Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
При агломерации свинцовых, цинковых, медных и других сульфидных концентратов обычно ставится задача получить прочный кусковой продукт — агломерат и выжечь серу полностью или до определенной кондиции, в этих условиях необходимое для процесса спекания тепло получают за счет горения серы сульфидов и лишь при его недостатке добавляют углеродистое горючее.
Если при горении коксика каждый процент углерода, сгорающего до СО2, дает на 100 кг шихты 8100 ккал, то при окислении сульфидов каждый процент серы в шихте дает только 3000—4500 ккал с учетом перехода металлов в окислы. Однако содержание серы в концентратах бывает весьма высоким и выделяющееся за счет полного окисления сульфидов тепло может значительно превышать потребности теплового баланса процесса агломерации.
Условия горения сульфидной серы при агломерации отличаются от условий горения коксика специфическими особенностями: низкая температура воспламенения сульфидов и равномерное распределение серы в концентратах при тонком измельчении их обеспечивают возможность быстрого окисления сульфидов при относительно низких температурах ведения процесса. Г.С. Френц и Д.М. Чижиков установили, что скорость окисления сульфидов убывает по следующему ряду: Сu2S, FеS2 PbS, ZnS.
По данным И.Р. Полывянного и В.П. Владимирова, суммарная скорость окисления сульфидов, находящихся в свинцовых концентратах, при постепенном повышении температуры имеет три максимума (рис. 44). Первый максимум при 390/425° связан с воспламенением пирита и халькопирита, второй максимум при 650/750° — с воспламенением сульфидов свинца и цинка, третий максимум, при более высоких температурах, авторы объяснили разложением оставшихся сульфатов. Обследование процесса агломерации свинцового концентрата на заводе в Трейле (Канада) показано, что максимальное содержание сернистого газа в первой ступени обжига отвечает вакуум-камере № 3, а во второй ступени — вакуум-камере № 2, т. е. получается задолго до окончания спекания.
Соответственно весьма полный выжиг серы может быть достигнут при температуре более низкой, чем необходимая для оплавления и образования прочного продукта. Однако, как видно из рис. 45, повышение вертикальной скорости спекания, а соответственно, и температуры в слое может не вызывать повышенной десульфуризации. Чрезмерное повышение температуры, обусловливающее появление большого количества жидкой фазы, может не только замедлить, но даже полностью прекратить удаление серы.
При агломерации сульфидных материалов существенное значение имеет температура зажигания. При низкой температуре в верхних слоях шихты обжиг опережает оплавление и агломерат получается непрочный; при чрезмерно высокой температуре зажигания наступает преждевременное оплавление шихты и агломерат получается хорошо пропеченным, но с повышенным содержанием серы.
Рассмотренные специфические условия горения сульфидов показывают, что для получения хорошо спеченного агломерата и достижения высокой степени десульфуризации необходимо для каждого конкретного сырья выбирать такое содержание серы в шихте, которое, с одной стороны, обеспечивало бы достаточную температуру, чтобы спекание не отставало от обжига, а с другой, не допускало перегрева и излишнего оплавления продуктов спекания. Регулируя долю возврата, можно в широких пределах изменять содержание серы в шихте, не влияя при этом на состав агломерата по металлам и шлакообразующим компонентам. Постоянство состава и количества вводимого в шихту спекания возврата является одним из главных условий получения кондиционного агломерата хорошего качества.
Одной из причин неполной десульфуризации в процессе спекания может являться образование сульфатов. Как показали Г.С. Френц и Д.М. Чижиков, наибольшую склонность к окислению до сульфатов имеют сульфиды меди и, в особенности, свинца. Однако образующиеся на промежуточных стадиях сульфаты свинца и меди в ходе агломерации могут почти полностью разлагаться за счет взаимодействия с сульфидами, образуя металлическую фазу и сернистый газ. Отсюда понятна целесообразность добавки свежих сульфидных концентратов, применяемой на многих свинцовых заводах, например в Порт-Пири (Австралия), где свинцовый концентрат вводится в шихту второй ступени агломерации. Сульфатная сера, обнаруживаемая в готовых агломератах, чаще всего находится в форме сульфата кальция, который образуется в результате вторичных реакций взаимодействия окиси кальция с сернистым газом. Иногда в агломерате находится трудноразлагающийся сульфат бария.
Как показали В.Д. Будон, И.Р. Полывянный и В.П. Владимиров, спекание свинцовой шихты с неизменным количеством просасываемого воздуха, но при высоте слоя свыше 220 мм, обусловливает уменьшение десульфуризации, что может быть объяснено поглощением выделяющегося сернистого газа слоями шихты, лежащими ниже, в частности известняком и железной рудой, образующими сульфаты и сульфиды кальция и железа.
Равномерность распределения тонкого концентрата между зернами возврата и флюсов достигается достаточным дроблением кусковой части шихты и таким перемешиванием увлажненной шихты, чтобы концентрат налипал на зерна и покрывал их тонким слоем.
Удельная производительность агломерационных машин по выжигаемой сере на большинстве заводов лежит в пределах 0,7—1,2 т/м2*сутки. Меньшая производительность соответствует богатым свинцовым концентратам, более высокая — концентратам с повышенным содержанием серы и железа. Лишь в последние годы за счет улучшения подготовки шихты к агломерации производительность машин по выжигу серы выросла до 1,3 т/м2*сутки.
При постоянной удельной производительности по выжигу серы производительность агломерационной машины по годному агломерату изменяется в широких пределах в зависимости от содержания серы в исходном сырье (рис. 46).
Практикой установлено, что при наиболее подходящих условиях степень десульфуризации на агломерационной машине составляет 65—75%. Исходя из этого и задаваясь содержанием серы в готовом агломерате, определяют допустимое содержание серы в агломерируемой шихте.
Сложность процесса агломерации сульфидных материалов, связанная с одновременным решением задач обжига и спекания, приводит к нескольким вариантам его осуществления. На свинцовых заводах Советского Союза принята схема одноступенчатой агломерации с возвратом; на некоторых крупных заводах за границей, например «Бункер Хилл» (США) и в Трейл (Канада) применяется двухступенчатая схема, на некоторых, например в Штольберге (ФРГ) и в Шопгницах (Польша), сохранился процесс агломерации с предварительным обжигом до спекания.
Бывают случаи, когда при агломерации сульфидных концентратов желательно сохранить серу в агломерате. Например, на Иртышском медеплавильном заводе из шихты, содержащей 20% S, требуется получать агломерат с содержанием не менее 12% S, необходимой для образования медного штейна при шахтной плавке. Для сохранения серы в шихту спекания вводят 60 кг коксика на 1 т шихты, что дает возможность развить в слое высокую температуру и получить прочный агломерат при низкой степени десульфуризации (около 45%). Производительность по агломерату при этом относительно низкая (10—12 т/м2*сутки), а по выжигу серы сравнительно высокая (1,1 т/м2*сутки). Следует заметить, что на некоторых свинцовых заводах также вводят в шихту спекания до 3—4% углерода в виде коксика или полупродуктов свинцовоцинкового производства. Избыточный углерод в шихте позволяет получать прочный агломерат при неудовлетворительном дроблении возврата, неравномерном его поступлении и других нарушениях технологического режима. Однако введение коксика в шихту свинцовой агломерации технологически неоправдано и обусловливает повышение температуры отходящих газов, снижение производительности пылеулавливающих устройств, а значит и производительности агломерационных машин. Наряду с этим, получение горячего продукта повышает улетучивание свинца и усложняет транспорт агломерата и возврата.