Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Для плавки оловянных концентратов широкое применение получают электрические печи, что объясняется следующими их положительными качествами:
1) возможно получать весьма высокие температуры, что позволяет, если нужно, проплавлять тугоплавкие шихты;
2) газов при плавке получается в несколько раз меньше, чем в отражательных печах, а следовательно, значительно уменьшается и вынос пыли;
3) возможно получать бедные шлаки — с содержанием олова 0,3% и ниже;
4) более высокий проплав, чем в отражательных печах (2,5—3 т/м2 сутки).
Одна из причин, ограничивающих применение электропечей для выплавки олова, — это высокая стоимость электроэнергии.
Расход электроэнергии составляет 900—1000 квт/ч на 1 т концентратов.
Практика показала, что при дешевой энергии электроплавка очень выгодна.
Вследствие высокой температуры и сильно восстановительной среды при электроплавке примеси, содержащиеся в концентратах, в том числе железо, почти полностью переходят в черновое олово. Практикой установлено, что содержание железа в концентратах, поступающих в электроплавку, не должно превышать 2—2,5%.
В шихту добавляют 16—18% измельченного кокса от веса концентрата (220—230 кг/т олова) и около 7% извести. Плавку ведут сначала при 900—1100°, а затем температуру повышают до 1400—1550° Получающиеся шлаки имеют примерно такой состав при плавке концентратов: 0,3-2,5% Sn, 38,0- 42,0% SiO2, 1,5—4,0% FeO, 25,0—30,0% CaO, 12,0—14,0% А12Оз, 1,0—2,5% MgO, при плавке богатых шлаков и гартлингов — менее 0,3% Sn, 45,0—50,0% SiO2, 2,0—7,0% FeO, 15,0—18,0% CaO1 14,0—17,0% Al2O3, 2,0—3,0% MgO.
При плавке концентратов, содержащих около 70% Sn и 2% Fe, получаемое черново олово содержит около 99,0% Sn и 0,5—0,6% Fe.
Извлечение олова в черновой металл составляет более 90%, в пыль 3—4% и в шлак 1—1,5%, содержание олова в пыли 50% и в шлаках 0,2—0,5%.
Олово выпускают в приемные котлы, после охлаждения с него снимают железистые крицы. Для лучшего отделения олова в печь примерно за два часа до конца плавки присаживают металлический кремний из расчета получения ферросилиция с 22—25% Si. Среднее содержание олова в этом ферросилиции 2—4%.
На оловянных заводах России мощность электропечей достигает 1400 ква. Внутренний диаметр этих печей 3,3 м, удельная мощность 150—180 ква/м2. Напряжение на электродах 130 в, диаметр графитированных электродов 400 мм, плотность тока на них 4—5 а/см2, распад электродов 1200 мм, расход их 13 кг на 1 т олова.
Общий вид электропечи для плавки оловянных концентратов мощностью 1400 ква показан на рис. 10.
На оловоплавильных предприятиях России доля электроплавки непрерывно увеличивается, о чем свидетельствуют следующие данные:
Поскольку отходящие газы из электрических печей содержат много CO, их дожигают на выходе. Теплосодержание дожигаемых газов около 400 ккал/нм3.
Применяемый периодический режим работы печей не дает полного использования времени и мощности печи.
Весьма важна разработка условий для перехода на непрерывную электроплавку оловянных концентратов, потому что при периодической работе электрических печей в начале плавки загружают большое количество холодной шихты, что приводит к охлаждению печи и требует достаточного времени на разогрев и повышение температуры до 900—1000°.
Опытные плавки, проведенные на заводской электропечи с непрерывной загрузкой концентратов, показали возможность непрерывного восстановления концентратов.
Одним из важнейших факторов для ведения такой плавки является глубина шлаковой ванны, В обычной плавке она составляла от 350 до 580 мм. По мнению исследователей, желательна глубина ванны 600 мм, так как это способствует лучшей конвекции и теплообмену. Согласно лабораторным и опытным данным, проплав при непрерывной электроплавке увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с периодической, однако извлечение олова в черновой металл составило только 81—82% при одновременном увеличении содержания олова в шлаках. При доработке шлаков под слоем кокса и извести возможно получение бедных по олову шлаков Исследователи пришли к выводу, что процесс непрерывной электроплавки следует вести в двухзонной печи, в первой зоне которой должен идти процесс восстановления концентратов и выплавки олова, а во второй — доработка шлаков до отвальных Необходимо дальнейшее продолжение работ по непрерывной электроплавке оловянных концентратов.
Зарубежная практика электроплавки оловянных концентратов освещена ниже.
На оловянном заводе в Маноно (Республика Конго) концентраты проплавляют в электропечах мощностью 1000 ква. Во время второй мировой войны этот завод выпускал до 12 тыс. т олова в год. Печь футерована угольными блоками, восстановителем служит древесный уголь Внутренний диаметр печи 2500 мм, наружный 3900 мм. На одну тонну олова расходуется всего около 1000 квт*ч энергии, что вызвано высоким качеством концентратов.
Черновой металл, содержащий 97% Sn, очищают зейгерованием при 300° в электропечи с наклонным подом мощностью 80 ква. Чистота олова после зейгерования достигает 99,3% Sn. Окончательную очистку ведут в рафинировочных котлах вместимостью 13 т олова при 480° продувкой паром
На заводе Аннеси (Франция) работала печь мощностью 400 ква с наружным диаметром 2000 мм и внутренним 1200 мм. Ток был подведен к поду печи и верхнему подвижному электроду диаметром 350 мм; футеровка печи была выполнена из огнеупорных кирпичей, покрытых набойкой из глины с графитом в местах соприкосновения с жидкими шлаками. Концентраты смешивали с коксом, известью и брикетировали под давлением 400 кг/см2.
На заводе в Аоста (Италия) установлена одна электропечь для плавки концентратов. Мощность печи 1000 ква. Производительность ее 15 т олова в сутки. Печь имеет наружный диаметр 3,3 м, внутренний диаметр 2 5 м; диаметр электродов 0,4 м.
Шихта состоит из касситерита (1000 кг), древесного угля (0,6 м3) и оборотных шлаков (135 кг). Расход электроэнергии составляет 1500 квт*ч/т чернового олова; расход древесного угля около 250 кг. Напряжение на электродах 90 в при силе тока 6000 а, что соответствует плотности тока 4,8 а/см2. При плавке 1 т концентрата выход металла, содержащего 99% Sn, составляет 680 кг, а выход шлаков, содержащих 25—30% Sn, составляет 245 кг. Выход олова в пыль 3%, содержание олова в пыли 50—60%.
Богатые шлаки проплавляют в той же электропечи; состав шихты 1000 кг шлаков, 200 кг известняка, 0,44 м3 древесного угля.
В результате шлаковой плавки получается 80 кг чернового олова, содержащего 93—95% Sn; 400 кг богатых шлаков, содержащих 50% Sn; 438 кг бедных шлаков, содержащих менее 1% Sn.
Для зейгерования олова используют две печи сопротивления с наклонным подом, имеющим посередине небольшой канал для стока чистого олова. Под печи нагревается до 250°. расход электроэнергии составляет около 200 квт*ч/т олова. Для окончательной очистки служит цилиндрическая печь диаметром 1,5 м и глубиной 1,2 м с нихромовыми электронагревателями, расположенными по стенкам приямка. Окончательно очищенное олово содержит 99,97% Sn.
На 1 т олова при переработке 70—72%-ного концентрата всего расходуется 2600 квт*ч электроэнергии (включая двигатели), 300 кг древесного угля, 13 кг электродов.
На фабрике Сулливан (США) концентраты крупностью -200 меш состава 64,9% Sn, 2,97% Fe, 0,22% Pb, 0,56% S, 3,8% Al2O3, 7,8% CaO, 2,9% SiO2, 1,8% Mn, 0,6% WO3, 0,14% MgO проплавляют в электропечах мощностью 400 ква. Габариты печи 2,74х1,83х1,83 м.
Футеровка печи выполнена из кварцево-глиноземистых кирпичей, а летка для выпуска олова отлита из плавленого огнеупора.
Внизу печь кессонирована. Ток силой 3000 а при напряжении 90 в подается к трем графитированным электродам диаметром 200 мм.
Состав шихты, загружаемой в печь: 363 кг оловянного концентрата, 77 кг пыли от обжиговой печи, 45 кг съемов от зейгерования, 59 кг кокса, 4,5 кг известняка.
Каждый час из восьми воронок в печь загружают порцию шихты, и первое черновое олово выпускают из печи после загрузки 13 садок. Следующий выпуск чернового олова происходит после двадцать второй садки. Полная загрузка печи состоит из 27—31 садки. Олово восстанавливают до тех пор, пока содержание его в шлаке будет не более 4,5%.
Общая продолжительность плавки 30—33 часа. Шлак стекает по футерованному кирпичом желобу в ковш для отстаивания, обедненный шлак гранулируют. Черновое олово из печи выпускают в котел, где оно охлаждается до 370°, после чего с поверхности его снимают съемы, а затем перекачивают его в другой котел для дополнительного остывания. После остывания олово перекачивают на фильтр, работающий под давлением, перфорированная плита которого покрыта асбестовой тканью.
Ниже приведены данные этого завода о влиянии температуры на отделение железа при фильтровании олова.
Средний состав отфильтрованного олова: 99,65% Sn, 0,005% Fe, 0,01% Pb, 0,003% Cu, 0,005% Zn, 0,002% Bi, 0,005% Al, 0,005% Mn, 0,004% Co, 0,01% Sb,
Газы из печи, содержащие много CO, и пыль поступают в камеру, где оседает часть пыли. Количество пыли составляет 6% от веса шихты, На выходе из камеры газы дожигают, затем охлаждают и обеспыливают водой из брызгал, после чего выбрасывают в атмосферу.
Общие показатели работы электропечи мощностью 400 ква проплав по концентратам 1 t/сутки, выдача рафинированного олова 4,5 т/сутки, расход электродов 5,7 ка/г олова, расход энергии 1860 квт*ч/т олова, потери олова со шлаками 1%.
По мере снижения стоимости электроэнергии электроплавка приобретает все большее значение в металлургии олова с дальнейшим улучшением ее показателей.