Электропечь для обеднения шлаков

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именнр к обработке промпродуктов производства вторичного свинца. Цель изобретения - снижение потерь металла со шлаком и интенсификация процесса его обеднения. Электропечь содержит глубокую ванну для шлака, погружные электроды, фур-; му подачи газа для барботажа, загрузочные отверстия и летки для выпуска шлака, штейна и металла. Новым в электропечи является перегородка, разделяющая ванну на два неравных канала . При этом соотношение площадей проходных сечений каналов находится в пределах 1 :(- 0), нижняя кромка перегородки расположена на расстоянии от пода печи 1-2 ширины меньшего канала, высота перегородки составляет 0,-0,6 высоты ванны, а боковая фурма подачи газа для барботажа установлена в стене полости меньшего канала и расположена выше нижней кромки перегородки на 1-1,5 ширины меньиюго канала. 1 ил. (Л

(19) (11) щ)5 С 22 В 7/С4 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г *

I 1 р „ : - союз ажтсних

СОЦИАЛИСТ1НЕСКИХ . 4. -.- РеспуБлин

Ц(=.-- . 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБР1=ТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П<НТ СССР (21) 4786808/02 (22) 29.01.90 (46) 15.01.92. Бюл. N 2 (71) Государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт гидрометаллургии цветных металлов "Гидроцветмет" (72) А.IO. Шустров (53) 669.041 (088.8) (56) Заявка Японии 62-11054, кл. С 22 В 7/04, 5/02, 1987.

Заявка Франции 2444721 кл. С 22 В 9/1О, 13/02, 15/08, 1980. (54) ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ДЛЯ ОБЕДНЕНИЯ ШЛАКОВ (5/) Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к обработке промпродуктов производства вторичного свинца. Цель изобретения - снижечие потерь металла со шлаком и инИзобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к переработке промпродуктов производства вторичного свинца.

В случае шахтной плавки вторичного свинца с применением неразубоженной шихты.образуются шлак с содержа" ниеи в нем свинца до 10 и штейн с соотношением медь-свинец в пределах

1:(1-2). Такие продукты не могут считаться отвальными или же кондиционными для последующего передела и требуют дополнительных операций, направленных на обеднение данных продуктов по свинцу.

Обеднение шлаков достигается восстановлением окисленного свинца и

2 тенсификация процесса его обеднения .

Электропечь содержит глубокую ванну для шлака, погружные электроды, Фур-, му подачи газа для барботажа, загрузочные отверстия и летки для- выпуска шлака, штейна и металла. Новым в электропечи является перегородка, разделяющая ванну на два неравных канала. При этом соотношение площадей проходных сечений каналов находится в пределах 1:(4-10), нижняя кромка перегородки расположена на расстоянии от пода печи 1-2 ширины меньшего канала, высота перегородки составляет 0,4-0,6 высоты ванны, а боковая фурма подачи газа для барботажа уста- а новлена в стене полости меньшего канала и расположена выше нижней кром- ки перегородки на 1-1,5 ширины мень- . шего канала. 1 ил. осаждением металлического свинца из шлаковой в металлическую фазу. Восствновление осуществляется путем наведения на поверхности расплава слоя твердого восстановителя либо продувкой шлакового расплава восстановительным газом, . осаждение - отстаиванием расплава либо его промывкой тяжелой извлекающей фазой.

Лля проведения операций обеднения шлака применяются специально раз-, работанные плавильные агрегаты, позволяощие проводить операции либо в периодическом либо в непрерывном режимах и исклочающие протекание обратного процесса насыщения шлака цветными ме,та ллам и.

170 380 известна электрически ос чь для извлечения цветныМ меTër>ëîâ иэ шлака и других побочных продуктов металлур гического производства оснащенная

5 погруженными электродами и Фурмами для подачи перемсшива>с>щего неокислительного газа. Печь представляет собой длинный узкий теплоизолированный резервуар со сводом, стенами и поди ной, имеющий с одного конца отверстие для загрузки шлака, а с другого конца — летки для слива обеднснного и извлеченного металла.

Процесс обеднения в известном устройстве протекает следующим образом. Поступающий через загрузочное отверстие шлак под действием протекающего через расплав между электродами тока разогревается и расплавляется под слоем твердого восстановителя, что обеспечивает восстановление окисленного металла. РЛя интенсификации процесса восстановления и осаждения расплав продувают неокислительным газом через фурмы. Обработку шлакового расплава проводят в присутствии жидкого металла, в слой которого заглублены сопла фурм.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность его применения для обеднения шлаков шахтной плавки вторичного сырья, связанная в первую очередь с тем, что свинец имеет высокую упругость паров при температурах переработки. Поэтому применение свинца в качестве тяжелой извлекающей Фазы ведет его к извлечению под действием барботажа íà поверх ость ванны и, как следствие, по- 40 вышенные потери свинца. Кроме того, конфигурация ванны печи не обеспечивает достаточный эффект барботажа иэ. за эатрудненности перемешивания объе ма расплава.

Наиболее близкой по технологичес кой сущности и достигаемым рвзульта там к предложенной является печь для превращения руд тяжелых цветных металлов, которая представляет глубокую кессонированную шахту, содержащую подину, свод и стены, в своде которой имеется загрузочное отверстие, в кессонированном поясе установлены боковые фурмы. По высоте печи расположены летки для слива шлака, штейна и металла.

Переработка руд в известном устроНсТВс производится следующим оо разом. Ilc>còóïàîöèé через загрузочное устройство материал попадает в объем расплава и под действием теплоты от протекания автогенной реакции расплавляс.тся. Боковые фурмы выполняют двойную Функцию, связанную не только с подачей в расплав окислителя, но и с провелением барботажа расплавленной ванны. При таком барботаже ванна разделяется на верхнюю шлаковую зону, среднюю штейновую зону и тяжелую металлическую зону. По заключении операции барботажа ванна отстаивается и каждая Фаза сливается через свою летку, расположенную в нижней части соответствующего слоя.

Недостатком технологического решения является длительность процесса вследствие неорганизованного барботажа ванны расплава и, как следствие, недостаточно эффективного обеднения шлака в данном агрегате.

Целью изобретения является снижение потерь металла со шлаком и интенсификация процесса обеднения шлаков.

Поставленная цель достигается тем, что электропечь для обеднения шлаков, содержащая подину, свод и стены, образующие глубокую ванну, погружные электроды и фурмы подачи газа для барботажа и летки для слива шлака, штейна и металла, дополмитель но содержит перегородку, раэделяющур ванну печи на два неравных канала.

Причем перегородка расположена таким образом, что соотношение площадей проходного сечения каналов находится в пределах 1:(4-10), нижняя кромка перегородки расположена на расстоянии от пода печи (1,75-4) ширины меньшего канала, а высота перегородки составляет (0,4-0,6) высоты ванны. Боковая Фурма подачи газа установлена на стенке полости меньшего канала выше нижней кромки перегородки на (1-1,5) ширины меньшего канала.

Обеднение шлаков шахтной свинцовой плавки по тяжелым цветным металлам, в частности по свинцу, наиболее эффективно в случае использования глубокой ванны при промывке шлакового расплава тяжелой извлекающей фазой. Применение в качестве извлекающей Фазы расплавленного свинца ве» дет к существенной возгонке последнего и, следовательно, к осуществле нию дополнительных мероприятий по газоочистке и мс.н . ". лу извлечению свинца в данную Фазу. На«б пе: лу ший эффект дост11гается при использсв 1нии в кзчестве извлекающей Фазы штеинового расплава, упругость паров составляющих которого ниже,чеи упругость пара чистого свинца. в тои случае, когда организуется направленный поток извлекающей фазы через расплавленный шлак сверху вниз, скорость и степень извлечения свинца из шлака значительно повышается. Такого эффекта можно добиться использованием в предлагаеиом устройстве перегородки, разделяющей ванну на два неравных канала. Боковая Фурма, введенная в полость меньшего канала выше нижней кромки перегородки, позволяет организовать по принципу газлифта транспортирование тяжелой извлекзющей фазы снизу вверх по малому каналу и ее стекание сверху вниз по большому каналу, заполненному шлаковым расплавом.

Такой способ промывки шлакового расп- g5 лава позволяет значительно интенсифицировать процесс обеднения шлаков шахтной свинцовой плавки вторичного сырья.

Разделение ванны печи на большой 30 и меньший каналы связано с необходимостью формирования подъемного канала газлифта, роль которого выполняет в данном случае меньший канал. Соотношение мен ьше ro канала и больше го менее 1: 4 ведет к тому, что сечение

35 меньшего канала становится настолько большим, что для обеспечения транспортировки тяжелой извлекающей фазы через канал газлифта и предотвращения

40 попадания в этот канал шлакового расплава необходимо довольно значительное количество тяжелой извлекающейй Фазы, которое существенно превышает количество шлакового расплава и

45 делает операцию обеднения шлаков неэффективной. Соотношение меньшего и большего каналов более 1:10 тзкже ведет к снижению эффективности процесса, связанного в данном случае с уменьшением пропускной способности по тяжелой извлекаюц и фазе меньшего канала печи.

Расположение нижней кро«и перегородки разделения ванны опреде рвется расположением слоев шлака, штейна и металла по высоте ванны е в1.

При высоте перегородки под п дом печи менее 1,75 ширины Me« mei-1 канэга вместо н тейнс..вого расплава в кзчестве веселой извлекающей Фазы н.зчинает трпнспортиповаться оо мен

meMy КамаЛУ ИЕтаЛЛИчЕСКИй РВСПЛЗВ.

/Ьв предотвращения данногo эффекта следует значительно уменьшить объем металла и теи caM iM приостановить процесс обеднения шлаков. В случае же ра сположения нижней пере городки под подои печи выше 4 ширины меньшего канала возможен прорыв шлакового расплзеа в полость меньшего канала, что ведет к уменьшению количества транспортируемой тяжелой извлека ющей Фазы, а, следовательно, к черезмерному повышению объема штейна в ванне печи, что уменьшает проплав шлака в операции.

Высота пе ре городки ва р ь ирует ся в пределах (0,4-">,6) высоты ванны печи с тем, чтобы обеспечить направленный переток извлекающей Фазы вверх по меньшему каналу и вниз через слой расплавленного шлака. Высоту перегородки иенее в,4 от высоты ванны печи ведет к тому, что верхние слои шлакового расплава не промываются извлекающей Фазой и, следовательно, менее интенсивный массообмен замедляет скорость процесса. Высота перегородки более 0,6 от высоты ванны печи существенно повышает уровень верхней кромки перегородки, что ведет к значительному брызгоуносу расплавленных материалов, их окислению и как следствие снижению эффективности переработки шлака.

Расположение боковэй Фурмы подачи газа для барботажа определяется ее Функциональным назначением, связанным в первую очередь с транспортировкой расплава по меньшему каналу.

Бсли боковая Фурма расположена над нижней кромкой перегородки менее 1 ширины меньшего канала возможно проскакивание транспортировочного газа иэ иеньшего в большой каналы. В случае же расположения боковой Фурмы над нижней кромкой перегородки выше

1,5 ширины меньшего канала значительно снижает ся высота подъемного газлифта, которым в данном случае является меньший канал печи. Снижение высоты подъеиного канала газлифта влечет за собой избыточный расход транспортировочного газа для перекачки единицы тяжелой извлекающей фазы.

1705380

Г- иоставительный анализ показыва.т, что предлагаемое устройство отличяется от известного тем, что в к нструкцию дополнительно введена перегородка разделения ванны на два неравных канала, ири«ем боковая фурма проведена в полость меньшего канала. Разделение ванны на два неравных качала позволяет органиэоI вать направленный поток тяжелой извлекающей фазы через шлаковый раси лав сверху вниз,тем самым способствуя ускорению процесса и повышению степени извлечения металла из шлаков.

На чертеже представлен общий вид предлагаемой электропечи для обеднения шлаков.

Электропечь для обеднения шлаков состоит из глубокой ванны 1, образованной из подины, свода и стен погружных электродов 2, фурмы подачи газа для барботажа 3, загрузочного отверстия 4, леток для слива шлака

5, штейна 6, металла 7, перегородки разделения ванны R.

Глубокая ванна представляет собой шахту из полины 9, и стен 10, перекрытую сводом 11, в котором расположены погружные электроды 2 и загрузочное отверстие 4. Погружные электроды 2 устанавливаются с возможностью вертикального перемещения.

Перегородка разделения ванны 8 размещается таким образом, чтобы образовались большой Г и меньший Д каналы, соотношение площадей которых находилось в пределах (4-10):1. По высоте перегородка находится над подом(1,75-4) ширины меньшего канала Д, Высота перегородки разделения ванны 8 составляет (0 4-0,6) глуби ны ванны 1, заполненной расплавом от пода до уровня Е, обеспечивающем нормальный рабочий ход печи. В корпусе печи со стороны меньшего канала расположена фурма подачи газа для барботажа 3. Причем последняя рас- положена выше нижней кромки перегородки разделения ванны 8 на (1-1,5) ширины меньше го канала .

Заполнение ванны электропечи металлом А,, штейном Б и шлаком В осу ществляют таким образом, чтобы первоначальный слой металла А составлял от 0 до половины высоты от пода до нижней кромки перегородки разделения

55 ванны R. Верхний слой штейна Б находится на уровне (0,25-0,5) высоты перегородки 8 от ее нижней кромки.

Верхний же слой шлака В находится на уровне Е. В нижней части каждого слоя находятся летки для слива металла 7, штейна 6 и шлака 5.

Работает электропечь для обеднения шлаков следующим образом. В разогретую печь, содержащую исходные количества металла и штейна, через загружное отверстие 4 заливается расплавленный шлак, подлежащий обработке. По достижении расплавленным шлаком уровня Е в расплав погружаютI ся электроды ?, на которые подается напряжение. По достижении расплавом шлака заданной температуры на форму 3 подается избыточное давление газа, обеспечивающее переток штейнового расплава В по меньшему каналу

Д с требуемым расходом. Поднимающаяся тяжелая извлекающая фаза переливается через верхнюю кромку перегородки 8 и попадает в объем шлакового расплава В, Опускаясь через шлак В, тяжелая извлекающая фаза захватывает находящийся во взвешенном состоянии металлический свинец и доставляет его в зону Б, где тяжелая извлекающая фафаза отстаивается, металл переходит в зону А, заполненную металлом, и ,штейн вновь попадает в полость меньшего канала Д, поднимается вверх, и процесс продолжается. После требуемого промежутка времени процесса подача газа через фурму 3 прекращается, расплав отстаивается, и продукты сливаются каждый через свою летку, на чиная с более мелкого шлакового расплава, далее штейн и только затеи металл.

/1ля экспериментального опробования прелложенного технического решения изготовлена электропечь емкостью большого канала по шлаку 500 кг и высотой шахты 1000 мм. Полость меньшего канала оформляется в футеровке печи. Причем ширина меньшего канала принята постоянной и равной 100 мм.

Соотношение большого и меньшего каналов изменяется за счет изменения длины сечения меньшего канала. Перегородка выполнялась толщиной четверть кирпича иэ того же шамотного кирпича, что и стены печи, Предусмотрена воэможность установки боковой фурмы на трех уровнях. В разгоретую печь

1 0538

20

Количе ство

РаспоРа сполоСоотноше — Высота

Наличие

Ю п/и жение фурмы над нижней кромкой пере городки ложен ие пе ре городк и над подом печи ние мень-. пере го родки от выпе ре городки шего и большого каналов исходногоо шлака, кг соты ванны печи прото500 тип

540

0,6

1,0

1,0

05151,5

0 4 2 0 1,5

430

1:10

460

1:7

4/О

0,8

6

1:7

1:4 1,5

0,5

0,3 2,5 1,0

0,5 1,5 0,5

520

1:3,5

5? 0

490

0,4 1,0 Z,0

1: 12,0 содержащую исходное количество расплавленного штейна, содержащего 48 меди и 254 свинца, заливают расплавленный шлак до уровня ванны печи в

1000 мм, над подом. В расплав опускают электроды и разогревают до

11 0 С. По достижении расплавом требуемой температуры начинают продувку расплава инертным газом (в данном случае аргоном) в течение 30 мин. Затем продувку прекращают и после

15-минутной выдержки берут пробу шлака. После чего продувку продолжат еще в течение 30 мин. После этого асплав отстаивают в течение 30 мин проводят раздельный слив шлака, штей.на и металла и отбирают пробы на химический анализ.

Результаты опытов приведены в таблице.

Из таблицы следует, что предлагямое устройство позволяет интенсифицировать процесс обеднения шлаков и гювысить степень извлечения свинца.

Степень извлечения свинца при обработке в течение 30 мин по сравнению с прототипом выше на 15,5-1/3 или же ускорение процесса достигается не менее чем в два раза.

Исгюльзование изобретения позволит получить отвальный по свинцу шлак, содержащий менее 1 свинца при ускорении процесса обеднения шлака не менее чем в два раза. Кроме этого, изобретение позволит проводить обеднение шлаков плавки медьсодержащих материалов. формула изобретения

Электропечь для обеднения шлаков, содержащая подину, свод и стены, образующие глубокую ванну с загрузочным отверстием, погрузочные электроды и фурмы подачи газа для барботажа и летки для слива шлака штейна и металла,отличающаяся тем, что, с целью снижения потерь металла со шлаком и интенсификации процесса его обеднения, печь снабжена перегородкой, разделяющей ванну на два неравных канала, причем соотношение площадей проходного сечения каналов находится в пределах 1:(4-10), нижняя кромка перегородки расположена на расстоянии от пода печи (1-2) ширины меньше го канала, высота перегородки составляет (0,4-0,6) от высоты ванны, а боковая фурма подачи газа для барботажа установлена на стенке полости меньшего канала выше нижней крышки перегородки (1-1,5) ширины меньшего канала.

170 380

Продолже яце та блицы

Обработка 30 мин

Обработка 30 мин

КоличестСодержание свинУ пlп сте пень содержание Pb содержание Pb степень извлечения

Ph, ца в исходном шлаке, извле чения Ph, на, кг в конечв конечном шлаке, Ф ном шлаке, rlPo то1,54

200 тип

0,51

0,47

0,56

1,42

220

240

190

1,71

1,26

1,33

320

120 б

7,8

7,8

7,8

7,8

7,8

7,8

7,8

7,8 во сход ного штей80,3

93,5

94,0

92,8

91,8

78,1

83,8

82,9

0,61

0,44

0,41

0,43

0,54

0,59

0,52

0,54

92,2

94,4

94,7

94,5

93,1

92,4

93,3

93,1