УСТРОЙСТВО ПЕЧИ И ТЕХНОЛОГИЯ ШАХТНОЙ ПЛАВКИ

Печь для плавки медных руд (рис. 40) представляет собой высокую шахту, заполненную смесью кусковой руды, флюсов и кокса. В нижнюю часть ее через фурмы вдувают воздух, необходимый для горения топлива и окисления сульфидов. Стены сделаны из кессонов – плоских железных коробок, сваренных из листов котельного железа, охлаждаемых проточной водой. Огнеупором при этом служит слой проплавляемого материала, настывающий на обращенной в печь поверхности кессонов – гарниссаж. Основание печи – прямоугольная чугунная плита, укрепленная на стальных колоннах или домкратах, установленных на фундаменте. Кессонированная часть имеет в вертикальном сечении форму трапеции, обращенной меньшим основанием вниз. Торцовые кессоны стоят попарно, вертикально. Сечение печи в плане прямоугольное, на уровне фурм ширина его 1,4 м, длина 4–15 м; высота печи до 7 м.

Рис.40. Шахтная печь для медной плавки: 1 – загрузочные окна; 2 шатер; 3 газоотводные трубы; 4 – кессоны; 5 колонны; 6 фундамент; 7 выпускной желоб; 8 передний горн; 9 коллектор для подачи воздуха в фурмы

 

Фурмы для вдувания воздуха укреплены на кессонах и соединены с воздухопроводом, воздух иногда обогащают кислородом и подогревают.

Шихту, состоящую из руды и флюса, а также кокс загружают сверху до уровня несколько ниже верхнего края кессонов отдельными порциями – колошами. Высокий столб шихты должен быть хорошо проницаем для газов, поэтому все материалы загружают крупными кусками (от 20 до 100 мм в поперечнике).

В шахтной печи главный источник тепла – горение пирита, содержащегося в медной руде. Но его не всегда достаточно для плавки, поэтому приходится добавлять немного кокса.

В присутствии кварца пирит сгорает по реакции:

2FeS2 + 5О2 + SiO2 5Fe2SiO4 + 4SO2.

От сгорания 1 кг пирита выделяется 5754 кДж, что эквивалентно 0,20 кг кокса.

Надо оговориться, что пирит может до сгорания диссоциировать на FeS и S2, а часть FeO – окислиться до Fe3O4 и Fe2O3; однако для приближенной оценки теплотворности это можно опустить. Теоретически теплоты от сгорания пирита достаточно для плавления руды, если его больше 75% (по массе). Такие руды редки и дополнительным источником тепла служит кокс.

В фокусе горения в нижней части печи около фурм температура достигает 1400–1450 °С, тепло передается газами, движущимися вверх по шахте.

Плавление начинается в слоях шихты, где температура около 1000–1100 °С. Не сгоревшие сульфиды железа и меди начинают здесь вытапливаться из кусков руды, оставляя после себя пористый скелет из кварца, оксидов железа, кальция, магния и алюминия. Наиболее легкоплавкие сплавы SiO2, CaO и FeO становятся жидкими при 1100 °С. Стекая вниз, они постепенно растворяют в себе другие оксиды пустой породы.

Пористая масса оксидов, образовавшаяся после вытапливания легкоплавких составляющих, играет существенную роль в плавке. На ее поверхности расплавленный поток сульфидов встречается с горячими кислородсодержащими газами. Здесь интенсивно протекает главная реакция плавки:

2FeS + 3О2 + SiO2 = Fe2SiO4 + 2SO2.

Расплавленная смесь сульфидов и силикатов стекает вниз и непрерывно сливается в передний горн овальной формы, длинная ось его перпендикулярна фасаду печи (рис. 40).

Горн выкладывают в кожухе из листового железа хромомагнезитовым кирпичом. За время пребывания здесь расплав расслаивается на штейн и шлак. Шлак стекает по желобу в конце горна, противоположном месту поступления. Штейн выпускают периодически через отверстия – летки в боковых стенках на уровне лещади.

Газы отходят через шатер из шамотного кирпича, укрепленный металлическим каркасом и перекрывающий печь над колошниковой площадкой. В боковых стенках его сделаны окна для загрузки, закрываемые шарнирно подвешенными дверцами. К своду шатра подходят железные газоотводные трубы, футерованные огнеупорным кирпичом, по ним газы поступают в пылевую камеру.

Шихта всегда содержит некоторое количество мелких частиц; кроме того, по мере плавления столб ее опускается, а куски при этом истираются и измельчаются. Поступающие снизу газы с большой скоростью пронизывают сыпь и уносят с собой мелкие ее частицы.

Вынос пыли достигает 5 % от массы шихты. Она частично оседает в газоходах и осадительной камере, а более мелкая улавливается электрофильтрами. По составу пыль близка к руде, ее перерабатывают в отражательных печах вместе с медными концентратами.

Извлечение меди в штейн при шахтной плавке 88–95 %. Такие сравнительно низкие цифры объясняются большим выходом шлака в 4–6 раз больше массы штейна. Суточный проплав шихты относят к 1 м2 сечения печи в области фурм, он колеблется в пределах 30–100 т/м2.

По расходу кокса (в % от массы шихты) различают пиритную 2–3 % и полупиритную >6 % плавки. Полупиритная плавка более производительна, чем пиритная, но кокс дорог и дефицитен. Если его добавляют в небольшом количестве (пиритная плавка), углерод сгорает в верхних частях сыпи и не доходит до области фурм. При большем расходе кокса на горение его затрачивается часть вдуваемого воздуха и десульфуризация снижается. Вместе с тем горение в области фурм создает более устойчивый тепловой режим и позволяет свободнее регулировать состав шлаков. При обогащении дутья кислородом и его подогреве с применением природного газа проплав шихты удается доводить до 150 т/м2.

Загрузка шихты и уборка продуктов плавки теперь повсюду механизированы. Задача ближайших лет – полная автоматизация управления работой печей, в частности регулирование давления и расхода дутья по датчикам высоты сыпи, температуры и состава отходящих газов.

Содержание меди в штейнах колеблется в пределах 15–25 %; в отдельных случаях при богатых рудах оно достигает 45–50 %. Содержание меди в шлаках 0,12–0,50 %, обычно около 0,3 %. Шлаки шахтной плавки содержат 35–40 % SiO2, 40–55 % FeO и 7–12 % СаО. Кампания печи длится от 4 месяцев до 1,5 лет, в среднем 10–12 месяцев.

Невозможность предварительного обогащения не позволяет использовать ценные составляющие комплексных руд – цинк, свинец, молибден и другие металлы, все они переходят в шлак и пыль. Отходящие газы сильно разбавлены подсасываемым воздухом, получать из них серную кислоту нельзя. Электрофильтры для улавливания тонкой пыли устанавливают не всегда, и она вместе с сернистым газом загрязняет окружающую среду. Кроме того, с возгонами теряются ценные примеси: селен, теллур, германий.

Наряду с этим для шахтной плавки требуется сравнительно мало топлива и огнеупоров, а производительность ее, отнесенная к единице цеховой площади, далеко опережает достигаемую в других печах.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector