Совершенствование процесса Ванюкова применительно к непрерывному конвертированию медных штейнов

• Автор: Лукавый, Сергей Леонидович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Литературный обзор
1.1 Строение и физико-химические свойства шлаковых расплавов
1.1.1 Характеристика шлаковых расплавов
1.1.2 Вязкость подвижной среды. Теоретические положения
1.1.3 Вязкость шлаковых расплавов
1.1.4 Плотность железо-кальций-силикатных шлаковых расплавов
1.1.5 Температура плавления шлаковых систем
1.2 Способы непрерывного конвертирования штейнов
1.2.1 Процесс Kermecot-Outotec
1.2.2 Процессы Ausmelt-СЗ и Isaconvert
1.2.3 Процесс Noranda
1.2.4 Процесс Mitsubishi
1.2.5 Конвертерный процесс Ванюкова (КПВ)
1.3 Математическое моделирование
1.3.1 Моделирование процесса Ванюкова
1.4 Постановка задачи исследования
2 Исследование вязкости и температуры плавления высокомедистых шлаковых расплавов
2.1 Методы измерения вязкости расплавов
2.1.1 Вибрационный метод измерения вязкости
2.1.2 Ротационный метод измерения вязкости
2.2 Синтез шлаков и микроструктурные исследования
2.3 Методика измерения вязкости высокомедистых шлаковых расплавов
2.4 Результаты экспериментальных исследований вязкости высокомедистых шлаков, их обработка и обсуждение
2.5 Температуры точек ликвидуса высокомедистых шлаковых расплавов
2.5.1 Методика измерения температуры ликвидуса шлаковых расплавов
2.5.2 Результаты исследований температур точек ликвидуса, их обработка и обсуждение
2.6 Выводы по главе 2
3 Исследование плотности высокомедистых шлаков
3.1 Методы измерения плотности
3.1.1 Метод максимального давления газового пузыря

3.1.2 Метод гидростатического взвешивания
3.2 Методика измерения плотности высокомедистых шлаковых расплавов
3.3 Обработка результатов экспериментов по измерению плотности высокомедистых шлаков
3.4 Кинематическая вязкость высокомедистых шлаков
3.5 Выводы по главе 3
4 Гидродинамическое моделирование процесса непрерывного конвертрования медных штейнов
4.1 Формирование и расслаивание металло-шлаковой эмульсии в фурменной зоне конвертерной печи Ванюкова
4.2 Результаты модельных расчетов гидродинамических характеристик металлошлаковой эмульсии фурменной зоны КПВ
4.3 Поведение дисперсной фазы в подфурменной зоне КПВ
4.4 Результаты модельных расчетов по подфурменной зоне КПВ
4.5 Практические рекомендации по организации технологии непрерывного конвертирования в КПВ
4.6 Выводы по главе 4
Общие выводы по работе
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б

ВВЕДЕНИЕ
В последние два десятилетия в зарубежной практике отмечается расширяющееся применение непрерывных процессов конвертирования медных штейнов, среди них технология на базе взвешенной плавки Kennecot-Outotec (Финляндия, Канада), процесс Mitsubishi (Япония), широко рекламируемые, но пока не внедренные технологии Ausmelt-СЗ и Isaconvert (Австралия, США). Разрабатываемая отечественная технология непрерывного конвертирования медных штейнов по способу Ванюкова отличается от них рядом выгодных преимуществ: высокая удельная производительность, гибкость процесса относительно загружаемых в печь материалов, малый объем отходящих газов с высокой концентрацией SO2 (что сокращает размеры газоутилизационного оборудования), низкий пылевынос - не более 1 % от массы загруженной шихты, работа с любыми видами топлива (жидкое, твердое, газообразное), его низкий расход (не более 2 % от массы шихты), отсутствие технологических простоев, низкие капитальные и эксплуатационные затраты. Не смотря на все перечисленные достоинства конвертерной печи Ванюкова (КПВ) технология непрерывного конвертирования на ее основе до настоящего времени не внедрена на отечественных предприятиях медного производства, а получение черновой меди осуществляется с применением традиционного метода конвертирования в горизонтальных аппаратах Пирса-Смита, со всеми присущими ему недостатками. Полностью устранить все недостатки традиционного процесса путем его модернизации принципиально не возможно. Только применением непрерывных способов конвертирования медных штейнов можно создать эффективный и безопасный передел производства черновой меди.
Технология непрерывного конвертирования медных штейнов в КПВ предусматривает создание в перемешиваемой ванне расплава шлаковой системы, обеспечивающей высокий окислительный потенциал для получения кондиционной по содержанию серы черновой меди (не более 0,3 %). Как показали результаты ранее выполненных на кафедре ЦМиЗ исследований, достичь этого можно только при высокой концентрации оксида меди (I) в шлаковом расплаве, не менее 15-20%. Поскольку промышленно применяемые непрерывные процессы - Kennecot-Outotec и Mitsubishi, не осуществляются напрямую в шлаковом расплаве, экспериментальные данные физико-химических величин высокомедистых шлаков в настоящее время отсутствуют. В то же время процессы конвертирования штейнов и формирования капель черновой меди при использовании конвертерной печи Ванюкова (КПВ) протекают непосредственно в металло-шлаковой эмульсии, и потому необходимы для разработки новой перспективной технологии непрерывного конвертирования.

Конвертерная печь «Noranda» имеет форму горизонтально расположенного стального цилиндра, футерованного хромомагнезитовым кирпичом. Длина печи может достигать 21 м, а диаметр - 5 м. В стандартном исполнении агрегат оборудован 50-60 фурмами, находящихся на уровне расплавленного штейна. Во время работы в печи постоянно присутствуют три слоя продуктов конвертирования: шлак, штейн (преимущественно C112S) и черновая медь. Шлаки, образующиеся в процессе конвертирования по принципу прямотока, в результате насыщения магнетитом (20-30 %) обладают повышенной вязкостью и содержат 10-15 % меди. Шлак подвергается операции обеднения, чаще всего методом флотации. Получающиеся концентраты, содержащие 50-55 % меди, возвращаются в процесс вместе с пылями. Хвосты флотации (-0,5 % Си) отправляются в отвал. В процессе непрерывного конвертирования по способу «Noranda» предпочтительнее работать на силикатные шлаки, в отличие от процесса взвешенного конвертирования «Kennecot-Outotec» и процесса «Mitsubishi», где принято получать кальций-ферритные шлаки [83]. Черновая медь скапливается в нижней части реактора, образуя самостоятельный слой, и выпускается через два шпуровых отверстия периодически [72].
Для компенсации недостатка теплоты от окисления сульфидов в обоих торцах печи установлены газовые или мазутные горелки. Концентрация SO2 в отходящих газах варьируется в пределах 10-20 % в зависимости от степени обогащения дутья и качества топлива [5, 83].
Наряду с такими преимуществами, как непрерывность, полуавтогенный режим работы, компактные габаритные размеры, низкие капитальные затраты и относительно высокая производительность, процесс «Noranda» страдает целым рядом серьезных недостатков:
- невозможность использования высокообогащенного кислородом дутья (не более 24-27 % 06.О2) из-за быстрого разрушения огнеупорной кладки печи в условиях интенсивного перемешивания расплава;
- непродолжительная рабочая кампания печи - 180-200 сут;
- относительно высокий пылеунос (-5 %);
- высокое содержание серы в черновом металле (от 1 до 2 % масс.), что требует дополнительных затрат на ее дальнейшее удаление;
- большое количество примесей в черновой меди, таких как мышьяк, висмут и сурьма;
- недостаточно надежная конструкция реактора [5, 72, 83, 84, 85].