» » Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов
29.04.2015

Успех отражательной плавки в значительной степени зависит от качества подготовки шихты. В медеплавильной промышленности России наиболее удачно организована подготовка шихты на Норильском медеплавильном заводе. Флюсы и обороты после предварительного дробления поступают в шихтарное отделение, отдельный транспортер туда же подает концентрат. Отделение оборудовано шихтопогрузочной машиной, которая после перемешивания передает шихту на транспортер, соединяющий шихтарное отделение с металлургическим цехом.
На Балхашском медеплавильном заводе нет специального шихтарного отделения. Измельченный известняк на этом заводе подают в пульпу концентрата перед фильтрацией. Фильтрация и последующая подсушка обеспечивают хорошее перемешивание этих компонентов шихты. На заводах, имеющих обжиговые печи, работающих на обожженной шихте, перемешивание шихтовых компонентов происходит достаточно полно в обжиговых печах.
Шихту в отражательную печь обычно загружают скребковыми транспортерами или вагонетками. В последние годы нашли применение вибрационные желоба.
Жидкие продукты плавки выпускаются через шпур (штейн) и окно (шлак). Газы, выходящие из печи, поступают в котлы-утилизаторы, где используется дополнительно 30—40% тепла этих газов, а затем выбрасываются в атмосферу.
Основные недостатки отражательной печи — ее малая удельная производительность и низкий тепловой к.п.д. (25—35%) За последние 10—15 лет проведены большие работы, чтобы улучшить эти показатели. Для увеличения удельной производительности были внесены существенные изменения в конструкцию печей, позволившие увеличить тепловую мощность в 1,5--2 раза (до 50—60 млн. ккал/час). Показа тельными могут служить работы канадских металлургов. В результате увеличения площади поперечного сечения печи ,и замены арочного свода подвесным магнезитовым на заводах Норанда и Флин-Флон была повышена производительность труда в 2—2,5 раза, а проплав на печах — в 1,5—2 раза. В табл. 13 приведены показатели работы заводов Норанда и Флин-Флон до реконструкции печей и после реконструкции.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

Советские металлурги за последние годы также много работали над повышением тепловой мощности отражательных печей. С этой целью были усилены слабые элементы кладки стен, свода и газоотводящего тракта. На Красноуральском медеплавильном заводе боковые стены печи раньше сооружали из динасового кирпича толщиной в 2,5 кирпича. Теперь боковые стены (на протяжении 9 м) и заднюю стену полностью выкладывают из хромомагнезитового кирпича. Сооружение первых двенадцати метров свода из термостойкого кирпича позволило увеличить кампанию печи на два месяца. Поперечное сечение печи увеличили, подняв свод сначала на 150 мм, а затем на 200 и 400 мм и расширив печь без изменения габаритов фундамента. Разрезы печи до и после реконструкции приведены на рис. 8, а и б.
Ha Среднеуральском медеплавильном заводе, перерабатывающем высокоцинковистые концентраты, также внесены изменения в конструкцию печи. Набивная лещадь заменена кирпичной (динасовый кирпич), арочный динасовый свод — распорно-подвесным из магнезитовых блоков.
Следует отметить, что замена арочных сводов подвесными на заводах России недостаточно распространена, хотя эффективность этого достоверна. Особенно целесообразна такая замена на Балхашском медеплавильном заводе, на котором одна из печей имеет ширину 9,2 м. Кампания свода составляет всего лишь шесть месяцев.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

На печах с подвесными сводами облегчается замена кирпичных стен жаростойкими блоками. В новейших печах при подвесном своде боковые и передние торцовые стены, начиная от уровня ванны, выкладывают подвесными блоками. Блоки состоят из коробок из листовой стали с набивкой измельченным магнезитом в смеси с огнеупорным цементом, а иногда заполненные основным кирпичом. Применение подвесных блоков ускоряет и удешевляет капитальные ремонты печи, а также упрощает горячие ремонты.
Практика работы показывает, что производительность печи и использование топлива зависят от размеров печи, величины тепловой на грузки (расхода топлива), соотношения топливо — воздух, режима тяги в печи, характера шихты, способа ее загрузки, организации факела и других факторов
Влиянию этих факторов посвящены многие исследовательские работы. На современных металлургических заводах она изменяется в пределах 2—8 г/м2 площади пода печи Технико-экономические показатели отражательной плавки приведены в табл. 14.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

Исследования позволили установить оптимальные условия сжигания различных видов топлива и были использованы для разработки условий перехода на автоматическое регулирование теплового режима.
На отражательных печах России в настоящее время тепловой режим полностью автоматизирован. Кроме регулирования теплового режима химико-металлургический контроль отражательной плавки включает контроль за составом шихты и продуктами плавки (весовой и химический контроль).
Схемы автоматического регулирования состоят из трех узлов узла регулирования температуры в фокусе печи и конце печи, узла регулирования соотношения топливо—воздух, узла регулирования тяги. Первые два узла связаны между собой приборами автоматического регулирования, связь с третьим узлом осуществляется через печь Главный щит автоматики позволяет, если нужно, переходить на дистанционное управление. При выходе из строя одного из узлов автоматического управления другие узлы продолжают работать.
Типовые схемы автоматического регулирования теплового режима печей, работающих на пылеугольном и мазутном отоплении, описаны в литературе.
Внедрение автоматики создало условия для ведения плавки на повышенном тепловом напряжении, что оказало положительное влияние на показатели процесса, не только увеличился проплав шихты, но и уменьшились потери меди со шлаками, уменьшился расход топлива на единицу проплавленной шихты, удлинилась кампания печи. Показатели работы отражательных печей после внедрения автоматического регулирования теплового режима приведены в табл. 15.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

Дальнейшее увеличение тепловой мощности печи должно идти по пути применения подогретого воздуха и перевода печей с пылеугольного отопления на мазутное или газовое. Вопрос о необходимости подогрева воздуха при отоплении отражательных печей в периодической литературе поднимался неоднократно, однако практическое осуществление этого мероприятия до настоящего времени органичивается небольшими опытами.
На Кировградском медеплавильном заводе установлен опытный рекуператор (рис. 9) за котлами-утилизаторами (печь работает на мазутном отоплении); на опытной печи Среднеуральского медеплавильного завода установлен вибрационный рекуператор.
Подогрев воздуха на Кировградском медеплавильном заводе до 230° позволил повысить производительность печи на 15% и получить экономию расхода топлива не менее 7,5%.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

Медленное внедрение подогрева воздуха отходящими газами отражательных печей объясняется большим содержанием в газах пыли. Теоретические расчеты показывают возможность рационального и экономически выгодного использования при отражательной плавке специально отапливаемых рекуператоров.
Опыт эксплуатации отапливаемых рекуператоров изучен в отечественной практике. На Медносерном заводе для подогрева газов черед вторым катализом с 1949 г работает рекуператор на мазутном отоплении. На Южно-Уральском никелевом заводе для подогрева воздуха установлен и опробован специально отапливаемый опытный рекуператор также на мазутном отоплении. В табл. 16 приведен расход мазута (pacчетный) для отопления отражательной печи без подогрева воздуха и с подогревом в специально отапливаемом рекуператоре.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

Внедрение подогрева воздуха потребует применения более огнестойкой магнезитовой или хромомагнезитовой футеровки стен вместо динасовой.
До настоящего времени основной вид топлива для отопления отражательных печей на заводах России — угольная пыль. Высокая зольность угля (10—30%) и малая калорийность его (6000—7000 ккал/кг) ограничивают возможности повышения тепловой мощности печи. Развитие нефтяной и газовой промышленности в России создает перспективу для перехода с пылеугольного отопления на мазутное или газовое.
Применение форсунок высокого давления с центральным подводом распылителя — перегретого пара с температурой 350—370° и давлением 8—10 ати — позволяет эффективно сжигать мазут и получать значительный экономический эффект. На заводах, расположенных в районах с большими запасами природного газа, более целесообразна работа печей на газовом отоплении.
На заводах цветной металлургии до настоящего времени при отражательной плавке не применяется воздух, обогащенный кислородом.
Теоретические расчеты показывают, что применение воздуха, обогащенного кислородом, позволяет значительно поднять производительность отражательных печей и снизить удельный расход топлива. Известно, что для отопления отражательных печей в России ежегодно расходуется несколько сотен тысяч тонн топлива. Для его сжигания и окисления компонентов сырья на каждую тонну меди расходуется от 3 до 10 тыс м3 кислорода, с которым в металлургические агрегаты вводится 11—38 тыс м3 азота. Азот, являясь инертной составляющей, полностью переходит в газ, увеличивая его объем, а следовательно, и тепловые потери. С применением воздуха, обогащенного кислородом, уменьшается количество азота, вводимого в печь, а следовательно, улучшается использование тепла в печи. Зависимости температуры факела и расхода условного топлива от концентрации кислорода в дутье приведены в табл. 17.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

Согласно исследованиям Шабли и Семикина, температура газов в хвосте печи зависит от температуры газов в фокусе печи: чем выше температура газов в фокусе печи и чем больше сконцентрирован фокус горения, тем она ниже в хвосте печи. Распределение температуры по длине отражательной печи в зависимости от концентрации кислорода в воздухе приведено в табл. 18.
Пути совершенствования отражательной плавки медных руд и концентратов

Данные таблицы (получены расчетным путем) показывают, что при применении воздуха, обогащенного кислородом, не нужно заменять футеровку по всей длине печи, так как только первые 10 м печи находятся в неблагоприятных условиях.
Последняя графа таблицы показывает, как изменяется коэффициент использования тепла в печи. Увеличение содержания кислорода в воздухе меньшее, чем в два раза, позволяет повысить коэффициент использования тепла в два раза.