Способ регенерации сульфидного шлака Советский патент 1991 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к технологии регенерации шлаков.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса регенерации и улучшение экологической обстановки.

Способ заключается в том, что продувку шлакового расплава газокислородной смесью ведут сначала при парциальном давлении кислорода 0,010-0,020 МПа, с удельным расходом кислорода 0,19-0,28 нм3 на 1 кг сульфидного шлака, а затем при парциальном давлении кислорода в газовой смеси .О01-0,009 МПа с удельным расходом кислорода 0.04-0,06 нм3 на 1 кг сульфидного шлака. Продувку шлакового расплава газовой смесью ведут до достижения соотношения масс оксидного гл0 и сульфидного тс расплавов mo/mc 1,5-2,8.

Нижние границы заявленных интервалов парциальных давлений и удельного расхода кислорода на продувку, а также соотношения mo/me соответствуют достижению минимально необходимой степени регенерации сульфида натрия, при которой процесс удаления меди из железоуглеродистых расплавов сульфидным шлаком будет экономически выгодным, При продувке шлакового расплава газокислородной смесью с меньшими парциальными давлениями кислорода и с меньшим удельным расходом кислорода на продувку, а также при т0/тс.1,5 степень регенерации сульON О 00 -N CJ 00

фида натрия не обеспечивает достаточную эффективность процесса регенерации.

Верхние границы заявленных интервалов парциальных давлений и удельного расхода кислорода на продувку, а также соотношения mo/mc соответствуют предельно допустимому насыщению сульфатного слоя соединениями меди и марганца. При превышении заявленных пределов происходит значительное окисление сульфидов меди и марганца, содержащихся в штейне, и переход сульфатов этих металлов в оксидный расплав. Содержание меди в оксидном расплаве при этом превышает 0,3%, что делает невозможным использование его в составе шлэкообрззующей смеси для удаления меди из железоуглеродистого расплава, и регенерация теряет смысл

Фактором, по которому можно определять конец продувки, является масса слива емого оксидного расплава. Попадание в требуемый интервал сходно по своей суги с попаданием в заданное содержание углерода в ходе конверторной плавки. На основании расчетов и производственного опыта определяется критерий (продолжительность и интенсивность продувки или расход кислорода или дутья), по которому определяется момент конца продуаки шлакового расплава. Затем производится слив оксидного расплава и определение массы слитого расплава.

Из соотношения

1.82т0 , ,. „ й 1.82М-т0 1 5 28

где М - масса исходного шлакового расплава, кг,

может быть рассчитана требуемая масса оксидного расплава т0, кг. Если масса слитого оксидного расплава оказывается меньше расчетной, производится додувка шлакового расплава в первой емкости и образовавшийся новый оксидный расплав вновь сливается и вновь взвешивается. Таким образом соотношение m0/mc может использоваться для управления эффективностью процесса и улучшения экологической обстановки при осуществлении способа.

В качестве характеристики дутьевого режима взят удельный расход кислорода. Он носит более универсальный характер при описании дутьевого режима, так как интенсивность и продолжительность продувки определяются в общем случае конструктивными особенностями агрегата, в котором может реализовываться процесс регенерации сульфидных шлаков и технологическими особенностями процесса в каждом конкретном случае.

Интенсивность подачи всей газовой смеси зависит от общего давления газовой

смеси, вдуваемой в расплав, а оно определяется условиями продувки: глубиной шлаковой ванны, вязкостью и химическим составом шлакового расплава и т.д., и в каждом конкретном случае интенсивность подачи всей газовой смеси будет иметь различное значение.

При осуществлении способа на практике интенсивность г. подачи всей газовой смеси можег быть определена из выражения

I.

02

.,

Ро2

где ро2 парциальное давление кислорода, Па;

Р - общее давление газовой смеси, Па;

io2 удельная интенсивность ввода кислорода в шлаковый расплав, нм . Примеры реализации способа. Предлагаемый способ регенерации сульфидного шлака был осуществлен влабо- раторной печи, оборудованной шамотным

огнеупорным тиглем, устройствами для продувки шлака, контроля температуры и параметров дутья. В качестве сульфидного шлака использовался конечный шлак процесса обезмеживания синтетического чугуна. Исходный сульфидный шлак имел следующий химический состав, мас.%: NaaS 78; Cu2S3; MnS 1,4; FeS 17,6.

Порция исходного шлака массой 1-2 кг нагревалась в печи до температуры плавления и продувалась газовой смесью азота с воздухом при различном парциальном давлении кислорода. Общее давление газовой смеси составляло перед продувочным устройством 1,05 ат или 0,1064 МПа. При необходимости иметь Р02 0,020 МПа в газовой смеси вместо азота использовался технически чистый кислород. После окончания продувки производился замер температуры шлакового расплава, затем после 5-7 мин

выдержки оксидный шлаковый расплав, находящийся после расслоения шлаковой фазы над штейном, сливался в чистую чугунную изложницу. Расплавленный штейн выливался в Другую изложницу. После затвердевания и

остывания содержимое изложниц взвешивалось и анализировалось.

Пример 1. В лабораторную печь загрузили 1,5 кг исходного сульфидного шлака, После расплавления он был в течение 0,25 ч продут газовой смесью с парциальным давлением кислорода ,009 МПа. Давление газовой смеси на подводе к фурме составляло 0,1064 МПа, интенсивность подачи газовой смеси составляла 5,08 нм3/кг.ч, содержание кислорода в смеси 8,5 об.%, удельный расход кислорода составил 0,11 нм на 1 кг исходного шлака Затем в течение 0,10 ч шлаковый расплав продувался газовой азотно-кислородной смесью с парциальным давлением кислорода Р ,0005 МПа. Параметры продувки следующие: давление газовой смеси перед фурмой 0,1064 МПа, интенсивность продувки 42,6 нм3/кг-ч, содержание кислорода в смеси 0,5 об.%, удельный расход кислорода 0,02 нм на 1 кг исходного шлака.

Температура шлакового расплава поело продувки составила 875°С. Через 5 мин после окончания продувки верхний оксидный слой был слит в чистую чугунную изложницу, а нижний сульфидный слой (штейн) - в другую.

Масса оксидного расплава составила 0,62 кг, штейна 1,10 кг отношение mo/mc 0,56. Содержание меди в оксидном расплаве было менее 0,1 %, a Na2S в штейне содержалось 70% Количество сульфида натрия, перешедшего в газовую фазу, не превышало 5% от его содержания в начальном шлаке Степень регенерации Na2S составила 29%, что ниже значений, достигнутых в известном способе (55%), и недостаточно для достижения рентабельности процесса обезмеживания синтетического чугуна.

Пример 2. В лабораторную печь загрузили 1,75 кг исходного шлака После расплавления шлак был продут в течение 0,33 ч азотно-кислородной газовой смесью с интенсивностью 6,1 нм3/кг-ч и содержанием кислорода 9,4 об.%. Парциальное давление кислорода составляло 0,01 МПа. общее давление газа перед фурмой 0,1064 МПа, удельный расход кислорода составил 0,19 нм на 1 кг исходного шлака Загем в течение 0,17 ч шлаковый расплав продувался газовой смесью со следующими параметрами. Интенсивность продувки 25,5 нм3/кг-ч, содержание кислорода 0,95 об.%, парциальное давление кислорода 0,001 МПа, давление газа перед фурмой 0,1064 МПа, удельный расход кислорода 0,04 нм3 на 1 кг исходного шлака.

Температура шлакового расплава в конце продувки составила 905° С. Масса оксидного расплава после отделения его от штейна оказалась равной 1,39 кг, масса штейна 0,91 кг, соотношение гпо/тс 1,5. Содержание меди а оксидном расплаве быnj ,u 18° 0 ( с- NvS о ш-ойне 58% Коли- « С посу оф| -,а нат,эич перешедшего а га- гсп/о Q t33v составило 6% о массы . з i лаке Стег епь реген рац и и СУ . ia чатрия составил 57% что нескол no чем ь известном способе, и минимально необходимой величиной т -лос.н гсчич рентабельности процесса у чтения из синтетического

чугуна

П р и м е р 3 В паЬораторную печь загрузи HI 1 6 кг я.одного шлака Образо- рл шиГ1ся илзкевьы расплав в течение 0,33 ч продувал/ ГЯЗОРО.: с содержанием

кислорода 14,1 об % при давлении 0,1064 МПа Интенсивности продувки составила 5,1 им кг ч ,iap {кчль i давление кислорода 0,015 МПа удельный расход кислорода 0,4 нм Н2 1 NT исходною шлака.

20 Яртем в течение О

лла.чОвый расплав

пргыувг ся газовой смесь-о содержащей 4 i со Y. слобода чр I давлении газа пе- I од фурмой OJ06 1 МПа Интенсивность п, оцунки состаопо 5 8 им /кг-ч паоциаль5 not- давлэние кислорода 0,005 МПа удельный р,1сход кислорода 0,046 нм на 1 кг исходною шлака

Гемиерзтура шлакового распл та в конце (.оодувч- была 920° Г масса оксидно;о

0 сгоп составил 1 35 кг п иыечна 072 м. . 0 Co pvaHvie меди о с С ч-м1 расплаве Сч io 0 % a в штеиье 50% o.uweciBO сульфидп натоия, перешедшего в гасоп ю фазу соступило 7%

5 о McicrLi ислоя,,ою с ьфида Степей - регенераи,1. - -;S достигла 63 8% что существенно з е чом в известьом способа Дс тпгнуг-э таьа эффективность регене i3 основном за счет сокращения улета

0 серосодерАаши соединений натрия в газовую фазу что } экологию процесса.

П р и г р л Посла расплавления в лабораторной печи i 55 кг сульфидного шла а распла п течение 0 35 ч продували

5 газовой cvecbnj содержащей 18,8об % кис- лорот,а 1,ри давлении 0 1064 МПа Интён- составита 43 нм°/кг-ч, парциан ное а-.лени кислорода 0,020 МПа удечьньи- расход кислорода составил

0 0,28 HMJ на 1 кг исходного шлака Затем в (е -емие 0 20 ч продувался газовой смесью, содержащей 8 5 об % кислорода при давлении 0 1064 МПа Интенсивность продувки составлчла 36 ч./кг-ч, парци5 альное даслемие кислорода 0 009 МПа, уде .ьпый рэс чсд кистооэда 0 06 нм на 1 кг исхомного шла, а

Темпзрату) э злакового расплава к концу iipozi1. о i составил ч

- 090° С оксидного расплава 1,56 кг, штейна 0,55 кг, Отношение mo/mc 2,8. Содержание меди s оксидном расплаве было 0,25%, а №28 в штейне 38%. Количество сульфида натрия, перешедшее в газовую фазу, составило 10% от массы исходного N32S в шлаке. Степень регенерации сульфида натрия 72%. При этом получен оксидный расплав, пригодный для повторного использования в процессе удаления меди из синтетического чугуна с точки зрения содержания в нем меди. Загрязнение атмосферы соединениями натрия и серы в 1,5 раза меньше, чем в известном способе.

Пример 5, В лабораторной печи расплавили 1,6 кг сульфидного шлака. Образовавшийся расплав в течение 0,40 ч продували газовой смесью, содержащей 32,9 об.% кислорода, при давлении 0,1064 МПа. Интенсивность продувки составляла 3,04 нм3/кг ч, парциальное давление кислорода 0,035 МПа, удельный расход кислорода 0,40 нм3 на 1 кг исходного шлака. Затем в течение 0,23 ч шлаковый расплав продували газовой смесью, содержащей 11,3 об.% кислорода, при давлении 0,1064 МПа. Интенсивность продувки составляла 3,1 нм3/кг-ч, парциальное давление кислорода 0,012 МПа, удельный расход кислорода 0,08 им3 на 1 кг исходного шлака.

Температура шлакового расплава по окончании продувки была 1110° С, масса оксидного расплава составила 1,72 кг, штейна 0,50 кг. Отношение rn0/nic 3,4. Содержание меди в оксидном расплаве достигло 0,55%, NaaS в штейне 25%.- В газовую фазу перешло не менее 16% NaaS, содержавшегося в исходном шлаке. Несмотря на то, что степень регенерации сульфида натрия составила 75%, высокое содержание меди в оксидном расплаве делает полученный регенерированный шлак непригодным для использования в процессах удаления меди из железоуглеродистых расплавов, следовательно, регенерация теряет смысл. Велико в этом случае и загрязнение атмосферы натриевыми соединениями.

Из полученных результатов видно, что при регенерации сульфидных шлаков процесса удаления меди предлагаемым способом при продувке шлакового расплава газокислородной смесью сначала при парциальном давлении кислорода 0,010-0,020 МПа с удельным расходом кислорода 0,190,27- нм на 1 кг исходного шлака, а затем при парциальном давлении кислорода 0,001-0,009 МПа с удельным расходом кислорода 0,04-0,06 нм на 1 кг исходного шлака и при прекращении продувки при достижении соотношения m0/mc величины 1,5-2,8, достигается наибольшая эффективность регенерации сульфидного шлака. Степень регенерации при этом повышается

с 35-55% до 57-72% при сохранении, чистоты оксидного расплава по содержанию в нем меди (не более 0,3%),

Способ позволяет существенно повысить эффективность регенерации сульфидных шлаков на основе сульфида натрия и улучшить экологию этого процесса за счет снижения перехода соединений натрия и серы в газовую фазу. Способ не требует для своего осуществления сложного и дорогостоящего оборудования, так как реализуется при атмосферном давлении и относительно низкой температуре и может быть осуществлен непрерывно или полунепрерывно. Все это ведет к снижению

затрат на удаление меди из железоуглеродистых расплавов сульфидными шлаками.

Формула изобретения

1. Способ регенерации сульфидного шлака, включающий продувку шлакового расплава кислородсодержащей газовой смесью при 900-1100° С. разделение сульфидного и оксидного расплавов, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса регенерации и улучшения экологической обстановки, продувку шлакового расплава ведут сначала при парциальном давлении кислорода в газовой смеси ,010-0,020 МПа с удельным расходом кислорода 0,19-0,28 нм3 на 1 кг сульфидного шлака, а затем при парциальном давлении кислорода в газовой смеси ,001-0,009 МПа с удельным расходом

кислорода 0,04-0,06 нм3на 1 кг сульфидного шлака.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что продувку шлакового расплава газовой смесью ведут до достижения соотношения масс оксидного то и сульфидного тс

расплавов, равного -- 1,5-2,8.

ГПс

Изобретение относится к металлургии, конкретно к технологии регенерации шлаков. Цель изобретения - повышение эффективности процесса регенерации и улучшение экологической обстановки. В способе продувку шлакового расплава сначала ведут при парциальном давлении кислорода в газовой смеси PO₂ = 0,010 - 0,020 МПа с удельным расходом кислорода 0,19 - 0,28 нм³ на 1 кг сульфидного шлака, а затем при парциальном давлении кислорода в газовой смеси PO₂ = 0,001 - 0,009 МПа с удельным расходом кислорода 0,04 - 0,06 нм³ на 1 кг сульфидного шлака. Продувку шлакового расплава газовой смесью ведут до соотношения масс оксидного и сульфидного расплавов 1,5 - 2,8. Способ позволяет повысить эффективность регенерации сульфидного шлака от 35 - 55% до 57 - 72% при сохранении чистоты сульфатного слоя по содержанию в нем меди ( не более 0,3%) за счет сокращения улета серосодержащих соединений натрия в газовую фазу, что улучшает экологию процесса. 1 з.п.ф-лы.