СПОСОБ КОНВЕРТИРОВАНИЯ МЕДНЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ Российский патент 2004 года по МПК C22B15/06 

Предлагаемый способ относится к металлургии, в частности к процессам струйно-окислительного типа, применяемым для переработки сульфидных медных и медно-никелевых штейнов в автогенном режиме.

Известны следующие способы окислительной продувки расплава.

1. Верхняя, вертикальная продувка расплава в Вертикальном кислородном конвертере, заключающаяся в подаче дутья через единичную вертикальную не погруженную в расплав фурму (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. - М.: Металлургия, 2000. С.280-286);

2. Донная продувка в Бессемеровском конвертере, заключающаяся в подаче дутья через днище конвертера (Воскобойников ВТ., Кудрин В.А., Якушев А.М. - М.: Металлургия, 2000. С.308-310);

3. Двусторонняя боковая продувка в Печи Ванюкова, заключающаяся в подаче дутья в шлако-штейновую эмульсию (ПЖВ) (Воскобойников ВТ., Кудрин В.А., Якушев А.М. - М.: Металлургия, 2000. С. 712-713);

4. Односторонняя боковая продувка расплава в Горизонтальном конвертере, заключающаяся в погруженной подаче дутья с одной стороны аппарата (Воскобойников ВТ., Кудрин В.А., Якушев А.М. - М.: Металлургия, 2000. с. 715-716);

Указанные способы окислительной продувки расплавов не позволяют значительно увеличить удельную производительность металлургических печей.

Известен способ конвертирования медных и медно-никелевых штейнов (а.с. СССР №120646. Бюл. №12, 1959 г.), принятый за прототип, заключающийся в окислительной продувке воздухом штейнов в стационарном аппарате с помощью дутьевых струй, направленных под углом 70-80° к прямоугольному зеркалу ванны.

Недостатком способа-прототипа является низкая удельная производительность при конвертировании штейнов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение удельной производительности конвертирования.

Технический результат достигается тем, что в способе конвертирования медных и медно-никелевых штейнов путем обработки их газокислородными струями, направленными под углом к зеркалу ванны 70-80°, согласно изобретению продувку осуществляют 3-9 газокислородными струями, равномерно распределенными и исходящими от одной внутренней окружности ванны, причем каждая струя имеет дополнительный наклон 15-30° в горизонтальной плоскости ванны между проекцией струи и радиусом ванны в точке исхода струи, при этом величину радиуса R₀, м, определяемого точкой падения струи, устанавливают из отношения , где R - радиус ванны, м.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез ванны, на фиг.2 - поперечный. На фигурах изображены: 1 - цилиндрический корпус ванны; 2 - рабочее пространство ванны; 3 - зеркало ванны; 4 - исходящие точки струи; 5 - точка падения струи на зеркало ванны, R₀ - радиус окружности, определяемый точкой падения струи, м; R - радиус ванны, м.

Круглое зеркало ванны обеспечивает вращение штейна под действием кинетической энергии струй, каждая из которых направлена под углом 70-80° к зеркалу ванны, имеющим дополнительный наклон 15-30° в горизонтальной плоскости ванны между проекцией струи и радиусом ванны в точке исхода струи.

Угол наклона меньше 15° приводит к выбросу расплавленного штейна и не создает эффективного вращения, т.к. кинетическая энергия струй затрачивается на лобовой удар о расплавленный штейн, плотность которого в тысячи раз превосходит плотность газокислородной смеси. При угле наклона больше 30° происходит “проскальзывание” струи газа по зеркалу ванны и уменьшается усвоение кислорода дутья штейном.

Количество пространственно ориентированных струй определяется следующими возможностями:

- менее 3 не позволяет создать интенсивное вращательное движение штейна;

- более 9 приводит к осложнению конструкции дутьевого узла и затрудняет обслуживание аппарата.

Оптимальное отношение радиуса, определяемого точкой падения струи, к радиусу ванны в пределах , установлено на основе экспериментальных данных. При указанном отношении радиусов создается максимальная скорость вращения штейна и циклонный эффект в газовой фазе над расплавом. R - радиус ванны, выбирается из технологических возможностей, которые зависят от требуемой производительности и технических возможностей.

Предельная дутьевая нагрузка, которая определяется наступлением массированных выбросов расплавленного штейна из рабочего пространства аппарата при превышении некоторого удельного количества дутья, оптимальное отношение радиусов , а также пространственная ориентация струй, создающая эффект вращения расплавленного штейна и циклонный эффект в газовой фазе над штейном установлена на основании следующих экспериментов.

1. Эксперименты на холодных моделях с жидкостями различной плотности и вязкости. Экспериментами установлена возможность многократного увеличения удельной дутьевой нагрузки, определены оптимальные значения пространственной ориентации струй.

2. Эксперимент в укрупненном масштабе. Рабочим пространством являлся металлургический футерованный ковш с рабочим объемом 1 м³. В качестве жидкости применялся расплав медно-никелевого штейна, содержащий:

Сu - 6,0%, Ni - 10,5%, Fe - 48,3%, S - 28,6% и прочие.

В ходе эксперимента удельная нагрузка на объем ковша составила: ν_уд=63 нм³/мин·м³.

По предлагаемому способу конвертирование медных и медно-никелевых штейнов ведут в стационарных металлургических печах с цилиндрическим рабочим пространством, оснащенных фурмами для пространственно ориентированной подачи газокислородной смеси под давлением 4-6 атм. Медные и медно-никелевые штейны состоят из сульфидов цветных металлов, поэтому конвертирование идет за счет тепла экзотермических реакций окисления.

Способ конвертирования штейна обуславливает определенную предельную дутьевую нагрузку. Экспериментами на моделях и промышленных объектах определены следующие значения предельной дутьевой нагрузки на 1 м³ рабочего объема аппарата, указанные в таблице.

По предлагаемому способу за счет вращения расплавленного штейна и возникновения циклонного эффекта в цилиндрическом рабочем пространстве печи резко уменьшается выброс брызг, что позволяет многократно увеличивать удельную производительность. Непогруженный способ конвертирования медных и медно-никелевых штейнов позволяет увеличить дутьевую нагрузку до 60 нм³/мин·м³ и выше.

Таким образом, от применения пространственно ориентированного способа конвертирования штейнов достигается технический эффект: увеличение производительности до 5 раз.

Предложенный способ относится к процессам струйно-окислительного типа, применяемым для переработки сульфидных медных и медно-никелевых материалов в цветной металлургии. Способ включает окислительную продувку сульфидных медных и медно-никелевых штейнов, которую осуществляют 3-9 газокислородными струями, равномерно распределенными и исходящими от одной внутренней окружности ванны, причем каждая струя имеет дополнительный наклон 15-30° в горизонтальной плоскости ванны между проекцией струи и радиусом ванны в точке исхода струи, при этом величину радиуса R₀, м, определяемого точкой падения струи, устанавливают из отношения , где R - радиус ванны, м. Продувку сульфидных медных и медно-никелевых штейнов проводят в стационарных металлургических печах с вертикальным цилиндрическим рабочим пространством, обеспечивается увеличение удельной производительности конвертирования. 1 табл., 2 ил.

Способ конвертирования медных и медно-никелевых штейнов путем обработки их газокислородными струями, направленными под углом к зеркалу ванны 70-80°, отличающийся тем, что продувку осуществляют 3-9 газокислородными струями, равномерно распределенными и исходящими от одной внутренней окружности ванны, причем каждая струя имеет дополнительный наклон 15-30° в горизонтальной плоскости ванны между проекцией струи и радиусом ванны в точке исхода струи, при этом величину радиуса R₀, м, определяемого точкой падения струи, устанавливают из отношения

где R - радиус ванны, м.