Жидкофазное окисление компонентов медного штейна и формирование металлического и шлакового расплавов применительно к процессу непрерывного конвертирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.03, кандидат технических наук Павлов, Роман Александрович

• Павлов, Роман Александрович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Павлов, Роман Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Состояние вопроса по конвертированию медных штейнов

1.2. Физико-химические основы процесса непрерывного конвертирования

1.3. Термодинамический анализ основных реакций процесса конвертирования медных штейнов

1.4. Скорость окисления сульфидов

1.5. Строение, структура и вязкость шлаковых расплавов

1.6. Математическое описание гидродинамических процессов в барботируемой ванне расплава

1.7. Постановка задачи исследования 30 Выводы

2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ШТЕЙН-МЕТАЛЛ-ШЛАК

2.1. Методика построения потенциальных диаграмм

2.2. Система Си - Б - О

2.3. Система Бе - 8 - О

2.4. Система Са - Б - О

2.5. Система Бе - Си - Б - О

2.6. Система Ре - - Б - О

2.7. Система Ее - Са - Б - О

2.8. Система Са - 81 - 8 - О

2.9. Система Бе - Си - Са - 8 - О

2.10. Система Бе - Си - 81 - 8 - О

2.11. Система Бе-Си-Са-81-8-О

2.12. Система Бе - Си - Са - 81 - 8 - О при 1573 К 53 Выводы

3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СУЛЬФИДА МЕДИ С ВЫСОКОМЕДИСТЫМИ

ЖЕЛЕЗИСТЫМИ ШЛАКАМИ

3.1. Методика исследования кинетики окисления сульфида меди шлаковыми расплавами

3.2. Взаимодействие сульфида меди с оксидами системы

Си20 - БеО - Ре

3.3. Взаимодействие сульфида меди с оксидами системы

Си20 - БеО - Ре203 - СаО

3.4. Взаимодействие сульфида меди с оксидами системы

Си20 - БеО - Ре203 - СаО - 8Ю

3.5. Обсуждение экспериментальных результатов 72 Выводы

4. ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖЕЛЕЗИСТЫХ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ

4.1. Методики измерения вязкости

4.1.1. Ротационный метод исследования вязкости расплавов

4.1.2. Вибрационный метод измерения вязкости

4.2. Вязкость псевдобинарной системы вюстит - кремнезем в области фаялита

4.3. Измерение вязкости расплавов трехкомпонентной системы вюстит - кремнезем - оксид кальция

Выводы

5. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО КОНВЕРТИРОВАНИЯ МЕДНЫХ ШТЕЙНОВ

5.1. Описание конструкции печи Ванюкова НМЗ

5.2. Расслаивание в фурменной зоне печи Ванюкова 105 5.2.1 Расчет мощности перемешивания

5.2.2. Расчет устойчивого размера капли штейна

5.2.3. Уравнение непрерывности для расслаивания в фурменной зоне печи

5.2.4. Определение физико-химических характеристик металл-шлаковой эмульсии

5.3. Расчет гидродинамических характеристик системы

5.3.1. Расчет объемной доли диспергированной черновой меди

5.3.2. Расчеты гидродинамических характеристик металлшлаковой эмульсии по программе

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Жидкофазное окисление компонентов медного штейна и формирование металлического и шлакового расплавов применительно к процессу непрерывного конвертирования»

В пирометаллургии сульфидного медного сырья успешное и широкое применение автогенных процессов на стадии плавки на штейн в настоящее время стимулирует поиск альтернативных решений по весьма актуальной проблеме - замене доминирующего традиционного периодического процесса конвертирования в аппаратах Пирса-Смита на современные технологии.

Периодическое конвертирование штейнов характеризуется рядом существенных органических недостатков, главными из которых являются его цикличность и периодичность, обуславливающие нестабильные по составу и потоку отходящие газы с невысоким содержанием сернистого ангидрида, нестационарный температурный режим, влияющий как на технологические показатели, так и на стойкость аппаратуры. Кроме того, процесс является источником вредных выбросов в атмосферу цеха. Несмотря на высокий уровень механизации периодический процесс требует значительных затрат физического труда при обслуживании и частых ремонтах горизонтальных конвертеров. Автоматизация периодического процесса конвертирования штейнов сопряжена с большими трудностями. Совершенствованию, интенсификации и оптимизации этого процесса и аппаратуры в последние десятилетия уделяется большое внимание.

Предложенные и осуществленные меры по улучшению технико-экономических показателей традиционного процесса конвертирования путем обогащения дутья кислородом, увеличения объема конвертеров, совмещения конвертирования и плавки медьсодержащего сырья, механизация ряда операций решают только отдельные вопросы. Радикальное улучшение показателей конвертерного передела с ликвидацией перечисленных недостатков можно осуществить только путем внедрения непрерывных процессов переработки медных штейнов на черновой металл.

Наиболее полно поставленным требованиям может отвечать технология непрерывного конвертирования, созданная на основе принципов процесса Ванюкова и печи для его осуществления. Физико-химические основы процессов переработки различных видов сырья в печах Ванюкова, накопленный опыт по их промышленной эксплуатации, отработке стабильной работы отдельных узлов и элементов печи служат надежной базой для создания нового эффективного процесса непрерывного конвертирования штейнов. Совместные исследования МИСиС, Гипроникеля, НГМК показали перспективность использования печи Ванюкова для непрерывного конвертирования медных и медно-никелевых штейнов.

В данной работе приведены результаты ряда теоретических и экспериментальных исследований, относящихся к процессу непрерывного конвертирования медных штейнов по способу Ванюкова, и составлена модель процесса непрерывного конвертирования медного штейна применительно к однозонной печи Ванюкова Надеждинского металлургического завода Норильского горно-металлургического комбината.

В частности, методом построения и совмещения более простых трех-, четырех-и пятикомпонентцых потенциальных диаграмм выполнен термодинамический анализ шестикомпонентной системы Ее - Си - Са - - Б - О, являющейся основой процесса конвертирования медных штейнов, определены скорость и механизм взаимодействия сульфида меди с высокомедистыми железистыми шлаками, определены вязкость железо-силикатных шлаков, близких по составу к фаялиту, и высокожелезистых кальцийсодержащих шлаков. С использованием результатов модельных расчетов сформулированы принципы организации технологии непрерывного конвертирования медных штейнов и определены основные режимные параметры процесса для печи Ванюкова Надежденского металлургического завода НГМК.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР