Лекция 16 Современная практика конвертирования и направление совершенствования процесса.

Вопрос 1. Характеристика конвертеров и технологии

На современное состояние и развитие технического прогресса в области конвертирования медных штейнов значительное влияние оказывают проблемы, связанные с охраной окружающей среды, дефицитом рудного сырья и энергетических ресурсов. Поэтому актуальны вопросы получения богатого по содержанию SO₂ газа, пригодного для экономически выгодного производства серной кислоты, переработки в конвертерах других медьсодержащих материалов (медных концентратов, медьсодержащих отходов, скрапа и т.д.) и утилизации тепла.

В цветной металлургии доминирующее положение по-прежнему занимают горизонтальные конвертеры, конструкция которых за многие годы практически не изменилась. Периодичность процесса создает значительные трудности в использовании сернистых газов, предотвращении их выбросов в окружающую среду и снижает многие технико-экономические показатели работы конвертерного передела.

Технические характеристики используемых на некоторых уральских заводах и в мировой практике горизонтальных конвертеров показаны в табл. 1

Таблица 1

	ЗАО	ОАО	ПМК ОАО
Характеристика	"Карабашмедь"	"СУМЗ"	"Уралэлектромедь'
Размеры, м:
диаметр наружный	3.66	4.00; 3.95	3.05 -
длина	6.1	9.15; 9.20	7.87
Фурмы
количество, шт.	32	46; 52	36
диаметр (внутр.), мм	40	52	44
Расход воздуха, тыс. м^3/ч	35	48; 54	30
Давление воздуха, МПа	0.08-0.12	0.09-0.12	0.09-0.12
Площадь горловины, м^2	4.25	5.22	3.44
Масса (с футеровкой), т	189.2	167.2	167.2
Емкость по меди, т	40	75; 80	40

Технико-экономические показатели процесса приведены ниже.

Время работы конвертера под дутьем, %………………… 65-70

Расход воздуха на 1т штейна, м³…………………………… 1250-1750

Выход конвертерного шлака от массы штейна, %……….. 30-80

Извлечение меди, %:

в черновую медь…………………………………… 87-92

в конвертерный шлак……………………………… 3-6

в обороты…………………………………………… 4-6

потери……………………………………………… 0.5-0.8

Расход огнеупорных материалов на 1 т черновой меди, кг … 10-20

Концентрация SO₂ %, об. ( в объеме конвертера)…………… 12-14

Кампания (фурменный пояс), сут……………………………… 45-90

С точки зрения полного использования конвертерных газов, кроме концентрации SO₂ в отходящих газах, существенное значение приобретает коэффициент нахождения конвертера под дутьем

К_э= t_д/τ_общ,

где t_д-чистое время работы под дутьем, τ_общ.-общая продолжительность операции.

Величина К_э зависит от организации производства, содержания меди в штейне и своевременности его выдачи, ковшевого хозяйства и т.д. В связи общим дефицитом сырья и снижением ритма обеспечения конвертеров штейном, за последние годы снизился до уровня К_э =50-60 %.

Состав черновой меди, получаемой на уральских предприятиях (табл. 5.25), в основном соответствует маркам МЧ 1-2 (табл.2) и определяется качеством перерабатываемого сырья. Наличие в шихте конвертирования значительного количества разнообразных ломов, отходов производства, оборотных материалов, заметно снижает марочность металла.

Оборотным продуктом является конвертерный шлак (КШ), имеющий химический состав, %, мас: Сu 1.5-3; Zn 1.0-6.0; Fe 50-55; Fe₃O₄15-30; SiO₂20-24, CaO 0.5-1.5: Al₂O₃ 2-4, S 0.5-2.0;

Характеристика марок черновой меди (ТУ 48-7-21-89)

Марки	Концентрация, %. мас
	Сумма: Cu,Ag,Au, не менее	Sb	Bi	Ni	As	Pb
МЧ0 МЧ1 МЧ2 МЧ3 МЧ4 МЧ5 МЧ6	99.5 99.4 99.2 98.8 98.3 97.5 96.0	0.03 0.05 0.08 0.15 0.20 0.30 0.35	0.002 0.005 0.010 0.020 0.03 0.040 0.050	0.10 0.20 0.30 0.75 0.85 1.50 не ограни- чивается	0.03 0.05 0.08 0.15 0.20 0.30 0.35	0.10 0.10 0.20 0.20 0.40 0.40 не нормируется

В результате проведенных мероприятий по увеличению размеров конвертеров (Саганосеки) повышена производительность по черновой меди за операцию с 130 до 180 т. и увеличился срок службы торцевой футеровки. Последнее объясняется некоторым удалением ее от области непосредственного воздействия конвективных потоков расплава, создаваемых дутьем крайних фурм.

Количество вводимого в расплав дутья (кислорода) зависит от числа фурм, их диаметра и, соответственно, от площади сечения всех фурм. Обычно при нормальной работе конвертера количество дутья, подаваемого через 1 см² сечения фурм, составляет 0,9-1,2 м³/мин.

Для конвертеров размером 4*9 м удельный расход дутья изменяется от 35000-36000 м³/ч (ЗАО Карабашмедь, ПМК Уралэлектромедь) до 45000 (Норддойче Аффинери) и 46000-52000 м³/ч (ОАО СУМЗ) при давление дутья 0.08-0.12 МПа.

Прочистку фурм осуществляют вручную и механическим способом с помощью пневмофурмовщиков. При этом за рубежом используют в основном два вида устройств: индивидуальные типа Кеннекотт, установленных на каждой фурме, и групповые типа Гаспе (по 4-6 шт.), передвигаемые на тележке вдоль конвертера [25, 95].

Кампания конвертеров на большинстве заводов изменяется от 3 до 4 месяцев и определяется сроком службы футеровки.

Разрушение футеровки происходит вследствие химической коррозии за счет взаимодействия составляющих огнеупорных материалов с высокожелезистыми шлаковыми расплавами, а также физических процессов (пропитки). Шлаки с высокой текучестью проникают в поры и трещины футеровки. При частых теплосменах во время межоперационных остановок, пусков конвертера, периодичной его работы, вследствие разницы в температуропроводностях шлака и огнеупора, происходит его растрескивание.

Появление новых трещин способствует распространению химической и физической коррозии внутрь огнеупорного кирпича. Гидродинамическое воздействие дутья в зоне фурменного пояса интенсифицирует протекание обоих процессов.

На отечественных и зарубежных заводах для футеровки корпуса и фурменного пояса ранее широко использовали хромомагнезитовые огнеупоры. В настоящее время большинство предприятий переходит на магнезитохромитовую футеровку. Причиной этого является чрезмерное насыщение конвертерных шлаков оксидами хрома при использовании высокохромистых огнеупоров.

Ведется поиск новых материалов, в частности, рекомендовано использовать безхромистые огнеупорные изделия (84.6-93.4 MgO), которые характеризуются меньшей зоной пропитки [101].

Использование хромитопериклазовых огнеупоров по сравнению периклазохромитовыми позволяет увеличить их стойкость на 30-35 % [102].

Для поддержания огнеупорной кладки в рабочем состоянии необходим постоянный контроль за ее состоянием и своевременный «горячий» ремонт футеровки.

Японскими исследователями с помощью кислородных датчиков погруженных в расплавы черновой меди, белого матта и шлака (после завершения процесса конвертирования), измерена активность кислорода. Установлено, что шлак не достигает равновесия с белым маттом, а черновая медь на конечной стадии продувки переокислена до Cu₂O [103]. В этой связи практический интерес может представлять разработанный технологическим институтом г. Лунд (Швеция) и фирмой «Семтек металлурджи АБ» (Швеция) способ точного определения готовности черновой меди (74 -78 % Сu ) на стадии образования шлака [104]. К сожалению, на отечественных заводах контроль за готовностью черновой меди осуществляется визуально.

Технология конвертирования в горизонтальных агрегатах практически не изменилась и ее совершенствование в основном развивалось по пути обогащения дутья кислородом.

На уральских предприятиях кислород при переработке штейна в горизонтальных конвертерах не используется. В мировой практике применение дутья, обогащенного кислородом (до 28-30% О₂) носит ограниченный характер: Геншер (Швеция), Коппер-Клифф (Канада), Моренси (США) и Гатсила (Индия) [25]. Общей причиной является быстрый износ футеровки в области фурм и как следствие низкая кампания конвертеров.

Повысилось качество флюсов. На большинстве заводов применяют кварцит (от 70 до 98% SiO₂), что позволяет получать оптимальные конвертерные шлаки (25-27% SiO₂), содержащие минимальное количество оксидов алюминия и кальция. Оптимизации состава конвертерных шлаков способствовал также переход большей части заводов на магнезитохромитовую футеровку.

Конвертора имеют простои, поэтому актуален процесс работы 4 конверторов по определенному графику. Для того чтобы иметь постоянную концентрацию SО2.

Эта задача решается автоматизацией управления конвертером. В определенной степени связан с этим и коэффициент нахождения конвертера под дутьем.

К_дутья=t_дутья/t_общее

Коэффициент нахождения конверторов по дутьём от 65-70%, это связано с обеспеченностью сырьем. Все проблемы обусловлены периодичностью процесса конвертирования. Для получения богатых серосодержащих газов с постоянной концентрацией SО2, эффективной утилизации тепла отх.газов, целесообразно применение непрерывного конвертирования.

Оборотным продуктом является конвертерный шлак.

Состав по массе:

• Cu= 1,5 – 3

• Zn= 1 – 6

• Fe = 50 – 55

• Fe₃O₄ = 15-30

• SiO₂ = 20-24

• CaO = 0,5 – 1,5

• Al₂O₃ = 2 – 4

• S= 0,5 – 2

50% шлака идет на флотацию, это разумно в условиях дефицита сырья и простаивания. Печная обработка, шахтная плавка, электропечное обеднение.