Разработка и внедрение интенсивных плавильных процессов в металлургии тяжелых цветных металлов с целью повышения их эффективности, снижения расходов энергоресурсов и ущерба окружающей среде тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.03, доктор технических наук в форме науч. докл. Ковган, Павел Авксентьевич

• Ковган, Павел Авксентьевич
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1999

Оглавление диссертации доктор технических наук в форме науч. докл. Ковган, Павел Авксентьевич

Шахтная свинцовая плавка - самый распространенный способ получения свинца. Около 90% мирового производст*-ва этого металла получают в шахтных печах. Эта плавка характеризуется сложным сочетанием фнзяко—химических и физических явлений.

Исследования шахтной свинцовой плавки проводились в направлении изучения физико-химических процессов превращений шихты. —

Шахтная печь является печыо-тештогенератором, в которой зона генерации тепла совмещена с зоной технологических процессов. Процессы теплогенераши связаны с массообменными процессами превращений шихты, и установить эту связь можно путем исследований теплообмена для каждого конкретного случая шахтной плавки.

Известно, что в течение последних 25-30 лет теория ~ • теплообмена в доменных печах, как раздел теории доменного процесса, успешно развивается. Она позволила решить ряд практических вопросов, связанных со снижением расхода кокса и увеличением производительности печей.

Теплообмен в шахтных печах цветной металлургии не изучался на уровне современных требований. Имеющиеся исследования показали, что теплообмен в низкошахтных почах цветной металлургии значительно отличается от теплообмена в доменных печах.

В диссертации поставлена задача, используя современную теорию теплообмена в доменных печах, исследовать теплообмен в шахтных печах свинцовой плавки. Успех в решении этой задачи в значительной степени определяется наличием и достоверностью исходных данных.

Несмотря на то, что процесс шахтной свинцовой плавки исследуется давно, некоторые данные, необходимые для - изучения теплообмена или полностью отсутствовали, или были недостаточно точны.

Поэтому исследования, изложенные в диссертации, состоят из двух частей :

1. Получение экспериментальных данных о свойствах шихты и горения кокса в шахтных печах свинцовой плавки и снятие материальных тепловых балансов при различных режимах работы шахтных печей.

2. Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена в шахтных печах свинцовой плавки.

4 Цветные металлы №

Характеристика условий, в которых вели измерения и отбирали пробы газов в горне при коксовых и коксогазовых плавках

Параметры дутья

К Кривая «i vO cN Удельный Проплав Расход прнродноо X Давление Т -С aÓ расход расход кокса, в/ т/мг- сутки го газа яа и мм рт. ст. Sí О м'/ч-10~ J 70 печь, м*/ч

S о s а и s

1 202 25 27,0 12,5 11.

2 216 25 27 ,0 12,0 11,

1 3 285 53.8 26 ,0 12,5 И

4 294 532 28 ,0 11,3 11,54.

1 296 255 21 0 13,25 12,

2 334 385 21 .0 13,7 12.48 45, I 136,

3 320 275 21 ,0 14,0 13.71 39 02 168.

4 290 • 395 21 ,0 13.0 24,

2 5 268 375 21 ,0 12,6 14.7 43 .7 —

6 328 390 21 ,0 12,8 13,

7 221 412.5 21 .0 12,75 12,

8 300 400 21 .0 11,35 12,

9 318 422 21 ,0 13,2 12,6 40 '

3, а 291 401 21 0 13,25 11 ,95 36,

3, 6 125 450 21 0 3,5 8,

3. в 175 — 215 400 — 470 21 0 11 ,5 — 14.84 10,8—11.6 37,8- 44,

3, г 220 — 280 400 — 410 21 0 14 ,0—15.0 12.06—14,54 37,0 — 40,2 150-25»

4. а Для всех 127 413 21 0 3,583 6, кривых 10.

4, 6 То же 224 456 21 0"

4. « э > 204 25 21 0 15.1 5,5 43 3 —

4, г » » 245 25 26 5 19.0 И

4, д э » 274 450 26 5 10,25 10,

5, с » » 206 25 28,0 12,0 9,56 47,

5, б » » 222 25 28 0 13,1 9,66 46,

5. в э > 5*34 25 27 6 13,7 10,09 45.

5, г » » 174 245 21 0 10,3 14,54 30,

5, д э » 364 408 26 5 12,5 10,36 54.

Сравнивая такое непрерывное падение давления с характером изменения давления газов на расстоянии до одного — полутора метров от фурмы "по радиусу доменной печи, приходим к заключению, что они совершенно различны. Это свидетельствует об отсутствии вихревой области перед фурмами при шахтной свинцовой плавке.

Газы из горна отбирали водоохлаждаемыми трубами, продвигавшимися через фурму. При помощи трубы диам. 50 мм отбирали газ у противоположной фурмы, продвигая трубу от оси печи по направлению к устью фурмы. Трубой диам. 25 мм отбирали газ непосредственно у той фурмы, через которую вводили трубу. В этом случае газ отбирали в обратном порядке, постепенно удаляясь от устья фурмы.

Анализ газов проводили на ВТИ и хроматографе ГСТЛ по стандартным методикам. Для измерения температуры использовали вольфрам-молибденовые (с присадкой алюминия) и хромель-алюмелевые термопары, помещенные в водоохлаждаемую трубу. Горячий конец термопары выдвигался из трубы на

Рис. 2. Давление газов в горне печи № 3 на оси фурм при коксогазовой плавке с нагретым воздухом и вдуванием природного газа в фурмы: А — стенка кессона; Б — ось печи

I a ■ S в о * "" *' г ' ' * "' •

I, m e

Ic; S: о ъ У У м / > о э i i ! 1 !

А < ' В 1 i wo зов то зоо sots too Расстояние от кессона, мм

Рис. 3. Температура по оси фурм в горне шахтных печей. Коксовая плавка с холодным воздушным дутьем в печи № 3 (а), с нагретым дутьем в малой печи (б) н в печи № 3 (в); коксогазовая плавка с нагретым воздушным дутьем в печиЛг 3 (г). А — стенка кессона; Б — ось печи; В — край фурмы

100 мм. Температуру в горне измеряли на стороне фурмы, через которую вводили водоохлаждаемую трубу. Чтобы уменьшить искажение, применяли трубы диам. до 25 мм. Измерение обычно проводили в два приема — хромель-алюмелевой термопарой замеряли участки с температурой до 1100°С, а вольф-фрам-молибденовыми — с более высокой температурой.

Газообразование в поперечном сечении горна по оси фурм при свинцовой коксовой плавке с холодным воздушным дутьем экспериментально исследовано на заводе Бун-кер-Хилл2.

Так как в литературе (см. сноску 2) температура в горне не приведена, ее измерили в печи № 3 при таком же режиме (рис. 3, а). Из рис. 3 видно, что максимальная температура находится между осью и периферией печи на расстоянии ~ 500 мм от стенки кессона вблизи максимума содержания С02. Численное значение максимума 1300—1350° С. Температура в центральной части печи на несколько сот градусов ниже максимальной.

На рис. 4, г показана диаграмма газообразования в поперечном сечении печи № 1 по оси фурм при коксовой плавке с холодным дутьем, обогащенным кислородом. Из этого рисунка видно, что в исследованной области сохраняется характер газообразования, свойственный шахтной плавке с воздушным дутьем. В отличие от плавок с воздушным дутьем заметно возрастает скорость потребления кислорода.

Диаграммы газообразования при коксовых плавках с нагретым дутьем в малой печи (рис. 4, а) и в большой печи № 1 (рис. 4, б, 4, в) имеют тот же характер, что и в плавках М о с т о в и ч В. Я. АнисимовС. М. Металлургия свинца. Металлургиздат, 1940. с холодным дутьем. Газообразование при плавке свинцового агломерата отличается от газообразования в плавке промпродуктов большим содержанием СО в центральной области печи и большим значением отношения С0:С02.

Сравнивая эти диаграммы, построенные по единичным анализам, с аналогичными в доменном процессе легко установить, что не только при холодном еоздлшно.м дутье, но и при обогащении его кислородом и нагреве дутья, когда шлаковая диафрагма перед фурмой часто исчезает, горение протекает в плотном слое, признаки вихревой зоны отсутствуют.

Как известно, в продуктах горения углерода с воздухом максимально возможное содержание СО составляет 34,4%. Между тем анализы газов, взятых из горна вдали от фурмы, показывают более высокое содержание СО, даже когда в этих газах содержится значительнее количество СО,. Это можно объяснить только тем, что идут реакции с участием углерода кокса и кислорода шихты (см. сноску 2).

Многократные измерения температуры (см. рис. 3, а, б) показывают одинаковый характер изменения ее в горне углей и большой печей при плавке промпродуктов и при плавке агломерата. Сравнение этих графиков с рис. 3, а показывает, что этот характер не зависит от температуры дутья. В обоих случаях наблюдается неизотермичность в поперечном сечении печи на горизонте фурм. С повышением температуры дутья до 350° С возрастают максимальная температура с 1340 до 1500—1700° С и температура на оси печи — с 750 — 930 до 800—1300° С, но разность между ними, как и при холодном дутье, измеряется сотнями градусов и почти не изменяется.

Диаграмма газообразования, полученная при коксовой плавке с дутьем, нагретым до 450° С и обогащенным до 26,5% 02 на печи № 1 (рис. 4, д), имеет тот же характер, что и рассмотренные выше. В дополнение к измерению температуры с помощью термопар применили оптический пирометр, который визировали на горящий кокс через

J- о

О 5100 200 300 Ш

V? чГ

7 \ ч

А- /

Г ■3 < п о 4- / г Г

Из этого следует, что термопары вблизи ОТ) фурмы показывают не температуру реаги^' рующей поверхности кокса, а нечто среднее между нею и температурой газов, основная масса которых состоит из еще непрореагиро-вавшего относительно холодного дутья.

На рис. 5, а, б, в, показаны диаграммы газообразования, полученные при коксогазовой плавке в печи № 1 с холодным воздухом, обогащенным кислородом, я вдуванием природного газа в фурмы. Из данных таблицы следует, что расход природного газа в печи во всех случаях не превышал 3% от номинального расхода дутья или 4% фактического с учетом потерь воздуха. Ме

Рис. 4. Диаграммы газообразования по оси фурм в горне при свинцовой коксовой плавке с нагретым дутьем в малой шахтной печи (а) н в печи Ла 1 (он в), с холодным дутьем, обогащенным кислородом, в печи № 1 (г) и с нагретым дутьем, рбогащенным кислородом, в печи № 1 (3): 1 — Ог; 2 — СО,; 3 — СО; 4 — температура, измеренная хромель-алюмелевой термопарой; 5 — температура, измеренная вольфрам-мобилденовой термопарой; А — край фурмы; Б —ось печи

1400 ?

400 в

1400 ? о ß WO

-4 Б

Л р

У ¡t \

Ъ \f Г

-J) h \

1200 <з

400 200 О

WO ZW

Расстояние от стенки. кессона, мм глазок фурмы, воспользовавшись тем, что при нагретом дутье, обогащенном кислородом, шлаковая диафрагма часто исчезает. При содержании в дутье 25,5—26,5% 02 и нагреве его до 370—550° С замеренная таким образом температура поверхности горящего кокса находилась в пределах 1220— 1680° С. Эга величина намного выше температуры, определяемой на выходе из фурм с помощью термопар. Она близка к максимальной, показываемой термопарой на расстоянии 400—450 мм от стенки кессона. жду тем начальное содержание СШ на входе в слой, зафиксированное на рис. 5, б, составило 20%. Это могло случиться по двум причинам: из-за отсутствия авторегулирования соотношения газа к воздуху по фурмам и в результате плохого смешения газа с воздухом. Тем не менее во всех случая х (см. рис. ,5, а, б) природный газ полностью сгорает на расстоянии 100—200 мм от входа в слой кокса.

Кислород частично расходуется на реакцию с природным газом, если не перед вхоя Сопетских алистически* еспублик чат и Ыо!>

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 40а, П

Заявлено 1-П.64Г. № 88П59/22гет по делам с присоединением заявки № Приоритет бретений открытий мпк с 22ете Министров ССР

Опубликование 196 г. Бюллетень №

Дата опубликования описания

Ю.А.Агапов, А.Г.Гаиворонский, А.И.Евдокиме'нко.й.И.Ёляков, ,ния: П.А.Ковган^.З.Малкин^й.Р.Полывянелй и В.Д.Пономарев

Чимкентский ордена Ленина свинцовый з-д им.М.й.Калинина ль: Государственный научно-исследовательский ин-т цветных металлов ШНГЩЕТМЕТ, Институт металлургии и обогащения АН Каз.ССР

Известны бпособы плавки руд, концентратов и отходов цветных металлов в шахтной печи использованием в качестве топлива и восстановителя природных газов, подаваемых в печь через фурмы или черезпла, установленные перед фурмами.

Предложенный способ отличается от известных,тем, что природные горячие .газы подают в шахтную печь через сопла или горелки, расположенные выше фурменного пояса. Это позволяет удешевить процесс и повысить производительность печи.

Сущность способа заключается в том, что природные горючие газы вводят в печь через сопла, расположенные выше фурменного пояса, либо предварительно смешивают их с холодным или горячим . воздухом или с воздухом, обогащенным кислородом, и затем подают

СПОСОБ ПЛАВКИ РУД,КОНЦЕНТРАТОВ И ОТХОДОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ШАХТНОЙ ПЕЧИ

Тип. КЖ СМ РСФСР. Зак. 1314-№ их в печь через горелки или фурмы.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ плавки .руд, концентратов и отходов цветных металлов в шахтной печи с использованием в качестве топлива и восстановителя природных горючих газов, отличающийся тем,что, с целью снижения стоимости передела и повышения производительности печи, природные горючие газы, предварительно смешанные с холодным или подогретым или обогащенным кислородом воздуха с коэффициентом | расхода, равным или йеньшим единицы, подают в печь через горелки, а не смешанный с воздухом газ - через сопла,причем сопла и горелки расположены выше области фурменного пояса печи. ' <

Союз Советских Социалистических Республик

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства № — Заявлено 01.11.1964 (№ 881159/22-2) с присоединением заявки № — Приоритет —

Опубликовано 03.11.1969. Бюллетень № 7 Дата опубликования описания 10.VI.

Кл. 40а, 5/

МПК С 22Ь

УДК 669.334.11.669.432 (088.8)

Авторы изобретения Ю. А. Агапов, А. Г. Гайворонский, А. И. Евдокименко, И. И. Еляков, П. А. Ковган, Я. 3. Малкин, И. Р. Полывянный и В. Д. Пономарев

Заявители Чимкентский ордена Ленина свинцовый завод имени М. И. Калинина, Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов и Институт металлургии и обогащения АН Казахской ССР

СПОСОБ ПЛАВКИ РУД, КОНЦЕНТРАТОВ И ОТХОДОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ШАХТНЫХ ПЕЧАХ

Известны способы плавки руд, концентратов и отходов цветных металлов в шахтной печи с использованием в качестве топлива и восстановителя природных газов, подаваемых в печь через фурмы или через сопла, установленные перед фурмами.

Предложенный .способ отличается от известных тем, что природные горячие газы подают в шахтную печь через сопла или горелки, расположенные выше фурменного пояса. Это позволяет удешевить процеос и 'повысить производительность печи.

Сущность способа заключается в том, что природные горючие газы вводят в печь через сопла, расположенные выше фурменного пояса, либо предварительно смешивают их с холодным или горячим воздухом или с воздухом, обогащенным кислородом, и затем подают их в печь через горелки или фурмы.

Предмет изобретения

Способ плавки руд, концентратов и отходов цветных металлов в шахтных печах, с использованием в качестве топлива « .восстановителя природных горючих газов, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости передела и повышения .производительности печи, .природные горючие газы, предварительно смешанные с холодным или подогретым или обогащенным кислородом воздуха с коэффициентом расхода, равным или меньшим единицы, подают в печь через горелки, а не смешанный с воздухом газ — через сопла, причем сопла и горелки расположены выше области фурменного пояса печи.

10) Опыт комплексной газификации на примере Чимкентского овинцового завода.

Н.Н.Кубытев - к.т.н., гл. инж. ЧСЗ им.Калинина

11) Шахтная плавка с вдуванием природного газа через ^рмы (ЧСЗ) и о вдуванием продуктов горения природного газа над фурмами (ЧСЗ, КирМК).

Д.И.Чихов - к.т.н. (СКБ Щ)

А.И.Евдокименко - д.т.н. (Гинцветыет)

П.А.Ковган - к.т.н. (Гянцветмет) ^ 12Т Разработка способа подачи природного газа в шахтные печи никелевой* плавки о применением специальных горелок.

Н.А.Федоров, Г.П.Зыбалова, Л.Ф.Федорцова (ВНИИпрсмгаз),

И.Д.Резник (Гинцветмет), А.Н.Кудрин (Юяуралникель).

13) Промышленные испытания шахтной плавки никелевого агломерата с применением природного газа и кислорода.

И.Д.Резник, А.Д.Толстогузов, Е.Й.£хов, Г.П.Зыбалова,

Н.А.Федоров, Б.Б.КистяковскиЙ, В.Ф.Тумасов, Л.Ф.Федорцова,

Т.АДарлакова (Гинцветыет, Шуралвикель, Гвпроникель,

ШИЙпроыгаз).

14) Экспериментальные исследования совместного горения природного газа и кокса в слое применительно к шахтной плавке.

А.И.Евдокименко - д.т.н. (Гинцветыет)

15) Аппаратура, для нагрева дутья за-счет природного газа дая^ шахтной плавки на комбинатах я заводах ^Екуралникель^, ЧС^-^алектрп цинк, Укрцинк, КирМК, Рехоком никелевом.

П.А.Ковган - к.т.н., от. научный сотрудник (Гинцветмет).

Выступления по докладам и сообщениям.

Перерыв о 14 чао. до 15 час. 30 мин.

После перерыва посещение объекта газового хозяйства г. Москвы. г-г* • I о I « \JOJT

ШАХТНАЯ ПЛАВКА С ВДУВАНИЕМ ПРИРОДНОГО ГАЗА ЧЕРЕЗ ФУРМЫ И ВДУВАНИЕМ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА НАД ФУРМАМИ

П.А.Ковган, А.И.Евдокименко.А.И.Чижов (Гинцветмет), м Л1*63"1970 гг- на Чиикентскоы ордена Ленина свинцовом заводе м-И.Калинина были проведены научно-исследовательские работы по применению природного газа в шахтной плавке. Были испытаны следующие пряк/е и косвенные способы замены части кокса природным газом: вдувание природного .газа в фур1ш вместе с холодным воздухом-вдувание природного газа через сопла над фурмами, при работе фур^ иа холодном воздухе; вдувание природного газа в фурш с нагретым дутьем; подача газа в фурмы с холодным дутьем, обогащенным кисло -родом; подача газа в фурш с нагретым дутьем,обогащенным кислородом* сжижение природного газа в камерах, расположенных над фурмами, и вдувание продуктов горения в печь.

Испытание способов подачи природного газа в фурменную зону без интенсификаторов (режимы I; 2) дало неудовлетворительные результаты. В таблице приведены основные показатели всех остальных режимов коксогазовой плавки. Расход кокса в этих режимах на 18-44% техническом^семинаре^Опыт раодональногоКисполмпвявсоизнои наУчно~ газа в производстве тяжелвд цвет^

Наилучшие показатели при вдувании природного газа в фурмы с нагретым воздухом получены при подаче в печь 200-250 м3/ч газа . Если средний удельный расход кокса в случае применения холодного дутья составлял 15,5%, а в случае применения нагретого дутья 13/6, то при вдувании природного ^аза с нагретым дутьем средний расход кокса составил около 12% при проплавке 46-48 т/м^сутки.

Исследования коксогазовой плавки с холодным воздухом, обогащенным кислородом, и вдуванием природного газа в фурмы производились в мае-июне 1967 г. Плавка в этом режиме происходила устой -чиво, существенных неполадок не наблюдалось.

Получены следующие результаты: средний удельный расход кокса 10,72%; средний удельный проплав 50*1 т/м^утки. Расход природ -ного газа в дутье составлял при атом ~ 2,2%. Содержание кислорода в дутье 29,6%.

Из всех способов подачи природного газа в фурмы наиболее нот-кий удельный расход кокса, высокий проплав и значительный зконо -мический аффект получены в коксогазовой плавке с нагретым возду -хом, обогащенным кислородом, при вдувании природного гааа в фурмы. Эта плавка велась на' всех печах плавильного цеха ЧСЭ в течение 304 пече-суток.

Зафиксирована высокая температура шлака и свинца, вытекающих из печей. Признаки похолодания горна от вдувания природного газа не наблюдались. В колошниковых газах метан не был обнаружен, что свидетельствовало о полном выгорании природного газа.

Кратковременные испытания (3-5 суток) показали, что можно выдерживать удельный расход кокса 8,2%, получая проплав 90 т/м2 в сутки и содержание свинца в отвальном шлаке 1,8%. Температура дутья при атом режиме 524°С; содержание кислорода в дутье 29,6%. В шахтную печь вдували 1,18% природного газа по отношению к номинальному расходу дутья. Однако длительно выдерживать такой режим шахтной плавки не удалось. Вследствие этого оредние показатели удельного расхода кокса за четыре месяца исследования были несколько хуже (10,5-10,9%). Однако зти показатели самые низкие из достигнутых в практике.

На основе проведенных исследований техсовет НСЗ, научно-технические и ученые советы Гинцветмета, ИЫиО АН Казахской ССР и

ЦЯЯИЙИИ жание кислорода в дутье - 29-30%; расход дутья - 9-10 тыс.и3/ч ; расход природного газа в печь - к расходу дутья; удельный расход кокса - 10%; стабильное содержание СаО в шлаке - 15,5%.

Однако резкая интенсификация плавки, заключающаяся в приме -нении кислорода, нагреве дутья и замене части кокса природным газом, вдуваемым в фурмы, обострила недостатки конструкции шахтных печей. Не решены вопросы авторегулировавия соотношения расхода природного газа и воздуха по фурмам и авторегулирования расхода дутья на печь.

Необходимо совершенствование конструкции кессонов фурм, воздухонагревателей, температура нагрева дутья в которых понизилась до 200-300°С. Исследователи и конструкторы Гинцветмета внесли ряд предложений ЧСЗ по улучшению аппаратуры. Гинцветмет и ВНИИпромгаз разработали и совместно с ЧСЗ испытали в эксплуатационных условиях аппаратуру для другой разновидности коксогазовой плавки - с вдуванием в печь продуктов'горения природного газа в камерах над фурмами. Эта разновидность коксогазовой плавки отличается от первой пониженными требованиями к нагреву дутья и обогащению его кисло -родом, повышенной устойчивостью. Были изготовлены нефутерованные водоохлаждаемые камеры сжигания природного газа вихревого типа. СКБЦМ Гинцветмета разработало рабочие чертежи установки восьми камер на большой шахтной печи. Камеры расположили на 500 мм выше оси фурм, по четыре камеры на каждой из длинных сторон печи. При нормальном режиме камеры работали бесшумно, не заливались расплавом, не требовали шуровки. Непрерывная длительная работа четырех хамор о подачей над фурмами лродуктов горения не ухудшила состоя -ння всех фурм печи и технологических показателей в целом. Промыш -ленными испытаниями продолжительностью от I до 4 суток установлено, что при сжигании в камерах 250-300 м3/ч природного газа, т.е. 2% ж расходу дутья, содержащего 26-28% кислорода, при температуре дутья на фурмы 250-350°С и ва каперы 20°С, удельный расход кокса составил 10,2% от веса шихты вместо 12,6% при кокоовой плавке в течение января-октября 1970 г. Плавка протекала вполне устойчиво, без осложнений, которые можно отнести на счет природного газа. Содержание свинца в отвальных шлаках было ниже, однако отношение СО к С02 в колошниковых газах оказалось больше и температура колошника на 200-300°С выше, чем при коксовой плавке на других печах, работавших в это время без природного газа с большим недостатком

Vч^хлА «»¿/и о«пиооидии илалА^ >а па Д&Ш&ВДЗП м шего снижения удельного'расхода кокса в ней.

Предварительные экономические расчеты показали, что при реализации способа шахтной коксогазовой плавки с дутьем, обогащенным кислородом, при сжигании 600 м3/ч природного газа в камерах, расположенных выше фурм, и с подачей продуктов горения в шахтную печь экономический эффект на ЧСЗ составит 317 тыс.руб. в год в сравнении с коксовой плавкой о нагретым дутьем, обогащенным кислородом.

В соответствии с опытом, накопленным при работе камер сжигания на шахтных печах, исследователи и конструкторы Гинцветмета выполнили проект установки камер сжигания на шахтных печах Кировоградского медеплавильного комбината им. С.М.Кирова. Предусмотрена автоматизация работы камер сгорания. С этой целью на каждой камере устанавливаются регуляторы соотношения газ-воздух и, кроме того, автоматически регулируются расходы газа и воздуха и соотношение газ-воздух на всю печь.

Технико-экономические расчеты показывают, что при установке камер сжигания природного газа на шахтных печах металлургического цеха Кировградского медеплавильного комбината им.С.Ы.Кирова годовой эффект составит 600,7 тыс.руб.

УДК 662.614.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА х>

В.В.Медведев, Н.А.Шулыа (У к рН И И га,)

Одна из проблем народного хозяйства - использование вторич -ных энергоресурсов (В9Р). Источниками БЭР на компрессорных стан -циях (КС) служат горячие отходящие газы различных машин, исподьау-емых в качеств.е привода нагнетателей.' На газопромыслах также имеются различного вида ВЗР, например, газы дегазации углеводородного конденсата, имеющие низкое давление. Статья нацисана по материалам доклада на Всесоюзном совещании по эффективному использованию топлива и вторичных теплоэнергетических ресурсов на предприятиях нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленное?*. Грозный, октябрь 1973 г.

-21 ^

МПФ Гознака. 1979. Зак. 79-3083.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН •

БЦ,,,, 1471035 А

51) 4 7 27 В 1/16, У 27 0 15/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21) 4107237/23-02'

22) 23.06.

46) 07.04.89. Бюл. №

71) Специальное конструкторское бюро тяжелых цветных металлов, при Институте "Гинцветмет"

72) А.Л. Добряков, П.А. Ковган, В.А. Волков, В.В. Козырев, Ю.А.Катаев и А.Д. Ионов

53) 66.073.3(088.8) '

56) Использование газа в народном хозяйстве. Реф.. М., 1972,3-5-.

54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ПОДАЧИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ-ГАЗОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, НАПРИМЕР, В ШАХТНУЮ ПЕЧЬ ДЛЯ ПЛАВКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

57) Изобретение относится к оборудованию цветной металлургии. Цель -регулирование производительности за счет улучшения смешения в устройстве, включающем камеру смешения, камеру сжигания, водоохлаждаемое сопло, камера смешения снабжена решеткой, имеющей, радиальные ряды отверстий диаметром, составляющим 0,035-0,080 диаметра камеры смешения, и отражатель диаметром, составляющим 0,100,15 диаметра камеры смешения, которая выполнена с щелевыми.отверстиями, расположенными'в стенках камеры против каядого ряда отверстий решетки, на расстоянии от нее, составляющем 0,4-0,7 диаметра камеры смешения. 3 ил.

• 1 Изобретение относится к оборудованию цветной металлургии.

Цель изобретения - расширение пределов регулирования производительности за-счет улучшения смешения.

На фиг. Г изображено устройство, разрез; на фиг, 2 - вид А на фиг.1; на фиг.З *-,узел I на фиг.1. Устройство состоит из водоохлаж-даемого сопла Г, камеры 2 сжигания с огнеупорной футеровкой 3 и стабилизатора 4, выполненных водоохлавдае-мыми, из камеры 5 смешения, снабженной решеткой 6 с радиальными ряда-м ми отверстий 7 и отражателем 8 и выполненной с щелевыми отверстиями 9 и из трубопровода 10. «Диаметр отверс-; тий 7 составляет 0,035-0,080, а диаметр отражателя - 0,10-0,15 диаметра камеры смешения. Щелевые отверстия расположены в стенках камеры- смешения под острым углом к оси против каждого ряда отверстий решетки на расстоянии от нее, составляющем 0,4-0,7 диаметра камеры смешения. Отражатель решетки может быть выполнен выпуклым.

Устройство работает следующим обг-ра зом.

Устройство предназначено для подачи восстановительных газов в шахтные печи для плавки цветных металлов. Данное устройство работает под давлением 10-35 кПа. Воздух холодный или нагретый до 300-400 С или обогащенный кислородом подается из коль- ! цевого коллектора печи в камеру 5 смешения устройства, установленного на печи. Проходя через решетку 6,

00 СП .^-«у^тАииАТЕЛЬСКИИ,**

ИНСТИТУТ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ «ГИНЦВЕТМЕТ»

Научные труды №

ПЕЧИ И ОГНЕУПОРЫ В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Л--. £

Москва «Металлургия» 1975 , ~

Состав газов на выходе из зоны горения также несколько различается [3].

Можно принять, что состав газов на выходе из коксовой постели в печи обычной конструкции соответствует составу газов на оси печи, а в печи переменного сечения идентичен составу газов на границе с плотным слабопроницаемым столбом шихты.

Содержание С02 в газах на выходе из коксовой постели в шахтной печи на 20% ниже, чем в обычной печи. Процесс горения в шахтной печи почти завершается на выходе из коксовой постели. Выше состав газовой фазы изменяется в основном вследствие реагирования с шихтой. |

Результаты вертикального и горизонтального зондирования, представленные на рис. 3, а и б и на рис. 4, показывают, что характер изменения газовой фазы по высоте печи переменного сечения имеет ряд существенных особенностей. Рассматривая кривую изменения давления на рис. 4, можно видеть, что в верхней части печи от уровня сыпи до отметки на высоте 5 ООО мм от оси нижнего ряда фурм в слое шихты наблюдается разрежение, которое поддерживается при помощи дымососов через газообразный короб. Вследствие этого в верхнюю часть слоя шихты подсасывается воздух, смешивающийся с газами, идущими из горна.

На высоте 5 ООО мм от нижнего ряда фурм совершается переход давления от отрицательного к положительному. В результате ниже этого уровня резко убывает содержание кислорода в газах (рис. 4, кривая 1), догорают водород полностью и в значительной мере СО в кислороде подсосанного воздуха.

Однако повышение содержания СОг в результате дожигания окиси углерода наблюдается только до перехода давления газа через нулевую отметку. Выше этого уровня концентрация С02 резко уменьшается вследствие разбавления, так как количество подсасываемого воздуха значительно превышает объем воздуха", необходимого для сгорания имеющихся в газах окиси углерода и водорода.

Данные горизонтального зондирования на III и IV горизонтах (рис. 3) позволили выяйнить, «какая часть СО дожигается в слое шихты, считая от III горизонт^ до края газозаборного короба.

Средние расчетные значения состава газов по сече

ЦВЕТНАЯ

• г» ; а $ ; &

Металлургия

УДК 669.431.

ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СВИНЦА НА ЗАВОДЕ «ЭЛЕКТРОЦИНК» И ОПЫТ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Т. Д. САУТИЕВ, Г. М. ШТЕИНГАРТ, М. П. СМИРНОВ,

И. В. АЛЕКСАНЯНЦ, А. И. ЕВДОКИМЕНКО, Г. В. СТУЛОВ, П. А. КОВГАН

Приведен опыт работы шахтной печи переменного сечения на заводе «Электроцинк». Установлено, что данная конструкция печи обеспечивает лучший контакт газа с шихтой, имеет более низкую температуру колошниковых газов и значительно меньший вынос пыли, в результате отпала необходимость в эксплуатации скруббера.

В конце 1970 г. в свинцовом цехе завода «Электроцинк» была введена в действие первая в Советском Союзе печь переменного сечения для свинцовой плавки.

Аналогичные печи построены и работают на многих заводах мира — «Порт-Пири» (Австралия), «Нуайель Годо» (Франция), «Ла-Перту-сола» (Италия), «Лауриум» (Греция), «Треп-ча» (Югославия),. «Геркулениум», «Бьюик», «Гловер», «Ист-Хелена» (США).

В печах переменного сечения обеспечивается лучший контакт газа с шихтой, низкая температура колошниковых газов, небольшой вынос пыли. Удельный проплав составляет до 90 т/м2-сутки (по сечению нижнего ряда фурм).

Опытно-промышленная печь завода «Электроцинк» отличается от печей, существующих на отечественных заводах, ступенчатообразной формой шахты, двухрядным расположением фурм, открытым колошником с центральной загрузкой, газозаборным коробом, опущенным в шахту печи с торцевым отводом колошниковых газов из шихты, элипсоидной формой шахты. На колошнике через слой шихты благодаря существующему в газозаборном коробе разрежению подсасывается воздух, с помощью которого дожигаются СО и Нг в колошниковых газах.

Шахта печи выполнена из трех рядов кессонов. Кессоны изготовлены из стали марки Ст. 3 с расстоянием между внутренними стенками 125 мм. Угол наклона стенок нижнего ряда кессона составляет 40° к горизонтальной плоскости, что обеспечивает переход с сечения 13 л2 в.области верхнего ряда фурм на сечение 7 м2 в области нижнего ряда фурм. Торцевые кессоны имеют дугообразный профиль и придают . шахте печи элипсоидную форму.

Внутри верхней кессонированной части шахты установлен газозаборный короб (2130Х4530Х1600),—изготовленный из нержавеющей стали марки Ст. 3 толщиной листа 16 мм. Для предохранения короба от удара и истирания шихтой на его конусной части уложены чугунные плиты толщиной 20 мм.

Общая высота шахты печи 10,6 м, ширина печи в области нижнего ряда фурм 1,3 м, верхнего — 2,6 м. Длина печи 5,35 м. Эффективное сечение печи в области верхнего ряда 13 м2. Высота сыпи 5,5 м. В верхнем ряду установлено'16, в нижнем — 32 фурмы диаметром по 100 мм. Расстояние между осями фурм нижнего и верхнего рядов 1 м. Полезный объем печи 75 м3.

В состав шихты плавки входит агломерат и оборотный шлак. Количество последнего в шихте составляет 2—3%. Шихту для агломерации готовят в штабелях в количестве, обеспечивающем работу печи в течение 14— 16 суток. В среднем концентрат содержит 53% РЬ и 18% S. В состав шихты агломерации входят руда и свинцовые кеки заводов «Электроцинк» и «Укрцинк», количество которых составляет 20—25% к весу сырой шихты. В готовой шихте, поступающей на агломерацию, содержится, %: 39—40 свинца, 4,4—4,8 сульфидной серы; 1,0—2,0 коксика. Агломерат после грохочения заполняется в кюбели емкостью 2—3 г и с помощью мостового крана загружается в шахтную печь. Кокс перед поступлением в печь проходит грохочение с отсевом фракции —20 мм.

Из-за недостатка агломерата печь работала не на полную мощность, что не позволило выявить показатели по максимальной удельной производительности печи. За период работы печи удельный проплав составил примерно 47 т/м2-сутки при расходе кокса 11,8%. Температура колошниковых газов при этом находилась в пределах 180—240° С, расход воздуха колебался на нижний ряд фурм 12500— 16500 нм3/час, на верхний ряд фурм 3600 нм3/час. Следует отметить, что из-за неплотности фурм терялось 25—30% воздуха.

Разрежение в газоходах на расстоянии 5 м от печи в среднем 22—25 мм вод. ст.

На заводе используется донецкий кокс зольностью 9—11% с содержанием 0,7—1,1% летучих, 1,5—1,8% серы, влажностью 6%. Расход кокса в указанный период работы новой печи составил 12,33% или 318,1 кг/т чернового свинца против соответственно 14,7% и 374 кг/т чернового свинца при работе старой печи (1969—1970 гг.). Скорость сжигания углерода в печи в среднем была равна 4,6 т/м2-сутки.

Проплав шихты колебался в пределах от 38 до 50 т/м2-сутки и в среднем составил 44 т/м2-сутки и ограничивался отсутствием агломерата.

Использование химического тепла колошниковых газов в шахте печи путем их дожигания является особенностью печи переменного сечения. Потери тепла с колошниковыми газами составляют всего 18% по сравнению с25—'28% на обычных печах. Потери с водой, охлаждающей кессоны, увеличились вследствие того, что поверхность кессонов печи переменного сечения почти вдвое больше, чем у печи обычной конструкции с тем же сечением по нижнему ряду фурм, а также из-за низкого проплава.

Длительной практикой заводом подобран удачный состав шлака, %: 29—31 РеО; 19—' 20 ЭЮз; 17—19 СаО; 12—16 2п. Шлак имеет температуру 1180—1260° С. С июля 1971 г. завод перешел на непрерывный выпуск шлака. Содержание свинца в шлаках устойчиво сохраняется в пределах 1,3—1,6%.

Черновой свинец выходит перегретым с температурой 900—1000°С и содержит 1—2% Си; 0,5—0,7% Аз и 0,7—1,0% БЬ.

Условия работы колошника в значительной степени определяют технико-экономические показатели процесса свинцовой плавки. В рассматриваемый период температура колошниковых газов составляла 240° С вместо 400— 700° С на обычных печах, количество газов 36000 нм3/час, запыленность 10,6 г/нм3. Подсос воздуха через агломерат под газозаборную коробку составлял 2,5—3-кратное количество от теоретически необходимого. Средняя запыленность газов на старой печи (на выходе из колошника до скруббера) была равна 25—30 г/нм3 и количество их 25000 нм3/час. Таким образом, новая конструкция печи позволила в 1,5—1,8 раза уменьшить выход общей пыли.

Из-за повышенной скорости газа (10— 15 м/сек) пыль не осаждалась в газоходах и необходимость в скруббере отпала. Это привело к снижению потерь свинца за счет неорганизованных выбросов и механических потерь при очистке скрубберов и газоходной системы.

С пуском новой печи несколько изменился ' При работе верхнего ряда фурм улучшается состав пыли и, в частности, содержание кад- степень использования кокса. Отношение в отмия увеличилось в 1,6 раза (с 2,3 до 3,6%). ходящих газах СОг: СО увеличивается

Пыль содержит 7—9% 5 и 3—3,5% С, следо- до 2,4—2,6. вательно, наряду с низким содержанием Таким образом, подача воздуха в два ряда свинца в шлаках печь имеет высокую восста- фурм позволяет более равномерно распреденовительную способность. лять дутье в печи, улучшить контакт воздуха

Состав колошниковых газов колебался в с коксом и газа с шихтой. Благодаря этому значительных пределах: 12—21% СОг; 19— улучшается полнота сгорания кокса и сохра

11% СО; СОг: СО—0,7—1,8. В отходящих няется высокая восстановительная способгазах, отобранных на выходе из слоя, содер- ность печи, снижается настылеобразование. жалось не более 0,4% кислорода. Пуск печи Для обеспечения работы всех фурм верхвначале был осуществлен при работе только него ряда необходимо увеличить проплав, что нижнего ряда фурм." Через месяц были от- в условиях «Электроцинка» ограничивается крыты фурмы второго ряда. Постоянно в ра- производительностью аглоцеха. В связи с этим боте находилось 7—8 фурм, так как удержать печь работает на нижнем ряде фурм, все 16 фурм диаметром по 100 мм в рабочем Печь переменного сечения освоена заводом состоянии не удавалось. Воздух на второй ряд и в течение трех лет работает с высокими пофурм подавался отдельной воздуходувкой, казателями"! Кампания печи между сбивками

Расход его колебался от 12 до 20% от общего настылей увеличена до двух месяцев. С пусколичества и составлял 1860—4000 нм3/час. ком печи улучшились условия труда и сни

На зарубежных заводах в верхний ряд фурм жена загазованность в цехе. Упразднена должподается, как правило, 1/3 воздуха от общего ность загрузчика, отпала необходимость в количества, что для условий «Электроцинка» очистке газоходного тракта, а также устадолжно составлять около 5000 нм3/час. новке аппаратов предварительного пылеулав

Исследования показали, что при подаче в ливания, стабилизирована работа печи и узла верхний ряд более 3000—3500 нмучас воздуха непрерывного выпуска шлака. Облегчен труд происходит заметное увеличение проплава . горновых, фурмовщиков. и других рабочих, при постоянном суммарном расходе воздуха). Печь обладает большой тепловой инерцией, ;

Это при недостатке агломерата приводило устойчива в работе, обеспечивает перегрев к необходимости останавливать печь, или жидких продуктов плавки и хорошее состоя- | снижать дутье, т. е. сдерживать работу печи, ние фурм и горна.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и внедрение интенсивных плавильных процессов в металлургии тяжелых цветных металлов с целью повышения их эффективности, снижения расходов энергоресурсов и ущерба окружающей среде»

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 аппаратурное^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 >од кокса, поднять их производительность, найти новые спо-регулирования теплообмена, на базе этих исследований <али новые технологические агрегаты, превосходящие по постелям шахтные печи и не имеющие их недостатков. Эти агре-ы позволяют перерабатывать тонкодисперсное сырье - кон-.нтраты, снижая расходы энергоресурсов на плавку, работать любом энергетическом топливе. Современные плавильные гаты характеризуются новым набором теплоносителей, ранее оименявшихся в металлургии в широком масштабе. Приме3 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 агрегат, работающий по противоточной схеме, перерабатывающей полидисперсную 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 4 о теплопроводности, температуропроводности и теплопотребле-нии руд, концентратов и продуктов медной, свинцовой и никелевой плавок, которые использованы в расчетах тепломассообмена.

4. Впервые на промышленных шахтных печах свинцовой плавки методом вертикального и горизонтального зондирования исследованы процессы газообразования и теплообмена, а также пределы регулирования проплава в шахтной плавке, экспериментально доказано наличие "тотермана" в шахтных печах цветной металлургии.

5. Разработан принципиально новый вид шахтной плавки -автогенная бескоксовая плавка сульфидных руд, концентратов и промпродуктов с любым содержанием серы в шихте. В автогенном режиме отработано внутрипечное восстановление элементной серы природным газом.

6. Впервые исследованы процессы тепло- и массообмена в циклонных противоточных теплообменниках при нагреве модельных шихт для плавок цветных металлов. Исследования показали, что в циклонном теплообменнике можно не только нагревать тонкодисперсную шихту и утилизировать тепло отходящих из печи газов, но одновременно вести такие технологические процессы как десульфуризацию, окисление, восстановление шихты и производить другие технологические акции.

7. Впервые изучена аэродинамика работы циклонного проти-воточного теплообменника, установлено, что объемные коэффициенты теплопередачи достигают в зоне торроидального движения частиц 2-3 тыс. ккал/м3оСчас., т.е. на порядок превышают аналогичные показатели для "чистой газовзвеси". На аэродинамической модели циклонного теплообменника установлена возможность снижения пылевыноса тонкодисперсной шихты.

8. Исследованы параметры металлотермического восстановления никеля и кобальта чугуном в барботажном режиме. Доказана возможность увеличения скорости их восстановления в 2,5-3 раза с получением богатого ферроникеля, содержащего до 30% никеля.

9. Исследованы методы защиты окружающей среды от выбросов диоксида серы в процессах сульфидирования и переработки окисленных никелевых руд. Установлено, что при сульфи-дировании троилитовым концентратом выбросы серы снижаются до норм безопасности. Для получения экологически чистого трои-литового сульфидизатора разработана технология частичного обжига пиритного концентрата в кипящем слое и отгонки элементной серы во вращающихся печах косвенного обогрева. 5

Практическая значимость и реализация результатов

Заключается в разработке технологических режимов бескоксовой плавки в БАГУТе, режимов шахтной плавки, частичной замены кокса природным газом, шахтной плавки с нагретым дутьем, кислородом, автогенного режима шахтной плавки, конструктивных решений БАГУТа и шахтных печей, конструкций автономных воздухонагревателей, отапливаемых природным газом, циклонных противоточных теплообменников для нагрева полидисперсной шихты.

На основании полученных результатов разработаны 6 регламентов на проектирование опытно-промышленных и промышленных цехов шахтной плавки и плавки в БАГУТе. Технологические и конструктивные решения внедрены на четырех заводах стран СНГ, вошли в состав 8 международных контрактов с Израилем, Йорданией, Арменией и Польшей, выполненных в 19951999 гг. Экономический эффект от внедренных разработок составил более 5 млн. рублей в ценах 1991 года.---------------------

На защиту выносятся:

• Интенсивные технологические режимы плавки первичного и вторичного свинца и меди на нагретом дутье и кислороде, режим плавки в печи переменного сечения и конструктивные элементы шахтных печей и автономно отапливаемых воздухонагревателей.

• Новая экологически чистая технология бескоксовой плавки окисленных никелевых руд в барботажном агрегате с глубокой утилизацией тепла (БАГУТе).

• Экспериментальные данные по теплофизическим свойствам продуктов плавки и шихт свинцовой, медной и никелевой плавок.

• Технологические режимы частичного обжига пиритного концентрата в кипящем слое и вращающейся печи косвенного обогрева, позволяющие получить экологически чистый сульфиди-затор - троилитовый концентрат, утилизировать выделяющуюся при диструкции пирита серу и технологический режим экологически безопасного сульфидирования.

• Экспериментальные данные по аэродинамике циклонного противоточного теплообменника, позволяющие судить об аномалии скоростей, образующей тороид вращения твердых частиц в средней части теплообменника.

• Технологические режимы ппазменного восстановления окисленной никелевой руды.

• Технологический режим металлотермического восстановления чугуном бедных окисленных никелевых руд с получением ферроникеля, содержащего до 30% № и 3% Со.

Публикации. Результаты работы опубликованы в 56 научных трудах, в том числе в одной книге, одной брошюре, в 38 статьях и тезисах докладов, отчетах, 16 авторских свидетельствах и патентах. 6

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты научно-исследовательских работ и технологических разработок доложены и обсуждены на: отраслевой школе по усовершенствованию шахтной свинцовой плавки (г. Орджоникидзе, 1969 и 1973 гг., г. Чимкенте, 1971 и 1984 гг.);

Всесоюзном совещании: по шахтной никелевой плавке (г. Орск, 1986 г.), Всесоюзном совещании по нагреву дутья (г. Киев, 1984 г.), Всесоюзном совещании по исследованию теплофизиче-ских свойств (г. Севастополь, 1987 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Комбинированные малоотходные процессы комплексной переработки труднообогатимых руд и продуктов тяжелых цветных металлов" (г. Рязань, 1989 г.);

Международных конференциях в Канаде (1997 г.), Польше (1998 г.), Германии (1995 г.), Чили (1995 г.); отраслевых совещаниях по совершенствованию технологий и защите окружающей среды в России, Казахстане. Украине, Армении; научно-технических советах крупнейших предприятий отрасли.

Структура работы. Диссертация представляет собой обобщенное изложение (научный доклад) результатов выполненных и опубликованных исследований и научно-технических разработок, включает 78 страниц машинописного текста, содержит 11 таблиц, 36 рисунков.

Автор благодарит за неоценимую помощь при постановке исследований и реализации результатов коллег из институтов "Гинцветмет", "Гипроцветмет", "МИСиС", "Гиредмет", ИМЕТ им. ААБайкова РАН, ИМиО АН РК, СКБЦМ, трестов "Уралэнерго-цветмет", "Центроэнергоцветмет", а также коллективы Чимкентского свинцового завода, заводов "Укрцинк" и "Электроцинк", Ки-ровградского медеплавильного комбината, Алавердского медеплавильного комбината и комбината "Южуралникель". 7

Заключение диссертации по теме «Металлургия цветных и редких металлов», Ковган, Павел Авксентьевич

Выводы

1. Замена кокса природным газом в шахтных печах может осуществляться косвенным путем—посредством .нагрева дутья с помощью природного газа ,и прямым — вдуванием природного газа в горн.

2. Заменой кокса косвенным путем в никелевой плавке достигнута экономия кокса в 28,9%. Расчетная экономия кокса в свинцовой плавке при нагреве дутья до 500° составит 20—25%. За счет достигнутой экономии кокса при учете затрат на расход природного газа себестоимость никеля снизится на 10—13%, а капитальные затраты окупятся за 0,5—1 год.

3. Для прямой замены кокса природным газом реконструируют шахтную печь на Чимкентском свинцовом заводе и будут вести опыты на печи комбината «Южуралникель».

УДК 66.099.2:669.5:004.8.001.4

ОКОМКОВАНИЕ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

ЦИНКОВЫХ БЕЛИЛ

А. А. ОРИОНОВ эи получении сухих цинковых белил из овых отходов (цинковая изгарь, вельц-лы, шлаковозгоны и др.) по пирометал-ической схеме, разработанной в Гинцвет-, предварительное удаление свинца и кад-из этих отходов проводится во вращаю-:я гоечах. нако при отгонке свинца и кадмия из {овозгонов и вельц-окислов (ситовый со-приведен в табл.1) происходит большой вынос пыли, ,и возгоны получаются с невысоким содержанием этих металлов.

С целью снижения пылевыноса при отгонке свинца и кадмия из цинковых отходов в Гин-цветмете провели работу по предварительному окатыванию этих материалов. Работы по окатыванию цинковой изгари, проводимые ранее в Гинцветмете, показали, что белила, полученные из окатанного материала, значительно богаче по содержанию окиси цинка по

Vi Ш шш * ' /С

А S * --¿а

ШЁШШ ' i шёёшш \ r - i л';/;' ■ .-i ? feg:;;. v. f.• v;- -J. v. \\ ■:'. 7

19 6 5

5 if á?f/ ИЗ ДАТЕЛШСТВО •МЕТАЛЛУРГИЯ' шш

В шахтной печи с нейтральной или слабовосстановительной атмосферой кокс можно было бы полностью заменить природным газом, при этом не требуется увеличивать производительность воздуходувных машин и системы пылеулавливания.

Однако неясно, обеспечит ли природный газ при бескоксовой плавке необходимую восстановительную способность печи и что произойдет с исчезновением коксовой постели— фильтра и очага высокой температуры, на котором плавится размягчающаяся шихта и перегреваются продукты плавки. При бескоксовой плавке возрастает сопротивление столба материалов в печи вследствие уменьшения газопроницаемости, что потребует повышения напора дутья и, возможно, приведет к падению производительности печей. Полная замена кокса в шахтной плавке на заводах требует теоретических и лабораторных исследований. В настоящее время наиболее подготовленным является путь частичной замены кокса природным газом.

Гинцветмет, Чимкентский свинцовый завод и Институт металлургии и обогащения АН КазССР с 1963 г. ведут исследования различных способов замены кокса природным газом. Работы решили начать сразу на промышленной печи площадью поперечного сечения в области фурм 2 м2 (малая печь) применительно к плавке промышленных продуктов свинцового производства — шликеров и богатого шлака в равном количестве.

Пределы колебания содержания металлов в составляющих шихты,

Гранулометрический состав загружаемых материалов характеризовался наличием большого количества мелких фракций и значительного количества крупных кусков размерами до 200—300 мм. Основные усредненные показатели этой плавки с холодным дутьем за первые шесть месяцев 1963 г., непосредственно предшествовавшие работе с использованием природного газа, приведены в табл. 2 (1-я строка).

На малой печи опробовали простейший способ частичной замены кокса природным газом, освоенный в доменном производстве, — подачу газа в фурмы (табл. 2, строка 2),

Приведенные данные показывают большое снижение удельного расхода кокса и повышение проплава, чему благоприятствовало повышенное вдвое содержание богатого шлака в шихте в период .исследования этого режима.

Как показали аналогичные плавки с обычным соотношением компонентов шихты, удельный расход кокса составляет ~11,5%, при этом экономия его составила — 30 % •

Необходимо отметить увеличение содержания свинца в отвальных шлаках и температуры колошника.

Анализ колошниковых газов показал повышенное содержание в них метана (до 2%). Не исключено, что проверка хроматографическим способом покажет вместо метана водород. Так или иначе повышение температуры колошника можно объяснить увеличением содержания в газах горючих компонентов.

Значительная экономия кокса и повышение проплава побудили испытать этот способ применения природного газа в больших печах при рь

Шликеры . . . Богатый шлак

Си

7—12,5 гп

Аз эъ

69,0—77,0 7—12,5 — 1,9—2,7 0,3—0,45

3,1—12,6 2,1—5,8 10,6—12,0 0,06—0,6 —

Плавку вели на черновой свинец и штейн со средним содержанием 19,1% РЬ и 32,4% Си. .

Отвальные шлаки на холодном дутье содержали, %: 1,7 РЬ; 0,98 Си; 26,08 ЗЮ2; 29,01 РеО; 9,55 СаО и 10,38 гпО. 1 плавке свинцового агломерата состава, %: 37—44 РЬ; 15,2—15,8 РеО 7,8—9,5 гпО; 2,14—3,17 МдО 8,51 5Ю2; 0,98 ВаО; 0,6—1,4 А1203 2,1—2,71 Б.

Содержание компонентов в агломерате и- гранулометрический, со

§

Показатели свинцовой плавки в шахтных печах ЧСЗ

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук в форме науч. докл. Ковган, Павел Авксентьевич, 1999 год

1. Изд-ао »Металлургия».

2. Е в д о к и м е н к о А. И. В сб. «Металлургия цветных металлов» (Гинцвет-мет), № 29. Изд-ао «Металлургия», 1969, с. 16.

3. Канторович Б. В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. Изд. АН СССР, 1958.

4. Ф р а н к-К аменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. Изд. АН СССР, 1947.

5. Лавров Н. В. Физико-химические основы горения и газификации топли-ла. Металлургнздат, 1957.

6. Mund А. н. а. Stahl und Elsen, 1931, NV 48, S. 27.

7. Смирнов В. И., Черняк М. А., Абдеев М. А. Опыты по вдуванию в шахтную печь обогащенного кислородом воздуха. «Цветные металлы», 1949, № 2.2. «Engineering and Mining Journal», 1948, №8.

8. Кравченко П. М., Мартынов К. В. Применение обогащенного кислородом воздуха в шахтной свинцовой плавке. «Бюлл. ЦИНТИ цветной металлургии», 1958, & 9.

9. Вартанян А. М., Копченко Д. С. Опыт применения кислорода при шахтной свинцовой плавке. «Цветные металлы», 1959, № 5.

10. И. Р. ПОЛЫВЯННЫЙ, А. И. ЕВДОКИМЕНКО, И. И. ЕЛЯКОВ, Р. Ж. ХОБДАБЕРГЕНОВ А. М. САВЧЕНКО, А. Г. Г АЙВОРОНСКИЙ, В. П. ОВЧАРЕН КО, Ю. А. АГАПОВ, П. А. КОВГАН. В. В. СУЛЬЧИНСКИЙ, М. Е. ТУРКЕЕВ, Ю. П. НОВГОРОДЦЕВ, Л. Н. СЫСОЕВ

11. НАГРЕТОЕ И ОБОГАЩЕННОЕ КИСЛОРОДОМ ДУТЬЕ В ШАХТНОЙ СВИНЦОВОЙ ПЛАВКЕ АГЛОМЕРАТА

12. Краткая характеристика воздухонагревателей

13. Нагреватели отапливаются природным газом, который сжигается в топках, отделенных от трубчатки порогом-сводиком и кирпичной перегородкой. Подается он через четыре инжекционные горелки.