление верхних окатов печи. Поэтому загрузку охладителей производили с учетом только удаленной поверхности подины. В зависимости от содержания кислорода в охладителях уменьшали его долю в дутье, обеспечивая только необходимое количество для протекания автогенного процесса. Требуемая высота подовой настыли H составляла 0,8 м. Режимы загрузки и результаты наращивания настыли сведены в таблицу. Необходимое количество охладителей (минимальное и максимальное значения) рассчитаны по формуле изобретения.

К началу шестого месяца имели настыль от 600 до 650 мм. Таким образом, проведенные работы подтвердили работоспособность предлагаемого способа и позволили продолжить эксплуатацию печи без ухудшения качества штейна.

Ведение процесса согласно предлагаемого способа имеет следующие преимущества.

Продление срока службы печи за счет увеличения длительности экспулатации подины, что предотвращает остановку печи в частности и линии в целом на 3-6 месяцев. При этом верхние окаты подины не укладываются, а вместо нижнего шамотного слоя можно использовать хромомагнезитовый слой, что кроме увеличения срока службы печи позволяет экономить огнеупорные материалы. При уменьшении толщины подовой настыли, в процессе эксплуатации печи, ее наращивание производится согласно режимам данного способа, что позволяет устранить остановки печи на ремонты для замены подины.

Устранение аварийной остановки печи при нарушении целостности верхних окатов подины (подъем верхних, окатов подины при проникновении расплавов) за счет удаления разрушающихся окатов и наращивания слоя настыли вместо удаленных слоев, что позволяет продолжить эксплуатацию печи.

Кроме того, в результате создается печь принципиально новой конструкции - с изменяемой глубиной подины, что дает еще одну возможность управления процессом, за счет регулирования массой расплава в более широких пределах.

Следует также отметить, что способ, в процессе его реализации для наращивания настыли, позволяет перерабатывать обороты.

Формула изобретения

\ \ \ 1 1. Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов во взвешенном состоянии, включающий вдувание шихты, состоящей из медно-никелевых материалов и флюсов, кислородсодержащим дутьем в реакционную зону печи, их окисление и плавление, загрузку твердых охладителей, разделение продуктов плавки в зоне отстоя печи, удаление газов и наращивание настыли на подине, отличающийся тем, что толщину подины уменьшают на 25 - 80% по сравнению с проектной, охладители загружают в количестве \\\6 (0,07 - 0,2) · M · ((H - H_т)/H)^0,5, \\\1 где H - толщина подовой настыли, которую необходимо нарастить; \\\4 H_т - текущая толщина подовой настыли; \\\4 M - удельная загрузка шихты в печь (т/м² · сутки), \\\1 отношение высоты расплава в печи от нижней точки выдачи штейна к ширине ванны поддерживают равной 0,12 - 0,18, при этом температуру огневой поверхности подины или подовой настыли, образующейся из продуктов плавки металлсодержащих охладителей, поддерживают не более 800ºC, а выдачу штейна производят с высоты не менее H от нулевой точки подины. \\\2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителей используют материалы с содержанием цветных металлов более 60%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Дата прекращения действия патента: 13.07.2009

Извещение опубликовано: 20.09.2009        БИ: 26/2009

---