АВТОГЕННЫЙ ОБЖИГОВО-ПЛАВИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2004 года по МПК F27B19/02 C22B15/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, преимущественно к металлургии меди и никеля, в частности к устройству металлургического аппарата для автогенной плавки медных (медно-цинковых) и никелевых (медно-никелевых) концентратов, а также может быть использовано для любых сульфидных концентратов и руд, в том числе пиритных.

Известны печные устройства для плавки сульфидных медных концентратов во взвешенном состоянии (ОУТОКУМПУ), в кислородном факеле (Коппер-Клифф, Алмалык), в конвертере (Норанда), в жидкой ванне (в печи Ванюкова) и многие другие [1]. Общим недостатком этих способов автогенной плавки является высокая температура уходящих газов, т.е., иными словами, высокие потери тепла с газами. Последнее вызвано совмещением процессов обжига и плавки, а в ряде случаев и сушки шихты (как, например, в плавке в жидкой ванне).

Известны печные устройства для плавки медных концентратов по схеме: обжиг - плавка огарка - бессемерование, при этом процессы обжига и плавки разъединены и осуществляются в различных агрегатах (см., например, технологическую схему на Среднеуральском медеплавильном заводе, включающую обжиг концентратов в кипящем слое, отражательную плавку охлажденного огарка и конвертирование штейнов).

По схеме обжиг-плавка известно также печное устройство для двухступенчатой плавки медных концентратов в сочлененных циклонных камерах: в первой из них производят обжиг медного концентрата, а во второй - плавку и возгонку цинка, свинца, кадмия и редких элементов [2]. Это устройство было экспериментально испытано на полузаводской установке производительностью 5 т/сут и на полупромышленной установке Опытного свинцового завода ВНИИцветмета производительностью 25 т/сут. При этом горячий огарок без охлаждения поступал из первой ступени во вторую. Недостатком этого способа плавки является низкая производительность печного устройства, предназначенного для обжига концентратов, а также неотработанность и неясность степени удаления серы в первой и второй ступенях.

Наиболее близким по технической сущности нашему изобретению (прототипом) является печное устройство, используемое в способе Норанда для плавки медных концентратов ([1], стр. 239-246), согласно которому операции плавки и конвертирования совмещены в одном агрегате, представляющем собой цилиндрический реактор с огнеупорной футеровкой типа горизонтального конвертера. Плавильно-конвертерный агрегат по способу Норанда содержит устройство для непрерывной загрузки подсушенной шихты на поверхность расплава, устройство (горловину) для эвакуации газов, фурменные отверстия (фурменный пояс) для подачи окислительного дутья в расплав, штейновую и шлаковую летки для эвакуации из агрегата штейна и шлака, горелки для сжигания твердого топлива.

Крупными недостатками агрегата по способу Норанда являются: 1) отсутствие полной автогенности процесса, в силу чего агрегат снабжен горелкой для сжигания твердого топлива; 2) подача шихты на поверхность расплава, вследствие чего первый пай серы дисульфида железа горит в атмосфере конвертера и в газоходе за горловиной; 3) высокие потери тепла с газами; 4) высокий расход топлива; 5) повышенный расход технического кислорода и др.

Задачей настоящего изобретения является разработка печного устройства, эксплуатация которого позволила бы снизить расходы топлива и технического кислорода при плавке сульфидных медных концентратов, в конечном итоге превратив его в автогенный процесс.

Поставленная задача решается за счет технического результата, полученного при разработке новой конструкции печного агрегата для плавки медных и никелевых концентратов, в котором предусмотрен предварительный эффективный высокопроизводительный обжиг сульфидных концентратов в агрегате, сочлененном с плавильным устройством типа Норанда и из которого горячий огарок непрерывно поступает в плавильный агрегат.

Задача достигается тем, что автогенный обжигово-плавильный агрегат, включающий плавильное устройство с получением штейна, шлака и газа, устройства для непрерывной загрузки концентрата и флюсов, узел эвакуации газов, фурмы для подачи окислительного дутья в расплав, шпуровые отверстия для непрерывной эвакуации расплава и шлака, согласно изобретению содержит обжиговую вихревую камеру, установленную на стороне торцевой части плавильного устройства, противоположной по отношению к выпускной шлаковой летке, и сочлененную с плавильным устройством при помощи патрубка, обеспечивающего поступление горячего огарка из вихревой камеры в плавильное устройство, при этом для селективного удаления газов плавильной части агрегата служит горловина плавильного устройства (конвертера), а для газов вихревой камеры - вертикальный газоотвод, расположенный по оси вихревой камеры, при этом в качестве плавильного устройства может быть стационарный конвертер без узла подачи твердой шихты.

Кроме того, плавильная часть агрегата может дополнительно включать боковой отвод для удаления газов.

Подобное оформление совмещенного обжигово-плавильного агрегата не было достигнуто ни в прототипе, ни в другом каком-либо устройстве для плавки сульфидных концентратов.

Сущность заявляемого автогенного обжигово-плавильного агрегата для плавки сульфидных медных и никелевых концентратов заключается в следующем. В голове агрегата предусмотрено устройство для обжига концентратов (шихты) - испытанная нами ранее обжиговая вихревая (циклонная) камера. В обжиговую камеру концентрат (или шихта) поступает при влажности 0-8%, т.е. концентрат перед обжигом подвергают частичной или полной сушке. При обжиге в вихревой камере достигают определенной степени десульфурации (обычно 30-45%). Если принятая степень десульфурации недостаточна для достижения автогенного обжига, в конструкции вихревой камеры предусмотрена возможность поступления в камеру топлива, например природного газа.

Горячий огарок из вихревой камеры поступает в плавильное устройство типа Норанда. Температура огарка при поступлении в плавильное устройство на 10-20° С ниже температуры в вихревой камере. Далее осуществление процесса в плавильном агрегате аналогично тому, которое имеет место в конвертерах заводов Горн (Канада) [1] и Медногорска [3].

Таким образом, вихревая камера сочленена с плавильным агрегатом, например конвертером (в том числе с конвертером стационарного типа). Огарок без потери его тепла при температуре 730-850° С непрерывно поступает в плавильный агрегат, в котором протекает автогенная плавка огарка с получением штейна (белого матта, файнштейна, черновой меди) и шлака определенного состава.

Сбережение энергии происходит за счет того, что газы удаляются из агрегата в виде двух потоков: низкотемпературного (730-850° С) и высокотемпературного (при Т≥ 1200° С). Расчеты показывают, что в этом случае сбережение энергии составит 15-20% от общего расхода тепла. Кроме того, достигается: получение качественных возгонов, облегчение условий эксплуатации пылеулавливающих и теплоутилизационных установок.

Что касается низкотемпературных газов, то они могут быть использованы или для сушки шихты, или для подогрева воздуха, или для производства пара. Тем самым еще более может быть увеличена степень автогенности процесса и уменьшен объем выработки технологического кислорода, необходимого для восполнения дефицита тепла.

Агрегат для автогенной плавки сульфидных медных концентратов в обжиговых камерах мы сокращенно назвали АОПА (автогенный обжигово-плавильный агрегат).

Показатели АОПА применительно к медным концентратам представлены в таблице. Все показатели, приведенные в таблице, основаны на экспериментальных данных, полученных ранее на пилотных, полупромышленных и промышленных установках. Показатели рассчитаны применительно к канадским (вид I) и уральским медно-цинковым концентратам (вид II), составы которых приводятся ниже, %:

После обработки медных концентратов в АОПА выделяются богатые конвертерные шлаки (5-6% Сu и более), нуждающиеся в глубоком обезмеживании. Заводы, применяющие способ Норанда, конвертерные шлаки направляют на флотационное обогащение (после предварительной термической подготовки) и выделяют флотоконцентраты, содержащие до 40% Сu. При этом отвальные шлаки содержат 0,35-0,50% Сu.

Иначе поступил Медногорский медносерный комбинат [3]. На этом заводе конвертерный шлак непрерывно разливают в изложницы и твердый шлак обезмеживают путем его плавки в рудной шахтной печи. Третьим, не анализируемым здесь, способом обеднения шлаков является один из известных пирометаллургических вариантов обезмеживания.

Обжиг медных концентратов проводим в вихревых камерах. В отличие от способа Норанда в шихту обжига может быть введен шлакофлотоконцентрат (ШФК) после его подсушки до 7% влаги, как минимум. В шихту вихревой камеры может поступать также пыль АОПА.

Минимальная температура обжига принята равной 750° С исходя из того, что обжиг медных концентратов при Т<750° С весьма затруднен ввиду образования сульфатов меди, ведущих к настылеобразованию. Максимальная температура обжига принята равной 850° С, поскольку дальнейшее повышение температуры ведет к заметному ухудшению показателей процесса в целом.

Введение стадии обжига медных концентратов в вихревом аппарате, сочлененном с конвертером, значительно улучшает показатели переработки медных концентратов в конвертере. При этом полностью может быть исключено применение топлива. Если все-таки оно имеет место, то наиболее благоприятно его применение в стадии обжига. Точно также стадии обжига отдается предпочтение в части применения технического кислорода. Использование того и другого факторов ведет к резкому повышению производительности обжиговых камер и снижению общего расхода технического кислорода в автогенном процессе.

Приведенные в таблице данные показывают, что введение обжига в вихревой камере позволяет: 1) снизить расход топлива или полностью исключить его применение; расход технического кислорода (95% O₂) снижается примерно до 35-40%.

К сказанному выше следует добавить, что пребывание частиц концентрата в обжиговом аппарате составляет, как правило, менее 10 с. Производительность аппарата на воздушном дутье равна 0,9-1,4 т/м³·^{ч, а при обогащении дутья кислородом до 45% возрастает до 4,0-4,5 т/м3·ч. Иными словами, обогащение дутья кислородом в обжиговом вихревом аппарате приводит к резкому уменьшению габаритов установки. Сказанному способствует также снижение степени десульфурации медного концентрата в вихревой камере (30-45% в дуплексе вихревая камера - конвертер против 60-80% в ранее испытанных вихревых камерах).}

Конвертерные шлаки подвергают переработке одним из известных способов. Так, одним из них предусмотрено (см. выше) флотационное обогащение конвертерных шлаков с выделением медного флотоконцентрата, который поступает в голову процесса вихревого обжига и/или плавки шихты в конвертере.

Таким образом, приведенные данные показывают полную реализуемость автогенного обжигово-плавильного агрегата и указывают на решение поставленной задачи. Предлагаемый дуплекс - процесс в АОПА отличается от других способов автогенной плавки низкими капитальными и эксплуатационными расходами.

Предложенный автогенный обжигово-плавильный агрегат представляет собой новое научно-техническое решение прорывного характера.

Устройство предлагаемого автогенного обжигово-плавильного агрегата представлено на чертеже.

Автогенный обжигово-плавильный агрегат содержит обжиговую вихревую камеру 2, плавильное устройство 7, которые сочленены друг с другом при помощи патрубка 6.

Вихревая камера 2 снабжена шлицами 3, выводящей трубой 4 и сборником огарка 5. плавильное устройство 7 включает горловину 8, фурмы для дутья 9, напыльник 10, стационарную часть 11 с поворотной частью 12 напыльника. Для выпуска штейна плавильное устройство содержит летку 13 и транспортирующий желоб 15, а для выпуска шлака - летку 14 и транспортирующий желоб 16.

АОПА работает следующим образом.

Питающая труба, входящая в конвертер, есть продолжение выходящего из вихревой камеры патрубка, транспортирующего огарок. Для облегчения транспорта огарка и уменьшения пылевыноса из вихревой камеры совместно с огарком в плавильный агрегат (конвертер) поступает до 10% и более обжиговых газов, образующихся в результате обжига.

Аэрошихта 1 через течку (течки) поступает в пристенную область вихревой камеры 2. Шихта, как правило, содержащая медный концентрат, шлакофлотоконцентрат или без него, пыль, флюсы и любые другие материалы, например вторичные, подхватывается тангенционным потоком дутья, поступающим через шлицы 3. Вихревой поток газов внизу камеры поступает в выводящую трубу 4 и эвакуируется в теплоизоляционную и газоочистительные системы. Огарок 5, собирающийся внизу камеры, подхватывается эжекционным потоком воздуха и при помощи патрубка 6 транспортируется в плавильное устройство.

Огарок поступает в печь цилиндрического типа, например агрегат Норанда (Медногорск) 7. Другие материалы, в первую очередь кусковые флюсы, поступают в печь через загрузочную горловину 8. Печь, как правило, продувают дутьем, обогащенным кислородом, через фурмы 9. Газы из печи удаляются через газовую горловину (напыльник) 10, оборудованную стационарной частью 11, которую охватывает поворотная часть напыльника 12. Печь снабжена шпуровыми отверстиями 13 и 14 для выпуска штейна и шлака соответственно. Штейн и шлак транспортируются по желобам 15 и 16.

Таким образом, заявляемый агрегат плавки сульфидных медных концентратов в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами:

- вводится стадия обжига медного концентрата в высокопроизводительном аппарате, сочлененном с плавильным конвертером;

- для обжига применяется вихревая камера, обладающая высокой удельной производительностью (до 5-6 т/м³·^ч);

- ликвидируется факел горения топлива в плавильном агрегате;

- ликвидируется подача топлива в конвертер;

- снижаются потери тепла с газами (а следовательно, топлива и/или технического кислорода) на 15-20% благодаря тому, что в предлагаемом печном устройстве осуществляется раздельная эвакуация газов:- обжиговую камеру газы покидают при температурах 700-850° С, а конвертер - при 1200-1350° С;

- дополнительная экономия тепла (топлива и/или технического кислорода) достигается за счет того, что концентрат поступает в конвертер в виде огарка в горячем состоянии (730-850° С);

- производительность конвертера повышается в 1,5-2,0 раза;

- кислородом преимущественно обогащается та часть дутья, которая поступает в обжиговый вихревой агрегат;

- облегчается эвакуация высокотемпературных газов и условия эксплуатации установок по утилизации тепла;

- повышается качество возгонов благодаря предварительному удалению с низкотемпературными газами мелких частиц шихты;

- в ряде случаев исключается необходимость окомкования исходного концентрата и др.

источники информации

1. В.В.Мечев, В.П.Быстров, А.В.Тарасов и др. Автогенные процессы в цветной металлургии. М., Металлургия, 1991.

2. А.И.Окунев, П.А.Мясников, Г.Ф.Стрижов, С.А.Адамов. Комплексная переработка сульфидных полиметаллических концентратов в двухступенчатой циклонной установке. В кн. “Циклонные плавильные энерготехнологические процессы”. М., ГНТИ, 1963, с.102-110.

3. Ю.В.Кофейников, Л.И.Мурашко, В.Н.Курбатов, Ю.И.Шепелев. Реконструкция металлургического цеха Медногорского медно-серного комбината. “Цветные металлы”, 2001, №12, с.16-18.

Изобретение относится к цветной металлургии, преимущественно к металлургии меди и никеля, в частности к устройству металлургического аппарата для автогенной плавки медных, медно-цинковых, никелевых и медно-никелевых концентратов, а также может быть использовано для любых сульфидных концентратов и руд. Автогенный обжигово-плавильный агрегат включает устройство для непрерывной загрузки и обжига концентрата или шихты и флюса, плавильное устройство для получения штейна или металла, шлака и газа с фурмами для подачи окислительного дутья в расплав, узлом эвакуации газов, шпуровыми отверстиями для удаления штейна или металла с одной и шлака - с другой стороны плавильного устройства, обжиговую вихревую камеру, установленную со стороны торцевой части плавильного устройства, противоположной по отношению к выпускной шлаковой летке, и сочлененную с плавильным устройством при помощи патрубка, обеспечивающего поступление горячего огарка из вихревой камеры в плавильное устройство, при этом в качестве узла для селективной эвакуации газов плавильной части агрегата служит горловина плавильного устройства, а для эвакуации обжиговых газов - вертикальный газоотвод, расположенный по оси вихревой камеры. В качестве плавильного устройства может быть использован стационарный конвертер, и плавильное устройство может быть выполнено с боковым отводом для эвакуации газов. Изобретение обеспечивает снижение расхода топлива и технического кислорода при плавке сульфидных концентратов и возможность осуществления автогенного процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Автогенный обжигово-плавильный агрегат, включающий устройство для непрерывной загрузки и обжига концентрата (шихты) и флюса, плавильное устройство для получения штейна (металла), шлака и газа с фурмами для подачи окислительного дутья в расплав, узлом эвакуации газов, шпуровыми отверстиями для удаления штейна (металла) с одной и шлака - с другой стороны плавильного устройства, отличающийся тем, что он содержит обжиговую вихревую камеру, установленную со стороны торцевой части плавильного устройства, противоположной по отношению к выпускной шлаковой летке, и сочлененную с плавильным устройством при помощи патрубка, обеспечивающего поступление горячего огарка из вихревой камеры в плавильное устройство, при этом в качестве узла для селективной эвакуации газов плавильной части агрегата служит горловина плавильного устройства, а для эвакуации обжиговых газов - вертикальный газоотвод, расположенный по оси вихревой камеры.2. Автогенный обжигово-плавильный агрегат по п.1, отличающийся тем, что в качестве плавильного устройства он содержит стационарный конвертер.3. Автогенный обжигово-плавильный агрегат по п.1, отличающийся тем, что плавильное устройство выполнено с боковым отводом для эвакуации газов.