PL193050B1 - Sposób redukowania zawartości metalu nieżelaznego w żużlu wytwarzanym w procesie produkcji metali nieżelaznych prowadzonym w zawiesinowym piecu do wytapiania - Google Patents

Abstract

1. Sposób redukowania zawartosci metalu niezelaznego w zuzlu wytwarzanym w procesie produkcji metali niezelaznych, prowadzonym w zawiesinowym piecu do wytapiania przez podawanie do pieca koksu metalurgicznego dodatkowo do koncentratu, gazu zawierajacego tlen oraz topnika w celu redukcji zuzla, przy czym koks ladowany do pieca jest koksem metalurgicznym o granulacji w zakresie od 1 mm do 25 mm, znamienny tym, ze zapobiega sie splywaniu niewielkich drobin zawierajacych metal niezelazny na tyl pieca i opuszczaniu przez nie pieca razem z zuzlem poprzez umieszczenie w piecu przegród biegnacych od sklepienia pieca do dolu pieca. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób redukowania zawartości metalu nieżelaznego w żużlu wytwarzanym w procesie produkcji metali nieżelaznych prowadzonym w zawiesinowym piecu do wytapiania. Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu, przy pomocy którego zawartość metalu nieżelaznego w żużlu wytwarzanym w procesie produkcji metali nieżelaznych występującym w zawiesinowym piecu do wytapiania, takiego metalu jak miedź lub nikiel, jest redukowana przez podawanie do pieca koksu metalurgicznego o granulacji w zakresie od 1 mm do 25 mm. Zalecane jest umieszczanie przegród odchodzących od sklepienia pieca w dół, które zapobiegają spływaniu na tył pieca niewielkich drobin zawierających miedź lub nikiel oraz opuszczaniu przez nie pieca razem z żużlem. Przegrody zmuszają niewielkie drobiny do osadzania się w strefie redukcji pieca.

Uprzednio wiadomo było, że w zawiesinowych piecach do wytapiania, takich jak piece łukowe, może być wytwarzany żużel o niskiej zawartości miedzi, wtedy gdy jest stosowany do redukcji żużla i drobin tlenków miedzi rozpuszczonych w nim, a zwłaszcza rozpuszczonego w żużlu magnetytu podwyższającego lepkość żużla co spowalnia oddzielanie się od żużla zawartych w żużlu roztopionych drobin kamienia hutniczego (półwyrobu hutniczego) przy osadzaniu się, zestalony koks lub jakaś inna substancja nawęglająca.

W opisie patentu US 5,662,370 jest przedstawiony sposób, którego istotą jest to, że zawartość węgla w materiale nawęglającym, przeznaczonym do podawania go do szybu reakcyjnego, wynosi przynajmniej 80%, przy czym przynajmniej 65% drobin tego materiału ma wymiar poniżej 100 mm, a z tego przynajmniej 25% pomiędzy 44 mm i 100 mm. Granulacja jest precyzyjnie określona, ponieważ według wymienionego opisu patentowego redukcja magnetytu niewypalonym koksem następuje pod działaniem dwóch mechanizmów, zaś rozmiar drobin ma decydujące znaczenie w odniesieniu do wymienionych mechanizmów działania. Jeżeli grubo sproszkowany koks ma granulację w przybliżeniu około 100 mm lub większą, rozmiar częściowo niewypalonych drobin jest również większy, i z tego powodu pływający koks pozostaje na powierzchni żużla a reakcje zachodzą wolno. Kiedy rozmiar drobin jest zredukowany, sproszkowany koks wchodzi do żużla i wtedy w bezpośrednim kontakcie magnetyt podlega redukcji, co przyspiesza szybkość zachodzenia reakcji.

W japońskim zgłoszeniu patentowym JP 58-221241 jest opisany sposób, w którym miał koksowy albo miał koksowy razem ze sproszkowanym węglem jest podawany do szybu reakcyjnego łukowego pieca do wytapiania przez palnik koncentratu. Koks jest tak podawany do pieca, że całkowita powierzchnia roztopionego materiału w dole pieca jest równomiernie pokryta niewypalonym proszkiem koksowym. Według tego zgłoszenia patentowego stopień redukcji magnetytu obniża się kiedy rozmiar ziaren jest bardzo drobny, tak że jest zalecane stosowanie rozmiarów ziaren w przedziale od 44 mm do 1 mm. Warstwa żużla pokryta niewypalonym koksem, który utrzymuje się na roztopionej kąpieli żużlowej poważnie obniża cząstkowe ciśnienie tlenu. Wynikająca z istnienia warstwy koksu wysoko redukująca atmosfera powoduje, na przykład, uszkodzenia wykładziny pieca.

W opisie japońskiego patentu JP 90-24898 jest przedstawiony sposób, w którym rozdrobniony koks albo węgiel, o granulacji poniżej 40 mm, jest podawany do łukowego pieca do wytapiania w miejsce oleju używanego jako dodatkowe paliwo i on utrzymuje wymaganą temperaturę w piecu.

Japońskie zgłoszenie patentowe numer JP 9-316562 stosuje metodę zawartą we wspominanym opisie patentu US 5,662,370. Różnica w stosunku do sposobu według tego opisu patentu USA jest taka, że materiał nawęglający jest podawany do dolnej części szybu reakcyjnego łukowego pieca do wytapiania by uchronić od spalania się wymieniony materiał nawęglający, zanim osiągnie on żużel i zawarty w nim magnetyt podlegający redukcji. Granulacja materiału nawęglającego jest w istocie taka sama jak rozkład jej opisywany w opisie patentu amerykańskiego.

W niektórych uprzednio opisywanych sposobach drobiny koksu o małych rozmiarach mają słaby punkt, co polega na tym, że niewielkie drobiny koksu nie wytrącają się w ogóle z fazy gazowej, ale w sposób ciągły przechodzą razem z fazą gazową do komina i jako czynnik utleniający wchodzą do kotła na ciepło odpadowe. W kotle drobiny koksu reagują i generują zbędną energię w niewłaściwym miejscu, co nawet może ograniczać ogólną wydajność procesu technologicznego, ponieważ maleje pojemność kotła na ciepło odpadowe.

W piecu zawiesinowym do wytapiania nie tylko sproszkowany materiał, taki jak tlenki miedzi, płynie razem z fazą gazową na tył pieca i przechodzi do komina ale spływają również drobiny kamienia miedziowego. Kiedy te niewielkie drobiny oddzielają się od strumienia gazowego z tyłu pieca i odkładają się na powierzchni fazy żużlowej, zjawisko osadzania się przebiega bardzo wolno, co ma

PL 193 050 B1 dokładny związek z wymiarami małych drobin. Ponieważ żużel jest głównie spuszczany z tyłu lub z boku pieca te cząstki nie są w stanie osadzać się przechodząc przez fazę żużlową, ale zamiast tego płyną one łącznie z żużlem spuszczanym z pieca na zewnątrz i dodatkowo powiększają zawartość miedzi w żużlu.

W celu rozwiązania opisywanych poprzednio problemów został teraz opracowany sposób, przy którym można uniknąć wad występujących w poprzednich sposobach. W nowo opracowanym sposobie dąży się do niższej zawartości metalu nieżelaznego w żużlu wytwarzanym w procesie produkcyjnym metali nieżelaznych, takich jak miedź lub nikiel, występującym w zawiesinowym piecu do wytapiania, tak żeby był odprowadzany żużel w postaci odpadu, który nie wymagałby dalszego przetwarzania.

Sposób redukowania zawartości metalu nieżelaznego w żużlu wytwarzanym w procesie produkcji metali nieżelaznych, prowadzonym w zawiesinowym piecu do wytapiania przez podawanie do pieca koksu metalurgicznego dodatkowo do koncentratu, gazu zawierającego tlen oraz topnika w celu redukcji żużla, przy czym koks ładowany do pieca jest koksem metalurgicznym o granulacji w zakresie od 1 mm do 25 mm, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zapobiega się spływaniu niewielkich drobin zawierających metal nieżelazny na tył pieca i opuszczaniu przez nie pieca razem z żużlem poprzez umieszczenie w piecu przegród biegnących od sklepienia pieca do dołu pieca.

Koks podaje się poprzez palnik koncentratu.

Przegrody wchodzą do wewnątrz kąpieli roztopionego żużla lub przegrody dochodzą w pobliże powierzchni kąpieli roztopionego żużla.

Przegrody są wykonane z miedzianych elementów chłodzonych wodą, które są zabezpieczone materiałem ognioodpornym.

Metalem nieżelaznym jest miedź lub nikiel.

W tym sposobie do redukowania żużla jest stosowany koks metalurgiczny, którego granulacja mieści się w przedziale pomiędzy 1 mm i 25 mm, przy czym większość koksu przeznaczonego do podawania przez szyb reakcyjny w zawiesinowym piecu do wytapiania, oddziela się w dole pieca od fazy gazowej i odkłada się na powierzchni fazy żużlowej, przy czym redukcja żużla występuje w obszarze gdzie jest otrzymywana większość produktu w postaci kamienia hutniczego, i produkt ten, oraz żużel, oddzielają się od siebie wzajemnie.

W sposobie według wynalazku zaleca się stosowanie koksu metalurgicznego ponieważ zawarta w nim jest niewielka ilość substancji lotnych. Dlatego też główna część potencjału redukującego, zawarta w surowcach będących przedmiotem rozważania, może być użyta w procesie redukcji (odtleniania) bez wytwarzania zbędnej dodatkowej energii cieplnej, wtedy gdy spalają się substancje lotne zawarte w materiale redukującym. Jednocześnie ilość reakcji chemicznych, które wiążą tlen, występująca przy koksie znajdującym się w szybie reakcyjnym, jest obniżona, co pozwala w rezultacie na lepsze sterowanie jakością otrzymywanego kamienia hutniczego. Tradycyjnie, sterowanie to było osiągane przez regulowanie w procesie technologicznym współczynnika zawartości powietrza (wielkości stosunku ilości tlenu do ilości koncentratu, wyrażonego w normalnych m na tonę, to jest w m przy ciśnieniu LOWSzW^{5 P}a na W00 ^kg).

W sposobie, według niniejszego wynalazku, używany jest koks metalurgiczny o pewnym określonym rozmiarze ziaren, takim żeby większość koksu podawanego przez szyb reakcyjny oddzielała się od fazy gazowej w dole pieca, w zawiesinowym piecu do wytapiania, i żeby osiadała na powierzchni fazy żużlowej w obszarze gdzie się odbywa proces redukcji żużla, w którym to obszarze również kamień hutniczy i żużel, będące główną częścią produktów procesu, oddzielają się od fazy gazowej. Redukcja odbywa się w obszarze optymalnym z punktu widzenia oszczędności ciepła: ciepło wymagane do redukcji pochodzi z ciepła zawartego w produktach pochodzących z szybu reakcyjnego i nie występują żadne wymagania odnośnie dodatkowej energii potrzebnej w procesie redukcji.

Granulacja koksu metalurgicznego mieści się korzystnie w przedziale od 1 mm do 25 mm. Większe rozmiary koksu posiadają tak małą powierzchnię właściwą, że koks ten nie będzie efektywnie reagował z żużlem. Jeżeli są używane ziarna o mniejszej granulacji od tej poprzednio wspominanej, zawartej w przedziale od 1 mm do 25 mm, koks będzie reagował aktywnie już w szybie reakcyjnym, a większość jego będzie płynąć razem z fazą gazową do komina, i pożądany kontakt jego z żużlem i efekt redukcyjny będą nikłe. Kiedy mocno rozdrobniony koks wpłynie z fazą gazową do komina, i/lub do kotła na ciepło odpadowe, wytwarzał on będzie energię cieplną na takim etapie procesu technologicznego gdzie ona nie jest potrzebna, i tym samym obniżała się będzie pojemność cieplna kotła. Podawanie koksu jest sterowane w taki sposób, żeby ilość koksu nie spiętrzała się znacznie w piecu,

PL 193 050 B1 a tylko co najwyżej żeby występowała tam warstwa kilkucentymetrowa, i żeby cały koks był zużywany w reakcjach redukcji.

W sposobie według wynalazku, osiadanie rozdrobnionego materiału kamienia hutniczego na powierzchni fazy żużlowej również powoduje, do pewnego stopnia, występowanie takiego samego problemu jak poprzednio opisywany: niewielkie drobiny zawierające miedź lub nikiel nie są w stanie osadzać się przechodząc przez fazę żużlową i pozostają w żużlu, i tym samym podnoszą zawartość miedzi i niklu w żużlu spuszczanym i odprowadzanym. Ten problem w sposobie według wynalazku jest korzystnie przezwyciężony poprzez umieszczenie przegród odchodzących od sklepienia dolnej sekcji piecowej zawiesinowego pieca do wytapiania. Przegrody te będą wstrzymywać przepływanie mocno rozdrobnionych cząstek razem z fazą gazową, do tyłu pieca przy otworach spustowych. Przegrody są usytuowane tak by odchodziły od sklepienia pieca w dół, po to żeby swą dolną częścią albo wchodziły w kąpiel roztopionego żużla, albo sięgały w pobliże jej powierzchni. Przegrody są korzystnie zbudowane z elementów miedzianych chłodzonych wodą, zabezpieczonych materiałem ognioodpornym, takim jak cegła lub masy ogniotrwałe.

Dzięki przegrodom materiał zawierający najbardziej rozdrobnione cząstki miedzi lub niklu jest osadzany w strefie redukcji. W ten sposób żużel w obszarze spustowym nie zawiera dalej już substancji formujących drobiny metalu nieżelaznego, które wolno się osadzają i powiększają zawartość miedzi w żużlu. Żużel, który jest spuszczany otworem spustowym ma niższą zawartość miedzi (lub niklu) niż wtedy gdy operacja jest prowadzona bez redukowania koksem i bez przegród.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został szczegółowo przedstawiony na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny zawiesinowego pieca do wytapiania, zaś fig. 2 - rezultat w formie wykresu podawania koksu do miedzi zawartej w kamieniu i żużlu.

Na fig. 1 zawiesinowy piec do wytapiania 1 składa się z szybu reakcyjnego 2, z dolnej części pieca 3 i z komina 4. Do pieca z koncentratem miedziowym, z topnikiem i z gazem zawierającym tlen jest podawany koks metalurgiczny przez palnik 5 koncentratu, umieszczony na górze szybu reakcyjnego 2. W szybie reakcyjnym podane do niego materiały reagują ze sobą, z wyjątkiem koksu, i formują na dnie dolnej części pieca warstwę kamienia hutniczego 6, na wierzchu której jest warstwa żużla 7. Reakcje zachodzące w szybie reakcyjnym pomiędzy koksem metalurgicznym i innymi materiałami podawanymi do szybu, mają na skutek dobranej granulacji mniejsze znaczenie, zaś koks osiada w postaci warstwy 8 na wierzchu warstwy żużlowej, w której zachodzą wymagane reakcje redukujące.

Sklepienie 9 części dolnej pieca jest wyposażone w jedną lub kilka przegród 10A i 10B, które są podwieszone do sklepienia i zwisają ze sklepienia pieca w dół, dosięgając albo wnętrza warstwy roztopionego żużla 7 (przegroda 10B) albo dochodząc w pobliże powierzchni roztopionego żużla (przegroda 10A). Zauważyć można na rysunku, że przegrody są korzystnie umieszczone albo z przodu przed kominem albo z tyłu za nim, przed otworem spustu żużla. Gazy wytwarzane w reakcjach zachodzących w szybie reakcyjnym są usuwane przez komin 4 do kotła na ciepło odpadowe 11. Żużel i kamień miedziowy w dolnej części pieca są spuszczane otworami spustowymi 12 i 13, które są usytuowane z tyłu pieca.

Efekt działania koksu metalurgicznego przedstawiono w piecu łukowym do wytapiania o niewielkiej skali produkcji (MFSF), przy zasilaniu pieca dokładną dawką koncentratu mieszczącą się w przedziale od 100 do 150 kg/h. Analiza koncentratu wykazywała przeciętne zawartości wynoszące: 25,7% Cu, 29,4% Fe oraz 33,9% S, przy czym koncentrat ten występował razem z żużlem konwertorowym i niezbędnym topnikiem krzemionkowym. Ładowane ilości topnika i żużla konwertorowego odpowiadały ilościom od 26% do 33% ilości koncentratu. Zawartość miedzi w produkowanym kamieniu miedziowym wynosiła od 63% do 76%. W miejscach testowania, gdzie podawany materiał zawierał także koks, ładunek koksu wynosił od 2 do 6 kg/h, albo mieścił się w zakresie pomiędzy 1,0% i 3,1% ilości podawanego koncentratu. Zużyte zostało 80% C_fix (węgla zestalonego), przy zawartości popiołu 16,3% i ilościach składników lotnych 3,3%. Do testowania były stosowane dwie różne frakcje koksu i ich składników: frakcja o rozmiarach pomiędzy 1 i 3 mm i frakcja o rozmiarach pomiędzy 3 i 8 mm. Jeden test trwał od 3 do 5 godzin po czym produkt był spuszczany z pieca. W niektórych przebiegach testowych, dla porównania, nie stosowano w ogóle koksu redukującego.

Rezultaty procesu testowania są zaprezentowane na fig. 2, która przedstawia rozkład zawartości miedzi w żużlu w odniesieniu do ogólnej ilości miedzi w materiale podawanym, w funkcji zawartości procentowej miedzi w kamieniu miedziowym i żużlu. Wykres wskazuje, że nawet niewielki dodatek koksu daje w wyniku znaczne polepszenie efektywności procesu poprzez zmniejszenie zawartości miedzi w żużlu znajdującym się w piecu. Przy ładowaniu koksu poniżej 3 kg/h, około 77,5% miedzi

PL 193 050 B1 pozostawało w żużlu w porównaniu do ilości, która pozostawała przy przebiegu bez używania koksu. Kiedy stosowano większe ilości koksu, zawartość miedzi w żużlu wyniosła już tylko 54,7% w porównaniu do ilości, która pozostawała przy przebiegu bez używania koksu, zatem efektywność sposobu jest oczywista. Lepszy wynik redukcji był osiągany przy stosowaniu grubszych frakcji niż było to przy stosowaniu tylko frakcji drobniejszych, gdzie aż do jednej trzeciej koksu wchodziło w reakcje już w szybie reakcyjnym pieca MFSF, przez co proces redukcji zachodzący w żużlu nie był skuteczny.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sspsóó redukowania zzwartośśi metalu nieżelaanego w żużlu wytwarzznym w proccsie produkcji metali nieżelaznych, prowadzonym w zawiesinowym piecu do wytapiania przez podawanie do pieca koksu metalurgicznego dodatkowo do koncentratu, gazu zawierającego tlen oraz topnika w celu redukcji żużla, przy czym koks ładowany do pieca jest koksem metalurgicznym o granulacji w zakresie od 1 mm do 25 mm, znamienny tym, że zapobiega się spływaniu niewielkich drobin zawierających metal nieżelazny na tył pieca i opuszczaniu przez nie pieca razem z żużlem poprzez umieszczenie w piecu przegród biegnących od sklepienia pieca do dołu pieca.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że koks podaje się poprzez palnik koncentratu.
3. 3. Ssosób wadłuk zas>tr^. 1, znnmienny tym, że prondroOd Οθ) wchośdą do wawyątto kkąpeli p7) roztopionego żużla.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przegrody (10) dochodzą w pobliże powierzchni kąpieli (7) roztopionego żużla.
5. 5. Sposób według zasttz. 1, znamienny tym, że przegrody (10) są wykonane z miedzianych elementów chłodzonych wodą, które są zabezpieczone materiałem ognioodpornym.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metalem nieżelaznym jest miedź.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metalem nieżelaznym jest nikiel.