книги / Медеплавильщик
..pdfПечь имеет два загрузочных устройства сечением 400 X X 250 мм каждое и загрузочную форкамеру. Пропускная спо собность каждого загрузочного устройства расочитана на полную производительность печи, что обеспечивает не только беспере-
Рис. 10. Печь для обжига медных концентратов в кипящем слое:
1 — газоотводы; |
2 — кожух печи; |
3 - |
сливной |
порог; |
4 — разгрузочная |
камера; |
||||||
5 — бункера |
разгрузочной |
камеры; |
6 — |
коробка для |
подвода воздуха |
к рабочей зоне; |
||||||
7 — коробка |
для |
подвода |
воздуха к |
зоне |
загрузки; |
8 — опорная рама; 9 — воздушные |
||||||
сопла; 10 — форкамера; |
11 — |
загрузочная |
течка; |
12, 16 |
— дверки; |
13 — |
форсунки; |
|||||
|
14 — установка |
для |
отвода |
тепла; |
15 |
— |
воздухопровод |
|
|
бойную работу печи, но и более равномерное питание печи ших той по ширине форкамеры. Питание печи шихтой производится двумя ленточными питателями размером 500 X 1500 мм с весоизмерителями типа ВЛ-М58.
Приемная |
часть разгрузочного |
устройства имеет |
сечение |
||
300 X 1000 мм |
и |
расположена на |
высоте 1500 мм |
от |
подины |
(высота кипящего |
слоя). Разгрузочное устройство |
соединяется |
32
с разгрузочной камерой площадью 2200X3000 мм. Камера пред ставляет собой металлический кожух, футерованный шамотным кирпичом и перекрытый сводом из такого же кирпича. Дно ка меры выполнено в виде двух бункеров с выпускными течками, полезная емкость бункера 6 м3. Огарок из печи непрерывно по ступает в бункера разгрузочной камеры и далее транспортиру ется в отражательную печь. Для аварийной разгрузки печи в случае выхода ее из строя имеется всасывающая линия пнев мотранспорта, по которой огарок транспортируется в специаль ный приемный бункер.
Отвод избыточного тепла из кипящего слоя осуществляют термоэлементами (горизонтальными трубными змеевиками), ра ботающими по принципу испарительного охлаждения. Система отвода тепла представляет собой прямоточный котел, состоящий из двух последовательно работающих частей. Первая часть — змеевики насыщенного пара разделены на восемь элементов, работающих параллельно. Каждый элемент состоит из трубы длиной 37 м и диаметром 51 -5,5 мм. Последовательно за каж дым элементом насыщенной части установлены элементы паро перегревателя, который также состоит из восьми параллельно работающих элементов. Каждый элемент состоит из двух парал лельных труб диаметром 51 *5,5 мм и длиной 10 м. Общая по верхность теплоотводного устройства 73 ж2, количество получаю щегося пара 20 т/ч.
Регулирование теплоотвода производится путем впрыскива ния конденсата, имеющего температуру не ниже 100° С, в витки пароперегревателя, в результате температура выдаваемого пара изменяется от 200 до 500° С.
Для автоматического регулирования температуры кипящего слоя и поглощения избыточного тепла в слое дополнительно монтируют две водяные форсунки.
Очистка отходящих газов производится в три ступени. Газы из печи по двум стоякам диаметром 2,5 м поступают в рекупе ратор. Затем охлажденные до 350° С газы поступают в первую ступень очистки — циклон диаметром 2,5 м. Вторую ступень очистки осуществляют в двух параллельных батареях из цик лонов НИИОГАЗ типа ЦН-<15 диаметром 900 мм, а третью—, в электрофильтрах, куда газы поступают с запыленностью около
15г/нм3.
Уловленная в циклопах пыль собирается в бункерах, из ко
торых ее пневмотранспортом направляют в отделение подшихговки пыли — в шихтарник. Количество этой пыли составляет 10—15% от веса шихты, остальную циклонную пыль через шлю зовый затвор разгружают в бункер огарка и вместе с ним на правляют в отражательную печь.
Необходимо отметить, что при обжиге негранулированной шихты вынос пыли достигает 60%, при применении же предва рительной грануляции его можно снизить до 28%.
Печь описанной конструкции имеет высоту кипящего слоя 1500 мм, линейную скорость воздуха в слое 50 см/сек, темпера туру 800° С. На 100 т концентрата расходуется 178,2 т«воздуха, или 16,5 м3/сек. Производительность печи по шихте составляет 53,8 т/м2 в сутки, по концентрату 31,3 т/м2 в сутки, степень де сульфуризации 77%.
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ОБЖИГА. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОБЖИГОВЫХ ПЕЧЕЙ
Основным источником тепла 'при обжиге сульфидных мате риалов является процесс окисления пирита:
2FeS2 + 5V20 2 = Fe20 3 + 4S02 + 18 300 ккал.
Несмотря на то что в процессе обжига значительная часть тепла уносится с огарком, с отходящими газами и охлаждающим воздухом (при обжиге в механических печах), а также расхо дуется на эндотермические реакции и теряется через стенки печи в атмосферу, тепла реакций окисления сульфидов вполне достаточно, чтобы процесс обжига шел без затраты топлива. Тепловой баланс многоподовой печи представлен в табл. 9 и схематически показан на рис.
Т а б л и ц а 9
|
|
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДЕСЯТИПОДОВОЙ ОБЖИГОВОЙ ПЕЧИ |
|
||||||
|
Приход тепла |
% |
|
Расход тепла |
|
% |
|||
Тепло, |
вносимое шихтой . |
0,6 |
Тепло, |
уносимое газами . . |
40,6 |
||||
Тепло, |
вносимое |
воздухом |
2,2 |
Тепло, |
уносимое |
с |
охлаж |
9,7 |
|
Тепло |
от |
окисления суль |
65,0 |
дающим воздухом . . |
|||||
фидов железа |
элемен |
Тепло, |
уносимое |
с |
огарком |
11,6 |
|||
Тепло от окисления |
|
Тепло, |
затрачиваемое на эн |
11,6 |
|||||
тарной |
серы в сернистый |
30,0 |
дотермические |
|
реакции |
||||
ангидрид |
сульфи |
Тепло, |
затрачиваемое на |
7,6 |
|||||
Тепло от окисления |
2,2 |
испарение влаги |
. . |
||||||
да цинка |
|
Тепло, |
теряемое |
|
в окру |
18,9 |
|||
|
|
|
|
|
жающую среду |
|
|
||
|
|
И т о г о |
|
100,0 |
|
И т о г о |
100,0 |
При обжиге в печах кипящего слоя количество выделяюще гося тепла настолько велико, что избыток его приходится ис кусственно отводить. Тепловой баланс печи кипящего слоя пло щадью пода 16,5 м2 представлен в табл. 10 и. схематически по казан на рис. 12.
Рис. 11. Тепловой баланс многоподовой печи
Химические |
|
реакции обтига, |
Отходящие |
т епло ш ихт ы |
|
и воздцха |
газы |
|
30-32% |
Эндотермические
реакции
6- 8%
Потеои в атмосфера
— 0- 6 %
23-25% Огарок
Рис. 12. Тепловой баланс печи кипящего слоя
со uv-
Приход тепла
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ
|
|
1 к к а л = 4186,8 |
дж = 4,2 кдж |
|
|
кг |
концентрата |
|
кг |
концентрата |
ккал. |
ккална 100 |
% |
ккална 100 |
|||
|
|
Расход тепла |
|
|
|
|
|
а* |
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
<3 |
|
|
|
|
|
'-г |
|
|
|
%
Тепло, |
вносимое |
|
|
|
Тепло, |
уноси |
|
|
|
шихтой ................. |
520 |
1 11800 |
0,6 |
мое газами |
31443 |
6760245 |
31,5 |
||
Тепло, |
вносимое |
815 |
175225 |
0,9 |
Тепло, |
уноси |
|
|
|
воздухом |
. . . . |
мое с огарком |
и |
5182360 |
24,2 |
||||
Тепло |
от окисле |
|
|
|
пылью |
. . |
24104 |
||
ния сульфидов же |
63200 13588000 |
63,5 |
Тепло, |
затра |
|
|
|||
леза ..................... |
чиваемое |
на эн |
|
|
|||||
Тепло от окисле |
|
|
|
дотермические |
7170 |
1541550 |
7,0 |
||
ния элементарной |
30000 |
6450000 |
30,0 |
реакции |
. . |
||||
серы . . . . . . |
Тепло, |
теряе |
|
|
|||||
Тепло от окисле |
5220 |
1122300 |
5,0 |
мое в окружаю |
1075000 |
5,0 |
|||
ния сульфида цинка |
щую среду |
5000 |
|||||||
|
|
|
|
|
Избыточное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тепло ................. 32038 6888170 32,1 |
||||
И т о г о |
99755 21447325 |
100,0 |
И т о г о |
99755 21447325 |
100,0 |
По практическим данным оптимальным содержанием серы в шихте при обжиге в многоподовых печах является 23—25%; причем в огарке остается 10—12% серы, степень десульфуризаци» составляет около 60%, обжиг идет без затраты топлива.
Минимальный выход огарка можно подсчитать по формуле
<7ш1п = ЮО — (W + 0,5S - 0,25а + \/,f + 0,46) %,
где <7min — минимальный |
выход огарка, |
%; |
|
W — содержание |
в |
шихте влаги, |
%; |
5 — содержание |
в шихте серы, %; |
||
а — содержание в шихте меди, |
%; |
||
f — содержание в шихте железа, |
%; |
b — содержание в шихте известняка, %. |
|
до |
|
В практических условиях выход огарка колеблется от 700 |
|||
85%, а выжиг серы с 1 м2 площади |
пода — от |
140 до 300 |
кг |
в сутки. Тогда количество выжигаемой серы на |
100 кг шихты |
||
составит: |
|
|
|
140 -г 300 |
кг/м2, |
|
|
R = |
|
|
S, — O.OlOSj
где 7? — количество выжигаемой серы на 100 кг шихты;
S 1 — содержание |
серы |
в шихте, |
%; |
S2— содержание |
серы |
в огарке, |
%; |
Q — производительность печи на 1 м2 площади пода, кг. Характеристика работы обжиговых печей одного из заводов
представлена следующими данными:
Количество рабочих |
подов |
|
10 |
|
Содержание серы, %: |
|
|
|
|
в шихте |
|
..................... |
|
23—25 |
в огарке . . |
|
|
11—13 |
|
Производительность |
печей, т/сутки: |
|
250—260 |
|
по шихте |
|
. . . |
|
|
по огарку . . |
|
200—215 |
||
Выжиг серы на 1 м2 |
площади пода, к г ......................... |
150—160 |
||
Скорость вращения перегребного механизма, об/мин |
80—83 |
|||
Выход огарка (вместе с пылью), % |
|
|||
Извлечение меди в огарок, % |
. . . . |
99,0—99,2 |
||
Степень десульфуризации, % . . |
55 -65 |
|||
Содержание S 0 2 в газах, |
поступающих |
на сернокис- |
7,0—7,5 |
|
лотное производство^ |
|
|
ШАХТНАЯ ПЛАВКА МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Несмотря на бурное развитие флотационного обогащения руд и плавки медных концентратов в отражательных печах,
шахтная плавка |
кусковых медьсодержащих материалов |
(бога |
||||||||||
|
|
|
|
|
тых сульфидных руд, агломерата, бри |
|||||||
|
|
|
|
|
кетов, вторичных |
цветных |
металлов) |
|||||
|
|
|
|
|
сохранилась на ряде заводов. |
|
||||||
|
|
|
|
|
Шахтная печь дл>я плавки медьсо |
|||||||
|
|
|
|
|
держащих материалов |
представляет |
||||||
|
|
|
|
|
собой агрегат, |
имеющий вертикальное |
||||||
|
|
|
|
|
рабочее |
пространство |
в виде |
шахты |
||||
|
|
|
|
|
прямоугольной формы, в которую свер |
|||||||
|
|
|
|
|
ху загружают |
шихту |
(смесь |
медьсо |
||||
|
|
|
|
|
держащего сырья и флюсов) и топливо |
|||||||
|
|
|
|
|
(KOIKC) , |
а через |
отверстия |
в нижней |
||||
|
|
|
|
|
части боковых стенок (фурмы) пода |
|||||||
|
|
|
|
|
ют воздух. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
За счет тепла горения топлива и эк |
|||||||
|
|
|
|
|
зотермических |
|
реакций |
окисления |
||||
|
|
|
|
|
сульфидов шихта расплавляется, жид |
|||||||
|
|
|
|
|
кие продукты плавки непрерывно сте |
|||||||
|
|
|
|
|
кают в нижнюю часть печи (внутрен |
|||||||
|
|
|
|
|
ний го,рн), из которого также |
непре |
||||||
|
|
|
|
|
рывно их выпускают в наружный горн, |
|||||||
|
|
|
|
|
где они отстаиваются и разделяются |
|||||||
1 — колошник; |
2 |
— загрузоч- |
на штейн и шлак. Схема работы шахт^ |
|||||||||
ной печи представлена на рис. 13. |
||||||||||||
ные отверстия для шихты; 3 — |
||||||||||||
цевой воздухопровод; 6 — пе |
Основной |
особенностью шахтной |
||||||||||
шахта; |
4 — настыли; |
5 — коль |
печи является |
то, что она |
работает по |
|||||||
редний |
горн; |
7 |
— |
масса во |
||||||||
внутреннем горне; |
8 |
— фокус; |
принципу противотока: шихта движет |
|||||||||
9 — зона ликвации сульфидов; |
||||||||||||
10 — |
подготовительная зона |
ся сверху вниз, воздух и .газы — снизу |
вверх. Из-за этой особенности необхо димо перерабатывать в шахтной печи материал крупностью 30— 60 мм. Наличие в шихте материала размером менее 30 мм рас страивает нормальный ход плавки, так как мелочь забивает про зе
ходы для газов. Излишне крупная шихта (куски более 100 мм) имеет пониженную поверхность соприкосновения с воздухом и газами, что также снижает производительность печи. Поэтому подготовка шихты для плавки «в шахтных печах имеет важное значение.
Полупиритной плавке, которая в настоящее время имеет наибольшее применение, подвергают сульфидные материалы с добавкой топлива в количестве от 2,5 до 12% от веса шихты.
Применяют также так называемую усовершенствованную
пиритную |
плавку, которой перерабатывают сульфидную |
руду |
с добавкой |
10% топлива. Причем в этом случае наряду |
с из |
влечением меди в виде штейна получают и элементарную серу. Переработка вторичных медьсодержащих материалов произ водится путем переплавки их с коксом и флюсами на черную
медь.
Преимущества шахтной плавки, по сравнению с отражатель ной, кроме значительно большей производительности, следую щие:
1)большой коэффициент использования тепла, достигающий 70—80% (соответственно при шахтной плавке в большинстве случаев меньше и расход топлива);
2)меньший расход огнеупоров, особенно высококачественных термостойких, так как шахту печи выполняют из металлических водоохлаждаемых кессонов;
3)более высокая степень десульфуризации, вследствие чего
вшахтных печах достигается при одинаковых условиях повы шенная степень сокращения и более богатый штейн.
Однако шахтная плавка имеет и значительные недостатки:
1)при отсутствии кусковых материалов необходимо приме нять дорогостоящие операции: агломерацию, брикетирование;
2)большой расход воды на охлаждение кессонов;
3)повышенный расход электроэнергии для выработки сжа
того |
воздуха упругостью до 150—200 мм рт. ст. (19,95— |
26,6 |
кн/м2). |
Если сравнивать отражательную и шахтную печи как метал лургические агрегаты, то по производительности, использованию тепла и десульфуризации шахтная печь значительно эффектив нее. Однако выбор способа плавки в конечном счете определя ется технико-экономическими соображениями, которые имеют решающее значение.
ПОДГОТОВКА ШИХТЫ К ПЛАВКЕ
Как и при плавке в отражательных печах, основные пока затели плавки в шахтных печах определяются химическим и ми нералогическим составом шихты и качеством подготовки ее к плавке. Химический состав определяют соответствующей дози ровкой компонентов, а для хорошего качества шихты необхо-
дим'0 проводить специальную подготовку: дробление, грохоче ние, брикетирование и агломерацию.
Дробление и грохочение производят при любом способе под готовки руды к плавке. В зависимости от крупности исходных материалов дробление производят в одну или две стадии: пер
вая стадия в щековой дробилке, |
вторая — в конусной. В зави |
|
симости |
от характера руды (твердости, вязкости, влажности |
|
и т. д.) |
можно применять двух- |
и одновалковые дробилки, мо |
лотковые дробилки, дезинтеграторы и'другое дробильное обору дование.
Дробленую руду или флюсы пропускают через колосниковый
грохот. |
Схема |
цикла дробления |
и грохочения |
показана |
на |
|||||
|
Руда |
|
|
рис. |
14. |
Материал, |
не прошедший |
|||
|
|
|
через грохот, подвергают додрабли- |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
(Ценовая дродил/<а |
|
ванию до нужного размера. Мелочь |
||||||||
|
со знаком минус после второго гро |
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||
Грохот (50мм) |
|
|
хочения |
в зависимости от ее разме |
||||||
|
|
ров |
может быть направлена в плав |
|||||||
|
Конусная) дробилка |
|||||||||
-50мм |
ку или использована для других це |
|||||||||
|
|
|
|
|
лей. |
|
|
применяют |
в |
|
|
|
Грохот (ЗОмм) |
|
Брикетирование |
||||||
|
|
|
> |
30мм |
случае переработки мелких матери |
|||||
|
|
|
|
алов |
(мелкие или |
рассыпающиеся |
||||
|
|
|
|
|
руды, мелочь после грохочения, раз |
|||||
в плавку+ 30-50мм |
|
|
личные концентраты, пыли и т. д.). |
|||||||
|
|
|
|
|
В зависимости от природы материа |
|||||
Рис. |
14. |
Схема |
дробления |
ла брикетирование |
можно произво |
|||||
и |
грохочения |
руды |
|
дить |
как с добавкой |
специальных |
связующих, так и без них. В качест ве связующих используют гипс, известь, трепел, различные гли ноземистые материалы, шламы, смолы и т. д.
На одном из заводов брикеты изготавливают из мелкой (ме нее 25 мм) сульфидной руды, рудной мелочи после грохочения кусковой руды, газоходной пыли, мелочи после грохочения бри кетов. В качестве связующих добавляют трепел и известь. В процессе брикетирования образуется гидросиликат кальция 2СаО • БЮг • 2НгО, который и придает брикетам необходимую прочность.
Системой конвейеров материалы для брикетирования подают в бункера, из которых барабанными питателями их направляют на вибрационные грохоты с размером ячейки сита 8 X 8 мм. Рудное сырье мельче 8 мм направляют на смешивание, отсев крупнее 8 мм додрабливают в короткоконусной дробилке, рабо тающей в замкнутом цикле с вибрационным грохотом.
Трепел дробят в двухкамерной дробилке до крупности 70 мму затем подсушивают горячими газами и измельчают в шаровой мельнице до крупности 0,5 мм. Измельченный трепел улавлива ют в батарейных циклонах, мельничные газы дополнительно
40
подвергают мокрой очистке. Из циклонов трепел направляют на смешивание.
Известь дробят до 40—60 мм в щековой дробилке, до 12 мм в короткоконусной дробилке и измельчают в шаровой мельнице до 0,3 мм. Мельница работает в замкнутом цикле с воздушным сепаратором, измельченную известь также направляют на сме шивание.
' Смешивание рудного сырья с трепелом и известью произво дят в гасильных барабанах в соотношении: рудного сырья 80— 84%, трепела 6—8%, извести 4—6%.
В барабаны подают пар с давлением 2 ат и воду.
При вращении барабана происходит гашение извести с обра зованием СаО и перемешивание шихты. Продолжительность пе ремешивания и гашения в зависимости от температуры руды составляет 45—60 мин.
Из гасильных барабанов готовая шихта поступает на бегу ны, где дополнительно перемешивается, разминается, при необ ходимости ее увлажняют до содержания влаги 6—7%.
После бегунов шихту направляют на прессование в меха нических прессах под давлением до 500 кг!см2 (49,05 Мн/м2). Прессованные брикеты имеют форму цилиндров диаметром 60 мм, длиной до 100 мм
Брикеты укладывают на специальные поддоны, которые за гружают в горизонтальные цилиндрические пропарочные котлыавтоклавы. В автоклавах брикеты в течение 6,5—7,5 ч обрабаты вают паром при давлении 5—8 ат и температуре 150—170° С. После пропарки брикеты в течение 4—6 ч остывают и теряют избыточную влагу. Механическая прочность брикетов составляет около 150 кг/см2 (44,72 Мн/м2), содержание в них влаги не более 5%.
Технико-экономические показатели брикетирования:
Удельный расход на |
1 т товарных брикетов: |
||
Извести, кг |
|
|
40—50 |
Трепела, кг |
. |
|
60—80 |
Воды, мв |
|
0,25—0,28 |
|
Условного топлива, кг |
. |
1,9—2,5 |
|
Электроэнергии, |
квт-ч |
5*-7 |
|
Выход товарных брикетов, |
% . |
92—96 |
|
Производительность прессов, т]ч |
10—12 |
Брикеты, кусковую руду, кварц, кокс подают в соответствую щие бункера шихтарника. После контрольного грохочения не прошедшие через грохот материалы направляют в необходимых соотношениях в плавку. Отсев руды и брикетов возвращают на брикетирование, отсев кварца направляют на конвертирование или в отвал, отсев кокса используют для отопления. Известняк и оборотные материалы направляют в плавку без контрольного' грохочения. Схема производства брикетов представлена на рис. 15.