Разработка и внедрение интенсивных плавильных процессов в металлургии тяжелых цветных металлов с целью повышения их эффективности, снижения расходов энергоресурсов и ущерба окружающей среде

• Автор: Ковган, Павел Авксентьевич
• Шифр специальности: 05.16.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 78 с. : ил.; 20х14 см

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы- рост потребления цветных металлов в XX веке ознаменовался широким техническим перевооружением отрасли. Потребности цивилизованного общества непрерывно расширяются и требуют роста производства не только тяжелых, легких металлов, но редких и рассеянных элементов. Ухудшающееся качество рудного сырья и рост стоимости его переработки, резкое повышение требований мирового сообщества к экологии привело к разработке новых энергоресурсосберегающих экологически безопасных технологий и созданию новых видов аппаратурног/о оформления.
В данной работе разрабатывались и исследовались новые интенсивные плавильные процессы с целью снижения энергозатрат производства свинца, меди и никеля. Управление рациональным расходом энергоресурсов осуществлялось путем рационального подбора теплоносителей. Исследовались закономерности теплового воздействия на шихту, создавалось новое аппаратурное оформление для плавки и утилизации тепловых отходов и теплового обезвреживания вредных выбросов. С конца 60-х годов неуклонно во всем мире заменялись морально устаревшие плавильные агрегаты на новые. Это относится, например, к шахтным, обжиговым и отражательным печам в процессе получения черновой меди, вельц-печам в свинцово-цинковой отрасли и многим другим. В то же время широкое развитие получило создание единых энерготехнологических агрегатов типа "печь-котел". Самым совершенным теплотехнологическим агрегатом в металлургии пока является шахтная печь. Несмотря на ее основной недостаток: потребление самого дорогостоящего и дефицитного топлива металлургического кокса, - она остается основным агрегатом в производстве свинца, вторичной меди и других металлов. Шахтная плавка является одним из лучших экстракционных процессов.
. Исследование работы шахтных печей позволило снизить . ход кокса, поднять их производительность, найти новые спо-регулирования теплообмена, на базе этих исследований али новые технологические агрегаты, превосходящие по по-лтелям шахтные печи и не имеющие их недостатков. Эти агре-ы позволяют перерабатывать тонкодисперсное сырье - кон-чтраты, снижая расходы энергоресурсов на плавку, работать .»■-'! любом энергетическом топливе. Современные плавильные гаты характеризуются новым набором теплоносителей, ранее оименявшихся в металлургии в широком масштабе. Приме-

нение кислорода, природного газа, нагретого дутья, плазмы, водяного пара, серы, хлора и др. привело к созданию принципиально новых энерготехнологических агрегатов и потребовало исследовать теоретические аспекты их работы. Агрегаты универсальны и их можно использовать не только в цветной металлургии, но и в химии, производстве строительных материалов, переработке техногенных отходов и для других видов сырья.
Работы выполнялись в соответствии с заданиями Государственных и отраслевых планов 1965-1990 гг. и Программ НИОКР РФ, Минэкономики РФ и Комитета РФ по металлургии и контрактами с частными фирмами РФ, СНГ и зарубежья.
Цель работы
На основе теории теплообмена плавильных агрегатов, анализа тепловых балансов, исследований теплофизических свойств продуктов свинцовых, медных и никелевых плавок создать новый плавильный~~аГрёГат, работающий по противоточной схеме, пере- — рабатывающей лолидисперсную шихту на любом энергетическом топливе.
Разработать новые технологии шахтной плавки, интенсифицировать их работу, применяя нагретое дутье, кислород и частично заменив кокс природным газом, и повысить ее технологические показатели.
Создать новые теплообменные аппараты для утилизации тепла за плавильными агрегатами на базе циклонных теплообменников, нагревающие тонкодисперсную шихту до температуры близкой к температуре плавления.
Изучить взаимодействие между сульфидной и окисленной фазами совместно с горением топлива в восстановительном режиме.
Научная новизна
1. На основании теории теплообмена разработан новый бар-ботажный агрегат с глубокой утилизацией тепла БАГУТ, работающий на любом энергетическом топливе. В БАГУТе плавится тонкодисперсный материал со снижением расхода топлива на 40% по сравнению с шахтной плавкой, производительность при этом увеличивается на 50%.
2. На основании экспериментальных данных, анализа тепловых балансов .разработана теория теплообмена в шахтной свинцовой плавке. Исследовано влияние на него интенсификаторов: кислорода, нагретого дутья и частичной замены кокса природным газом.
3. Разработана новая методика определения теплофизических свойств материалов в квазистационарном режиме в интервале температур от 0 до 1200°С. С ее помощью получены данные

Таблица 5.
Расчетные тепловые балансы на ферроникель в печи ПВ и БАГУТе на 1 тонну руды
Приход тепла ПВ, % БАГУТ, % Расход тепла ПВ, % БАГУТ, %
Химическое тепло горения угля топлива 99,79 76,4 Физическое тепло шлака 43,17 31,
Тепло электронагрева в плазменной зоне 23,36 Физическое тепло чугуна 7,
Физическое тепло шихты 0,21 0,24 Физическое тепло ферроникеля 0,63 0,
Реакция разложения карбонатов 8,83 9,
Реакция восстановле- ния 0,45 20,
Потери тепла испарения влаги 1,26 1,
Потери тепла с отходящими газами 30,48 3,
Потери тепла через ограждения печи 15,18 25,
Итого: | 100,0 [ 100,0 Итого: 100,0 100,