PL100352B1 - Sposob topienia i rafinowania metalu oraz piec szybowy do topienia i rafinowania metalu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób topienia i rafinowania metalu, zwlaszcza miedzianych katod oraz piec szybowy do topienia i rafinowania metalu.

Najbardziej znanym i dotychczas stosowanym sposobem topienia i rafinowania metalu w piecu szybowym, jest sposób opublikowany w opisie patentowym USA nr 3199977. Sposób ten polega na jednoczesnym topieniu i redukowaniu tlenu ze stopionego metalu w atmosferze silnie redukcyjnej. Ilosc tlenu wprowadzona do procesu jest celowo niewystarczajaca do calkowitego spalania paliwa. W ten sposób stopiony metal jest zabezpieczony przed utlenieniem wewnatrz pieca. Krople stopionego metalu opadaja na pochyly trzon pieca i metal wolny od tlenu opuszcza piec otworem spustowym.

Znany jest równiez sposób topienia i rafinowania metali, zwlaszcza miedzi, w pionowym piecu, opublikowany w opisie patentowym USA nr 3715203. Topienie i rafinowanie odbywa sie w dwóch niezaleznych strefach pieca. Staly wsad miedziany jest ladowany i topiony w strefie topielnej, w atmosferze chemicznie neutralnej. Natomiast odtlenianie odbywa sie w strefie rafinacyjnej za pomoca zerdziowania lub przez redukcje olejem.

W polskim opisie patentowym nr 67312 podany jest sposób ciaglego topienia miedzi przy wykorzystaniu pieca pionowego opalanego jedno lub wielowarstwowym systemem palników zasilanych paliwem plynnym, W sposobie tym miedz topi sie w piecu pionowym z atmosfera neutralna lub rdukcyjna, a nastepnie roztopiona* miedz o zawartosci tlenu 0,15% wagowych kieruje sie poprzez komore redukcyjna do odstojnika raf inacyjnego, gdzie obniza sie zawartosc tlenu w miedzi do 0,02—0,08%.

Piece szybowe do topienia i rafinowania metalu, zwlaszcza miedzi katodowej opisane sa w uprzednio powolanych patentach USA. Piec szybowy wedlug opisu nr 3199977 ma ksztalt walca lub graniastoslupa o podstawie wielokata foremnego. W górnej czesci pieca zainstalowany jest odciag gazów odlotowych, ponizej - okno wsadowe. W dolnej czesci pieca umiejscowione sa zespól palników na paliwo uplynnione i otwór2 100 352 spustowy. Zespól palników Jest wykonywany w kilku poziomych rzedach, przy crym palniki sa usytuowane promieniowo na obwodzie pieca. Piec wedlug opisu nr 3715203 sklada sie z dwóch elementów traktowanych jako dwie strefy pieca. Strefa topielna ma postac pieca szybowego na paliwo gazowe lub ciekle, natomiast strefa rafinacyjna — wykonana jest w ksztalcie plomiennego pieca rafinacyjnego. Praktycznie sa to dwie jednostki piecowe wspólpracujace ze soba, piec szybowy topielny polaczony rynna z piecem plomiennym rafinacyjnym.

Wada rozwiazania wedlug patentu USA nr 3199977 jest koniecznosc stosowania wsadu metalicznego 0 duzej czystosci, gdyz metoda ta nie przewiduje utleniania siarki, 'zelaza, a jedynie stopienie zaladowanego wsadu. Natomiast wspólna wada dotychczasowych metod jest koniecznosc zapewnienia scisle okreslonej atmosfery w piecu topielnym. Wreszcie wada rozwiazan wedlug patentów: polskiego nr 67312 i amerykanskiego nr 3,715203 jest koniecznosc budowania dwóch pieców w miejsce jednego.

Po wielu próbach i badaniach okazalo sie, ze metal o niskiej zawartosci tlenu i pozbawiony praktycznie innych zanieczyszczen mozna osiagnac sposobem wedlug wynalazku w piecu szybowym o specjalnej konstrukcji.

Sposób ten polega na stopieniu kawalkowego wsadu za pomoca strumienia goracych gazów zawierajacych od 3 do 10% wolnego tlenu. Gorace spaliny uzyskuje sie przez pelne spalanie ulynnionego paliwa w strumieniu gazu zawierajacego tlen w ilosci powyzej 20% objetosciowych.

Topienie odbywa sie w oddzielnej strefie szybowej pieca. Stapiony metal, zwlaszcza miedz w haldach, utlenia sie; utleniaja sie równiez zanieczyszczenia. Uzyskana atmosfera w tej strefie piec umozliwia utlenienie metalu od 0,3 do 0,9% wagowych tlenu w stosunku do masy metalu. Stopiony i utleniony metal wplywa do szybu redukcyjnego w którym nastepuje odtlenienie metalu w atmosferze silnie redukcyjnej. Poniewaz temperatura stopionego metalu jest bliska temperatury topienia na przyklad dla miedzi 1083°C, zatem dla celów odlewniczych metal trzeba podgrzac do temperatury o kilka do kilkudziesieciu stopni Celsjusza wyzszej od wskazanej. Dokonuje sie tego albo w oddzielnym piecu odstojowym albo w szybie redukcyjnym. Wiadomo, iz szczególnie dobre wyniki osiaga sie przez redukowanie tlenu z miedzi weglem drzewnym, którym jest wypelniony szyb rdukcyjny. U dolu szybu doprowadzony jest gaz zawierajacy tlen, najkorzystniej powietrze wzbogacone w tlen. Wegiel spalajac sie wytwarza wystarczajaco duzo ciepla dla podniesienia temperatury stopionej miedzi lub innego metalu do temperatury potrzebnej dla celów odlewniczych. Wytworzony w nadmiarze gaz redukcyjny jest kierowany do szybu topielnego w którym jest spalany.

Caly proces odbywa sie w piecu szybowym, który posiada dwie lub wiecej stref. W przypadku dwustrefowego pieca, strefa topielna ma ksztalt szybu, wymurowanego cegla ognioodporna. Szyb ten jest wyposazony w odciag gazu, otwór wsadowy i zespól palników na paliwo gazowe, ciekle lub inne uplynnione.

Dól szybu topielnego laczy sie z górna czescia szybu redukcyjnego tak, ze stopiony metal bezposrednio wplywa z szybu do szybu. Korzystnie jest na tej drodze usytuowac plaski zbiornik posredni tak, zeby stopiony metal wplywal do zbiornika, a nastepnie do szybu redukcyjnego, przelewajac sie przez krawedzie zbiornika. Zbiornik jest usytuowany w górnej czesci szybu redukcyjnego. Szyb redukcyjny w górnej czesci ma równiez zabudowane urzadzenie podajace reduktor do wnetrza szybu redukcyjnego w dolnej natomiast urzadzenie grzewcze i otwór spustowy dla koncowego produktu.

Jako reduktor korzystnie jest stosowac wegiel drzewny, podawany ze zbiornika do wnetrza szybu pod dzialaniem sily cisnienia. Dodatkowe ogrzewanie metalu mozna zrealizowac w tym przypadku przez dostarczenie tlenu do wnetrza szybu redukcyjnego. Powoduje to czesciowe spalanie sie wegla drzewnego i wydzielanie wystarczajacej ilosci ciepla dla podgrzania cieklego metalu. Piec szybowy moze byc zbudowany z trzech i wiecej# stref, które sa zwlaszcza w ksztalcie szybów usytuowanych schodkowo, jedna powyzej nastepnej.

Przyklad zastosowania wynalazku jest ponizej dokladnie objasniony i przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pionowy przekrój przez piec szybowy o dwóch szybach, fig. 2 — schemat pieca z trzema szybami, fig. 3 — schemat pieca z trzema szybami i piecem odstojowym.

Przedstawiony na fig. 1 piec szybowy jest obudowany jako dwuszybowy o wydajnosci 35 ton na godzine, z przeznaczeniem do topienia i rafinowania zasiarczonych katod miedzianych. Piec sklada sie z topielnego szybu 1 i z redukcyjnego szybu 2. Wyposazenie topielnego szybu 1 stanowia: odciag 4 gazów odlotowych z przepustnica 23, zaladowczy otwór 5 z zasuwa 15 oraz grzewcza instalacja 6, wykonana jako zestaw szesciu palników usytuowanych promieniowo na obwodzie szybu na jednym poziomie. Trzon 16 szybu 1 jest nachylony w kierunku redukcyjnego szybu 2. Szyby polaczone sa krótkim kanalem 10 i plaskim zbiornikiem 11 w ksztalcie pólkola.

Redukcyjny szyb 2 jest wyposazony w instalacje 7 uzupelniajaca reduktorem redukcyjny szyb 2, dysze 12 podajaca tlen do wnetrza szybu orazspustowy otwór 8 z rynna 17 i grzewczym palnikiem 18. Instalacja 7 sklada sie z pojemnika 13 i podwójnego zamkniecia 14 - sluzy. Ponadto w redukcyjnym szybie 2 jest wykonany otwór 19 zamkniety wymurowana pokrywa 20. Otwór ten sluzy do oczyszczania kanalu 10, z narostów zakrzeplej100 352 3 miedzi. Oba szyby zostaly wykonane jako walcowe zbiorniki z cegly ognioodpornej obudowane stalowym plaszczem. Zaladunek katod 21 miedzianych odbywa sie za pomoca wózków 22 widlowych okresowo, w miare potrzeby.

Przeprowadzono równiez próby z piecem szybowym (fig. 3) w którego sklad wchodzily dodatkowo szyb 3 koncowego odtlenienia metalu oraz odstojowy piec 9. W piecu tym podgrzewano plynny metal do temperatury wymaganej dla celów odlewniczych. Najkorzystniejszym jednak okazal sie piec dwuszybowy z podgrzewaniem plynnego metalu przez czesciowe spalanie reduktora. Do topienia katod uzywano goracych spalin, które powstaly z calkowitego spalania gazu ziemnego o wartosci opalowej 6000 Kcal/Nm3 w podgrzanym powietrzu do temperatury okolo 400°C. Redukcje tlenu z miedzi przeprowadzono przez przeplyw metalu przez 1,5 metrowa warstwe wegla drzewnego. Tak topienie, jak podgrzewanie i odtlenianie miedzi odbywa sie w piecu w sposób ciagly. Temperatura stopionej miedzi w szybie topielnym niewiele przekracza 1083 C. Stopiona miedz przeplywa kanalem do zbiornika i po jego wypelnieniu spada w dól szybu redukcyjnego na warstwy Wegla drzewnego. W posrednim plaskim zbiorniku 11 i w redukcyjnym szybie 2 miedz podgrzewa sie do temperatury zaleznej od ilosci wyzwolonego ciepla ze spalania wegla drzewnego. W przykladzie wykonania dostarczono 8 kg tlenu na godzine, co spowodowalo podgrzanie miedzi do temperatury 1114°C. Jest to temperatura wystarczajaca do odlewania wirebarsów. Topiona miedz katodowa byla utleniana w szybie topielnym do 0,62% wagowych tlenu natomiast tlen we wlewkach wynosil 0,025% wagowych.

Sposób i piec wedlug wynalazku pozwalaja efektywnie uzyskiwac miedz i inne metale odtlenione do zadanej wartosci.

Claims (10)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób ciaglego topienia i rafinowania metalu w piecu szybowym, zwlaszcza miedzi katodowej, polegajacy na topieniu slupa wsadu w goracym strumieniu spalin o atmosferze utleniajacej oraz na rafinowaniu metalu w atmosferze redukcyjnej, inamienny tym, ze utlenianie metalu podczas topienia w atmosferze silnie utleniajacej prowadzi sie do czasu uzyskania od 0,3 do 0,9% wagowych tlenu w stopionym metalu, natomiast odtlenianie metalu w atmosferze silnie redukcyjnej prowadzi sie z jednoczesnym podgrzewaniem metalu do temperatury od kilku do 80°C przekraczajacej temperature topienia metalu.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, ze atmosfere utleniajaca stanowia produkty spalania uplynnionego paliwa w gazie zawierajacym co najmniej 20% objetosciowych tlenu, przy czym zawartosc wolnego tlenu w spalinach utrzymuje sie w ilosci od 3 do 10% objetosciowych.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze odtlenianie metalu przeprowadza sie przez mechaniczne rozbicie strugi metalu i przeprowadzenie jej przez przestrzen wypelniona reduktorem, do której doprowadza sie gaz zawierajacy od 20 do 100% objetosciowych tlenu.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze odtlenianie metalu prowadzi sie w dwóch etapach, przy czym odtlenianie wstepne i koncowe wykonuje sie w dwóch oddzielnych strefach pieca.

5. Piec szybowy do topienia i rafinowania metalu w sposób ciagly, wyposazony w wymurowany szyb zakonczony pochylym trzonem, odciag gazów odlotowych otwór zaladowczy, instalacje grzewcza w postaci zestawu palników oraz otwór spustowy, znamienny tym, ze ma bezposrednio ze soba polaczone co najmniej dwa szyby — szyb (1) topieIny i szyby (2, 3) redukcyjne, polaczone ze soba w sposób trwaly i usytuowane wzgledem siebie w plaszczyznie pionowej jeden ponizej drugiego w ukladzie schodkowym, przy czym szyb (1) topielny zaopatrzony jest w odciag (4) gazów, otwór zaladowczy (5) i instalacje grzewcza (6), natomiast szyb (2) redukcyjny w instalacje (7) uzupelnienie reduktora i otwór (8) spustowy koncowego produktu.

6. Piec szybowy wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze szyb (1) topielny jest polaczony z szybem (2) redukcyjnym w sposób trwaly za pomoca kanalu (10) zakonczonego plaskim zbiornikiem (11), umiejscowionym w górnej czesci szybu (2) redukcyjnego.

7. Piec szybowy wedlug zastrz. 5, z n a m i e n n y tym, ze szyb (2) redukcyjny ma zabudowana co najmniej jedna dysze (12), przez która podawany jest gaz zawierajacy tlen.

8. Piec szybowy wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze instalacje (7) uzupelniajaca reduktor w szybie (2) redukcyjnym stanowi pojemnik (13) zamocowany w górnej czesci szybu (2) redukcyjnego za pomoca sluzy (14). ¦ — ............. ,. . . _.._

9. , Piec szybowy do topienia i rafinowania metalu w sposób ciagly, wyposazony w wymurowany szyb zakonczony pochylym trzonem, odciag gazów odlotowych, otwór zaladowczy, instalacje grzewcza w postaci zestawu palników oraz otwór spustowy, znamienny tym, ze ma dwa szyby — szyb (1) topielny i szyb (2) redukcyjny polaczone ze soba w sposób trwaly poprzez znany piec (9) odstojowy i usytuowane wzgledem siebie w plaszczyznie pionowej jeden ponizej drugiego w ukladzie schodkowym, przy czym szyb (1) topielny zaopatrzony jest w odciag (4) gazów, otwór (5) zaladowczy i instalacje (6) grzewcza, .natomiast szyb (2) redukcyjny w instalacje (7) uzupelnienia reduktora i otwór (8) spustowy koncowego produk¬ tu.4 100 352

10. Piec szybowy do topienia i rafinowania metalu w sposób ciagly, wyposazony w wymurowany szyb zakonczony pochylym trzonem, odciag gazów odlotowych, otwór zaladowczy, instalacje grzewcza w postaci zestawu palników oraz otwór spustowy, znamienny t y m, ze ma polaczone ze soba w sposób trwaly i usytuowane wzgledem siebie w plaszczyznie pionowej jeden ponizej drugiego w ukladzie schodkowym trzy szyby - szyb (1) topielny, szyb (2) wstepnej redukqi metalu oraz szyb (3) koncowej redukcji metalu, które to szyby (2 i 3) redukcyjne sa ze soba polaczone poprzez znany piec (9) odstojowy, przy czym szyb (1) topielny zaopatrzony jest w odciag (4) gazów, otwór (5) zaladowczy i instalacje (6) grzewcza, szyby (2, 3) redukcyjne wyposazone sa w instalacje (7) uzupelnienia reduktora, natomiast szyb (3) koncowej redukcji metalu w otwór (8) spustowy koncowego produktu. fig.f Prac, Poligraf. UP PRL naklad 120-H8 Cena 45 zl