Способ вельцевания цинковых кеков
Владельцы патента RU 2496895:
Открытое Акционерное Общество "Челябинский цинковый завод" (RU)
Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при переработке цинковых кеков вельцеванием. Способ вельцевания цинковых кеков включает смешение и скатывание цинковых кеков совместно с твердым углеродсодержащим материалом и вельцевание окатанного материала. При этом на стадию смешения подают смесь кальций- и магнийсодержащих материалов при содержании оксида магния в смеси 20-50% и соотношении в шихте (CaO+MgO)/SiO2=2÷4. Окатывание смеси ведут совместно с твердым углеродсодержащим материалом крупностью менее 2 мм. Вельцевание окатанного материала ведут с добавкой углеродсодержащсго материала крупностью более 2 мм при температуре 1100°C. В качестве углеродсодержащего материала используют отходы угольной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. Техническим результатом является повышение производительность печи до 0,96 т/м3·сутки и снижение расхода углеродсодержащего материала до 250 кг/т кека. 1 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил., 5 пр.
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке цинковых кеков вельцеванием.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ вельцевания цинковых кеков, включающий окатывание цинковых кеков перед сушкой с углеродсодержащим материалом вместе с коксовой мелочью, и вельцевание скатанного материала (SU 876761, С22В 19/38, опубл. 30.10.1981 г.).
Недостатки известкового способа заключаются в высоком расходе топлива (более 400 кг/т кека), низкой производительности вельц-печи (0,63 т/м3·сут).
Технический результат изобретения - снижение расхода коксовой мелочи, повышение производительности печи. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе вельцевания цинковых кеков, включающим операции смешения, окатывания совместно с твердым углеродсодержащим материалом (коксовой мелочью) на стадию смешения, подается смесь кальций- и магнийсодержащих материалов при содержании оксида магния в смеси 20-50%, соотношении в шихте (СаО+MgO)/SiO2=2÷4. Окатывание смеси совместно с твердым углеродсодержащим материалом крупностью менее 2 мм и вельцевание с добавкой углеродсодержащего материала крупностью +2 мм при температуре 1100°C
Кроме того, в качестве твердого углеродсодержащего материала используют отходы угольной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности.
На рис.1 изображена аппаратурная схема переработки цинковых кеков. Схема включает:
1 - фильтр-пресс;
2, 3, 4, 5 - бункера для цинкового кека, смеси кальций- и магнийсодержащих материалов, углеродсодержащего материала крупностью менее 2 мм, оборотных пылей вельцевания крупностью менее 1 мм;
6 - смеситель-гранулятор;
7 - вельц-печь.
Цинковый кек с влажностью менее 19% поступает с фильтр-пресса 1 в бункер 2. Затем цинковый кек со смесью кальций- и магнийсодержащих материалов (сод. MgO 20-50%) из бункера 3, углеродсодержащим материалом (сод. фракций менее 2 мм - 100%) из бункера 4, оборотными пылями вельц-печи (крупность 100% менее 1 мм) из бункера 5 направляется в гранулятор-смеситель. Перемешанный и гранулированный материал размером гранул 2-5 мм направляется в вельц-печь на вельцевание. Дополнительно в печь для корректировки процесса вельцевания может подаваться твердый углеродсодержащий материал крупностью более 2 мм.
Подача смеси, состоящей из кальций- и магнийсодержащих компонентов, позволяет исключить образование жидких фаз в печи и необходимость использования для их впитывания дорогостоящего кокса, при этом на 30-40% сокращается расход углеродной составляющей шихты, появляется возможность самостоятельного использования отходов угольной и нефтеперерабатывающих промышленностей.
При подаче только одного из компонентов вышеуказанный эффект не достигается:
А) так как получаются легко разрушаемые в печи гранулы, при этом увеличивается выход оборотного материала с последующим снижением производительности вельц-печи;
Б) обеспечивается возможностью получения мелких гранул (2-5 мм), позволяющих повысить скорость отгонки цинка, снизить температуру вельцевания с 1250°C до 1100°C и, следовательно, уменьшить топливную составляющую углеродсодержащего материала.
Использование в качестве добавки в гранулы углеродсодержащего материала крупностью менее 2 мм увеличивает скорость восстановления и последующей отгонки цинка. Для регулирования теплового баланса печи, исключения настылеобразования в печь дополнительно подается твердый углеродсодержащий материал крупностью более 2 мм.
Нижняя граница крупности твердого углеродсодержащего материала и гранул (плюс 2 мм), загружаемых в вельц-печь, рассчитана исходя из физических свойств материала и скорости газового потока в печи.
Снижение температуры вельцевания при переработке цинковых кеков ниже 1100°C не увеличиваеи положительного эффекта.
Соотношение (СаО+MgO)/SiO2=2÷4 в гранулах позволяет максимально снизить образование жидких фаз в гранулах, увеличить скорость возгонки цинка. Снижение соотношения до менее 2 не позволяет полностью исключить расплавление. Увеличение добавки более 4 снижает часовую производительность печи по товарной вельц-окиси.
В качестве твердого углеродсодержащего материала, заменяющего кокс, можно использовать отходы угольной промышленности, например, антрацит с содержанием углерода менее 75%; отходы нефтеперерабатывающей промышленности - нефтекокс (сод. углерода - менее 75%); вторичную коксовую мелочь, получаемую при магнитной сепарации клинкера от вельцевания (сод. углерода 55-60%).
Пример 1.
Влияние добавки смеси кальций- и магнийсодержащих материалов
К цинковому кеку состава, %:
цинк - 20.2, свинец - 1.9, железо - 25.3, оксид кремния - 7.1 добавляли кальцийсодержащий материал - известняк (сод. CaO-56%) и магнийсодержащий материал - отход производства магнезита (сод. MgO-70%). Содержание оксида магния в смеси составляло 35% в количестве, обеспечивающем соотношение (СаО+MgO)/SiO2 равное 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 и 5.0; твердый углеродсодержащий материал (нефтекокс) крупностью (-1) мм в количестве 20% с весу кека; оборотные пыли от вельцевания цинковых кеков (фракция - 1 мм). Смесь окатывали на грануляторе-смесителе с получением гранул размером 3 мм.
Гранулы с добавкой 5% (от веса кека) углеродсодержащего материала крупностью 3 мм загружали в лабораторную вельц-печь и перерабатывали при температуре 1100° в течение 2-х часов. Общий расход углеродсодержащего материала составлял 25% от веса цинкового кека.
Для сравнения, проводили опыты по прототипу: без добавки смеси, содержащей кальций и магний, но с добавкой на стадию смешения и окатывания углеродсодержащего материала, не разделенного на фракции плюс и минус - 2 мм в количестве 25% и 40% к весу цинкового кека, а также оборотные пыли от вельцевания цинковых кеков.
Затем материал загружали в печь, где обрабатывали в аналогичных с предлагаемым способом условиях. Результаты опытов приведены в таблицы 1.
| Таблица 1 | |||||
| Наименование способа | Добавка смеси кальций- и магнийсодержащих материалов до соотношения (CaO+MgO)/SiO2 | Производительность печи, т/м3·сут1 | Состав клинкера, % | Состояние материала в печи | |
| цинк | углерод | ||||
| Предлагаемый (25% углеродсодержащего материала к весу цинкового кека) | 1 | 0,44 | 3,1 | 5,4 | Частичное расплавление |
| 2 | 0,89 | 0,8 | 3,9 | Сыпучий | |
| 3 | 0,96 | 0,6 | 3,5 | Сыпучий | |
| 4 | 0,96 | 0,4 | 3,1 | Сыпучий | |
| 5 | 0,92 | 1,3 | 2,9 | Сыпучий | |
| Известный (25% углеродсодержащего материала к весу цинкового кека) | 0 | 0,21 | 5,2 | 6,7 | Расплавляется |
| Известный (40% углеродсодержащего материала к весу цинкового кека) | 0 | 0,63 | 1,2 | 10,0 | Сыпучий |
| 1Производительность печи определяется в тоннах переработанного цинкового кека, отнесенных к 1 м3 рабочего объема печи в сутки. |
Как видно из таблицы 1, при добавке к цинковому кеку смеси кальций- и магнийсодержащих материалов производительность печи увеличивается с 0,21 т/м3 в сутки до 0,96 т/м3·сут. Содержание цинка в клинкере снижается до 0.4%, материал в печи не расплавляется, становится сыпучим, вельцуется. Снижение соотношения (CaO+MgO)/SiO2 менее 2 приводит к частичному расплавлению, снижению производительности и повышению содержания цинка в шлаке. Увеличение добавки более 4 не повышает положительный эффект, но при этом из-за необходимости расхода углеродсодержащего материала на нагрев кальций- и магнийсодержащего материала увеличивается содержание цинка в клинкере и падает производительность.
При проведении опыта по прототипу положительный эффект при расходе углеродсодержащего материала 25% к весу цинкового кека не достигается, показатели вельцевания улучшаются при повышении количества углеродсодержащего материала до 40% к весу цинкового кека и замене нефтекокса на металлургический (более дорогой) кокс.
Пример 2.
Влияние содержания оксида магния в смеси, состоящей из кальций- и магнийсодержащих материалов
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1) Содержание оксида магния в смеси составляло, %: 10; 20; 30; 50; 60.
| Таблица 2 | ||
| Содержание оксида магния в смеси кальций- и магнийсодержащих материалов | Производительность печи, т/м3·сут | Количество оборотного материала, % к загрузке гранул |
| 0 | 0,87 | 12 |
| 10 | 0,9 | 8 |
| 20 | 0,94 | 5 |
| 30 | 0,96 | 3 |
| 50 | 0,96 | 3 |
| 60 | 0,88 | 10 |
Из приведенных данных в таблице 2 видно, что при использовании только кальцийсодержащего материала увеличивается выход оборотного материала с 3-5% до 12% за счет разрушения в печи гранул. При этом снижается производительность. Аналогичное явление наблюдается и при увеличении содержания в смеси оксида магния более 50%. Оптимальный интервал содержания оксида магния в смеси кальций- и магнийсодержащих материалов - 20-50%.
Пример 3
Влияние подачи на окатывание твердого углеродсодержащего материала крупностью менее 2 мм.
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1).
На окатывание подавали углеродсодержащий материал крупностью 0,5 мм; 1 мм; 2 мм; 3 мм; 4 мм.
| Таблица 3 | |||
| Наименование способа | Размер углеродсодержащего материала, подаваемого на окатывание, мм | Производительность печи, т/м3·сут. | Содержание углерода в клинкере, % |
| Предлагаемый | 0,5 | 0,98 | 3,3 |
| 1 | 0,97 | 3,3 | |
| 2 | 0,96 | 3,5 | |
| Известный | 3 | 0,82 | 12 |
| 4 | 0,75 | 15 |
Из приведенных в таблице 3 данных видно, что увеличение крупности подаваемого на окатывание углеродсодержащего материала снижает производительность печи с (0,96-0,98) т/м3·сут до (0,75-0,82) т/м3·сут вследствие снижения скорости отгонки цинка. При этом снижается степень использования углерода в гранулах, а содержание углерода в клинкере увеличивается до 12-15%.
Пример 4
Влияние на вельцевание добавки - углеродсодержащего материала крупностью более 2 мм.
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1).
В печь на вельцевание дополнительно подавали твердый углеродсодержащий материал крупностью 2 мм, 3 мм, 4 мм.
| Таблица 4 | |||
| Наименование способа | Крупность подаваемого в печь углеродсодержащего материала, мм | Расход твердого углеродсодержащего материала (к весу кека, %) | Образование на стенках печи настылей |
| Предлагаемый | 2 мм | 25 | Не образуется |
| Известный | 3 мм | 40 | Образуется настыль толщиной 100 мм |
| 4 мм | 40 | Образуется настыль толщиной 170 мм |
Из приведенных в таблице 4 данных видно, что увеличение крупности подаваемого на вельцевание твердого углеродсодержащего материала с 2 мм до 3-4 мм снижает степень поглощения указанным материалом жидких фаз и, при этом, образуется в печи настыль.
Для поглощения жидких фаз необходимо увеличить расход твердого углеродсодержащего материала с 25% до 40% к весу кека.
Пример 5 Влияние температуры вельцевания.
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1). Процесс вельцевания вели при температурах 1000°C; 1100°C; 1200°C.
| Таблица 5 | |||
| Наименование способа | Температура вельц-процесса, °C | Расход твердого восстановителя, к весу кека, % | Производительность вельц-печи, т/м3·сут |
| Предлагаемый | 1000 | 25 | 0,9 |
| 1100 | 25 | 0,96 | |
| Известный | 1200 | 40 | 0,86 |
Увеличение температуры вельцевания увеличивает топливную составляющую углеродсодержащего материала, увеличивая его расход с 25% до 40% к весу кека. При этом имеет место снижение производительности печи с 0,96 до 0,86 т/м3·сут.
Снижение температуры вельцевания без снижения расхода твердого содержащего материала снижает производительность печи с 0,96 до 0,9 т/м3·сут.
Таким образом, проведенные опыты показала, что в предлагаемом способе добавка кальций и магнийсодержащего материала к цинковому кеку должна обеспечивать соотношение (CaO+Mgo)/SiO2=2÷4.
При содержании в смеси оксида магния 20-50% на стадию окатывания следует подавать углеродсодержащий материал крупностью менее 2 мм, в качестве добавки к полученным гранулам при вельцевании использовать углеродсодержащий материал крупностью более 2 мм. Процесс вельцевания скатанного материала вести при температуре 1100°С. Использование предлагаемого способа по сравнению с известным способом вельцевания цинковых кеков позволяет:
- повысить производительность печи с 0,63 до 0,96 т/м3·сут;
- снизить расход углеродсодержащего материала с 400 до 250 кг/т кека;
- использовать в качестве углеродсодержащего материала отходы угольной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности.
1. Способ вальцевания цинковых кеков, включающий смешение, окатывание цинковых кеков совместно с твердым углеродсодержащим материалом и вельцевание окатанного материала, отличающийся тем, что на стадию смешения подают смесь кальций- и магнийсодержащих материалов при содержании оксида магния в смеси 20-50% и соотношении в шихте (CaO+MgO)/SiO2=2÷4, окатывание смеси ведут совместно с твердым углеродсодержащим материалом крупностью менее 2 мм и вельцевание окатанного материала ведут с добавкой углеродсодержащего материала крупностью более 2 мм при температуре 1100°C.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют отходы угольной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности.
