книги / Металлургия цветных металлов
..pdfиодин зубчатый ободы. Каждый гладкий обод опирается на две пары роликов, укрепленных на качающихся опо рах, зубчатый обод находится в зацеплении с ведущей шестерней — редуктором электромотора, с помощью ко торого конвертер может поворачиваться в обе стороны на 180 град. В середине бочки имеется отверстие для за ливки расплавленного штейна, слива продуктов плавки
иудаления газов — горловина. В рабочем положении горловина направлена вверх и помещается под железным коробом — напыльником, соединенным с отводящими га зоходами. Края напыльника имеют вырез по форме на ружной поверхности конвертера и плотно примыкают к корпусу, предупреждая лишнее разбавление газов воз духом, подсасываемым из атмосферы. Иногда напыльни-
ки для лучшего уплотнения имеют подъемную переднюю стенку.
Конвертеры работают периодически, выплавляя за одну операцию до 100 г меди. Наружный диаметр кон вертера 2,3—4 м, длина его 4,3—10 м.
Работа конвертера
Продувка штейна в конвертере состоит из двух перио дов. В первом из них происходит окисление сульфида железа и шлакование закиси железа добавляемым в кон вертер кварцем, при этом получаются белый штейн и шлак. Шлак сливают через горловину, наклоняя кон вертер.
Воздух, вдуваемый через фурмы в расплавленный штейн, энергично перемешивает ванну. На поверхности воздушных пузырьков протекают реакции окисления сульфидов:
2FeS + 302-^2Fe0 + 2S02 + 940 кдж (225 ккал), 2 CU2S -f- ЗО2 —>-2 С112О -{-2 SO2 777 кдж (186 ккал).
Закись меди путем обменного взаимодействия с FeS вновь превращается в сульфид:
С112О -(- FeS — C112S FeO.
По этой причине в первом периоде окисляется только сернистое железо, а медь остается в виде сульфида.
Закись железа шлакуется добавляемым в конвертер кварцем:
2FeO + Si02-^ Fe2S04 + 35 кдж (8,4 ккал) .
Окисление сульфида железа в присутствии кварца можно выразить суммарной реакцией, служащей в конвертере основным источником тепла:
2FeS -f- ЗО2 “Ь Si02->- Fe2Si0 4 -f- 2 SO2 ~{~ + 974 кдж (233 ккал) .
При недостатке кварца закись железа окисляется до магнетита:
6FeO -f- О2 2Fe30/A.
Магнетит может восстанавливаться сернистым желе зом штейна в присутствии кварца по реакции
3 Fe30 4 "f- FeS -{- 5Si02—^ 5 Fe2Si0 4 -f- SO2.
^ авномерная подача в конвертер измельченного квар ца крупностью 6—12 мм и достаточно высокая темпера тура способствуют восстановлению Fe30 4 , получению ме нее вязких шлаков и снижению механических потерь ме ди. Ферриты, не восстановленные за время продувки, переходят в шлак главным образом в виде взвешенных твердых частиц, увеличивая вязкость шлака.
Перед заливкой штейна конвертер поворачивают так, чтобы фурмы оказались выше слоя расплава.
Температура заливаемого штейна около 1200° С; при продувке она быстро повышается вследствие интенсивно го окисления сульфидов. Нормальная температура пер вого периода должна быть в пределах 1250—1350° С.
( Регулирование температуры необходимо для предо хранения футеровки от преждевременного износа и по лучения достаточно жидкоплавких шлаков. Для повыше ния ее увеличивают подачу воздуха и добавляют жидкий штейн, для понижения загружают холодные присадки, например корки с ковшей, твердый штейн. Загрузку квар ца начинают с начала продувки.
Во избежание значительного разбрызгивания рас плавленная масса не должна занимать больше */з объема конвертера. После продувки и слива шлака в конвертер заливают новую порцию исходного штейна. Набор штей на продолжают до накопления богатого расплава в ко личестве, необходимом для перехода ко второму периоду плавки.
Конвертерные шлаки суммарно содержат 75—90% окислов железа и кремнезема; остальные компоненты пе реходят в шлаки преимущественно из флюса. Из практи
ки нескольких заводов можно вывести следующие сред ние данные о составе конвертерных шлаков: 17—30% Si02; 60—70% FeO; 3% А120 3; 1,5—2,5% Си.
Сравнительно кислые шлаки характеризуются мень шими потерями меди из-за меньшего содержания в них магнетита.
ГДля дополнительного извлечения меди конвертерный шлак заливают в действующую отражательную печь или в передний гори шахтной печи.
Продолжительность первого периода зависит от со держания меди в штейне и может колебаться от 6 н до суток.
Второй период начинается после окисления железа и слива шлака. Воздух, продуваемый через белый штейн, окисляет сульфид меди по реакции
2CU2S -j-302—>-2C U20 2S02.
Образующаяся закись меди в расплаве реагирует с еще не окисленным сульфидом:
Cu2S -f- 2CU20 —>■6Cu -f- S02.
Суммарно химизм второго периода можно описать следующим уравнением:
Cu2S -f- 0 2—>- 2Cu -|- S02.
По окончании плавки черновую медь сливают в ков ши, которые отвозят краном к ленточной разливочной ма шине, где разливают в изложницы. На некоторых заво дах жидкую черновую медь подают сразу в рафиниро вочные печи.
Извлечение меди и благородных металлов из штейна в черновую медь (после переработки конвертерных шла ков) достигает 98,5—99%; оно тем выше, чем богаче медью штейн.
Черновая медь содержит около 1% примесей (железо, сера, кислород, цинк, никель, мышьяк, сурьма и другие металлы). \
В "конвертерных газах первого периода содержится 12—15% S02 и менее 1% избыточного кислорода, содер жание S02 в газах второго периода достигает 15—17%. Конвертерные газы вполне пригодны для получения сер ной кислоты или серы, однако они еще не везде использу
ются для этой цели из-за периодичности работы конвер теров.
Пыль, выносимая конвертерными газами, состоит из затвердевших капель штейна и меди, частиц флюса и ле тучих окислов примесей. С пылью выносится до 5% Си (от всей переработанной) и благородных металлов. Ос новное количество этих ценных составляющих находится
вгрубой фракции пыли, легко улавливаемой в простых осадительных камерах или циклонах. Пыль возвращают
вконвертер или в шихту отражательной плавки. Тонкая пыль может быть осаждена в электрофильтрах, устанав ливаемых после осадительной камеры; в ней концентри руются окислы свинца, цинка и редких металлов. Ее пе рерабатывают отдельно.
Во время работы конвертера необходимо периодиче ски прочищать фурмы. До последнего времени эту тяже лую работу делали вручную ломиком и кувалдой. Теперь на передовых заводах введена механизированная фурмовка.
Автоматическое регулирование работы конвертеров (давления дутья и давления в напыльнике) — задача бли жайших лет. Решение ее позволит получать еще более бо гатые S02 отходящие газы. Автоматическое поворачива ние конвертера при снижении давления дутья предупре
дит также случайные заливы фурм штейном.
Другой путь усовершенствования конвертерного пе редела — обогащение дутья кислородом. Оно позволит сократить продолжительность продувки и уменьшить вы ход газов, т. е. повысить производительность и содержа ние S02 в конвертерных газах. Обогащение дутья кисло родом увеличит, кроме того, приход тепла вследствие меньших потерь его с газами. За счет этого в первом пе риоде можно будет загружать больше кварца и получать более кислые шлаки. По той же причине, работая на обо гащенном дутье, в конвертере удасться получать медь непосредственно из концентратов, минуя выплавку штейна и связанные с этим затраты. Для этого в конвертер, пред варительно разогретый продувкой штейна, следует за гружать вместе с кварцем гранулированный медный кон центрат, получая из него сначала белый штейн, а затем медь. Понятно, что количество перерабатываемых так кон центратов ограничено дополнительным приходом тепла от обогащения дутья кислородом.
Расход воздуха на продувку штейна в конвертере
Требуется определить расход воздуха во втором пе риоде работы конвертера емкостью 50 тмеди.
Основная реакция второго периода C112S -|- Ог- ^ 2Cu -j- 5 O2.
Количество меди, получаемой по этой реакции, равно
50 000 = 786 кг-атоМ"
63,54
Теоретически необходимое количество кислорода
786 = 393 кмоль.
2
При использовании воздуха на 90% потребуется кис лорода
393 • 100 = 437 кмолъ.
90
Объем кислорода:
437 - 22,4 « 9 800 ж3* Воздуха потребуется
|
|
9800 |
100^46 700 ж3*. |
|
|
|
21 |
||
|
|
|
|
|
Минутный расход воздуха при продолжительности |
||||
продувки 2 |
ч будет |
|
|
|
|
|
46 700 ^390 |
ж3*. |
|
|
|
|
2-60 |
|
Вместо |
этого воздуха, |
содержащего, например, |
||
33% 0 |
2, потребуется 29700 ж3 |
и в минуту 250 ж3 *. |
||
Из |
1 моль 0 2 получается 1 |
моль SO2, поэтому выход |
конвертерных газов приблизительно равен расходу дутья. Следовательно, обогащение дутья кислородом до 33% уменьшает выход конвертерных газов и потери тепла с ними приблизительно в 1,5 раза: потери тепла при близ ких теплоемкостях и одинаковой температуре пропорци ональны объемам газов, они также несколько уменьша ются еще и с продолжительностью продувки.
* В нормальных условиях.
§ 1 8 . Выплавка черновой меди и* вторичного сырья
Вторичное сырье — промышленные и бытовые отхо ды, трудно поддающиеся сортировке или значительно от личные по составу от стандартных сплавов меди, перера батывают на медь, попутно извлекая другие денные со ставляющие. Черновую медь, получаемую из такого сырья, называют вторичной.
Отходы сортируют по крупности и мелкую фракцию спекают на спекательных машинах. В плавку поступает материал крупностью 100—400 мм.
Плавку на вторичную черновую медь проводят в не больших шахтных печах; топливом служит кокс, расход его 12—17% от массы шихты; в качестве флюсов приме няют кварц и известняк.
Окислы меди восстанавливаются легко, поэтому при плавке необходима лишь слабовосстановительная атмос фера.
Окислы цинка восстанавливаются в нижних горизон тах сыпиЦинк и свинец частично испаряются и уносятся газами. Значительное количество этих металлов перехо дит в шлаки и черновую медь. Выход пыли составляет 3—4% от массы шихты.
Основная масса примесей из вторичной черновой ме ди удаляется при продувке ее в конвертере. Необходимая для этого температура создается не только за счет экзо термических реакций окисления примесей, но и в резуль тате сгорания добавляемого в конвертер кокса, расход которого около 5 кг/т меди.
Цинк, свинец и олово, окисляемые при продувке, пе реходят в шлаки и'пыль; выход последней 6—7% от мас сы медиПыль перерабатывают отдельно.
Конвертерные шлаки охлаждают, дробят на куски и подают в шихту шахтной плавки. Содержание цинка в конвертерных шлаках достигает 18—20%.
§ 19. Рафинирование меди
Черновая медь, выплавляемая из первичного и вто ричного сырья, содержит 99,2—97,5% основного металла и до 2,5% примесей, главные из которых железо, сера,
|
|
|
Т а б л и ц а 13 |
никель, висмут, сурьма, зо |
|||||
Марки меди по ГОСТ 859—66 |
лото, серебро, селен, тел |
||||||||
лур и растворенные газы. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Всего приме |
Многие примеси, в том |
||||
Марка |
|
Меди, % |
|
числе и газы, значительно |
|||||
1 |
|
сей, % |
|||||||
меди |
не менее |
не более |
понижают |
механические |
|||||
|
|
|
|
|
свойства |
меди, |
особенно |
||
мо о |
|
99,99 |
|
0,01 |
ее пластичность. Все при |
||||
|
|
меси, исключая благород |
|||||||
М О |
|
99,95 |
|
0,05 |
|||||
М О б |
|
99,97 |
|
0,03 |
ные металлы, |
ухудшают |
|||
Ml |
I |
99,90 |
|
0,1 |
электропроводность меди. |
||||
М 1 р |
|
99,90 |
|
0,1 |
В черновой меди бывает |
||||
М 2 |
|
99,70 |
|
0,3 |
до 400 г]т Ап и до 3000 |
||||
М 2 р |
|
99,70 |
|
0,3 |
|||||
М 3 |
|
99,50 |
|
0,5 |
г/г Ag. Благородные |
ме |
|||
М З р |
|
99,50 |
|
0,5 |
таллы представляют зна |
||||
М4 |
|
99,0 |
|
1,0 |
чительную ценность |
и |
|||
|
|
|
|
|
должны |
быть |
выделены |
||
|
|
|
|
|
при рафинировании. |
|
Сорта товарной меди в СССР характеризуются де сятью марками (табд. 13).
Известны два способа рафинирования меди—огне вой и электролитический.
Первым из них можно получить металл марок М2, М3 и М4; золото и серебро огневым рафинированием не удаляются. Электролизом получают медь более высокой чистоты и извлекают из нее благородные металлы. Эле ктролитическое рафинирование сложнее и дороже огне вого, однако дополнительные затраты в значительной степени окупаются за счет попутно извлекаемых благо родных металлов.
В настоящее время при высоких требованиях к чисто те меди почти всю ее рафинируют электролизом. Качест во рафинированной меди повышается, а затраты на пе реработку становятся меньше, если основную массу при месей предварительно удалить огневым 'способом. Поэто му электролитическому рафинированию меди обычно предшествует огневое.
Медь рафинируют огневым способом в отражатель ных печах ((рис. 38]). Ванна печи глубинной 9©0 мм ©ме-