СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОКИСЛЕННЫХ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗО, НИКЕЛЬ И КОБАЛЬТ Российский патент 2012 года по МПК C22B23/02 C22B3/04 F27B17/00 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам и устройствам для непрерывной плавки окисленного никелевого и железорудного сырья.

Известен способ плавки никелевых латеритовых и других железо- и никельсодержащих окисленных материалов по технологии Ausmelt, включающий стадию плавления при непрерывной загрузке в расплав окисленных рудных материалов, флюсов, топлива и при непрерывной подаче кислородсодержащего дутья с помощью вертикальных фурм в расплав с получением шлакового расплава, содержащего никель, железо и кобальт, пылевидных и газообразных продуктов стадии плавления, непрерывную передачу шлакового расплава стадии плавления на стадию восстановления, стадию восстановления шлакового расплава при непрерывной подаче восстановителя и кислородсодержащего дутья с помощью вертикальных фурм в расплав с получением металлсодержащего расплава, отвального по содержанию никеля и кобальта шлака, содержащих горючие компоненты пылевидных и газообразных продуктов стадии восстановления, выпуск жидких продуктов стадии восстановления, удаление газообразных и пылевидных продуктов стадий плавления и восстановления [Патент WO/1991/005879, опубл. 02.05.1991, МПК⁸ C21B 3/04, C22B 5/10, C22B 5/12, C22B 23/02].

Способ используется как для переработки латеритовых (окисленных никелевых) руд, так и для переработки других окисленных материалов, содержащих никель и железо.

К недостаткам способа относится необходимость использования дутья с относительно низкой концентрацией кислорода, что обусловлено низкой стойкостью применяемых вертикальных фурм и необходимостью их периодического ремонта и замены. В связи с этим способ связан с высоким расходом угля, природного газа или жидкого топлива. Повышенный расход дутья с низким обогащением по кислороду вызывает высокий пылеунос и вынос капель шлака из ванны расплава. В связи с большими геометрическими размерами (высотой) применяемых для реализации способа печей Ausmelt технология связана с высокими капитальными затратами.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки окисленных рудных материалов, содержащих железо, никель и кобальт, включающий стадию плавления при непрерывной загрузке в расплав окисленных рудных материалов, флюсов, топлива и при непрерывной подаче кислородсодержащего дутья в расплав и над поверхностью расплава с получением шлакового расплава, содержащего никель, железо и кобальт, пылевидных и газообразных продуктов стадии плавления, непрерывную передачу шлакового расплава стадии плавления на стадию восстановления, стадию восстановления шлакового расплава при непрерывной подаче восстановителя и кислородсодержащего дутья в расплав с получением металлсодержащего расплава, отвального по содержанию никеля и кобальта шлака, содержащих горючие компоненты пылевидных и газообразных продуктов стадии восстановления, дожигание горючих компонентов стадии восстановления кислородсодержащим дутьем, выпуск жидких продуктов стадии восстановления, удаление газообразных и пылевидных продуктов стадий плавления и восстановления [Освоение процесса Ванюкова для переработки окисленных никелевых руд на Южно-Уральском никелевом комбинате // Федоров А.Н., Комков А.А., Бруэк В.Н., Гнусков Н.А., Крыжановский А.П. / - Цветные металлы. - 2007. - С.33-37]. Этот способ принят за прототип.

Известна печь для непрерывной плавки материалов, содержащих цветные и черные металлы, включающая кессонированную шахту, разделенную поперечными перегородками на камеру окислительного плавления и на камеру восстановления 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 [Патент РФ 2242687, опубл. 20.12.2004 г. МПК⁸ F27B 17/00].

К недостаткам этого известного устройства можно отнести следующее. При перетекании расплава через нижнюю кромку перегородки, разделяющей камеру плавления и камеру восстановления оксидов шлака, происходит образование настылей, препятствующих равномерному поступлению расплава в камеру восстановления оксидов шлака. При этом приходится останавливать загрузку шихты, поднимать температуру расплава в камере окислительного плавления для расплавления настыли, что нарушает непрерывность процесса, снижает производительность агрегата и ухудшает его технико-экономические показатели. При размывании настыли горячий расплав из камеры плавления массированно, в большом количестве «прорывается» в камеру восстановления оксидов шлака и далее в сифон. В этой ситуации нарушаются процессы восстановления оксидов шлакового расплава, ухудшаются условия формирования и разделение штейна и шлака, что приводит к повышенным потерям никеля и кобальта со шлаком.

При восстановительно-сульфидирующей обработке расплава в камере восстановления оксидов шлака возможен частичный «переброс» вместе со шлаком капель образовавшегося штейна и частиц сульфидизатора (колчедана) через малую перегородку переточного устройства (внутреннего сифона) в камеру окислительного плавления, что расстраивает технологический процесс и приводит к перерасходу восстановителя и сульфидизатора.

Кроме того, плоская подина камеры восстановления оксидов шлака способствует подовому настылеобразованию и перекрытию шпуровых отверстий, что затрудняет обслуживание печи, нарушает непрерывность плавки и также снижает производительность процесса переработки сырья.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является печь для непрерывной плавки окисленных рудных материалов, содержащих никель, кобальт, железо, включающая каркас, кессонированную шахту, разделенную вертикальной поперечной перегородкой на плавильную и восстановительную камеры, снабженные фурмами, единую ступенчатую по камерам подину, сифон с переточным каналом и отверстиями для выпуска шлака и металлсодержащего расплава с вертикальной поперечной перегородкой, герметично закрепленной на подине плавильной камеры и выполненной выше плоскости фурм плавильной камеры на высоту 35-55 ее диаметров, подина восстановительной камеры от вертикальной поперечной перегородки к переточному каналу сифона может быть выполнена наклонной под углом 25-60° к горизонтали [Патент РФ №2315934, опубл. 27.01.2008, МПК⁸ F27B 17/00]. Это устройство принято за прототип.

Недостатком принятых в качестве прототипов способа и устройства является высокий расход топлива на стадии плавления, в особенности при переработке окисленных никелевых руд с высоким содержанием влаги. Отходящие газы стадии плавления не содержат горючих компонентов и подача кислородсодержащего дутья для их дожигания малоэффективна с точки зрения возврата тепла ванне расплава. Между тем, именно стадия плавления связана с основным расходом топлива. Отходящие газы стадии восстановления содержат большое количество горючих компонентов (CO, H₂ и др.), и их дожигание приводит к большому выделению тепла. Однако дожигание газов непосредственно над ванной шлакового расплава восстановительной стадии приводит к окислению брызг шлака, возвращающихся в ванну, ухудшает условия восстановления и приводит к повышению расхода восстановителя. Дожигание проводят в специальных устройствах, камерах дожигания, расположенных вне металлургического агрегата, а использование выделяемого тепла для подогрева дутья с высокой концентрацией кислорода малоэффективно с точки зрения снижения энергозатрат на процесс и опасно с точки зрения эксплуатации металлургического агрегата.

Существование двух раздельных газоходов и систем очистки и утилизации тепла отходящих газов при переработке окисленного сырья не является необходимым с точки зрения их состава после дожигания горючих компонентов, а пыль, уловленная при очистке газов, полностью возвращается на стадию плавления.

В случае переработки сырья с получением никель- и кобальт содержащего штейна часть серы сульфидизатора неизбежно попадает в газовую фазу, что требует дополнительной стадии очистки от соединений серы газов с ее низким содержанием. Полученный традиционным способом серосодержащий продукт направляется в отвал (гипсовый кек с влажностью 30%) или в сточные воды (сульфат натрия).

Техническим результатом предложенного способа и устройства является обеспечение непрерывной и устойчивой переработки окисленных рудных материалов, содержащих никель, кобальт и железо, снижение механического уноса шихтовых материалов и выброса токсичных веществ с отходящими газами, снижение энергетических затрат, повышение надежности, безопасности и срока эксплуатации плавильного и газоочистного оборудования, снижение капитальных затрат.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе передачу шлакового расплава со стадии плавления на стадию восстановления проводят в противоток движению над расплавом газообразных и пылевидных продуктов стадии восстановления на стадию плавления, дожигание горючих компонентов газообразных и пылевидных продуктов стадии восстановления проводят над расплавом стадии плавления, после дожигания газообразные и пылевидные продукты стадии восстановления и стадии плавления совместно охлаждают и очищают от пыли, уловленную пыль возвращают на стадию плавления, количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадии плавления, составляет 0,9-1,2 от теоретически необходимого для окисления углеводородов топлива до CO₂ и H₂O, количество кислорода в дутье, подаваемом на дожигание газов над шлаковым расплавом стадии плавления, составляет 0,9-1,2 от теоретически необходимого для окисления компонентов отходящих газов до CO₂ и H₂O, количество кислородсодержащего дутья, подаваемого в расплав на плавильной стадии, составляет 500-1500 м³ в час/м³ шлакового расплава, количество кислородсодержащего дутья, подаваемого в расплав на восстановительной стадии, составляет 300-1000 м³ в час/м³ шлакового расплава.

По варианту способа с получением ферроникеля, количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадию восстановления, составляет 0,15-0,60 от теоретически необходимого для окисления углеводородов восстановителя до CO₂ и H₂O.

По варианту способа с получением чугуна, легированного никелем и кобальтом в случае содержания их в окисленных рудных материалах, количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадию восстановления, составляет 0,15-0,2, от теоретически необходимого для окисления углеводородов восстановителя до CO₂ и H₂O.

По варианту способа с получением штейна, содержащего никель и кобальт, стадию восстановления ведут при подаче сульфидизатора, количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадию восстановления, составляет 0,30-0,60 от теоретически необходимого для окисления углеводородов восстановителя до CO₂ и H₂O.

В качестве сульфидизатора при этом могут быть использованы пирит, пирротин, элементарная сера или газообразные продукты, содержащие серу, с их подачей в расплав.

В качестве варианта, дополняющего способ, серосодержащие газы после дожигания очищают от соединений серы с использованием кальцийсодержащего реагента, а полученный продукт используют в качестве сульфидизатора на стадии восстановления с получением штейна.

Для осуществления переработки окисленных рудных материалов, содержащих железо, никель и кобальт по предложенному способу предлагается использовать печь Ванюкова для плавки окисленных рудных материалов, содержащих никель, кобальт и железо, содержащую каркас, кессонированную шахту, разделенную герметично закрепленной на подине вертикальной перегородкой на плавильную и восстановительную камеры, футерованный внутренний горн с единой ступенчатой по камерам подиной, кессонированный свод, загрузочные устройства, фурмы верхнего и нижнего ряда для подачи кислородсодержащего дутья в верхнюю и нижнюю часть шахты, сифон с переточным каналом и отверстиями для выпуска шлака и металлсодержащего расплава, газоход, в которой газоход для совместного удаления газов плавильной и восстановительной камер расположен в удаленном от восстановительной камеры конце свода плавильной камеры выше фурм верхнего ряда плавильной камеры, подина плавильной камеры выполнена на 5-30 калибров фурм нижнего ряда ниже горизонтальной плоскости фурм нижнего ряда, горизонтальная плоскость фурм верхнего ряда расположена на расстоянии 30-80 калибров фурм нижнего ряда выше фурм нижнего ряда, горизонтальная плоскость фурм восстановительной камеры расположена ниже верхнего уровня вертикальной перегородки между плавильной и восстановительной камерами на 40-85 калибров фурм восстановительной камеры.

По варианту предложенной конструкции печи Ванюкова для лучшей передачи тепла сжигаемых горючих компонентов отходящих газов ванне шлакового расплава и снижения энергозатрат на переработку сырья фурмы верхнего ряда установлены под углом 3-30° к горизонтальной плоскости.

По варианту конструкции на своде плавильной камеры дополнительно установлены фурмы для подачи кислородсодержащего дутья, что позволяет полностью вовлечь в дожигание весь поток газов, горизонтально движущийся из восстановительной камеры в плавильную камеру.

С целью снижения возможности переокисления шлакового расплава, направляемого из плавильной в восстановительную камеру, согласно различным предложенным вариантам конструкции, газоход расположен на своде и примыкает к торцевой стене шахты печи, удаленной от восстановительной камеры, или расположен на торцевой стене шахты печи, удаленной от восстановительной камеры.

При осуществлении предлагаемого способа на стадии плавления рудных материалов за счет сжигания топлива при количестве кислорода в дутье, подаваемом в расплав, в соотношении 0,9-1,2 от теоретически необходимого для окисления углеводородов топлива до CO₂ и H₂O и мощности перемешивания расплава кислородсодержащим дутьем 500-1500 м³ в час на 1 м³ шлакового расплава происходит полное сжигание топлива с максимальным тепловыделением в расплаве. Коэффициент расхода кислорода выбирается в зависимости от состава сырья и топлива. Компоненты сырья и топлива, за исключением переходящих при сжигании топлива в расплаве в отходящие газы, полностью переходят в шлаковый расплав. Образования металлсодержащего расплава (ферроникеля, чугуна или штейна) на этой стадии не происходит. Однако выделение тепла по реакциям окисления горючих компонентов топлива, например,

в сочетании с энергичным барботажным перемешиванием ванны расплава [500-1500 м³/(м³·ч)] обеспечивает интенсивное плавление компонентов шихты и растворение ее тугоплавких составляющих с образованием шлака. Тепло реакций 1 и 2 аккумулируется шлаковым расплавом, непрерывно перетекающим на дальнейшее восстановление. При этом тепловыделение по реакции (1) почти в 3 раза превышает тепловыделение по реакции

характеризующей условия восстановления металлического железа.

На стадии плавления не происходит окисления или восстановления железа, никеля и кобальта, содержащихся в исходном сырье в виде оксидов.

Восстановление железа, никеля и кобальта из жидкого шлака требует значительно меньших затрат тепла, и процесс в целом становится менее энергоемким.

Тем не менее, восстановление шлака ведется при образовании отходящих газов с высоким содержанием горючих компонентов, так как при этом протекают реакции

и др.

Использование теплотворной способности этих газов за счет осуществления дожигания СО, образующегося по реакции (3), позволяет значительно снизить энергозатраты на стадии плавления и, следовательно, на процесс в целом. Одновременно, за счет снижения удельного расхода топлива и кислородсодержащего дутья на стадии плавления при тех же затратах топлива и кислородсодержащего дутья, подаваемого в расплав, повышается производительность печи и снижается количество отходящих газов, а следовательно, и эксплуатационные затраты на стадии плавления и процессе в целом. Встречным потоком отходящих газов из восстановительной камеры предотвращается переокисление шлакового расплава, передаваемого на восстановление, и повышается скорость, а следовательно, и удельная производительность последующей стадии восстановления.

Предлагаемая конструкция печи (фиг.1) включает кессонированную шахту, содержащую плавильную 1 и восстановительную 2 камеры, разделенные перегородкой 3 и имеющие футерованный горн 4 с единой ступенчатой по камерам подиной. Расстояние от фурм нижнего ряда 5 плавильной камеры до подины составляет 5-30 калибров фурм, что позволяет избежать образования переохлажденного слоя шлакового расплава под фурмами (верхний предел) и размывания футерованной подины (нижний предел), а до фурм верхнего ряда 6 составляет 30-80 калибров, благодаря чему удается достичь максимальной передачи тепла от сгорания горючих компонентов отходящих газов шлаковому расплаву (нижний предел) без излишнего увеличения геометрических размеров печи (верхний предел). Расположение фурм восстановительной камеры ниже верхнего уровня вертикальной перегородки на 40-85 калибров фурм ниже позволяет избежать обратного «переброса» расплава из восстановительной камеры в окислительную (нижний предел) без излишнего увеличения размеров печи (верхний предел). На своде 7 плавильной камеры расположены загрузочные устройства 8 для подачи шихты и твердого топлива, а на своде восстановительной камеры - загрузочные устройства 9 для подачи восстановителя и, при необходимости, сульфидизатора.

Фурмы верхнего ряда плавильной камеры могут быть расположены под углом 3-30° к горизонтальной плоскости фурм, что позволяет направить факел сгорания горючих газов на ванну шлака и максимально перекрыть всю поверхность шлаковой ванны плавильной камеры.

Для избежания «проскока» потока горючих газов под сводом печи в газоход плавильной камеры на своде плавильной камеры могут быть установлены вертикальные фурмы 10 для дожигания.

Выпуск расплава из восстановительной камеры осуществляют через шлаковый сифон 11 и шпур 12 для металлсодержащего расплава.

Выпуск газообразных и пылевидных продуктов после дожигания проводят через газоход 13, расположенный на своде плавильной камеры выше фурм верхнего ряда в удаленном от восстановительной камеры конце свода плавильной камеры.

По варианту конструкции (фиг.2) газоход может примыкать к торцевой стене плавильной камеры или (фиг.3) располагаться на ней.

При осуществлении предложенного способа загрузку окисленных рудных материалов, флюсов, топлива проводят непрерывно через загрузочные устройства печи Ванюкова на поверхность ванны шлакового расплава, в который через фурмы нижнего ряда плавильной камеры непрерывно подают кислородсодержащее дутье. В ванне шлакового расплава происходит нагрев компонентов загружаемых окисленных материалов, плавление и растворение тугоплавких составляющих с формированием шлакового расплава. Количество подаваемого кислородсодержащего дутья и топлива, а также их соотношение и содержание кислорода в дутье выбирается таким, чтобы обеспечить достаточное для переработки сырья тепловыделение при горении топлива, активное перемешивание расплава дутьем и продуктами сжигания топлива. Мощность перемешивания (количество подаваемого кислородсодержащего дутья (м³) на 1 м³ расплава в час) в плавильной камере печи выбирается такой, чтобы достигалось достаточно эффективное перемешивание и формирование шлакового расплава (нижний предел - [500 (м³·ч)/м³]), но не происходило слишком сильного его разбрызгивания с зарастанием свода печи и требующего увеличения геометрических размеров печи (верхний предел - [1500 (м³·ч)/м³]).

Расплавленный материал над верхним краем вертикальной перегородки перетекает в восстановительную камеру.

В восстановительной камере происходит восстановление оксидов цветных металлов и железа по реакциям (4-7) с образованием металлсодержащего расплава, например ферроникеля или чугуна, легированного никелем и кобальтом в случае присутствия этих металлов в исходном сырье. Для этого на поверхность расплава загружают восстановитель. Газообразное топливо, которое может частично служить восстановителем, подают в расплав через фурмы вместе с кислородсодержащим дутьем. Соотношением количеств кислорода в кислородсодержащем дутье и топлива создают необходимые в том или ином варианте технологии восстановительные условия.

При необходимости извлечения кобальта из исходного сырья процесс ведут с получением металлизированного штейна с извлечением в него никеля и кобальта и получением металлического кобальта и никеля в последующем металлургическом производстве известными способами. В этом случае вместе с восстановителем на поверхность расплава или в расплав подают сульфидизатор.

Полученный металлсодержащий расплав выпускают из восстановительной камеры через отверстие (шпур) периодически, а шлак непрерывно через шлаковый сифон.

В случае переработки окисленных рудных материалов с достаточно высоким содержанием железа и получением чугуна может быть организован непрерывный выпуск чугуна через сифон.

Мощность перемешивания (количество подаваемого кислородсодержащего дутья (м³) на 1 м³ расплава) в восстановительной камере печи выбирается такой, чтобы достигалось достаточно эффективное «вмешивание» восстановителя в расплав, необходимое для образования металлсодержащего расплава (нижний предел), но не происходило слишком сильного его разбрызгивания с перебросом расплава в плавильную камеру, требующего увеличения геометрических размеров печи (верхний предел).

Отходящие газы восстановительной стадии плавки удаляются из расплава и проходят противотоком над встречным потоком шлака, направляющегося из плавильной в восстановительную камеру. В плавильной камере в газы восстановительной стадии с высоким содержанием горючих компонентов подается кислородсодержащее дутье. За счет тепла экзотермических реакций горения горючих компонентов газов в факелах, направляемых на ванну шлака за счет ориентации фурм верхнего ряда плавильной камеры, происходит дополнительный нагрев шлаковой ванны в месте загрузки окисленных материалов и флюсов. Тем самым ускоряются процессы расплавления компонентов сырья, и снижается удельный расход топлива и кислородсодержащего дутья. Факелами вертикальных горелок полностью перекрывается газовый поток, и теплотворная способность отходящих газов восстановительной камеры максимально используется.

Отходящие газы направляют на охлаждение с утилизацией тепла, например, в теплоэнергетическую установку с производством электроэнергии, возможно использование их тепла для сушки и подогрева окисленных рудных материалов перед их подачей на плавку. После охлаждения газы окончательно очищают от пыли, которую возвращают на плавку в плавильную камеру печи.

В случае получения штейна с использованием сульфидизатора в газы восстановительной камеры переходит часть серы, не прореагировавшей с металлами. После окисления горючих компонентов газов восстановительной камеры сера, содержащаяся в газах в основном в виде сернистого ангидрида, может быть уловлена с использованием кальцийсодержащего реагента сухим или мокрым способом. Полученный серосодержащий продукт может быть использован в качестве сульфидизатора на восстановительной стадии. Это позволяет снизить выбросы серы с отходящими газами, но и достичь минимального расхода сульфидизатора.

Для практической реализации предложенного способа в печи Ванюкова газоход для совместного удаления газов плавильной и восстановительной камер располагают в удаленном от восстановительной камеры конце свода плавильной камеры выше фурм верхнего ряда плавильной камеры, подину плавильной камеры выполняют на 5-30 калибров фурмы нижнего ряда ниже горизонтальной плоскости фурм нижнего ряда, горизонтальную плоскость фурм верхнего ряда располагают на расстоянии 30-80 калибров фурм нижнего ряда выше фурм нижнего ряда, горизонтальную плоскость фурм восстановительной камеры располагают ниже верхнего уровня вертикальной перегородки между плавильной и восстановительной камерами на 40-85 калибров фурм восстановительной камеры.

Такая конструкция печи позволяет организовать дожигание горючих компонентов газов, поступающих из восстановительной камеры в плавильной камере, где тепло реакций горения горючих компонентов технологических газов дополнительно используется для подогрева расплава и плавления загружаемых шихтовых материалов. В то же время не происходит переокисления расплава, поступающего в восстановительную камеру.

Благодаря принятому расположению фурм нижнего ряда плавильной камеры относительно подины весь объем расплава в ней подвергается интенсивному барботажу дутьем, а сама подина защищена от разрушения. Это позволяет ускорить процесс формирования шлака и не допустить застывания расплава в плавильной камере ниже уровня фурм.

Фурмы верхнего ряда плавильной камеры располагаются достаточно близко к поверхности расплава, чтобы тепло от дожигания передавалось расплаву, но не происходило набрасывания расплава на стены печи, а с другой стороны, чтобы высота печи не была чрезмерно большой.

Расположение фурм восстановительной камеры относительно верхнего края перегородки позволяет избежать «переброса» расплава из восстановительной камеры в плавильную, что приводит к снижению производительности печи. В то же время удается избежать избыточного увеличения высоты восстановительной камеры и печи в целом.

Расположение фурм верхнего ряда плавильной камеры под углом 3-30° к горизонтальной плоскости позволяет направить поток тепла сжигаемых газов на ванну расплава. Благодаря этому повышается степень использования тепла.

Чтобы не допустить «проскока» горючих компонентов газов восстановительной камеры под сводом печи в своде плавильной камеры могут быть дополнительно установлены фурмы для подачи кислородсодержащего дутья, факел от сжигания горючих компонентов направлен при этом на ванну печи.

Газоход печи, находящийся в плавильной камере, с целью максимального его удаления от восстановительной камеры может примыкать к торцевой стене плавильной камеры печи Ванюкова, удаленной от восстановительной камеры, либо располагаться в ее верхней части. В последнем случае необходимо, чтобы высота расположения газохода была достаточной для того, чтобы предотвратить попадание в него брызг расплава.

Основные показатели практического осуществления

1. В печи Ванюкова с площадью сечения плавильной камеры в области фурм нижнего ряда 18 м² и площадью сечения восстановительной камеры в области фурм нижнего ряда 20,4 м² перерабатывалась окисленная никелевая руда с содержанием железа 16,1%, никеля 2% и кобальта 0,07%. Руда подвергалась предварительной прокалке до температуры 850°С отходящими газами печи Ванюкова с единым газоходом, примыкающим к своду плавильной камеры. В качестве топлива и восстановителя использовался уголь. В качестве флюса - известняк. В качестве сульфидизатора использовали элементарную серу, пирит, пирротин, газообразную серу, а также гипс, который частично заменял флюс. В ходе работы варьировали значение коэффициента расхода кислорода, подаваемого в плавильной камере в расплав и над расплавом от теоретически необходимого для окисления топлива и отходящих газов в заявляемых пределах параметров, а также интенсивность дутья, подаваемого в расплав. В восстановительной зоне варьировали соотношение количества кислорода, подаваемого в расплав к необходимому для окисления углеводородов восстановителя в пределах согласно заявляемому способу. Получен штейн с содержанием никеля 15% и кобальта 0,43%, содержание никеля в отвальном шлаке после восстановления составило 0,15%, кобальта 0,017%. Извлечение никеля в штейн 93,1%, кобальта 77,1%. В ходе работы газы стадии восстановления дожигали над расплавом стадии плавления, что позволило снизить расход угля на 12% по сравнению с вариантом с раздельным удалением на очистку газов плавильной и восстановительной камер.

2. В печи Ванюкова описанной выше конструкции проводили плавку окисленной никелевой руды с получением ферроникеля, содержащего 20% никеля и 0,65% кобальта. В этом случае извлечение никеля и кобальта в ферроникель составило 95,2 и 85% соответственно. В восстановительной зоне варьировали соотношение количества кислорода, подаваемого в расплав к необходимому для окисления углеводородов восстановителя в пределах согласно заявляемому способу.

3. В печи Ванюкова описанной выше конструкции проводили плавку окисленной никелевой руды с глубоким восстановлением шлака и получением высоконикелистого чугуна, легированного кобальтом. Содержание железа в конечном шлаке составило 3%, никеля 0,04%, кобальта 0,005%. Содержание никеля в сплаве (чугуне) 12%, кобальта 0,40. Извлечение никеля и кобальта в сплав составило 97,7% и 88% соответственно. В восстановительной зоне варьировали соотношение количества кислорода, подаваемого в расплав к необходимому для окисления углеводородов восстановителя в пределах согласно заявляемому способу.

Изобретение относится к способу и устройству для плавки окисленного никелевого и железорудного сырья. Способ осуществляют в две стадии - плавления и последующего восстановления шлакового расплава, передачу шлакового расплава со стадии плавления на стадию восстановления ведут в противоток движению газообразных и пылевых продуктов, газообразные продукты стадии плавления и восстановления дожигают над расплавом стадии восстановления. Количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадии плавления, составляет 0,9-1,2 от теоретически необходимого для окисления углеводородов топлива до CO₂ и H₂O, количество кислорода в дутье, подаваемом на дожигание газов над шлаковым расплавом стадии плавления, составляет 0,9-1,2 от теоретически необходимого для окисления компонентов отходящих газов до CO₂ и H₂O, количество кислородсодержащего дутья, подаваемого в расплав на плавильной стадии, составляет 500-1500 м³ в час/м³ шлакового расплава, количество кислородсодержащего дутья, подаваемого в расплав на восстановительной стадии, составляет 300-1000 м³ в час/м³ шлакового расплава. Раскрыта печь Ванюкова, в которой газоход для совместного удаления газов плавильной и восстановительной камер размещен в удаленном от восстановительной камеры конце свода плавильной камеры выше фурм верхнего ряда плавильной камеры по вертикали в калибрах фурмы нижнего ряда относительно плоскости фурм нижнего ряда, подина плавильной камеры выполнена на 5-30 калибров ниже, горизонтальная плоскость установки фурм верхнего ряда на 30-80 калибров выше, горизонтальная плоскость установки фурм нижнего ряда восстановительной камеры размещена ниже верхнего края вертикальной перегородки между плавильной и восстановительной камерами на 40-85 калибров фурм восстановительной камеры. Обеспечивается снижение механического пылеуноса и выброса токсичных веществ с отходящими газами, снижение энергетических и капитальных затрат, повышение надежности, безопасности и срока эксплуатации плавильного и газоочистного оборудования. 2 н. и 12 з.п. формулы, 3 ил.

1. Способ переработки окисленных рудных материалов, содержащих железо, никель и кобальт, включающий стадию плавления при непрерывной загрузке в расплав окисленных рудных материалов, флюсов, топлива и при непрерывной подаче кислородсодержащего дутья в расплав и над поверхностью расплава с получением шлакового расплава, содержащего никель, железо и кобальт, пылевидных и газообразных продуктов стадии плавления, непрерывную передачу шлакового расплава стадии плавления на стадию восстановления, стадию восстановления шлакового расплава при непрерывной подаче восстановителя и кислородсодержащего дутья в расплав с получением металлсодержащего расплава, отвального по содержанию никеля и кобальта шлака, содержащих горючие компоненты пылевидных и газообразных продуктов стадии восстановления, дожигание горючих компонентов стадии восстановления кислородсодержащим дутьем, выпуск жидких продуктов стадии восстановления, удаление газообразных и пылевидных продуктов стадий плавления и восстановления, отличающийся тем, что передачу шлакового расплава со стадии плавления на стадию восстановления проводят в противоток движению над расплавом газообразных и пылевидных продуктов стадии восстановления на стадию плавления, дожигание горючих компонентов газообразных и пылевидных продуктов стадии восстановления проводят над расплавом стадии плавления, после дожигания газообразные и пылевидные продукты стадии восстановления и стадии плавления совместно охлаждают и очищают от пыли, уловленную пыль возвращают на стадию плавления, при этом количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадии плавления, составляет 0,9-1,2 от теоретически необходимого для окисления углеводородов топлива до CO₂ и H₂O, количество кислорода в дутье, подаваемом на дожигание газов над шлаковым расплавом стадии плавления, составляет 0,9-1,2 от теоретически необходимого для окисления компонентов отходящих газов до CO₂ и H₂O, количество кислородсодержащего дутья, подаваемого в расплав на плавильной стадии, составляет 500-1500 м³ в час/м³ шлакового расплава, количество кислородсодержащего дутья, подаваемого в расплав на восстановительной стадии, составляет 300-1000 м³ в час/м³ шлакового расплава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию восстановления ведут с получением ферроникеля, и количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадию восстановления, составляет 0,15-0,60 от теоретически необходимого для окисления углеводородов восстановителя до CO₂ и H₂O.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию восстановления ведут с получением чугуна, легированного никелем и кобальтом, количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадию восстановления, составляет 0,15-0,2 от теоретически необходимого для окисления углеводородов восстановителя до CO₂ и H₂O.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию восстановления ведут при подаче сульфидизатора с получением штейна, содержащего никель и кобальт, и количество кислорода в дутье, подаваемом в расплав на стадию восстановления, составляет 0,30-0,60 от теоретически необходимого для окисления углеводородов восстановителя до CO₂ и H₂O.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве сульфидизатора используют пирит.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве сульфидизатора используют пирротин.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве сульфидизатора используют гипс.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве сульфидизатора используют элементарную серу.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве сульфидизатора используют газообразные продукты, содержащие серу, с их подачей в расплав.

10. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что газы после дожигания очищают от соединений серы с использованием кальцийсодержащего реагента, а полученный продукт используют в качестве сульфидизатора на стадии восстановления.

11. Печь Ванюкова для плавки окисленных рудных материалов, содержащих никель, кобальт и железо, содержащая каркас, кессонированную шахту, разделенную герметично закрепленной на подине вертикальной перегородкой на плавильную и восстановительную камеры, футерованный внутренний горн с единой ступенчатой по камерам подиной, кессонированный свод, загрузочные устройства, фурмы верхнего и нижнего ряда для подачи кислородсодержащего дутья в верхнюю и нижнюю часть шахты, сифон с переточным каналом и отверстиями для выпуска шлака и металлсодержащего расплава, газоход, отличающаяся тем, что газоход для совместного удаления газов плавильной и восстановительной камер размещен в удаленном от восстановительной камеры конце свода плавильной камеры выше фурм верхнего ряда плавильной камеры, подина плавильной камеры выполнена на 5-30 калибров фурм нижнего ряда ниже горизонтальной плоскости размещения фурм нижнего ряда, горизонтальная плоскость установки фурм верхнего ряда размещена на расстоянии 30-80 калибров фурм нижнего ряда выше фурм нижнего ряда, горизонтальная плоскость установки фурм нижнего ряда восстановительной камеры размещена ниже верхнего края вертикальной перегородки между плавильной и восстановительной камерами на 40-85 калибров фурм восстановительной камеры.

12. Печь Ванюкова по п.11, отличающаяся тем, что фурмы верхнего ряда установлены под углом 3-30° к горизонтальной плоскости.

13. Печь Ванюкова по п.11, отличающаяся тем, что в своде дополнительно установлены фурмы для подачи кислородсодержащего дутья.

14. Печь Ванюкова по п.11, отличающаяся тем, что газоход размещен в своде плавильной камеры и примыкает к удаленной от восстановительной камеры торцевой стене шахты печи.