|
|
Медь в основном выплавляют сухим
способом, т. е. путем плавки на штейн. Процесс производства ее схематично
изображен на 219. Получают медь преимущественно из сульфидных руд. Их
переработка основана на том, что сульфид меди прежде всего переводят в окись,
которую восстанавливают углем до металла. Переработка сульфидных руд состоит
из следующих процессов: обжига для частичного удаления серы; плавки на штейн,
при которой окись меди переходит в сульфид, а окись железа в виде силиката
переходит в шлак, сульфид меди CuaS соединяется с оставшимся сульфидом
железа, образуя соединение CuaS-FeS, которое выделяется в виде медного штейна
под слоем шлака; переработки медного штейна в конверторе путем отжига с
дутьем на черновую медь, которую затем рафинируют (обычно электролитическим
способом).
Штейн получают в шахтных (ватержакетных) либо
отражательных, либо в дуговых электрических печах, а также в печах для плавки
во взвешенном состоянии.
Шахтная печь, сохранившаяся с древних пор, изображена на
220. Высота ее 3—5 м, ширина 3—8 м, внутренний диаметр шахты 1-2 м. Шихту (руду, известь, кокс) загружают сверху. Плавку ведут, вдувая воздух через фурмы в нижней
части шахты. Расплав стекает в отстойник (передний горн), где по плотности
разделяется на штейн системы Си—Fe—S в количестве 30—40 % и шлак
Si02—FeO—СаО. Шахту футеруют шамотом. Поскольку на стены шахты налипает
настыль, огнеупоры, имея такое покрытие, изнашиваются мало. Температура
фурменной зоны составляет 1250 °С, поэтому ее окружают ватержакетом. Подина
(лещадь, горн) и передний горн подвержены воздействию штейна и шлака, поэтому
их футеруют хромомагнезитовыми изделиями, выдерживающими двухгодичный срок
службы. Футеровка шахты рассчитана на три года.
Отражательная плавильная печь в отличие от шахтной
представляет собой горизонтальную печь длиной 30—34 м, шириной 8—10 м,
высотой 2,4—3,7- м, пригодную для плавки порошкообразных рудных концентратов.
Производительность печи 500—1000 т/сут. Порошкообразный концентрат вместе с
флюсом загружают через отверстие в своде. Топливом служит мелкий пылевидный
уголь или мазут.
Плавку осуществляют при температуре пламени 1800 °С.
Поскольку свод находится на высоте 2,5 м, он наиболее изнашивается.
Для ограничения износа свод из магнезитохромитового
кирпича де4. лают подвесным. Во время плавкй на холодные стены печи настывает
шихта, настыль играет роль огнеупорного покрытия. Шлаковую зону футеруют
магнезитохромитовыми из-; делиями с прямой связью. При этом частично
используют водяное охлаж-' дение. Нижний слой подины выкла-^ дывают из
динаса, на который с 1970 г. начали набивать слой кремнеземистых или
магнезитовых масс толщиной 1—2 м с последующим обжигом. Раньше печь
ремонтировали только в холодном состоянии после ее остановки, сейчас часто
прибегают к промежуточному ремонту, не охлаждая печи.
В 50-х гг. была разработана печь (автогенная) для плавки
медных концентратов во взвешенном состоянии. Медные концентраты, производимые
из медной руды с большим количеством серного колчедана» (пирита), содержат
20—25 % Си, 25—30 % Fe, 30— 40 % S. Пирит при горении выделяет большое
количество тепла, которое используется для выплавки штейна. Автогенная печь
разработана и впервые введена в эксплуатацию финской фирмой «Оуто- кумпу». В
этой печи совмещены два процесса: обжиг и плавка. В Японии такие печи начали
устанавливать с 1956 г. Первая с месячной производительностью 1000 т была
введена на заводе Фуру- кава фирмы «Фурукава», вторую производительностью
3500 т/мес установили на заводе Косака фирмы «Дова». Печи, работающие по автогенному
принципу, эксплуатируются на японских фирмах «Никко» (заводы Хитати и
Сагасэки), «Сумитомо» (завод Цукая), «Мицуи» (завод Хиби). Фирма «Мицуи»
соорудила автогенную печь электротермического типа, где нагрев шихты
осуществляется с помощью электродов.
В настоящее врем& производительность автогенной печи с
шахтой диаметром 5—6 м составляет 7—10 тыс. т/мес. Теперь эти печи оснащены
современной системой управления с применением ЭВМ и высокотехнологичным
оборудованием для горного дутья с помощью воздухонагревателей системы Каупера
с обогащением воздуха кислородом при использовании электротермического
нагрева и т.д. Преимущества печи для плавки во взвешенном состоянии:
возможность использования порошкообразного сырья (так же, как и в
отражательной), меньший расход топлива за счет использования тепла
окислительных реакций, большой выход концентрированного сернистого ангидрида,
обеспечивающего высокий уровень получения серной кислоты, и, наконец,
благоприятные условия для автоматизации технологического процесса.
Автогенная печь состоит из шахты, отстойника той же
конструкции, что и в отражательной печи, и дымохода башенного типа для отвода
отходящих газов, соединенного с котлом-утилиза- тором. Из форсунок в своде
шахты вместе с горячим воздухом и мазутом вдувается порошок рудного концентрата,
который плавится 2—3 с. Расплав, накапливающийся в отстойнике, разделяется на
штейн и шлак. ,
В наиболее тяжелых эксплуатационных условиях находится
нижняя часть шахты, являющаяся реакционной зоной. Температура здесь достигает
1400—1500 °С. Поэтому на этом участке для футеровки применяют
электроплавленые магнезитохромитовые огнеупоры с трубчатыми или плоскими
водоохлаждающими устройствами. Шлаковую зону отстойника, подвергаемую сильной
эрозии, также футеруют магнезитохромитовыми огнеупорами (электроплавлеными
или с прямой связью). Свод отстойника футеруют арочными магнезитохромитовыми
кирпичами. Большой пролет свода (~9 м) и наличие нескольких измерительных и
рабочих отверстий обусловливают его специальную, более надежную конструкцию.
Продолжительность службы подвесного свода составляет ~10 лет. Текущий ремонт
печи проводят раз в год одновременно с проверкой котла- утилизатора.
Расплавленный шлак в нее заливают через свод, нагревают,
отстаивают и получают дополнительный осадок меди. Свод печи сооружают из
огнеупорных бетонов с применением металлических анкеров. Печной свод
изнашивается мало, поскольку слой шлака в ванне защищает находящийся на
достаточной высоте свод от излишнего тепла. Стены и подину, контактирующие с
расплавом, футеруют магнезиальными изделиями, шлаковую зону и летку —
магнезитохромитовыми изделиями (электроплавлеными и с прямой связью).
Поскольку шлаковая зона и летка являются критическими участками, их еще
предохраняют ватержакетами. При^регулярных остановках печи ее осматривают,
проводят незначительный профилактический ремонт. Футеровка печи
характеризуется продолжительной службой.
МИ-продесс разработан общими усилиями двух японских фирм
«Мицубиси киндзоку» и «Исикавадзима харима дзюкогё». Первую установку, построенную
в 1972 г., эксплуатируют на заводе Нао- сима. Производительность установки
составляет 4—5 тыс. т/мес. Установка МИ — единый агрегат, состоящий из трех
печей", плавильной, шлакоотделительной и конверторной. Вместо прежней
ковшовой заливки перемещение расплава осуществляется по закрытым желобам.
Таким образом, процесс протекает в единой системе. Преимущества установки
перед разобщенными печами: меньшие расходы на строительство единой установки
за счет сокращения вспомогательного оборудования (например, исключаются
крановые операции), высокая и стабильная производительность, экономия
энергии, сокращение трудовых затрат, высокий уровень охраны окружающей среды,
поскольку расплав течет по герметично закрытым желобам, и довольно высокий
процент получения и улавливания S02. Не случайно, что новый непрерывной
системой заинтересовались в ряде Стран, например канадская фирма «Тексас
галф» закупила у Японии один комплект установки. 1С, При МИ-процесс медный
концентрат, высушенный до 0,5 %-ной влажности, смешивается с небольшим
количеством кремнеземистого песка и вдувается в расплав с обогащенным
кислородом воздухом через вертикально установленную в своде фурму. Вследствие
быстрого расплава летящих частиц и скоростных реакций тазовая и шлаковая зоны
эксплуатируются в тяжелых условиях. Шлаковую зону футеруют электроплавлеными
магнезитохромитовыми изделиями. Желоба футеруют частично, используя
электроплавленые изделия.
Шлакоотделительная трехэлектродная электропечь SH
предназначена для разделения расплава на штейн и шлак. Шлак скачивается в
охладитель, штейн сифонным способом направляется в конвертор.
Конвертор С предназначен для передела расплава штейна с
помощью вдувания в расплав обогащенного кислородом воздуха и флюса через
фурму. Образующаяся здесь жидкая черновая медь направляется в печь для
выдержки, а затем — в рафинировочную печь. Шлак из конвертора после сушки
загружается в плавильную печь S,
Наиболее широко используется горизонтальный конвертор
периодического действия Пирса—Смита. В нем плавят штейн, получаемый в
шахтной, отражательной, автогенной плавильных печах. В расплав штейна,
состоящего из сульфидов меди и железа, вводят флюсы, а через фурменные
трубки, которых более 50 шт., вдувают воздух. Фурмы размещают по всей длине
цилиндрического корпуса с интервалом 150—170 мм. Производительность
конверторов зависит от их размеров. Крупногабаритный конвертор позволяет
обрабатывать до 200 т штейна за одну плавку, продолжающуюся ~10 ч.
Температура печи при дутье составляет 1300—1400 °С, а при загрузке падает до
650 °С. Срок службы футеровки, составляющий ~ 200—300 плавок, зависит от
износа фурменной зоны. В условиях резких колебаний температуры, эрозии и
разъедания зоны фурм, а также механического повреждения фурменных отверстий
необходимо для футеровки использовать магнезитохромитовые изделия.
В последние годы улучшена конструкция радиального
фурменного блока, который раньше состоял из четырех, а теперь из двух частей.
Изготовление двухсоставных блоков обеспечивается с помощью мощного гидропресса
усилием 1000 т. Канал в блоке выполняют алмазным сверлом
Расплав черновой меди из конвертора Пирса—Смита поступает
на очистку в горизонтальную рафинировочную цилиндрическую печь, похожую на
этот конвертор. Холодную черновую медь рафинируют в отражательной печи.
ОбеТрафинировочные печи футеруют магнезитохромитовыми огнеупорами. Для
уменьшения потерь тепла используют теплоизоляционные материалы.
Срок службы футеровки, контактирующей с жидким металлом,
составляет несколько лет; срок службы футеровки, контактирующей с печными
газамй, короче из-за локального износа (разбухания и отслаивания).
Черновую (катодную) медь, полученную электролитическим
способом, рафинируют в отражательной, электрической и индукционных печах. В
последние годы стало увеличиваться использование непрерывнодействующих
шахтных печей, разработанных фирмой «Асарко». В печи типа Асарко,
характеризующейся высокой производительностью, можно расплавлять 20—40
катодных заготовок в час. Высота печи 5,422 м, диаметр шахты 1,753. В нижней части цилиндрической шахты ступенчато размещены газовые горелки. Рафинировочная
плавка меди происходит в восстановительной среде. Температура в районе
горелок достигает 1800 °С, поэтому недопустима прерывистая работа печи во
избежание тепловых ударов. В связи с этим рабочий слой футеровки выполняют из
карбидкремниевых огнеупоров. Расплавленная медь через переливной желоб
протекает в печь для выдержки (выравнивания температуры), рабочий слой
которой также футерован карбидкремниевыми огнеупорами.
Для выплавки меди и ее сплавов используют также качающиеся
и индукционные печи. Качающуюся печь футеруют магнезитохромитовыми изделиями
с прямой связью, которые выдерживают несколько сотен плавок. Индукционную
печь футеруют динасом или прибегают к сухому трамбованию глиноземистыми
набивными массами. В последнее время начали использовать шпи- нелидные
огнеупоры.
|