» » Конвертирование медных штейнов
21.05.2015

Исследования по применению воздуха, обогащенного кислородом, при бессемеровании медных штейнов были начаты в период 1932—1934 гг. Московским институтом цветных металлов и золота им. М. И. Калинина. Опыты, проведенные в 30-кг конвертере с концентрацией кислорода в дутье до 38%, показали возможность сокращения продолжительности процесса и увеличения процентного содержания сернистого ангидрида в отходящих газах. Однако отсутствие в то время возможности получения дешевого кислорода в крупных промышленных аппаратах привело к перерыву исследований, не имевших перспективы скорого производственного внедрения.
В период 1946—1949 гг. Уральским филиалом Академии наук совместно с Красноуральским медеплавильным заводом были проведены укрупненные опыты применения кислорода при бессемеровании медных штейнов в специальном аппарате — ковше-конвертере (10-т заводской ковш, футерованный и оборудованный двумя фурмами). Эти опыты подтвердили преимущества применения обогащенного дутья. Однако вследствие несовершенства установки и отсутствия возможности бесперебойной подачи кислорода опыты были прекращены без соответствующей количественной сценки эффективности метода.
В 1949—1951 гг. объединенная бригада Гинцветмета, УФАНа и Красноуральского медеплавильного завода (под руководством Н.П. Диева. Д.Н. Клушина и И.С. Елисеева) продолжила работы в условиях, приближающихся к промышленным. Установка состояла из конвертера с 14 фурмами диаметром 25 мм производительностью 3 т черновой меди за плавку, воздуходувки и кислородной рампы. Эта рампа давала возможность одновременно подключать 300 баллонов с кислородом и по Двум параллельным газопроводам подавать его в воздухопровод конвертера.
Между местом присоединения кислородопровода к воздухопроводу был установлен предохранительный клапан, предотвращающий возможность попадания кислорода в воздуходувку при ее внезапной остановке. Весь набор конвертера состоял из шести ковшей емкостью 2 т каждый. Температура заливаемого в конвертер штейна была 950—1100°. Плавки вели на шлаках с максимально возможным содержанием кремнезема.
Всего за период исследований было проведено 68 плавок, переработано свыше 750 т штейна и получено более 130 т меди.
Содержание кислорода в дутье варьировало по плавкам от 20,9 до 50%. Использование кислорода вследствие меньшего ферритообразования было более полным, чем при чисто воздушном дутье, что для первого периода конвертирования может быть иллюстрировано следующими данными:
Конвертирование медных штейнов

Результаты исследований показали, что производительность конвертера повышается примерно пропорционально росту содержания кислорода в дутье (рис. 8). Уже при содержании 35% кислорода прочистки фурм практически не требуется; это весьма облегчает труд фурмовщиков и позволяет уменьшить потери дутья.
Возможность повышения содержания кремнезема в шлаках при работе ка обогащенном дутье приводит к увеличению их выхода, однако, как это видно из рис. 9, содержание меди в шлаке снизилось, а общие потери меди со шлаками уменьшились. Кроме того, с увеличением содержания кремнезема уменьшается (рис. 10). Наконец, повышение количества кремнезема и связанное с ним уменьшение содержания ферритов в конвертерном шлаке улучшает переработку его в отражательной печи.
Применение дутья, обогащенного кислородом, способствует более полному удалению вредных примесей меди.
Конвертирование медных штейнов

Первоначально при изменении содержания кислорода в дутье количество холодных присадок и кварца, загружаемых в конвертер, оставляли постоянным и равным их количеству при обычных воздушных плавках; соответственно температура ванны повышалась, достигая в первый период 1380—1400° при содержании кислорода в дутье 35—40%. Дальнейшие исследования 1949—1951 гг. показали, что при увеличении содержания кислорода в дутье следует одновременно увеличивать количество загружаемого в конвертер кварца и холодных присадок; тогда температура ванны хотя и повысится, но в значительно меньшей степени, с увеличением кислорода в дутье более 40—50% бесперебойная подача требуемого количества холодных присадок обычными методами становится затруднительной, да и количество их становится столь большим, что это в основном и ограничивает предельное содержание кислорода в дутье в первый период ведения процесса. Следует, однако, заметить, что вследствие различной тепловой мощности конвертеров различных размеров оптимальная концентрация кислорода в дутье также окажется различной, понижаясь с повышением размера конвертера.
Конвертирование медных штейнов

При работе на дутье с оптимальной концентрацией кислорода и с введением необходимого количества холодных присадок изменения стойкости футеровки не наблюдалось, но специально этот вопрос не изучался.
Конвертирование медных штейнов

Как видно из рис. 11, применение дутья, обогащенного кислородом, сильно меняет состав отходящих газов: при практически неизменном содержании в них кислорода резко возрастают содержания SО2 и SO3. Известно, что при работе без герметизированного напыльника подсосы воздуха не дают возможности иметь устойчивый, по сернистому ангидриду, состав газа. Однако герметизация, осуществленная для настоящих исследований, снизила степень разбавления газа с 4—5 до 1,4— 1,5-кратного и обеспечила устойчивый по сернистому ангидриду состав газа, сделав его вполне пригодным к использованию в сернокислотном производстве.
Остается отметить некоторый рост запыленности газов, связанный с меньшим ошлакованием свинца и цинка (табл. 11).
Конвертирование медных штейнов

Наряду с работой в 3-г конвертере были осуществлены опытные продувки штейна на дутье с 26—31% кислорода в 40-т агрегате, давшие аналогичные результаты. Полученная черновая медь была хорошего качества и по содержанию в ней вредных примесей соответствовала марке МК-1.
На основании исследований, проведенных на Балхашском медеплавильном заводе в 1958 г., построена кислородная станция производительностью 3600 кислорода в час и впервые в отечественной и мировой практике начато промышленное применение воздуха, обогащенного кислородом, для конвертирования медных штейнов.
Исследование процесса, проведенного на конвертерах Балхашского завода, показало, что при концентрации кислорода в дутье 23 и 24% продолжительность продувки 1 т штейна сократилась соответственно на 8 и 17% по сравнению с длительностью продувки при обычном воздушном дутье. Расход дутья на 1 г штейна сократился на 12% при содержании в дутье 23% кислорода и на 21% при 24% кислорода.
Применение воздуха, обогащенного кислородом, обеспечило возможность переработки большего количества холодных добавок и получение более кислых конвертерных шлаков, что способствовало лучшему их усвоению отражательной печью.
Исследования 1959 г. на Балхашском медеплавильном заводе одновременно показали, что оптимальная концентрация кислорода в дутье для больших конвертеров должна быть значительно меньше, чем для малых (3—10-г) конвертеров. Вопрос о стойкости футеровки больших конвертеров является предметом наших дальнейших исследований.
В последнее время высказываются предположения о целесообразности введения кислорода в ванну конвертера через горловину посредством водоохлаждаемой фурмы. Преимущество этого метода подачи кислорода, по сравнению с обычным, авторы предложения видят в увеличении срока службы футеровки, так как в этом случае реакционная зона — зона высоких температур — находится в центре конвертера, а не около фурменного пояса. Целесообразность применения этого метода подачи кислорода в ванну конвертера предстоит проверить.