Расчет материального баланса агломерационного обжига свинцовых концентратов

С + O₂ = СO₂ + Q₃; 

С + 1/2 O₂ = СО + Q₁ ; 

С + СO₂ = 2 СО - Q₂ ; 

СО + 1/2 0₂ = СO₂ +Q₄ .

Основными химическими  процессами являются два: 1) горение  кокса и 2) восстановление оксидных соединений шихты. Несколько условно, исходя из поведения шихты и распределения температур, шахтную печь по вертикальному сечению можно разбить на следующие зоны (рисунок 5).Первая зона 1 — внутренний горн - заполнена жидкими продуктами плавки, коксом и тугоплавкими компонентами агломерата, не успевшими прореагировать в шахте печи. Температура в ней 700-1000°С. На фурмах всегда присутствует больший или меньший по высоте слой, состоящий преимущественно из кокса (зона 6)  при Т = 1250°С.

Немного выше фурм располагается  зона фокуса (зона 2), Это зона самых высоких температур (1300-1500°С). В центре печи располагается непроплавляемый слой шихты при t=200-700°С (зона 5). По-видимому, толщина этого слоя изменяется в зависимости от условий процесса. Конструкция шахтной печи при существующих воздуходувных средствах не позволяет увеличивать ширину печи более 1,5-1,7 м, так как центр печи при этом не продувается.

 

Снижение ширины печи менее 1,5 м также нежелательно в связи  с возможным смыканием настылей (зона 7, t=150-З00°С) с противоположных кессонов. Выше окислительной зоны располагается восстановительная зона 3 с t до 900°С, где происходит процесс газификации углерода по реакции и восстановление оксидов металлов. Высота этой зоны от уровня фурм 3-3,5 м.

И, наконец, верхние горизонты  печи занимает подготовительная зона 4, где шихта нагревается до 400 - 450°С. Зона 8 - сифон.

 

2. Конструкция шахтной печи

Шахтная свинцовая печь - один из старейших  металлургических агрегатов. На рисунке  6 представлен поперечный разрез шахтной печи с водяным охлаждением. Печь полностью кессонирована. Она имеет 4 яруса кессонов: фурменные, надфурменные, колошниковые и газоходные. Высота шахты печи 5,5 м. От разъедающего действия металлургических расплавов в зоне высоких температур стальную стенку кессона предохраняет не Циркулирующая вода, а слой шлакового гарнисажа, кристаллизирующегося на огневой стенке кессона. Иногда такие печи называют гарнисажными.

Кессоны разделяются на торцовые и  боковые. В каждом из больших кессонов в зависимости от его ширины устанавливается  одна или две фурмы, которые вставляются  в кессон через специальные отверстия. Фурмы, как правило, располагаются в один ряд на расстоянии 0,4-0,5 м от низа кессона. Диаметр фурм различен - от 0,06 до 0,125 м.

1 – загрузочная лебедка; 2 – шатер; 3 – колошник; 4 – шахта  печи;

5 – укрепляющие колонны; 6 – горн

Рисунок 6. Поперечный разрез шахтной печи.

Кессонированная водоохлаждаемыми кессонами  печь работает без капитального ремонта  до 8 – 10 месяцев.

Конструкция шахтной печи свинцовой  плавки с водяным охлаждением  мало отличается от конструкции печей  медной и никелевой плавки. Можно отметить две особенности: это меньший размер печи (7-13 м в области фурм), что связано с переработкой богатого агломерата, и наличие сифонного выпуска свинца из внутреннего горна. Низкая температура плавления свинца обеспечивает такую возможность.

Заметное развитие за рубежом  получили также печи переменного  сечения австралийского завода "Порт-Пири" (рисунок 7).

Печь должна работать полым  сечением, без плохопроплавляемого  внутреннего столба шихты, куда не проникает  воздушное дутье, подаваемое с боковых  стенок кессонов. Этому должно было способствовать сужение нижней части печи до 1-1,5 м. В этой части расположены фурмы, через которые подается 60 % общего объема воздуха. Высокая температура в этой зоне должна была устранить опасность образования настылей. На высоте ~1,5 м от уровня шланговой летки печь расширяется до 2,3 - 2,9 м. В нижней части широкой шахты установлен второй ряд фурм, через который подаются остальные 40$ % воздуха. Таким образом, за счет изменения конструкции вся печь должна стать продуваемой, работать полным сечением. Кроме того, скорость ; газов в восстановительной части печи при этом заметно снижается, обеспечивается хорошее распределение газовых потоков по всему объему печи, что должно привести к увеличению восстановительной способности печи.

Действительно, как показывает практика работы печей переменного сечения, на них удалось достичь лучших показателей, чем на прямоугольных печах. Удельный проплав составляет 70—100 т/(м²-сут) по сечению нижних фурм, температура отходящих газов не превышает 100—200°С, расход кокса (при условии классификации его по крупности) 8,5—10 %.

 

Рисунок 7. Схема поперечного разреза печи переменного сечения (завод «Порт-Пири» Австралия).

 

Тем не менее, несмотря на совершенствование  конструкции профиля, всех ожидаемых  преимуществ при таком изменении  конструкции добиться все-таки не удалось.

 

 

 

3. Обслуживание шахтной печи.

Задувка печи. При пуске в работу шахтной печи после капитального ремонта или задувке новой печи производятся следующие операции.

Первая операция при  подготовке печи к плавке — испытание  кессонов. Кессоны подключают к водопроводной  системе и, пропуская через них  воду, тщательно проверяют их герметичность.

Следующая операция —  сушка горна. Футеровка внутреннего  горна современных шахтных печей  проводится в 3—4 ряда (наката) хромомаг-незитового кирпича. Горн печи сушат, сжигая дрова  в течение 3—4 дней, затем убирают  золу. После этого печь считается  подготовленной к работе.

Задувка шахтной печи свинцовой  плавки имеет следующую особенность: внутренний горн перед пуском обязательно должен быть заполнен расплавленным свинцом с тем, чтобы на относительно холодную лещадь не опустился и не застыл там тугоплавкий шлак. В разогретый горн в большинстве случаев заливают расплавленный свинец с других печей (желательно с низким содержанием меди) либо загружают дрова, кокс и слитки свинца. Горение дров происходит за счет естественного подсоса воздуха, при загрузке на угли кокса иногда включают одну-две фурмы.

После закрытия выпускного отверстия сифона жидким свинцом  приступают к загрузке колош отвального или оборотного шлака. Переход от шлаковых колош с увеличенным расходом кокса к обычным рудным совершается в течение одних - двух суток.

После выхода на нормальный режим  шлаковые колоши с загрузки -полностью  снимаются. При появлении в летке  свинца открывают сифонный канал. После этого печь переходит на рабочий режиме непрерывным выпуском, шлака.

Транспортировка материалов и загрузка шихты. Готовый агломерат, кокс, оборотные материалы в большинстве случаев подаются на галерею колошниковой площадки шахтных печей с помощью скиповых подъемников. На загрузочной площадке в стороне и выше колошника располагается ряд промежуточных бункеров для приема материалов. Обычно нормальным уровнем сыпи считается такое заполнение печи, при котором верхний слой шихты приходится примерно на 0,5—1 м ниже отбойных загрузочных плит.

Наиболее распространенный способ загрузки шихты - послойный, когда на слой кокса загружают слой агломерата и т.д. Величина единовременно загружаемой в печь колоши может быть различной. Она зависит от размеров печи, состава шихты, транспортных средств, удобства обеспечения загрузки и др. В среднем уровень одной колоши на современных свинцовых заводах колеблется в пределах 2,5—4,5 т.

Обслуживание печи при  нормальном режиме работы. При обычном рабочем режиме шахтной плавки плавильщики и другой обслуживающий персонал обязаны внимательно наблюдать за показаниями контрольных приборов, а также визуально за ходом плавки.

При шахтной плавке на отечественных заводах автоматически  или периодически контролируют следующие параметры: 1) расход и давление воздуха, количество и состав газов, температуру; 2) систему охлаждения кессонов; 3) разрежение на колошнике; 4) массу загружаемых свинцовых материалов и кокса в печь; 5) состав шлака.

Это основные параметры, которые  позволяют судить о ходе плавки. Кроме того, периодически определяют запыленность газов! Испарительное  охлаждение кессонов требует тщательного  контроля за давлением и расходом пара, давлением и расходом химически очищенной воды и особенно важен автоматический контроль за уровнем воды в баке-сепараторе.

Черновой свинец перед поступлением на рафинирование взвешивают на автоматических весах. Массу штейна и шлака учитывают  визуально по объему.

Исходные материалы  и продукты плавки анализируют ежесменно  с помощью экспресс - анализов на свинец, медь и шлакообразующие компоненты.

Выдув печи. При плановых и аварийных остановках приходится освобождать печь от всех загруженных в нее материалов — как твердых, так и жидких. Такая подготовка печи к остановке называется выдув ом печи.

Практика работы шахтной  печи показывает, что внутренний горн требует ремонта после годичной работы. Срок службы фурменных кессонов не превышает 6—7 мес., шатровые и газоходные кессоны могут работать, до двух лет. Средний ремонт печи проводят один раз в один-два года, кампания шахтной печи свинцовой плавки между капитальными ремонтами длится около 4-5 лет.

По окончании кампании печи, а также для проведения других длительных ремонтных работ печь выдувают. Основная задача при выдуве — оставить как можно меньше продуктов плавки в печи. Обычно при выдуве печи сначала очищают шахту от верховых настылей. Выдув проводят на облегченной шлаковой шихте с подсыпкой коксовых колош под подплавляемые настыли.

После окончания очистительных  работ и проплавления основной массы  настылей загрузку прекращают и выдувают печь в течение нескольких часов насухо. С понижением уровня материалов в печи снижают расход воздуха.

Воздух в печь подают до тех пор, пока сыпь не опустится  ниже уровня фурм. Выдув печи заканчивают  выпуском из внутреннего горна всех продуктов плавки. При этом к фурмам подходит кокс, который постепенно выгорает и печь затухает. После охлаждения снимают боковые кессоны и приступают к очистке и разборке ванны.

 

3. Технологические показатели шахтной свинцовой плавки.

К важнейшим технологическим  показателям шахтной плавки относятся  удельный проплав, расход кокса, извлечение готового продукта.

Многие  заводы имеют  высокий удельный проплав: 55-90 т/ (м² - сут) . Расход кокса с малым содержанием золы относительно невысок: 9—10 %. На отечественных заводах этот показатель заметно выше 12—14 %. Относительно низкий расход кокса на зарубежных, заводах объясняется его повышенной калорийностью (малой зольностью) и рассортировкой его по крупности путем грохочения. Допускается загрузка в шихту кокса крупностью от 25 до 100 мм, причем каждой фракции грузится заданное количество, оптимальная масса которой определяется эмпирически.

Снизить расход кокса и  обеспечить более высокую производительность печей можно также путем тщательной подготовки шихты агломерации.

Общее извлечение свинца в  черновой металл на большинстве заводов  находится на уровне 95—98 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет материального баланса агломерационного обжига свинцовых концентратов

 

Расчет шихты состоит в определении количественных отношений материалов, поступающих на агломерирующий обжиг.

Химический состав, %: Pb – 50,2; SiO₂ – 14,5; Fe – 7,5; CaO – 2,5; Zn – 3,0; Cu – 1,25; S – 15,2; Al₂O₃ – 0,5; до 100% проч.

Состав флюсов, %.

Железная руда: Fe – 55 или FeO - 70,7; SiO₂ – 15.

Известняк: CaO – 54,2; SiO₂ – 0,4.

 

Расчет шихты обжига.

Определим состав самоплавкого шлака (без флюсов).

Расчет ведем на 100 кг концентрата.

Примем десульфуризацию при плавке равной 30%, а содержание меди в штейне – 10%.

Примем, что 80% Cu перейдет в штейн.

Поступает на плавку 1,25 кг Cu. В штейн перейдет 1 кг Cu.

Масса штейна: 10кг.

Принимаем следующий состав штейна, %: Cu – 10; Pb – 10; S – 20; Zn – 5; Fe – 55.

Количество S, которое должно содержаться в агломерате и получаться из 100 кг концентрата.

В штейне содержится 2 кг S.

Выход агломерата: 90%.

В зависимости от состава  сырья свинцовые заводы работают на различных по составу шлаках.

Обычно, чем ниже содержание в шлаке ZnO, а также Al₂O₃, который на свойства шлака влияет аналогично, тем меньше в шлаке должно быть оксидов кальция и кремния и больше оксида железа.

На схеме 1 представлена технологическая  схема получения свинца.

 

 

 

 

Схема 1. Технологическая  схема получения свинца.

Исходя из установленных  требований а составу шлака, общее  содержание оксидов цинка и алюминия в шлаке не должно превышать 20 – 24 %.

Общее содержание оксидов  кальция и цинка должно быть близко к 28 –30%, а содержание SiO₂ и ZnO - меньше 40%.

В шлак полностью перейдут из концентрата SiO₂ и CaO и Fe за вычетом перешедшего в штейн.

Количество FeO, перешедшего в шлак: