Способ очистки шлака в электрической печи

 

Изобретение относится к способу очистки шлака, образующегося в электрической печи в металлургических процессах с цветными металлами, в частности, способ относится к полунепрерывному способу очистки. Согласно новому методу в электрической печи предусмотрено по меньшей мере два отверстия для выпуска шлака, нижнее из которых расположено на одном и том же уровне, что и верхнее выпускное отверстие в печи обычного типа, работающей в порционном режиме, а второе выпускное отверстие находится выше либо на высоте впускного отверстия, либо только несколько ниже него. Изобретение обеспечивает сокращение времени обработки шлака. 6 з.п. ф-лы.

Настоящее изобретение относится к способу очистки шлаков, образующихся в электрической печи в металлургических процессах с нежелезными металлами, в частности, способ относится к полунепрерывному способу очистки.

В пирометаллургических процессах получения никеля и меди высушенный мелко размолотый концентрат сульфида никеля и/или меди сначала поступает, например, в печь для оплавки во взвешенном состоянии, куда помимо концентрата подают воздух, кислород или их смесь и флюс, такой как песок. В печи концентрат реагирует с другими подаваемыми в нее веществами, и на дно печи оседают два слоя, нижний, который является штейном, содержащим основное количество ценных металлов, а верхний является слоем шлака, который содержит также небольшое количество ценных металлов.

Окисленный шлак, получаемый из печи для плавки во взвешенном состоянии или из какой-то печи другого типа, на первом этапе процесса содержит ценные металлы в таком количестве, что их переработку продолжают, главным образом, в электрической печи, где шлак восстанавливают с помощью восстановителя, такого как кокс. При обработке в электрической печи ценные металлы, связанные в фазе шлака, восстанавливают и отделяют для получения особой фазы штейна, находящейся под слоем шлака. И полученный штейн, и отправляемый в отходы восстановленный шлак удаляют через соответствующие выпускные отверстия. Помимо меди и никеля в число ценных металлов входят благородные металлы и другие нежелезные металлы, такие как кобальт, в небольших количествах присутствующие в шлаке.

В большинстве случаев электрическая печь, используемая для переработки шлака, работает в режиме порционной переработки. В настоящее время объем печи, т.е. размер плавки, и время, необходимое для технологической обработки плавки на различных этапах, ограничивает производительность печи. Таким образом, если, например, производительность при плавлении концентрата возрастает, то при этом необходимо либо увеличить электрическую печь, либо также нужно увеличить производительность электрической печи, например, посредством использования двух электрических печей или путем замены одной печи на другую, большего размера, либо путем сокращения времени восстановления и выдерживания плавки, т.е. путем снижения скорости регенерации.

Были разработаны различные способы увеличения производительности электрических печей, работающих в порционном режиме. В патенте США 3857700 предложен способ, по которому очистку шлака улучшают посредством механического перемешивания. В патенте США 4110107 предложен способ, по которому углерод, используемый при восстановлении, вводят в расплавленный шлак, а в способе согласно патенту США 4168156 делается попытка улучшить удаление шлака посредством подачи газа в расплав.

Из патента США 3666440 известен способ очистки шлака, где используется электрическая печь, работающая в непрерывном режиме. В этом типе печи выпускное отверстие для отправляемого после переработки в отвал шлака предусмотрено на одном и том же уровне, что и впускное отверстие для окисленного шлака, подлежащего подаче в печь. Преимущество печи состоит в том, что шлак выпускают из печи переливом. Поскольку большая часть полностью восстановленного шлака находится на поверхности, то преимущество состоит в том, что он сливается первым. При работе в порционном режиме выпускное отверстие для шлака находится в придонной части слоя шлака, где очистку шлака выполняют в последнюю очередь. С другой стороны, недостаток непрерывного способа состоит в том, что с течением времени основная часть объема печи остается неиспользованной, когда выпускаемый шлак сливают из печи по более быстрому маршруту. В способе по патенту США 3666440 сделана попытка предотвратить это посредством конструкции стенки, находящейся на загрузочном конце и проходящей вниз на длину, равную слою шлака.

Наиболее близким аналогом является патент SU 1766995. Этот патент относится к обычному порционному способу очистки шлака в электрической печи. Согласно этому способу сначала заполняют печь расплавленным шлаком, коксом и шлакообразующим песчаником. Шлак осаждается и после этого начинают выпуск. В описании к патенту сказано, что твердую медно-никелевую руду и скрап загружают одновременно с выпуском из печи. Этот способ является обычным способом очистки шлака, хотя он и не был специально упомянут в рассматриваемой заявке. Единственное отличие от обычного порционного процесса состоит в том, что печь оборудована более чем одним выпускным отверстием. Однако выпуск осуществляется только после периода осаждения.

Задачей предложенного способа является сокращение времени обработки в обычном порционном процессе. Эта задача достигается за счет того, что, как сказано в описании, продолжают подачу шлака и одновременно начинают выпуск без отдельного этапа осаждения. Это возможно благодаря тому, что, как сказано, например, в прототипе, заполнение печи занимает 2,5 часа. Согласно заявленному способу заполнение печи продолжается и после того, как печь заполнится, при этом верхнее выпускное отверстие открывают на период времени, соответствующий 20-50% обычного времени заполнения печи. Опыт, достигнутый в применении данной методики, показал, что большая часть восстановительного шлака находится в верхней части печи, и она выпускается из печи первой через верхнее выпускное отверстие. Следовательно, в предложенном способе время осаждения шлака, выпускаемого таким образом, также может составлять около двух часов. В заявленном способе выпуск восстановленного шлака происходит в то время, когда другая часть шлака в печи осаждается и восстанавливается. Благодаря тому что часть порции выпускают одновременно с загрузкой, можно увеличить общий объем порции при нормальной продолжительности порционного цикла по сравнению с обычным объемом порции в той же самой печи, что является основным преимуществом изобретения.

Согласно способу по настоящему изобретению объем порции, подлежащей подаче в электрическую печь, возрастает на 20-50% по сравнению со способом обычного типа, работающим в порционном режиме, однако время полной обработки порции остается таким же.

Так называемая полунепрерывная электрическая печь по настоящему изобретению может работать по двум альтернативным режимам. Когда верхнее выпускное отверстие для шлака выполнено в верхней части печи, на том же уровне там также предусмотрены желобы, а если в печи уже были предусмотрены нижние отверстия и желобы, то они также эксплуатируются. Если печь является новой электрической печью, то там предусматривают отверстия для выпуска и желобы как для порционного, так и для непрерывного удаления шлака.

Первый способ работы так называемого полунепрерывного процесса заключается в следующем: очистку шлака в электрической печи начинают с того, чтобы, по известной методике, печь, которую полностью освободили от шлака через нижнее выпускное отверстие, начать наполнять посредством загрузки шлака в электрическую печь по обычной методике загрузки шлака из печи по оплавке во взвешенном состоянии или из какой-то другой подходящей плавильной печи, в то время как нижнее выпускное отверстие закрыто. На поверхность шлака вносят некоторые восстановители, такие как кокс. Печь заполняют вплоть до максимального уровня расплава, т.е. вплоть до верхнего выпускного отверстия, предусмотренного на уровне впускного отверстия, однако после этого заполнение еще непрерывно продолжают, например, в течение периода времени, которое соответствует до 20-50% обычного времени заполнения печи. Затем начинают слив через верхнее выпускное отверстие печи. Конечно ясно, что по меньшей мере верхнее выпускное отверстие для шлака выполнено на противоположной стороне печи по отношению к впускному отверстию. Шлак, который вытекает сверху через верхнее выпускное отверстие и представляет собой шлак, который находился в контакте с восстановителем, с этого времени начинают разливать, поскольку он имел достаточно времени для восстановления и осаждения, и при этом он имеет низкое содержание ценных металлов. Слив следует прекратить, когда шлак, подаваемый в печь, также начинает течь напрямую, как сливаемый. Загрузку из плавильной печи в электрическую печь прекращают, после этого электрическую печь эксплуатируют в режиме печи, работающей в порционном режиме, осуществляя восстановление, осаждение и сульфурирование обычным образом. Окончательный выпуск очищенного шлака осуществляют через нижнее выпускное отверстие таким же образом, как в обычном порционном режиме работы.

В соответствии с другим так называемым полунепрерывным режимом работы верхнее выпускное отверстие для шлака, дополненное желобом, предусмотрено ниже максимального уровня поверхности расплава в печи, например, на расстоянии, равном не более 1/2, предпочтительно около 1/3 высоты между максимальным уровнем поверхности расплава и обычным уровнем выпускного отверстия для шлака. В начале печь работает в описанном выше режиме, т.е. наполнение полностью опорожненной печи начинают посредством загрузки шлака в обычном режиме из печи для оплавки во взвешенном состоянии или подходящей плавильной печи в электрическую печь, в то время как нижнее выпускное отверстие закрыто. На поверхность шлака вносят некоторые восстановители, такие как кокс. Печь заполняют вплоть до максимального уровня расплава, однако после этого заполнение непрерывно продолжают, например, в течение периода времени, который равен приблизительно 20-50% обычного времени заполнения печи. Затем начинают слив через верхнее выпускное отверстие печи. Спустя период времени, достаточный для слива, верхнее отверстие закрывают, и поднимают уровень поверхности шлака вплоть до максимального. Выгрузку из печи начинают спустя период времени для переработки, который короче, чем обычно, сначала через верхнее выпускное отверстие, поскольку оно может быть рассчитано так, чтобы поверхностный слой шлака представлял собой уже переработанный, восстановленный шлак. Спустя соответствующий период времени, т.е. период времени, необходимый при обычном процессе работы в порционном режиме, выгрузку шлака заканчивают через нижнее отверстие.

Как видно из описания, приведенные выше способы работы теперь можно использовать в электрической печи, предназначенной для порционного режима работы, для работы в полунепрерывном режиме, и таким образом может быть значительно увеличена производительность печи. Способ согласно настоящему изобретению предпочтителен, в частности, когда необходимо расширить производство, поскольку использование описанных выше вариантов в предпочтительных режимах позволяет даже удвоить количество шлака по сравнению с обычного типа процессом работы в порционном режиме. Соответственно, при использовании упомянутого метода можно спроектировать новую печную установку меньшего размера, чем предшествующие конструкции печей.

Формула изобретения

1. Способ очистки шлака, образующегося в металлургическом процессе с цветным металлом, в котором из подаваемого в электрическую печь шлака под действием восстановителя образуется восстановленный слой шлака и слой штейна под слоем шлака, причем электрическая печь содержит впускное отверстие для подачи шлака, находящееся на максимальном уровне расплава, отверстие для выпуска шлака в нижней части слоя шлака, предназначенное для выпуска восстановленного шлака, и отверстие для выпуска штейна, в которое подают шлак в электрическую печь, содержащую два отверстия для выпуска шлака, расположенных на разной высоте, отличающийся тем, что заполняют печь до максимального уровня расплава при закрытом нижнем отверстии для выпуска шлака в нижней части слоя шлака, позволяют восстановленному шлаку вытекать через верхнее отверстие для выпуска шлака, останавливают поток восстановленного шлака из верхнего отверстия для выпуска шлака, прекращают подачу шлака в печь и выпускают шлак через нижнее выпускное отверстие.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхнее отверстие для выпуска шлака расположено на высоте впускного отверстия.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что заполнение электрической печи шлаком продолжают даже после того, как электрическая печь заполнится до уровня, соответствующего максимальному уровню расплава, в течение времени, соответствующего 20-50% обычного времени заполнения печи, после чего заполнение прекращают.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхнее отверстие для выпуска шлака расположено на расстоянии, составляющем при измерении от максимального уровня расплава не более 1/2 расстояния между впускным отверстием и нижним отверстием для выпуска шлака.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхнее отверстие для выпуска шлака расположено на расстоянии, составляющем при измерении от максимального уровня расплава не более 1/3 расстояния между впускным отверстием и нижним отверстием для выпуска шлака.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что заполнение электрической печи шлаком продолжают даже после того, как электрическая печь заполнится до уровня верхнего выпускного отверстия, в течение периода времени, соответствующего 20-50% обычного периода заполнения печи, после чего заполнение прекращают, верхнее выпускное отверстие закрывают и поднимают поверхность шлака до уровня, соответствующего максимальному уровню расплава.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановленный шлак выгружают из печи сначала через верхнее выпускное отверстие, а после этого через нижнее выпускное отверстие.