Аптейк печи что это

Традиционные процессы плавки.

1. Отражательная плавка.

Цель – расплавить сырье, получить 2 жидких продукта: штейн (ценные компоненты) и шлак (пустая порода).

Цель достигается путем нагрева исходного сырья за счет тепла от сжигания топлива.

Отражательная печь – плавильный агрегат с горизонтально расположенным плавильным рабочим пространством, выполненным огнеупорным кирпичем.

Стены, падина (нижняя часть), свод печи выполнены из огнеупорного кирпича.

В головную часть печи грузится сырье.

В качестве топлива используют природный газ, мазут, пылеуголь.

В качестве дутья используют чистый воздух (21% О₂, 1400 С) и обогащенное дутье – с добавлением технического кислорода (26-28% О₂, 1600-1700 С).

Показатель удельной производительности – количество шихты, проплавляемой в сутки в расчете на каждый см 2 горизонтального сечения аппарата. При плавке огарка – 5-8 т.

Дутье – это не топливо, это реагент для сжигания топлива.

В отражательной плавке перерабатывается 2 типа шихты:

Сырая шихта – не прошедшая обжиг;

Шихта на основе огарка – обожженная;

Излученное факелом тепло отражается на шихту.

Легкоплавкие компоненты стекают с откосов и захватывают легкие стекают в ванну расплава (шлаковую ванну). Штейн тяжелее, образуя капельки он спускается вниз.

Шлак и штейн окончательно разделяются в хвостовой части.

Шлак удаляется через шлаковое окно, а штейн через специальное отверстие (шпуровое). Шпур – отверстие для периодического выпуска расплавов. Шпур открывают когда надо выпустить штейн, а затем снова закрывают (замазывают глиной).

Температура газов перед выходом из печи – 1250-1300 С.

Температура штейна — 1150 С, шлака — 1250 С.

Аптейк – соединяет газоочистку и печь (у нас — борог).

Отходящие газы – SiO₂, азот, CO₂, H₂O выбрасывают в атмосферу, т. к. утилизировать нет смысла (низкая концентрация SO₂ – 1,5%).

Степень десульфуризации (Ds) – отношение массы серы, удаленной в газы к общей массе серы, приходящей на плавку с шихтой.

При плавке сырой шихты эта степень 50%, объем выбрасываемой серы большой.

Содержание меди в отражательной печи – 20-45%. Зависит от концентрации меди и серы в шихте. изменять режимами процесса плавки состав штейна мы не можем.

Чем беднее штейн на плавке, тем богаче шлак мы получим.

Потери меди со шлаком – очень важный технико-экономический показатель. Если 0,4-0,6% Cu в шлаке – хороший шлак; если более 0,6% — плохо.

Недостатки плавки сырой шихты в отражательной печи:

Большой объем бедных по SO₂ отходящих газов (более 50% выбрасываются в атмосферу  экологический вред);

Высокий расход топлива (расход топлива при плавке сырого концентрата – 18-22% от массы шихты)

Использование малообогащенного дутья;

Не использование тепла от окисления сульфидов (сульфиды могут служить источником тепла, если их окислить);

Невозможность перерабатывать тугоплавкий материал;

Низкая производительность шихты (3-5 т. см 2 в сутки);

Невозможность регулирования состава штейна:

Невозможность изменять соотношение Cu₂S и FeS в штейне  при плавке бедного сырья получаются бедные штейны. На следующем этапе за плавкой, при конвертировании, этот сульфид Fe надо перевести в шлак (если сульфида Fе в штейне меньше, то конвертерного шлака будет меньше)

Малый срок службы аппарата (от 2 до 5 лет);

Низкий тепловой КПД процесса (эффект использования тепла – 30%, а 70% – на нагрев отходящих газов).

Превращение механического сырья до конечного продукта делится на 3 группы:

Нагрев исходного сырья (диссоциация неустойчивых соединений идут быстро);

Процессы шлакообразования (растворение тугоплавких компонентов в шлаке идут медленно (расплав не перемешивается));

Разделение шлака и штейна (идет медленно).

Шихта, попадая на откосы, нагревается H₂O_ж. = H₂O – Q (сухой материал) до 500 – 900С идет реакция диссоциации, разложения неустойчивых сложных соединений.

S₂ в парообразном состоянии переходит в газообразное состояние.

дальнейшее нагревание приводит к плавке легкоплавких эвтектиков.

плавятся оксидные эвтектики.

стекает по откосам, растворяются тугоплавкие.

магнетит появляется с оборотным конвертерным шлаком.

Источник

Печь Ванюкова

Исследования плавки в жидкой ванне в МИСиС ведутся с 50-х годов прошлого века. В 70-х годах ХХ века коллективом ученых под руководством профессора, д.т.н. Ванюкова А.В. была разработана, запатентована и успешно внедрена в практику работы предприятий цветной металлургии технология и печь для жидкофазной переработки сульфидных медных и никелевых руд, впоследствии получившая название «плавка Ванюкова» или «печь Ванюкова». Схема печи Ванюкова приведена на рис.1.

Рис. 1. Схема печи Ванюкова.

1 – шлаковая летка, 2 – шлаковый отстойник, 3 – свод печи, 4 – загрузочное отверстие, 5 – аптейк, 6 – штейновый отстойник, 7 – штейн, 8 – летка полного выпуска, 9 – фурмы для продувки расплава.

Первая промышленная печь была построена и запущена в эксплуатацию в г. Норильске (НГМК) в конце 70-х годов. Печь оборудована кессонированным кожухом, свод и подина печи выполнены из огнеупорного кирпича. Процесс протекает в жидкой шлаковой ванне, барботируемой через фурмы кислородсодержащим дутьем.

Плавка «Ванюкова» относится к автогенным процессам, которые осуществляются за счет внутренних энергетических ресурсов. Автогенная переработка сульфидных руд осуществляются за счет теплоты экзотермических реакций:

2FeS +3O₂ = 2FeO + 2SO₂, ΔH 0 = -937.340 кДж, (1.1)

2FeO +SiO₂ = 2FeO× SiO₂, ΔH 0 = -92.950 кДж. (1.2)

При недостатке тепла от окисления сульфида железа, возможно получение дополнительного тепла от окисления двухвалентного железа:

6 FeO + O₂ = 2 Fe₃O₄, ΔH 0 = -635.560 кДж. (1.4)

Промышленные сульфидные концентраты могут быть отнесены к низкокалорийному топливу. При сжигании 1 кг концентрата выделяется 10–20 кДж теплоты. Для сравнения, сжигание 1 кг условного топлива дает 29,3 кДж. В случае если тепла от реакций 1.1 – 1.3 недостаточно, его дефицит может быть компенсирован сжиганием угля, мазута, природного газа.

Принцип плавки Ванюкова состоит в том, что перерабатываемое сульфидное сырье непрерывно загружается на поверхность барботируемой кислородсодержащим дутьем шлаковой ванны. В попадающих на поверхность ванны частицах шихтовых материалов протекают процессы испарения влаги, нагрева и расплавления компонентов.

В шлаковой ванне одновременно протекают процессы горения сульфидов на фурмах, образование капель штейна, переход оксидов железа и пустой породы в шлак. Полученные в результате процесса расплавы шлака, штейна или чернового металла расслаиваются и непрерывно или периодически выпускаются из печи через отстойники. Для осуществления процесса разделения штейна и шлака в ванне поддерживается температура на уровне 1300–1350 °С.

Большим преимуществом плавки Ванюкова является высокая концентрация диоксида серы в отходящих газах. Диоксид серы из таких газов может перерабатываться в элементарную серу, либо в сернистый ангидрид. При этом снижаются вредные выбросы серосодержащих компонентов в атмосферу.

В настоящее время в Российской Федерации функционирует 5 печей Ванюкова, идет проектирование и строительство еще нескольких печей. Процесс запатентован во многих странах мира. До сих пор показатели работы печей Ванюкова превосходят показатели других автогенных процессов, а удельная производительность выше аналогов в 2–8 раз.

В шлаковой ванне печи протекают преимущественно окислительные процессы. Частичное восстановление оксидов железа заканчивается двухвалентной формой. Восстановление железа в процессе Ванюкова до металлической фазы не требуется.

Источник

Лекция 3. Практика автогенных процессов (ап)

Вопрос 1. Классификация ап и преимущества ап

Используемые в отечественной и мировой практике медеплавильного производства многообразные процессы (агрегаты, комплексы) переработки сульфидного сырья в агрегатах АП, принято подразделять по способу окисления сульфидов на две группы: факельные и в расплаве. К первой категории, получивших наиболее широкую известность, относятся: взвешенная плавка (ВП); ИНКО и кислородно-факельная плавка (КФП); ко второй — плавка Ванюкова (ПВ); совмещенная плавка шихты и конвертирование штейнов в одном агрегате (СПК); факельно-барботажная плавка (ФБП); кислородно-взвешенная электротермическая плавка (КИВЦЭТ) и Феркам; Норанда и Эль-Тениенте; Мицубиси: Сиросмелт (Айзасмелт), а также многие другие АП в т ч. и успешно прошедшие производственные испытания.

В настоящее время процесс фирмы «Оутокумпу» является наиболее освоенной технологией в первой группе АП, получившей наибольшее распространение (54 печи различного назначения, 2010 г) в мировой практике цветной металлургии. Автогенные процессы – в наибольшей степени удовлетворяют требованиям,предъявляемым к современнным процессам.

Автогенные процессы классифицируются по методу сжигания сульфидов на 2 категории.

Когда сульфиды сжигают непосредственно в пылегазовых потоках, или в газовом пространстве агрегата.

Кислородно-факельная плавка, взвешенная плавка,

Когда сульфиды сжигают в объеме жидкой ванны, в расплаве. Плавка Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Мицубиси. Аусмелт.(Австралия) Айзасмелт. Сиросмелт.

Сжигание сульфидов – процесс окисления сульфидов, сопровождаемый выделением экзотермического тепла.

Совмещенная плавка-конвертирование (спк)

Промышленное значение нашли 28 технологических схем.

По виду конечного продукта:

Периодические, связаны с выпуском или производством полупродуктов (штейн, белый мат).

Непрерывные – производство черновой меди.

По виду аппаратурного оформления:

Совмещенные. Совмещение в одном агрегате обжига и плавки СПК, обжиг-плавка-конвертирование (норанда Канада).

Технологические преимущества автогенных процессов.

Низкий расход топливно-энергетических ресурсов, который при переработке качественного сырья связан лишь с пуском агрегата и необходимостью его разогрева.

Высокое содержание SO2 в отходящих газах, что позволяет эффективно утилизировать для производства серной кислоты или элементной серы. Это позволяет характеризовать автогенные процессы как экологически чистую технологию, в сравнении с другими процессами, где газы выбрасывают в атмосферу.

Возможность управления в широких пределах степенью десульфоризации расплава.

А также возможность изменения содержания меди в штейне в широком диапазоне, вплоть до получения черновой меди.

Высокая производительность процесса.

Возможность его автоматизации и сравнительная легкость в его управлении, так как процессы окисления сульфидов связаны с тепловыделением. Это отношение массы кислорода к массе шихты. Mo2/Mшихт. Так можно регулировать тепловыделение.

Вопрос 2. Кислородно-факельная плавка, аппаратурное оформление

Это отечественная технология, первые печи внедрили на Алмалыкском горно-металлургическом комбинате.

Горизонтальный аптейк служит для удаления газов

Падина, отстойная часть печи

Шихтовая сторона стен печи, в которой стоят шихтовые форсунки, причем шихтовые форсунки стоят во всех торцевых стенках.

Суть процесса во вдувании тонкодисперсного, подсушенного концентрата током воздуха или технологического кислорода, кислородно-воздушная смесь (КВС), в предварительно разогретое пространство печи. Флюсы и концентрат имеют размер частиц от 0,01-0,1мм. Таким образом, частицы обладают реакционно-развитой поверхностью контакта фаз. Поэтому они моментально воспламеняются, окисляются и плавятся за счет экзотермической теплоты. Поэтому из шихтового факела на поверхность отстойной зоны печи капают капли расплава, которые, собираясь, образуют слой жидкой ванны. В процессе отстаивания происходит разделение фаз. Внизу более плотный штейн, вверху легкий шлак. В процессе сжигания сульфидов образуется кислородно-шихтовый факел. Слева установлены рабочие кислородно-шихтовые горелки для получения штейна и шлака, а справа, такие же по конструкции для обеднения шлака. С целью обеднения в них подают перит.

Источник