Печной агрегат для пирометаллургической переработки полиметаллического сырья и способ переработки

 

Использование: в цветной металлургии при переработке полиметаллических материалов в пирометаллургическом агрегате, состоящем из шахтной печи с многоуровневым расположением системы фурм и отстойником, совмещенным с конвертером. Этот агрегат можно использовать для селекции разнообразного исходного сырья в низкошахтной печи, в том числе коллективные и промпродукты, пылевидные материалы и вторичное сырье. Регулируя расход кислородосодержащего газа в определенном соотношении между разными уровнями системы фурм, можно изменять состав газов от окислительных до восстановительных за счет величины отношения СО/СО₂. Низкий столб шихты позволяет снизить требования к механическим свойствам материалов и одновременно уменьшить вынос мелких фракций компонентов шихты. Этот агрегат и технология позволяют снизить расход кокса и капитальные затраты, увеличить производительность, использовать бедное полиметаллическое сырье. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к печному агрегату для пирометаллургической переработки полиметаллического сырья и способу переработки.

Известен способ и печной агрегат с шахтной печью и передним электрообогреваемым горном-отстойником для переплава вторичного медьсодержащего сырья или на восстановительных плавках окисленных никелевых руд, в том числе брикетированных, включающий загрузку кокса, флюсов и прочих компонентов шихты. Плавку ведут при высоте столба шихты 4-4,5 м от плоскости фурм. Воздух подают в печь через однорядовую систему фурм. При шахтной плавке для получения, например, олова топливом служит кокс или древесный уголь в поперечнике 60-100 мм (не менее 20 мм). Металлургические пыли в основном перерабатывают гидрометаллургическим методом. При гидрометаллургии используют жидкий штейн с вдуванием пылевидных материалов.

Недостатком их являются использование шихты с регламентированными физическими свойствами, химическим и фракционным составами, многостадийность процесса на нескольких агрегатах, узкая специализация конкретной шахтной печи для определенного вида сырья, большие трудо- и энергозатраты.

Известен печной агрегат и способ получения легколетучих металлов, включающих две тесно связанные печи: восстановительная печь и конвертор, которые взаимно соединены посредством, по крайней мере, одного канала для взаиморециркуляции расплавов из шахтной печи в конвертор и наоборот с целью продувки штейна в конверторе на металлическую медь, которая перетекает в восстановительную печь, где химически вытесняет из сульфидов легколетучие металлы, удаляемые в возгоны.

Недостатком этого процесса является действие его в периодическом режиме, между 2-мя печами транспортируются несколько раз большие количества матта и металлической меди, что ведет к дополнительным вредным выбросам паров, повышенному износу футеровки.

Известен печной агрегат для пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, содержащий, по крайней мере, две тесно связанные печи, одна из которых - плавильная печь с фурмами, а другая - конвертор с выпускным отверстием-шпуром и фурмами, при этом две печи взаимно соединены посредством, по крайней мере, одного канала, один конец которого, ближайший к плавильной печи или к конвертору, погружен в сплав горизонтально, ниже или выше другого его конца /см. патент РФ 2117058, С 22 В 5/02, 1994/.

Однако известный печной агрегат имеет недостаточную производительность процесса, недостаточную эффективность и степень извлечения металлов из полиметаллических руд, высокий расход кокса и низкие технологические возможности.

Известен способ пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, включающий загрузку исходной шихты на основе полиметаллического сырья в плавильную печь, непрерывную продувку кислородосодержащим газом, плавление и перелив жидкого металла в конвертор, отстой расплава, удаление шлака, конвертирование жидкого металла в конверторе продувкой кислородосодержащим газом с последующей подачей в случае необходимости в жидкий металл флюса и выпуск готового металла или штейна /см. патент РФ 2117058, С 22 В 5/02, 1994/.

Однако известный способ имеет недостаточную производительность процесса, недостаточную эффективность и степень извлечения металлов из полиметаллических руд, высокий расход кокса и низкие технологические возможности.

В основу изобретения положена задача создания способа и печного агрегата для пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, обладающего высокой производительностью, повышенной эффективностью и степенью извлечения металлов из полиметаллических руд, а также уменьшенным расходом кокса и широкими технологическими возможностями по переработке большого диапазона полиметаллических руд.

Поставленная задача решается тем, что в печном агрегате для пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, содержащем, по крайней мере, две тесно связанные печи, одна из которых - плавильная печь с фурмами, а другая - конвертор с выпускным отверстием-шпуром и фурмами, при этом две печи взаимно соединены посредством, по крайней мере, одного канала, один конец которого, ближайший к плавильной печи или к конвертору, погружен в расплав горизонтально, ниже или выше другого его конца, отличительной особенностью является то, что плавильная печь выполнена в виде низкошахтной печи, в которой фурмы для непрерывной продувки кислородосодержащим газом размещены на оси отверстия фурмы каждого последующего уровня относительно предыдущего на расстояние, составляющее 0,35-0,65 от расстояния между осями отверстий фурм предыдущего уровня, конвертор дополнительно снабжен торцевым П-образным газоходом с горизонтальным отводом-царгой, торец которого через герметизирующий уплотнитель соединен со стационарной камерой, диаметр горизонтального конвертора составляет 0,32-0,64 от его длины, а фурмы для подачи кислородосодержащего газа размещены вдоль горизонтальной образующей конвертора. При этом фурмы конвертора дополнительно снабжены установленными в их отверстиях горелками. При этом объем отстойной зоны конвертора превышает объем горна шахтной плавильной печи в 1,2-2,1 раза.

В части способа поставленная задача решается тем, что в способе пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, включающем загрузку исходной шихты на основе полиметаллического сырья в плавильную печь, непрерывную продувку кислородосодержащим газом, плавление и перелив жидкого металла в конвертор, отстой расплава, удаление шлака, конвертирование жидкого металла в конверторе продувкой кислородосодержащим газом с последующей подачей в случае необходимости в жидкий металл флюса и выпуск жидкого металла или штейна, отличительной особенностью является то, что в качестве плавильной печи используют низкошахтную печь, непрерывную подачу дутья кислородосодержащего газа осуществляют на разных уровнях по высоте перерабатываемого полиметаллического материала при количестве уровней дутья от 2 до 5 на каждый метр высоты столба проплавляемого полиметаллического материала, через фурмы, расположенные на внешней оболочке шахтной печи со смещением оси отверстия фурм каждого последующего уровня, считая снизу, на расстояние, составляющее 0,35-0,65 от расстояния между осями отверстий фурм предыдущего уровня, при равных или различных давлении и расходе кислородосодержащего газа по уровням дутья, при этом дутье кислородосодержащим газом осуществляют под давлением от 1 до 10 ати при его расходе от 5 до 75 м³/м²мин, отстой жидкого металла во внутреннем горне шахтной плавильной печи осуществляют в течение 15-120 минут, в исходную шихту на основе полиметаллического концентрата и/или вторичного сырья различного вида дополнительно вводят сульфидные концентраты с размером частиц от 30 до 6000 микрон и/или кокс размерами частиц от 40 до 5000 микрон в количестве 5-55 мас.% от веса используемого при плавке полиметаллического материала, при этом часть кокса в шихте может быть заменена дутьем природного газа или энергетическим углем в количестве 0,18-0,78 от количества кокса в шихте. При этом исходные компоненты шихты загружают в шахтную плавильную печь послойно в виде брикетов, и/или окатышей, и/или агломератов, и/или их смесей, а часть исходного полиметаллического концентрата или вторичного сырья в шихте может быть заменена на оборотный и/или отвальный шлак. При этом на этапе восстановительных процессов плавки осуществляют продувку природным газом. При этом при использовании полиметаллического концентрата с высоким содержанием железа и/или цинка в исходную шихту дополнительно вводят в качестве флюса кремнезем, и/или оксид кальция, и/или оборотный шлак.

В течение длительной экспериментальной практики проведения плавильных операций пирометаллургической переработки полиметаллического сырья было установлено, что с использованием всех отличительных признаков предложенных печного агрегата и способа удалось создать технологический процесс пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, обладающий повышенной на 25-40% производительностью процесса, повышенной эффективностью и степенью извлечения металлов из полиметаллических руд. При этом достигнуто снижение расхода кокса на 20-45% и расширены технологические возможности способа по переработке большого диапазона полиметаллических руд с различным содержанием меди, олова, цинка, серы, титана и др.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид печного агрегата. Печной агрегат состоит из низкошахтной плавильной печи 1 с многоуровневыми фурмами 2 подачи кислородосодержащего газа и с отверстием 3 для выпуска шлака, а также из соединенного каналом 4 с плавильной печью бочкообразного конвертора 5, содержащего расположенные вдоль его горизонтальной образующей фурмы 6 дутья кислородсодержащим газом, выпускное отверстие-шпур 7 и П-образный газоход 8 с горизонтальным отводом-царгой 9, торец которого через герметизирующий уплотнитель 10 соединен со стационарной камерой 11 для сбора пыли. При этом фурмы 6 конвертора 5 дополнительно снабжены установленными в их отверстиях горелками.

Печной агрегат работает следующим образом. В низкошахтную печь сверху послойно загружают исходную шихту на основе полиметаллического концентрата и/или вторичного сырья, при этом часть полиметаллического концентрата и/или вторичного сырья заменяют на оборотный и/или отвальный шлак, а также используют в качестве флюса кремнезем, и/или оксид кальция, и/или оборотный шлак. Кислородосодержащий газ непрерывно подают через фурмы 2, размещенные на нескольких уровнях по высоте переплавляемого в шахтной плавильной печи материала. Количество уровней выбрано от 2 до 5 на каждый метр по высоте зоны переплава.

При этом отверстия фурмы каждого последующего уровня, считая снизу, относительно предыдущего смещены на расстояние, составляющее 0,35-0,65 от расстояния между осями отверстий фурм 2 предыдущего уровня. Такое расположение фурм в сочетании с равными или различными давлении и расходе кислородосодержащего газа по уровням дутья позволяет в процессе плавления обеспечить регулирование продувки всего проплавляемого объема исходной шихты кислородосодержащим газом, что в свою очередь обеспечивает проведение процесса плавления исходной шихты за более короткое время. Выбранные параметры дутья описаны в способе пирометаллургической переработки. Постоянно стекающий в горн шахтной печи 1 жидкий металл по мере накопления необходимого объема отстаивают, выпускают отвальный шлак через отверстие 3 корпуса 1, а жидкий металл с оставшимся шлаком по каналу 4 передается в конвертор 5. В конверторе 5 жидкий металл отстаивают, конвертор на роликах поворачивают для слива оборотного шлака. Затем конвертор 5 поворачивают на фурмы и продувают кислородосодержащим газом с последующей подачей в случае необходимости в жидкий металл флюса. Жидкий готовый металл или штейн через выпускное отверстие-шпур 7 сливают в разливочный ковш. Образующиеся в процессе плавления газы и пыль, содержащие олово, цинк, свинец, серу, мышьяк и т.п., улавливают на выходе из шахтной плавильной печи, а в конверторе 5 газы отсасываются через П-образный газоход 8 и стационарную камеру 11 и далее направляют в химический цех, например, для извлечения серы, а оседающая в стационарной камере 11 пыль по мере накопления удаляется через люки для последующего использования при плавке.

Способ осуществляется следующим образом. В низкошахтную плавильную печь загружают слой за слоем исходную шихту на основе полиметаллического концентрата и/или вторичного сырья, сульфидные концентраты с размером частиц от 30 до 6000 микрон и/или кокс с размерами частиц от 40 до 5000 микрон. При этом сульфидные концентраты и/или кокс вводят в количестве от 5 до 55 мас.% от веса загружаемого для переплава полиметаллического материала, а все компоненты шихты могут быть загружены в виде брикетов, и/или окатышей, и/или агломератов, и/или их смесей, или часть исходного полиметаллического концентрата или вторичного сырья в шихте может быть заменена на оборотный и/или отвальный шлак. При использовании при шихтовке полиметаллического материала с высоким содержанием железа и/или цинка в исходную шихту дополнительно вводят в качестве флюса кремнезем, и/или оксид кальция, и/или оборотный шлак. Часть кокса в шихте заменяют дутьем природного газа или энергетическим углем в количестве 0,18-0,78 от количества кокса в шихте.

Продувку периодически загружаемых в плавильную печь шихтовых материалов кислородосодержащим газом осуществляют постоянно, причем подачу дутья кислородосодержащего газа ведут на разных уровнях по высоте проплавляемой исходной шихты. Количество уровней выбрано от 2 до 5 на каждый метр высоты столба проплавляемого материала, а дутье осуществляют через фурмы, расположенные на внешней оболочке шахтной плавильной печи со смещением оси отверстия фурмы каждого последующего уровня, считая снизу, на расстояние, составляющее 0,35-0,65 от расстояния между осями отверстий фурм предыдущего уровня. Дутье кислородосодержащим газом осуществляют под давлением от 1 до 10 ати с обеспечением его расхода от 5 до 75 м³/м²мин, при равных или различных давлении и расходе по уровням дутья.

Предложенное расположение фурм в сочетании с использованием равных или различных давлении и расходе кислородосодержащего газа обеспечивает в процессе плавления регулирование продувки всего проплавляемого объема загружаемой исходной шихты кислородосодержащим газом. По мере накопления во внутреннем горне шахтной плавильной печи достаточного объема жидкого металла его отстаивают в течение 15-120 минут в зависимости от объема накопленного жидкого металла, выпускают шлак, а жидкий металл с оставшимся шлаком передают в конвертор.

В конверторе жидкий металл отстаивают, сливают шлак, поворачивают конвертор на фурмы и продувают кислородосодержащим газом. При этом в случае необходимости подают в жидкий металл флюс. Готовый жидкий металл или штейн через выпускное отверстие-шпур сливают в разливочный ковш.

Если объем получаемого в шахтной плавильной печи жидкого металла превышает рабочий объем конвертора, то для его конвертирования используют второй, рядом установленный конвертор.

Исследования показали, что в шахтной печи с 2-уровневым расположением системы фурм, при неизменном суммарном расходе воздуха, увеличение его часового расхода через их верхний ряд за счет нижнего прекращалось выбивание газов в неплотностях дымового тракта и повышалась температура металлического кожуха печи на 40-60^oС, вынос пылевидных фракций уменьшался. При пропускании повторно всего воздуха только через нижний ряд фурм давление газов в шахтной печи и температура металлического кожуха восстановилась. Для сравнения были проведены 2 плавки с одинаковыми расходами воздуха на брикетах из смеси коксовой пыли УСТК и бедного полиметаллического промпродукта с продувкой через 2 и 1 ряд системы фурм. Результаты технико-экономических показателей этих плавок приведены в табл.1.

В табл. 2 представлены сравнительные результаты пирометаллургических процессов, осуществленных известным и предложенным способами.

Формула изобретения

1. Печной агрегат для пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, содержащий по крайней мере две тесно связанные печи, одна из которых - плавильная печь с фурмами, а другая - конвертер с выпускным отверстием - шпуром и фурмами, при этом две печи взаимно соединены посредством по крайней мере одного канала, один конец которого, ближайший к плавильной печи или к конвертеру, погружен в расплав горизонтально, ниже или выше другого его конца, отличающийся тем, что плавильная печь выполнена в виде низкошахтной печи, в которой фурмы для непрерывной продувки кислородсодержащим газом размещены на нескольких уровнях, при этом количество уровней составляет от 2 до 5 на каждый метр по высоте зоны переплава полиметаллического материала, фурмы шахтной печи расположены по высоте печи со смещением оси отверстия фурмы каждого последующего уровня, относительно предыдущего, на расстояние, составляющее 0,35-0,65 от расстояния между осями отверстий фурм предыдущего уровня, конвертер дополнительно снабжен торцевым П-образным газоходом с горизонтальным отводом-царгой, торец которого через герметизирующий уплотнитель соединен со стационарной камерой, диаметр горизонтального конвертера составляет 0,32-0,64 от его длины, а фурмы для подачи кислородсодержащего газа размещены вдоль горизонтальной образующей конвертера.

2. Печной агрегат по п.1, отличающийся тем, что фурмы конвертера дополнительно снабжены установленными в их отверстиях горелками.

3. Печной агрегат по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что объем отстойной зоны конвертера превышает объем горна шахтной плавильной печи в 1,2-2,1 раза.

4. Способ пирометаллургической переработки полиметаллического сырья, включающий загрузку исходной шихты на основе полиметаллического сырья в плавильную печь, непрерывную продувку кислородсодержащим газом, плавление и перелив жидкого металла в конвертер, отстой расплава, удаление шлака, конвертирование жидкого металла в конвертере продувкой кислородсодержащим газом с последующей подачей в случае необходимости в жидкий металл флюса и выпуск готового металла или штейна, отличающийся тем, что в качестве плавильной печи используют низкошахтную печь, непрерывную подачу дутья кислородсодержащего газа осуществляют на разных уровнях по высоте перерабатываемого полиметаллического материала при количестве уровней дутья от 2 до 5 на каждый метр высоты столба проплавляемого полиметаллического материала, через фурмы, расположенные на внешней оболочке шахтной печи со смещением оси отверстия фурмы каждого последующего уровня, считая снизу, на расстояние, составляющее 0,35-0,65 от расстояния между осями отверстий фурм предыдущего уровня, при равных или различных давлении и расходе кислородсодержащего газа по уровням дутья, при этом дутье кислородсодержащим газом осуществляют под давлением от 1 до 10 ати при его расходе от 5 до 75 м³/м²мин, отстой жидкого металла во внутреннем горне шахтной плавильной печи осуществляют в течение 15-120 мин, в исходную шихту на основе полиметаллического концентрата и/или вторичного сырья различного вида дополнительно вводят сульфидные концентраты с размерами частиц от 30 до 6000 мкм и/или кокс с размерами частиц от 40 до 5000 мкм в количестве 5-55 мас.% от веса используемого при плавке полиметаллического материала, при этом часть кокса в шихте может быть заменена дутьем природного газа или энергетическим углем в количестве 0,18-0,78 от количества кокса в шихте.

5. Способ по п,4, отличающийся тем, что исходные компоненты шихты загружают в шахтную плавильную печь послойно в виде брикетов, и/или окатышей, и/или агломератов и/или их смесей, а часть исходного полиметаллического концентрата или вторичного сырья в шихте может быть заменена на оборотный и/или отвальный шлак.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что на этапе восстановительных процессов плавки осуществляют продувку природным газом.

7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что при использовании металлического концентрата с высоким содержанием железа и/или цинка в исходную шихту дополнительно вводят в качестве флюса кремнезем и/или оксид кальция, и/или оборотный шлак.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2