Выбор технологии производства Описание основного агрегата Физико-химические основы процесса Технико-экономические показатели Металлургический расчет Библиографический список
1. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА Плавка во взвешенном состоянии на подогретом дутье была осуществлена в промышленном масштабе финской фирмы “Оутокумпу” на заводе “Харьявалта” . В первоначальном варианте для плавки применяли воздушное дутье, подо гретое до 400—500°С. Начиная с конца 60-х годов, этот процесс по лицензии фирмы “Оутокумпу” стали широко применять на металлургических заводах многих стран. В настоящее время он внедрен более чем на 30 предприятиях для переработки медных, никелевых и пиритных концентратов, в т.ч. на Надеждинском металлургическом заводе. Финскую плавку на сегодня можно считать самым распространенным в промышленности и наиболее технологически и аппаратурно-отработанным автогенным процессом плавки сульфидных концентратов Особенностями взвешенной плавки являются: высокая производительность (удельный проплав 10-15 т/м2 в сутки) ; низкий расход топлива — процесс плавки сульфидного концентрата протекает в режиме, близком к автогенному; возможность полного автоматического управления процессом плавки с помощью системы "Проскон-103''; возможность получения штейна требуемого состава; утилизация серы из высококонцентрированных серных газов. Конструкция ПВП и комплекс других технических решений обеспечивают получение пара энергетических параметров и высокую степень утилизации серы из отходящих газов, что резко снижает выброс двуокиси серы в окружающую среду и значительно улучшают условия труда обслуживающего персонала В плавильном цехе НМЗ имеется две печи взвешенной плавки одинаковой конструкции для плавки медного и никелевых концентратов Передел взвешенной плавки — структурное подразделение плавильного цеха HMЗ
2. ОПИСАНИЕ ОСНОВНОГО АГРЕГАТА Конструкция печи для плавки во взвешенном состоянии на подогретом дутье достаточно сложна — она сочетает в себе две вертикальные шахты (реакционную и газоходаптейк) и горизонтальную камеру-отстойник Тонкоизмельченная шихта, предварительно высушенная до содержания влаги менее 0,2%, подается по системе ленточных конвейеров и пневмотранспорта в бункер шихты. Из бункера шихта двумя скребковыми транспортерами "Редлер" подается через свод реакционной камеры с помощью четырех специальных горелок. Основное на значение горелки — приготовление и подготовка шихтововоздушной смеси для ускорения процесса горения сульфидов. Перемешивание шихты с дутьем достигается разбиванием струи шихты о конус-рассекатель и подачей дутья через воздушный патрубок и распре делительную решетку
Печь для плавки во взвешенном состоянии 1 — горелка; 2 — реакционная камера; 3 — отстойная ванна; 4 — аптейк; 5 — котел-утилизатор; 6 — паровой воздухоподогреватель; 7 — топливный воздухоподогреватель Вся печь взвешенной плавки выполнена в виде кладки из магнезитового кирпича. Футеровка реакционной шахты и аптейка заключена в металлические кожухи из листовой стали. В кладку всех элементов печи заложено большое количество водоохлаждаемых элементов, что позволяет значительно удлинить срок службы агрегата. Аптейк непосредственно сочленен с котлом-утилизатором туннельного типа. В боковой стене отстойной камеры установлены две медные водоохлаждаемые плиты с отверстиями для выпуска шлака, а в передней торцевой стене — чугунные шпуры для выпуска штейна Габариты печи определены на основании технологических расчетов произведенных с помощью ЭВМ, исходя из проектной производительности печи и других исходных параметров для проектирования В реакционной шахте, для окисления компонентов концентрата, используется воздух обогащенный кисло родом и подогретый до 200°С. Согласно теплового баланса — степень обогащения дутья кислородом на ПВП никеля составляет 26% при среднем составе шихты, что позволяет реакционной шахте работать автогенно, без применения дополнительного топлива Оборудование рассчитано на максимальное обогащение кислородом до 40%, если по каким-либо причинам: 1. Теплопотребление шихты увеличится 2. Увеличатся тепловые потери печи 3. Подогрев воздуха уменьшится Если обогащения дутья кислородом до 40% из-за вышеперечисленных факторов окажется недостаточным, то для восполнения недостатка тепла в реакционной шахте, используют природный газ Расплавленные частицы падают на поверхность ванны отстой ника. В отстойной зоне печи происходит расслоение сульфидно-силикатного расплава на шлак и штейн. Для поддержания заданной температуры шлака и штейна в отстойной зоне смонтировано 18 горелок природного газа. При выходе из реакционной шахты направление движения газов изменяется на 90° — газовый поток проходит горизонтально над ванной в отстойной зоне печи. Затем направление движения газа вновь изменяется на 90° — газ поднимается по вертикальному аптейку печи вверх. В аптейк инжектируется угольная пыль, где и происходит восстановление сернистого газа до элементарной серы. Благодаря такой конструкции печи происходит достаточно полное отделение сульфидно-силикатных частиц, находящихся во взвешенном состоянии, от газового потока Пылевынос из печи взвешенной плавки составляет 12—15% от веса загружаемой шихты После аптейка газы поступают в котел-утилизатор, где охлаждаются с 1350°С до 550°С, а затем после очистки в электрофильтрах от пыли, поступают в серный цех для улавливания из газов элементарной серы Печь взвешенной плавки является головным агрегатом в цепи переработки серосульфидных концентратов. Агрегат обладает высокой интенсивностью плавления. В связи с этим печь имеет сложную и многообразную систему охлаждения Агрегат должен обладать высокой герметичностью. Нарушение герметичности ведет к подсосам, что нарушает тепловой баланс печи, разубоживает отходящие газы и увеличивает их объемы, увеличивает расход восстановителя. Вышеперечисленные причины отрицательно сказываются на дальнейшей обработке газов в серном цехе Все три части печи взвешенной плавки должны иметь высокую герметичность, требуют жесткого поддержания заданных параметров, что обеспечивается работой печи в автоматическом режиме с по мощью ЭВМ
3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА Процесс плавки сульфидных концентратов с утилизацией серы из отходящих газов очень сложен, поэтому на производительность печи, полноту протекания окислительных и восстановительных реакций влияют многие факторы, основными из них являются; размеры частиц и время нахождения частиц в газовом потоке; время нагрева частиц; скорость, направление и последовательность окисли тельных реакций, влияние температуры на конечное химическое равновесие; минералогический состав концентратов; вид восстановителя сернистого ангидрида и влияние температуры на конечное равновесное состояние восстановительных реакций.
Размеры частиц и величина удельной поверхности компонентов шихтовых материалов Обычно руды измельчают перед флотацией в пределах нижнего класса крупностью от 60% класса — 0,0605 мм до 90% класса — 0,088мм. Средней величиной зерна флотационных концентратов можно считать от 0,07мм до 0,03мм Процессы нагревания сульфидных частиц, диссоциации высших сульфидов и взаимодействия сульфидов с кислородом печной атмосферы в ходе взвешенной плавки являются типичными гетерогенными процессами, скорость которых при прочих, равных условиях линейно зависит от величины поверхности раздела на границе твердое — газ Произведя несложный расчет, можно убедиться что 1 кг материала с удельным весом 4 г/см3 при среднем диаметре зерна 0,04мм, что соответствует размеру зерен флотационных концентра тов., имеет удельную поверхность 59,5 м2/кг, Будучи взятым в виде компактного шара, тот же I кг материала имеет поверхность всего 0,019 м2. Таким образом, измельчение материала влечет за собой резкое увеличение его удельной поверхности, Однако, излишнее переизмельчение шихтовых материалов нежелательно, так как в этом случае возрастает пылеунос Движение частиц в газовом потоке Очень важным параметром процесса плавки во взвешенном состоянии является время пребывания шихтовых частиц в потоке от момента поступления в пространство реакционной шахты до соударении с поверхностью расплава в отстойной зоне печи Поскольку и газы, и частицы шихты движутся в одной направлении сверху вниз, очевидно, что время пребывания шихтовых частиц в полете определится суммой скоростей свободного падения частицы и движения газового поток. В условиях плавки сульфидных флотационных концентратов скорость собственного падения самых крупных зерен концентрата не превышает I м/сек. Сульфидные частицы, вдуваемые в реакционную шахту, незначительно опережают газовый поток и время, необходимое для прохождения частиц концентрата по всей высоте плавильной шахты, равно 0,8—0,9 времени прохождения газом этого же пути, И если га
