FI109936B - Sulatusuunin pohjarakenne - Google Patents

Description

! 109936

SULATUSUUNIN POHJARAKENNE

Tämä keksintö kohdistuu suspensiosulatusuunin pohjarakenteeseen, jolla estetään olennaisen alhaisissa lämpötiloissa sulavien ja metallia sisältävien 5 yhdisteiden haitallinen pääsy pohjarakenteen eri kerroksiin.

Suspensiosulatussuuni koostuu tavallisesti reaktiokuilusta, alauunista sekä nousukuilusta. Sulatettava metalli syötetään suspensiosulatusuunin reaktiokuiluun edullisesti sulfidisena metallirikasteena yhdessä happea 10 sisältävän reaktiokaasun, uunin poistokaasujen puhdistuksesta saatavan ja kierrätettävän lentopölyn ja kuonaa muodostavan aineen kanssa. Reaktiokuilun reaktioiden seurauksena muodostuu ainakin kahta sulaa faasia, kuonaa ja metallikiveä, jotka laskeutuvat suspensiosulatusuunin alauuniin. Tällöin metallin ollessa esimerkiksi kuparia kuonan lämpötila on välillä 1200 - 1450 °C ja kiven 15 lämpötila välillä 1150 - 1300 °C. Korkeassa lämpötilassa olevat sulafaasit poistetaan sulana alauunin seinämiin tehtyjen aukkojen kautta. Lisäksi reaktiokuilun reaktioiden seurauksena syntyy poistokaasuja, jotka johdetaan ·. suspensiosulatusuunin nousukuiluun ja edelleen kaasujen puhdistukseen.

• · • t * • · · ·.·. 20 Valmistettaessa suspensiosulatusuunissa metallirikasteesta esimerkiksi kuparikiveä, jossa kuparin osuus on välillä 60 - 78 %, on mahdollista, että osa kuparista muodostaa ajoittain metallikiveä, jossa metallisen kuparin aktiivisuus • ♦ ♦ on lähellä arvoa 1. Tämän seurauksena saattaa alkaa muodostua kivestä • · · erkautuvaa metallista faasia. Erityisen altista metallifaasin muodostuminen on, 25 mikäli metallikivessä on kuparin lisäksi runsaasti ns. speisen muodostajia, kuten arseenia, antimonia, vismuttia ja lyijyä. Tällöin toimittaessa lähellä metallisen kuparin aktiivisuuden arvoa 1 saattaa metallikivestä erkautua metallista faasia jo, ennen kuin varsinaista metallista kuparia muodostuu. Tämän metallisen speisen sulamispiste on alhaisimmillaan vain noin 800 °C, ’···'. 30 joka on huomattavasti alhaisempi kuin metallisen kuparin sulamispiste 1083 °C.

Kiveä suuremman ominaispainon vuoksi tämä speise laskeutuu sulatusuunin pohjalle pohjamuurauksen ja kivifaasin väliin. Lisäksi tällä metallisella speisella 2 109936 on alhainen viskositeetti, jolloin metallisella speisella on mahdollisuus suspensiosulatusuunin pohjan tulenkestävään materiaaliin tunkeutuessaan edetä pohjarakenteen lämpötilajakautuman mukaisesti huomattavasti syvemmälle kuin esimerkiksi metallisella kuparilla. On myös huomattava, että 5 erityisesti tunkeutuessaan sulatusuunin vuoraustiilten huokosiin, speise vähentää tiilten eristyskykyä ja näin huonontaa vuorauksen lämpötilaprofiilia metallisen materiaalin tunkeutuvuuden suhteen. Tämä aiheuttaa vaaran suspensiosulatusuunin pohjan heikentymisestä, koska syntynyt metallinen speise tunkeutuu päällimmäisen muurauskerroksen ja jopa useamman 10 vuorauskerroksen läpi sekä vuoraustiilien liitossaumojen läpi että jopa suotautuu keraamiseen muurausmateriaaliin.

Mikäli metallinen speise pääsee tunkeutumaan suspensiosulatusuunin pohjarakenteen eri kerroksiin, metallisen speisen tiilikerrokseen tai tiilikerroksiin 15 kohdistama noste on Arkhimedeen lain mukainen ja muuraukseen kohdistuu sulan ja muurausmateriaalin suuresta tiheyserosta johtuva olennaisen suuri voima, joka pyrkii nostamaan koko yläpuolellaan olevan muurausrakenteen irti ·. paikoiltaan. Tavallisesti nosteeseen varaudutaan holvaamalla uunin pohja ]·. : loivan U:n muotoiseksi siten, että pohjalla on yhteen suuntaan tietty 20 kaarevuussäde. Tämä muoto taas aiheuttaa sen, että laskettaessa tuotteena • « « ....: tuleva kivi uunista erityisesti sivuseinillä olevien laskuaukkojen kautta pois ;·**; suspensiosulatusuunista jää uunin pohjalle pysyvä kerros, jonka vaihtuvuus on vähäistä. Erityisesti metallisen speisen muodostuessa suspensiosulatusuunin pohjarakenne joutuu pitkäaikaiseen kosketukseen metallisen speisen kanssa, :' ·. i 25 jolla on tällöin aikaa tunkeutua vuoraukseen.

Esilläolevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia * haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi suspensiosulatusuunin pohjarakenne, joka edullisesti estää mahdollisen sulan metallisen speisen ]···. 30 tunkeutumisen pohjarakenteen eri kerroksiin. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

3 109936

Keksinnön mukaista suspensiosulatusuunin pohjarakennetta käytetään suspensiosulatusuunissa, jossa sulatetaan metallia, kuten kuparia, nikkeliä tai lyijyä sisältävää sulfidista raaka-ainetta kyseisen metallin saattamiseksi jatkokäsittelyä varten edulliseen muotoon. Suspensiosulatusuunin reaktiotilassa 5 muodostuneet sulana olevat kivifaasi, kuonafaasi ja mahdollinen raakametallifaasi johdetaan suspensiosulatusuunin pohjalle eri sulafaasien erottamiseksi toisistaan. Keksinnön mukainen suspensiosulatusuunin pohjarakenne koostuu ainakin yhdestä holvimaisesta vuorauskerroksesta, joka on kallistettu suspensiosulatusuunin pitkittäissuunnassa siten, että sulafaasit 10 ovat johdettavissa kohti sulafaasien poistoaukkoja. Keksinnön mukaisen pohjarakenteen muodostava ainakin yksi holvimainen ja sulatusuunin pitkittäissuunnassa kaltevaan asentoon muodostettu vuorauskerros on poltettua tiiltä olevaa materiaalia, jonka lämmönjohtavuus on yli 2 W/mK ja materiaalin huokoisuus alle 20%, jotta vuorauskerroksen sulafaasin kanssa 15 kosketuksissa olevan pinnan vastaisella pinnalla lämpötila on alle 800 °C sulatusprosessissa mahdollisesti syntyvän ja alhaisen sulamispisteen omaavan metallisen faasin, speisen, tunkeutumisen estämiseksi vuorauskerroksen läpi. Holvimainen vuorauskerros on edelleen tuettu olennaisesti vastaavalla tavalla : holvimaiseksi muodostetulla teräsrakenteella. Holvimaisen vuorauskerroksen ja ·.·. 20 teräsrakenteen väliin on mahdollista muodostaa ainakin yksi lisävuorauskerros, • joka alentaa teräsrakenteeseen kohdistuvia lämpövaikutuksia.

Keksinnön mukaisessa suspensiosulatusuunin pohjarakenteessa on alimmaksi muodostuvan sulafaasin poistoaukko muodostettu holvimaisen ja sulafaasin 25 kanssa kosketuksissa olevan vuorauskerroksen tasolle niin, että sulafaasin *ftt: poistoaukko on olennaisesti holvimaisen pohjarakenteen alimmalla kohdalla.

Suspensiosulatusuunissa olevan sulafaasin kanssa kosketuksissa oleva t holvimainen vuorauskerros on muodostettu sellaiseksi, että holvimaisen vuorauskerroksen sulafaasin kanssa kosketuksissa olevan pinnan vastaisella .···. 30 pinnalla lämpötila on alle 800 °C. Näin estetään sulatusprosessissa mahdollisesti syntyvän ja alhaisen sulamispisteen omaavan metallisen faasin, speisen, tunkeutuminen vuorauskerroksen läpi.

4 109936

Keksinnön mukaisessa suspensiosulatusuunin pohjarakenteessa sulafaasin kanssa kosketuksissa oleva holvimainen vuorauskerros on muodostettu poltettua tiiltä olevasta materiaalista, kuten magnesiumoksidipitoisesta tiilestä.

5 Holvimaisen vuorauskerroksen materiaalin lämmönjohtavuus on edullisesti yli 2 W/mK ja materiaalin huokoisuus on edullisesti alle 20%. Pohjarakenteen kanssa kosketuksissa olevan sulafaasin lämpötilasta riippuen vuorauskerroksen paksuus on välillä 250 - 700 millimetriä, edullisesti 350 - 600 millimetriä. Näin pohjarakenteen vuorauskerroksen sulafaasin kanssa 10 kosketuksissa olevan pinnan vastaisen pinnan lämpötila saadaan pysymään halutussa lämpötilassa alle 800 °C. Pohjarakenteen sulafaasin kanssa kosketuksissa oleva holvimainen vuorauskerros on lisäksi muodostettu kaltevaan asentoon vaakatasoon nähden niin, että kaltevuus on suspensiosulatusuunissa olevan sulafaasin viskositeetistä riippuen välillä 0,1 -15 4 %, edullisesti 0,2 - 2 %.

Keksinnön mukaisessa suspensiosulatusuunin pohjarakenteessa sekä uunin pohjalla olevan sulafaasin kanssa kosketuksissa oleva vuorauskerros, . mahdollinen lisävuorauskerros tai mahdolliset lisävuorauskerrokset, että ! 20 pohjarakennetta tukeva teräsrakenne muodostetaan holvimaisiksi. Lisäksi eri kerrokset on muodostettu siten, että kukin kerros erikseen on olennaisesti .···. tasapaksuinen koko suspensiosulatusuunin leveydeltä. Tällöin lämpötilan .···. vaikutus jakautuu olennaisen tasaisesti koko kyseiseen kerrokseen. Edelleen lämpötilan vaikutusta pohjarakenteen tukemiseen käytettyyn ja samalla 25 pohjarakenteen ulkoseinämänä toimivaan teräsrakenteeseen voidaan • · ·”*: edullisesti vähentää johtamalla jäähdytyskaasua, kuten ilmaa, suspensiosulatusuunin ulkopuolelta teräsrakenteeseen muodostettuihin .···. jäähdytyskanaviin.

30 Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 5 109936 kuvio 1 esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa leikattuna sivukuvantona, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista sovellutusmuotoa suunnasta A-A katsottuna, kuvio 3 esittää kuparin ja arseenin välistä tasapainopiirrosta.

5

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa suspensiosulatusuunin 1 reaktiokuilun 2 yläosaan syötetään kuparia sisältävää sulfidista rikastetta, happipitoista kaasua, kuonaa muodostavaa ainetta ja suspensiosulatusuunin poistokaasuista erotettua lentopölyä, jotka reagoivat reaktiokuilussa 1 keskenään. Reaktioissa syntyneet 10 sulafaasit, kivifaasi 5, kuonafaasi 6 ja mahdollinen speise, laskeutuvat suspensiosulatusuunin alauuniin 3 erottuakseen toisistaan. Reaktioissa syntyneet poistokaasut sen sijaan johdetaan alauunin 3 kautta suspensiosulatusuunin nousukuiluun 4 ja edelleen kaasujen puhdistukseen.

15 Mikäli kuparia sisältävässä sulfidisessa rikasteessa on mukana arseenia, reaktiokuilun 2 reaktioiden tuloksena saattaa syntyä speisea, joka koostumukseltaan vastaa olennaisesti yhdistettä CU3AS, jonka sulamispiste on noin 830 °C kuvion 3 tasapainopiirroksen mukaisesti. Speisea voi myös syntyä .·. : erkautumalla alauunissa 3 kivifaasista.

v! 20 • « ·

Alhaisen sulamispisteen omaavan speisen vaikutusten eliminoimiseksi suspensiosulatusuunin alauunin 3 pohjaan on muodostettu holvimainen magnesiumoksidipitoisesta tiilimateriaalista muodostettu vuorauskerros 7.

• « »

Vuorauskerroksen 7 tiilien huokoisuus on alle 20% ja lämmönjohtavuus yli 2 :‘\i 25 W/mK sekä paksuus 450 mm, jolloin vuorauskerroksen 7 ·***: lämpötilajakautumaksi saadaan, että vuorauskerroksen 7 lämpötila sulaa kivifaasia koskettavan pinnan vastaisella pinnalla 8 on alle 800 °C. Näin estetään mahdollisesti syntyvän ja alhaisessa lämpötilassa sulavan speisen tunkeutuminen läpi vuorauskerroksen 7. Vuorauskerros 7 on lisäksi kallistettu .···. 30 sulafaasien virtaussuunnan 9 mukaisesti 2 % vaakatasoon nähden. Alauunin 3 seinämään vuorauskerroksen 7 alempana olevaan päähän, olennaisesti holvimaisen rakenteen alimpaan kohtaan on muodostettu kivifaasin 5 e 109936 laskuaukko 10. Alauunin 3 seinämään kivifaasin 5 laskuaukon 10 yläpuolelle on lisäksi muodostettu kuonafaasin 6 laskuaukko 11. Vuorauskerroksen 7 kallistuksella ja kivifaasin 5 laskuaukon 10 asemalla vähennetään edelleen mahdollisen speisen tunkeutumista vuoraukseen.

5

Vuorauskerroksen 7 alapuolelle alauuniin 3 on lisäksi muodostettu holvimainen lisävuorauskerros 12, jonka yläpinta vastaa muodoltaan vuorauskerroksen 7 alapintaa, vuorauskerroksen 7 sulaa kivifaasia koskettavan pinnan vastaista pintaa 8. Lisävuorauskerros 12 on lisäksi olennaisesti tasapaksuinen koko 10 alauunissa 3. Vuorauskerros 7 ja lisävuorauskerros 12 on tuettu myös holvimaisella teräsrakenteella 13, johon on muodostettu virtauskanavia 14 jäähdytyskaasuna käytetyn ilman mahdolliseksi syöttämiseksi teräsrakenteen 13 sisäosiin. Teräsrakenne 13 on lisäksi valmistettu ainakin virtauskanavia 14 sisältävältä osaltaan olennaisesti tasapaksuiseksi koko suspensiosulatusuunin 15 alueelta.

* « · 1

I I

Claims (7)

7 109936

1. Suspensiosulatusuunin pohjarakenne käytettäväksi sulatusuunissa (1), jonka reaktiotiIässä (2) metallia, kuten kupari, nikkeli tai lyijy, sisältävää sulfidista 5 raaka-ainetta sulatetaan happipitoisen kaasun ja kuonaa muodostavan aineen läsnäollessa metallin saattamiseksi jatkokäsittelyä varten edulliseen muotoon ja jossa syntyneet sulafaasit (5,6) laskeutuvat sulatusuunin pohjalle (3) sulafaasien erottamiseksi toisistaan sulafaasien lämpötilan ollessa välillä 1150 -1450 °C, jossa pohjarakenteessa on ainakin yksi holvimainen ja sulatusuunin 10 pitkittäissuunnassa kaltevaan asentoon muodostettu vuorauskerros, tunnettu siitä, että pohjarakenteen muodostava ainakin yksi holvimainen ja sulatusuunin pitkittäissuunnassa kaltevaan asentoon muodostettu vuorauskerros (7) on poltettua tiiltä olevaa materiaalia, jonka lämmönjohtavuus on yli 2 W/mK ja materiaalin huokoisuus alle 20%, jotta vuorauskerroksen sulafaasin kanssa 15 kosketuksissa olevan pinnan vastaisella pinnalla (8) lämpötila on alle 800 °C sulatusprosessissa mahdollisesti syntyvän ja alhaisen sulamispisteen omaavan metallisen faasin, speisen, tunkeutumisen estämiseksi vuorauskerroksen läpi.

• · · . 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pohjarakenne, tunnettu siitä, että • · · 20 sulafaasin kanssa kosketuksissa olevan vuorauskerroksen kaltevuus (7) on 0,1 · · -4%. .1··. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen pohjarakenne, tunnettu siitä, että sulafaasin kanssa kosketuksissa olevan vuorauskerroksen kaltevuus (7) on 0,2 ·:··: 25 -2%. ! • · •

3. Bottenkonstruktion enligt patentkrav 2, kännetecknad av att det i kontakt med smältfasen stäende infodringsskiktet (7) har en lutning av 0,2 - 2 %.

4. Bottenkonstruktion enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknad av att ätminstone ett ytterligare fodringsskikt (12) bildats mellan det i kontakt med smältfasen stäende infodringsskiktet (7) och en stälkonstruktion (13) som stöder infodringsskiktet.

4. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen pohjarakenne, tunnettu .···. siitä, että sulafaasin kanssa kosketuksissa olevan vuorauskerroksen (7) ja vuorauskerrosta tukevan teräsrakenteen (13) väliin on muodostettu ainakin yksi 30 lisävuorauskerros (12). 8 109936

5. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen pohjarakenne, tunnettu siitä, että sulafaasin kanssa kosketuksissa olevan vuorauskerros (7), vuorauskerrosta tukeva teräsrakenne (13) ja lisävuorauskerros (12) ovat muodoltaan holvimaisia. 5

6. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen pohjarakenne, tunnettu siitä, että sulafaasin kanssa kosketuksissa olevan vuorauskerros (7), vuorauskerrosta tukeva teräsrakenne (13) ja lisävuorauskerros (12) kukin kerros erikseen on olennaisesti tasapaksuinen koko suspensiosulatusuunin 10 alueelta.

7. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen pohjarakenne, tunnettu siitä, että pohjarakennetta tukeva teräsrakenne (13) on varustettu jäähdytyskanavilla (14). 15 ^ 1. En suspensionssmältugns bottenkonstruktion avsedd att användas i en • * . smältugn (1), i vars reaktionsrum (2) ett sulfidiskt raämne innehällade metall, • ·« \\ 20 sasom koppar, nickel eller bly, smälts i närvaro av syrehaltig gas och slaggbildare för att bringa metallen i fördelaktig form för förbehandling och i .*··. vilken de bildade smältfaserna (5,6) sjunker tili smältugnens botten (3) för separering av smältfaserna frän varandra när deras temperatur ligger mellan 1150 och 1450°C, vilken bottenkonstruktion uppvisar ätminstone en välvt 25 infodringsskikt anordnat i lutande läge i smältugnens längdriktning, kännetecknad av att den välvda och i smältugnens längdriktning i lutande läge :·. anordnade infodringsskiktet (7) som bildar bottenkonstruktionen och som det . finns ätminstone ett är av ett material bestäende av bränt tegel med en värmeledningsförmäga överstigande 2 W/mK och materialets porositet under ‘ _ 30 20 %, för att temperaturen pa den motsatta ytan av infodringsskiktet i förhallande tili den i kontakt med smältfasen stäende ytan ligger under 800 °C för att hindra en metallisk fas, speise, som eventuellt bildas i 9 109936 smältningsprocessen och som har lag smältpunkt, frän att tränga genom infod-ringsskiktet. 2. 2. Bottenkonstruktion enligt patentkrav 1, kännetecknad av att det i kontakt 5 med smältfasen stäende infodringsskiktet (7) har en lutning av 0,1 - 4 .

5. Bottenkonstruktion enligt nägot av de föregaende patentkraven, kännetecknad av att det i kontakt med smältfasen stäende infodringsskiktet (7), stälkonstruktionen (13) som stöder infodringsskiktet och det ytterligare fodringsskiktet (12) har välvd form. • · » «· ·.·' 20

6. Bottenkonstruktion enligt nägot av de föregäende patentkraven, * * « kännetecknad av att det i kontakt med smältfasen stäende infodringsskiktet • · ,···, (7), stälkonstruktionen (13) som stöder infodringsskiktet och det ytterligare fodringsskiktet (12) varje skikt för sig är väsentligen jämntjockt inom suspensionssmältugnens hela omräde. 25 • I

·"*: 7. Bottenkonstruktion enligt nägot av de föregaende patentkraven, »* · kännetecknad av att stälkonstruktionen (13) som stöder infodringsskiktet är • * * försedd med kylkanaler (14). »· · • < • « 1 ·