ПЕЧЬ ВАНЮКОВА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПЛАВКИ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦВЕТНЫЕ И ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ Российский патент 2004 года по МПК F27B17/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для непрерывной переработки окисленной никелевой руды.

В настоящее время в России окисленную никелевую руду перерабатывают в шахтных печах. Шахтные печи представляют собой прямоугольную емкость - шахту, в которую сверху загружают окускованную окисленную руду, флюсы и кокс. В нижней части боковых стен имеются отверстия для подачи дутья в слой твердого разогретого кокса. Продукты горения кокса нагревают и расплавляют шихту, которая стекает вниз и выходит из печи через отверстие, расположенное у подины. Во внешнем отстойнике расплав разделяется на шлак и штейн (ферроникель). Недостатками шахтной плавки являются сложная и дорогая подготовка шихты к плавке (брикетирование, окатывание или агломерация), использование в качестве топлива только крупнокускового дорогого кокса, вынос пыли с отходящими газами превышает 10% от веса загружаемой шихты и выбросы в атмосферу более 50% серы, содержащейся в сульфидизаторе, используемом для получения штейна. Все это вместе взятое делает шахтную плавку экологически опасной и экономически нерентабельной.

Известна печь для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне, содержащая шахту, разделенную перегородкой, закрепленной на своде, наклонную, ступенчатую подину, сифоны для выпуска продуктов плавки (Авторское свидетельство СССР №1008600, кл. F 27 В 17/00 от 30.03.83 г. Бюл. №12). Основным недостатком известной печи является ее непригодность для переработки окисленного сырья из-за объединения подфурменной области в одну единую ванну металлсодержащей продукции и разделение верхней части печи с невозможностью обмена газами и вспененным шлаком между камерами окислительного плавления и восстановления.

Предлагаемая новая конструкция печи дает следующий технический результат. Создается возможность в камере окислительного плавления нагреть и расплавить все компоненты шихты и передать получаемый шлак в зону восстановления оксидов с использованием максимальной теплотворной способности любого вида топлива, выносом пыли с отходящими газами менее 1% от веса перерабатываемой шихты и без воздействия окислительных условий на продукты, получаемые в зоне восстановления оксидов, а в зоне восстановления оксидов выделить никель, кобальт и часть железа в штейн или металлический сплав с ликвидацией опасности вспенивания шлака и запечатывания устройств для загрузки материалов в печь и отвода из печи образующихся шлаков.

Изложенный выше технический результат изобретения достигается тем, что в известной печи для непрерывной плавки материалов, содержащей цветные и черные металлы, включающей кессонированную шахту, разделенную поперечными перегородками на камеру окислительного плавления и на камеру восстановления оксидов шлака, снабженные фурмами, ступенчатую подину, сифон с отверстиями для выпуска шлака и металлсодержащей фазы, кессонированная шахта выполнена прямоугольной внизу и расширяющейся в верхней части, нижняя кромка перегородки, расположенной со стороны камеры окислительного плавления, установлена на 5-15 диаметров фурмы камеры окислительного плавления ниже оси этих фурм, а верхняя кромка этой перегородки расположена выше оси фурм камеры восстановления оксидов шлака на 2,5-4,5 расстояний от оси фурм камеры восстановления оксидов шлака до порога отверстия для выпуска шлака.

На чертеже представлена предлагаемая печь, продольный разрез.

Печь содержит прямоугольную внизу и расширяющуюся в верхней части кессонированную шахту 1 с фурмами 2, 3, 4, поперечные перегородки 5, 12, разделяющие печь на камеры окислительного плавления шихты 6 и восстановления оксидов шлака 7, ступенчатую подину 8, сифон для выпуска шлака 9, канал для выпуска металла или штейна 10, шпуры для выпуска расплавов 11, внутренний сифон 13 для перелива жидкого шлака из камеры окислительного плавления в верхнюю часть камеры восстановления оксидов шлака, газоход 14 для отвода газов из камеры восстановления, газоход 17 для отвода газов из камеры окислительного плавления, устройство для загрузки твердых материалов в камеру восстановления 16, устройство для загрузки твердых материалов в камеру окислительного плавления 15.

Печь работает следующим образом.

Шихту с флюсующими добавками и с твердым топливом загружают через устройство 15 на поверхность барботируемого дутьем шлакового расплава в камеру окислительного плавления 6. Барботаж расплава и окисление углеродистого топлива осуществляют за счет подачи в расплав кислородсодержащего дутья через фурмы 3 в боковых стенах печи в количестве, необходимом для полного сжигания горючих компонентов с максимальным выделением тепла. За счет интенсивного перемешивания и выделения тепла сжигания топлива твердая шихта быстро расплавляется и формирует гомогенный шлак, который по мере его накопления под нижней кромкой перегородки 5 через внутренний сифон 13 перетекает в верхнюю часть камеры восстановления 7. Для работы этого узла печи необходимо, чтобы нижняя кромка перегородки 5 находилась ниже оси ряда фурм 3 на глубине 5-15 диаметров отверстия устья фурм 3. При глубине кромки перегородки 5 менее 5 диаметров фурм 3 уголь, загружаемый в камеру плавления, уносится шлаком в камеру восстановления, а в камере плавления нарушается соотношение углерод/кислород и тепловой баланс. В результате этого происходит охлаждение шлака и его замерзание в зоне плавления с прекращением плавки.

При глубине нижней кромки перегородки 5 более 15 диаметров фурмы 3 существенно увеличиваются потери тепла шлака через стены в зоне, где отсутствует генерация тепла, что приводит к снижению температуры шлака и образованию подовой настыли, которая перекрывает окно для перетока расплава из камеры 6 в камеру 7 и процесс нарушается.

Газообразные продукты плавки в камере 6 выводят через газоход 17 в своде камеры 6 и направляют на очистку от пыли и утилизацию тепла.

В камеру восстановления оксидов шлака через устройство загрузки 16 в верхнюю часть барботируемого расплава вводят твердые углеродистые материалы в виде угля и, если необходимо по материальному балансу плавки, дополнительные флюсующие материалы, в том числе и сульфидизаторы. Уголь вводят в количестве, необходимом для восстановления оксидов извлекаемых металлов и компенсации тепловых затрат. Барботаж расплава для ускорения тепло- и массообмена и окисление топлива до необходимого содержания оксида углерода (СО) и водорода в зоне химической реакции в расплаве поддерживают за счет подачи кислородсодержащего дутья через ряд фурм 2. В результате восстановительных реакций и, если необходимо, сульфидирования в камере восстановления образуется металлическая или сульфидная фаза, капельки которых опускаются на дно камеры восстановления и их выпускают из печи через канал 10 или через шпур 11. Шлак, обедненный по цветным металлам и по железу, выпускают через окно 18 в сифоне 9. Газы камеры восстановления, содержащие СО и Н₂, для экономии топлива и снижения их токсичности дожигают, подавая кислородсодержащее дутье через ряд фурм 4. После дожигания газы удаляют из печи для очистки от пыли и утилизации тепла через газоход 14.

Известно, что при восстановительных процессах в диапазоне содержания железа в шлаке 8-20% возникает вспенивание шлака и шлаковая пена достигает свода, запечатывает газоход и загрузочные устройства. Для предотвращения этого явления и создания возможности удаления газов из обеих камер по любому из газоходов верхняя кромка перегородки 5 располагается на уровне от 2,5 до 4,5 расстояний от оси ряда фурм 2 в камере восстановления до нижнего порога окна 18 шлакового сифона 9.

В этих условиях образующаяся пена перебрасывается в камеру 6 и осаживается окислительными отходящими газами. При отмеченном отношении менее 2,5, даже в случае нормальной работы, наблюдается переброс шлака и находящегося в нем угля из камеры 7 в камеру 6 и нарушение необходимого соотношения углерод: кислород в камере 7, уменьшение скорости реакций восстановления с повышением потерь цветных металлов со шлаком.

При повышении уровня перегородки сверх упоминавшегося соотношения 4,5 возрастает динамическое сопротивление для прохода газа из камеры 7 в газоход 17 или из камеры 6 в газоход 14. Это создает возможность повышения давления внутри печи и выбросов горячих газов через загрузочные устройства, что приводит к нарушению процесса. Эффективность расположения верхней и нижней кромок перегородки между камерами внутри печи доказывается опытами, проведенными на опытной двухкамерной печи с общей площадью пода 4 м² и площадью плавильной камеры 3 м² и восстановительной - 1 м² (свод печи общий для обеих камер).

Общая высота печи от подины до свода восстановительной камеры составляла 6 м, а в плавильной камере 5,4 м. Фурмы в плавильной камере с диаметром канала 40 мм располагались на расстоянии 0,9 м от пода, а в восстановительной - 1,5 м от пода. Нижний порог окна для выпуска шлака находился на уровне 0,8 м выше уровня оси фурм 2 в восстановительной камере.

На опытной печи проведена серия опытных плавок окисленной никелевой руды с изменением положения верхней и нижней кромок перегородки 5 между камерами. Нижнюю кромку перегородки 5 устанавливали на уровнях 150, 250, 500, 650 мм ниже уровня осей фурм 3. При положении нижней кромки перегородки на уровнях 250 и 500 мм ниже фурм (l/d=6,25 и 12,5) шлак непрерывно перетекал из камеры 6 в камеру 7 и печь работала нормально. При уровне кромки 150 мм ниже фурм (l/d=3,75) шлак над фурмами загустевал, замерзал и плавка прекращалась. При уровне кромки 650 мм ниже фурм (l/d=16,25) на подине в плавильной камере образовывалась настыль, зарастало окно под перегородкой 5 и переток шлака из камеры 6 в камеру 7 прекращался.

В ряде опытов уровень верхней кромки перегородки 5 располагали на уровнях 1,5; 2,0; 3,5; 4,0 мм выше оси фурм 2. При уровнях кромки 2 и 3,5 мм выше осей фурм 2 (H/h=2,5 и 4,37) плавка протекала нормально и содержание никеля в отвальном шлаке составляло 0,1 и 0,12% соответственно. При снижении верхней кромки до уровня 1,5 мм выше оси фурмы 2 (H/h=1,87) наблюдался переброс шлака из одной камеры в другую и содержание никеля в выходящем из восстановительной камеры шлака повысилось до 0,43% и потери никеля со шлаком возросли в 4 раза. При подъеме верхней кромки перегородки до уровня 4 мм выше оси фурм 2 (H/h=5,0) появилось периодическое нарастание давления и выброс горячих отходящих газов через загрузочные течки как в плавильной, так и в восстановительной камерах, что заставляло прекращать плавку.

Как видно из материалов описания заявки, применение печи данной конструкции позволит осуществить по сравнению с прототипом получение в одном агрегате из окисленной никелевой руды ферроникель или никелевый штейн и отвальный шлак с минимальным расходом топлива вследствие того, что в плавильной камере топливо сжигают с максимальной генерацией тепла и уменьшается необходимая степень дожигания отходящих газов в восстановительной камере.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройствам для непрерывной переработки окисленной никелевой руды. Печь для непрерывной плавки материалов, включающая кессонированную шахту прямоугольную внизу и расширяющуюся в верхней части, разделенную поперечными перегородками на камеру окислительного плавления и на камеру восстановления оксидов шлака, снабженные фурмами, ступенчатую подину, сифон с отверстиями для выпуска шлака и металлсодержащей фазы, нижняя кромка перегородки, расположенной со стороны камеры окислительного плавления, установлена на 5-15 диаметров фурмы камеры окислительного плавления ниже оси этих фурм, а верхняя кромка этой перегородки расположена выше оси фурм камеры восстановления оксидов шлака на 2,5-4,5 расстояний от оси фурм камеры восстановления оксидов шлака до порога отверстия для выпуска шлака. При использовании изобретения обеспечивается сжигание топлива в плавильной камере с максимальной генерацией тепла, а также уменьшается необходимость дожигания отходящих газов в восстановительной камере. 1 ил.

Печь для непрерывной плавки материалов, содержащих цветные и черные металлы, включающая кессонированную шахту, разделенную поперечными перегородками на камеру окислительного плавления и на камеру восстановления оксидов шлака, снабженные фурмами, ступенчатую подину, сифон с отверстиями для выпуска шлака и металлсодержащей фазы, отличающаяся тем, что кессонированная шахта выполнена прямоугольной внизу и расширяющейся в верхней части, нижняя кромка перегородки, расположенной со стороны камеры окислительного плавления, установлена на 5-15 диаметров фурмы камеры окислительного плавления ниже оси этих фурм, а верхняя кромка этой перегородки расположена выше оси фурм камеры восстановления оксидов шлака на 2,5-4,5 расстояний от оси фурм камеры восстановления оксидов шлака до порога отверстия для выпуска шлака.