СПОСОБ ОБЕДНЕНИЯ ШЛАКОВ Российский патент 1996 года по МПК C22B7/00 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано, в частности, для обеднения конвертерных шлаков и шлаков автогенных процессов медно-никелевого производства.

Известны способы обеднения, в которых шлаки, находящиеся под слоем восстановителя, обрабатываются штейном при продувке (барботаже) последнего восстановительными газами (патент США N 4814004). Недостатком таких способов обеднения является помимо повышенных энергозатрат еще и не возможность ускорить процесс плавления кусков твердой шихты (руда, флюсы) на поверхности ванны из-за большого расстояния по высоте расплава от конца подающей газ фурмы, находящегося в штейне.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обеднения шлаков [1] включающий заливку расплава, загрузку шихты, состоящей из сульфидизатора, флюсов и твердого восстановителя, плавку под слоем восстановителя в присутствии штейна, перемешивание жидких фаз путем продувки восстановительным газом и последующее отстаивание.

Недостатком прототипа является невозможность увеличения проплава твердой шихты (в том числе и металлосодержащей части шихты), т.е. повышения производительности процесса. Кроме того, продувка ванны продуктами сгорания топлива с α 0,8-1,0 не создает высокого восстановительного потенциала газовой фазы в объеме расплава, и возможности продувки в плане снижения потерь цветных металлов реализуются не полностью по сравнению с заявляемым способом.

Цель изобретения снижение энергозатрат и потерь цветных металлов.

Цель достигается тем, что при обеднении шлаков, включающем заливку расплава, загрузку шихты, плавку под слоем восстановителя в присутствии штейна, перемешивание жидких фаз путем продувки восстановительным газом и последующее отстаивание, при этом продувку расплава газом осуществляют в период заливки расплава, дутье подают на глубину 0,8-1,0 высоты шлаковой ванны с удельным расходом на тонну шлака 0,741,7 нм³/т^. ч, а отстаивание ведут в течение 40-120 мин.

Способ осуществляют следующим образом.

Если удельный расход газа более 1,7 нм³/т и он подается на глубину менее 0,8 высоты шлаковой ванны, то происходит сильное бурление поверхности ванны, опрокидывание откосов шихты, хлопки, взрывы, из-за чего уменьшается проплав шихты, газ не успевает усвоиться шлаком, непрореагировавшая часть газа проскакивает в подсводное пространство, где он начинает гореть, нагревая газоходы и короткую сеть (в случае электропечного обеднения), что в результате переводит работу металлургического агрегата в аварийный режим. Все перечисленные факторы увеличивают энергозатраты (нерациональное использование газа), уменьшают проплав твердой шихты и увеличивают потери цветных металлов со шлаками (газ не успевает восстановить окислы цветных металлов в шлаке).

Если удельный расход газа менее 0,7 нм³/т ^.ч, а он подается на глубину более, чем высота шлаковой ванны, то энергии струи газа не хватает не только для увеличения скорости омывания откосов шихты на поверхности ванны, но и для интенсивного перемешивания штейна со шлаком в глубинных слоях ванны, что приводит к уменьшению проплава твердой шихты и увеличению потерь цветных металлов, которые увеличиваются еще и из-за недостатка восстановителя (небольшой расход газа).

Если же удельный расход более 0,7 нм³/т ^.ч, но при подаче его на глубину более, чем высота шлаковой ванны, то происходит очень сильное перемешивание на границе раздела фаз штейна со шлаком, капельки штейна занимают большой объем по высоте шлаковой ванны и не успевают оседать, увеличивая потери цветных металлов с отвальным шлаком.

И только в диапазоне удельного расхода газа 0,7-1,7 нм³/т^.ч при подаче его с глубины 0,8-1,0 высоты шлаковой ванны обеспечиваются необходимые условия для снижения энергозатрат при увеличении проплава твердой шихты и уменьшении потерь цветных металлов.

Если время отстоя шлака после окончания продувки менее 40 мин, то увеличиваются потери цветных металлов, так как мельчайшие капельки штейна, запутавшиеся в объеме шлаковой ванны при продувке, не успевают осесть в слой штейна.

Если время отстоя более 120 мин, то цикл обеднения затягивается и уменьшается производительность процесса при незначительном уменьшении потерь цветных металлов.

И только в диапазоне времени отстоя шлака 40-120 мин сохраняются минимальные потери цветных металлов при достаточной производительности процесса.

П р и м е р. В I-II кварталах 1990 г. в плавильном цехе N 1 НМЗ НМГК проводились испытания по обеднению конвертерного шлака и шлака ПВП в соотношении 5:1 путем барботирования расплава природным газом в электропечи N 2.

Цель испытаний заключалась в определении оптимальных параметров, обеспечивающих снижение энергозатрат и повышение проплава твердой шихты в процессе обеднения шлаков с одновременным снижением потерь цветных металлов при барботировании ванны природным (восстановительным) газом.

Методика испытаний заключалась в следующем.

Природный газ подавали в расплав в период заливки конвертерного шлака и шлака ПВП (в течение 2 ч). После барботирования расплава шлак отстаивался (0,4-3,0 ч), затем выпускали отвальный шлак в течение 2-2,5 ч. В процессе испытаний изменялся расход природного газа (250-1800 м³/ч) и глубина погружения фурмы в пределах 0,8-2,0 м. Затем цикл повторялся. Твердая шихта состояла из смеси оборотов с рудой в соотношении 2:1, песчаника и коксика.

Отбирались пробы конвертерного шлака, шлака ПВП, отвального шлака и штейна электропечи. Пробы шлака анализировались на медь, никель, кобальт, железо, серу, двуокись кремния и магнетит, а пробы штейна на медь, никель, кобальт, серу, железо общее и железо металлическое.

Выборочные данные испытаний представлены в табл. 1.

Как следует из приведенных в табл. 1 данных, в режимах 4-6, 13-15 и 22-24 отмечается наибольший проплав руды и наименьшее содержание цветных металлов в отвальных шлаках при незначительных энергозатратах.

В табл. 2 представлены усредненные содержания цветных металлов в отвальных шлаках за 1989 г. и за период испытаний при барботировании расплава природным газом, а также средневзвешенные величины проплава руды.

Как следует из данных табл. 2, содержание никеля в отвальном шлаке при продувке ванны природным газом снизилось в 1,19 раза по сравнению с существующей технологией и кобальта в 1,08 раза, а проплав руды увеличился в 1,2 раза.

Сравнивают величину энергозатрат при прочих равных условиях в заявляемом способе и прототипе.

На одну стадию обеднения в прототипе для получения обедненного шлака с содержанием 0,21 мас. никеля и 0,168 мас. кобальта требуется 395х1,5=592,5 кг мазута и 405 нм³ кислорода.

На единичный цикл обеднения в заявляемом способе максимально требуется (режим 6) 1280х2=2560 нм³. При этом содержание никеля и кобальта в обедненном шлаке составляет 0,079 мас. никеля и 0,088 мас. кобальта.

Использование: цветная металлургия, извлечение цветных металлов из отвальных шлаков. Сущность: в период заливки расплава шлака в ванну подают восстановительный газ, причем дутье подают на глубину 0,8 - 1,0 высоты шлаковой ванны с удельным расходом на тонну шлака 0,7 - 1,7 нм³/ч, шлак отстаивают в течение 40 - 120 мин. 2 табл.

Способ обеднения шлаков, включающий заливку расплава, загрузку шихты, состоящей из сульфидизатора, флюсов и твердого восстановителя, плавку под слоем восстановителя в присутствии штейна, перемешивание жидких фаз путем продувки восстановительным газом и последующее отстаивание, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и потерь цветных металлов, продувку расплава газом осуществляют в период заливки расплава, причем дутье подают на глубину 0,8 1,0 высоты шлаковой ванны с удельным расходом на 1 т шлака 0,7 1,7 м³/ч, а отстаивание ведут в течение 40 120 мин.