Pierwszenstwo: Opublikowano: 29.IX.1973 68143 KI. 40a,15/02 MKP C22b 15/02 CZYTELNIA Pbtonlow«go Wspóltwórcy wynalazku: Zbigniew Smieszek, Karol Rzyman, Henryk Fik, Zbigniew Korycinski, Stanislaw Musial Wlasciciel patentu: Instytut Metali Niezelaznych, Gliwice (Polska) Sposób wytopu kamienia miedziowego Przedmiotem wynalazku jest sposób wytopu kamienia miedziowego w piecu szybowym.Dotychczas, wytop kamienia miedziowego prze¬ prowadza sie w piecu szybowym w ten sposób, ze powietrze do spalania doprowadza sie do dolnej czesci pieca poprzez odpowiednia ilosc dysz, ulo¬ zonych w jednym rzedzie. Powietrze to powoduje utlenienie wegla w koksie do tlenku i dwutlenku wegla oraz wypalenie palnych skladników koncen¬ tratów, a szczególnie wegla organicznego. W ten sposób wytwarza sie odpowiednia ilosc ciepla po¬ trzebna do stopienia wsadu i przebiegu reakcji metalurgicznych. Ze wzgledu na cechy wlasciwe strefowemu spalaniu warstwy koksu w piecu szy¬ bowym, wysokosc strefy utleniania jest stosunkowo nieduza i wynosi najwyzej 0,5 m.Wystepujacy w tej strefie wolny tlen utlenia wegiel w koksie i wegiel organiczny z koncen¬ tratów. Po wyczerpaniu sie w strefie utleniania wolnego tlenu, zachodzi tylko reakcja Boudouarda, polegajaca na laczeniu sie wegla z dwutlenkiem wegla, co w wyniku daje tlenek wegla. Reakcja ta w warunkach pieca szybowego miedzi jest szkodliwa, gdyz pochlania znaczne ilosci ciepla, rzedu 38800 kilokalorii na kilomol, zmniejsza sie sprawnosc cieplna procesu, a gazy wylotowe za¬ wieraja nawet do 22% tlenku wegla. Mala wy¬ sokosc strefy utleniania, wlasciwa strefowemu spa¬ laniu koksu przy doprowadzaniu powietrza przez jeden ulozony w dolnej czesci pieca rzad dysz, 20 25 30 odbija sie niekorzystnie na wydajnosc procesu ze wzgledu na niezupelne spalanie wegla koksu w wyniku rozwiniecia sie w warstwie wsadu reakcji Boudouarda, co w efekcie powoduje ko¬ niecznosc zwiekszenia zuzycia koksu dla zabezpie¬ czenia wymagan cieplnych procesu. Z drugiej strony, niska wysokosc strefy utleniania hamuje szybkosc topienia zbrylonego w brykiety lub grudki wsadu koncentratu miedziowego, ze wzgle¬ du na brak mozliwosci odpowiednio wczesnego wy¬ palenia wegla organicznego ze wsadu. Wegiel organiczny zawarty w koncentratach miedziowych stanowi skladnik, który powoduje podwyzszanie ich temperatury topliwosci o okolo 200—300°C przy braku warunków do jego wypalenia. Brak tych warunków wystepuje wlasnie w piecu szybowym do wytopu kamienia miedziowego we wsadzie po¬ wyzej strefy utleniania, gdzie zasadniczymi sklad¬ nikami atmosfery gazowej sa tlenek wegla i azot, a w mniejszej ilosci dwutlenek wegla. W tej sytua¬ cji pelne wypalenie wegla organicznego z kon¬ centratów miedziowych nastepuje dopiero po obni¬ zeniu sie wsadu na wysokosc strefy utleniania.Po jego wypaleniu wsad zaczyna sie topic, a top wyplywa w sposób ciagly z pieca przez otwór spu¬ stowy do odstojnika. W ten sposób, w strefie utleniania zachodza na siebie dwa procesy, mia¬ nowicie wypalanie wegla organicznego z koncen¬ tratów miedziowych i ich topienie. Ze wzgledu na mala wysokosc strefy utleniania, wydajnosc pro- 6814368 143 cesu jest stosunkowo niska. Jednoczesnie, krótki jest czas pobytu stopionego wsadu w strefie wy¬ sokich temperatur wlasciwych strefie utleniania, co odbija sie niekorzystnie na odpowiednim pod¬ grzewaniu topu, którego temperatura nie zabezpie¬ cza w pelni warunków dla wlasciwego przebiegu rozdzialu kamienia miedziowego od zuzla, co po¬ siada ujemny wplyw na koncowa zawartosc w zuzlu, W efekcie, dotychczasowy sposób wytopu kamienia miedziowego w piecu szybowym przy doprowa¬ dzeniu powietrza dmuchu przez jeden rzad dysz, nie pozwala uzykac duzej wydajnosci procesu, cechuje sie niska sprawnoscia cieplna, co znaj¬ duje swój wyraz w podwyzszonym zuzyciu koksu wynoszacym od 15 do 22% w stosunku do masy wsadu oraz w wysokiej zawartosci tlenku wegla w gazach odlotowych wynoszacej okolo 18 do 22%.Celem wynalazku jest usuniecie tych niedogod¬ nosci przez opracowanie sposobu wytopu kamienia miedziowego w piecu szybowym, zapewniajacego wysoka sprawnosc cieplna procesu, obnizenie tem¬ peratury topliwosci wsadu, niskie zuzycie koksu i uzyskanie wysokiej wydajnosci procesu.Wytyczone zadanie zostalo rozwiazane zgodnie z wynalazkiem w ten sposób, ze do pieca szybo¬ wego doprowadza sie powierze dmuchu na trzech poziomach dolnej czesci pieca, przez trzy rzedy dysz. Odleglosc miedzy skrajnymi, górnym i dol¬ nym rzedem dysz jest tak dobrana, aby powietrze z górnego rzedu dysz wdmuchiwane bylo w war¬ stwe zbrylonego wsadu i wynosi od 500 do 800 mm, powodujac dopalanie tlenku wegla zawartego w gazach doplywajacych z dolnej strefy. Dzieki temu uzyskuje sie znaczna poprawe wykorzysta¬ nia energii chemicznej koksu w piecu, przy czym cieplo wyzwolone ze spalonego w górnej strefie dysz tlenku wegla na dwutlenek wegla, przekazy¬ wane jest do wsadu, zwiekszajac sprawnosc cieplna procesu.Wdmuchiwane w tej strefie powietrze, powoduje jednoczesnie wypalanie wegla organicznego z kon¬ centratów miedziowych przed strefa topienia wsadu zlokalizowana nizej w strefie najwyzszych temperatur. W ten sposób nastepuje rozszerzenie strefy utleniajacej w piecu. W wyniku tego, wsad schodzacy w dól szybu pieca, zostaje lepiej przy¬ gotowany do procesu topienia w strefie dolnej; wiaze sie to z jego podgrzaniem do wyzszej tem¬ peratury w górnej strefie dysz, w wyniku spalenia tlenku wegla na dwutlenek wegla oraz wypaleniem wegla organicznego ze wsadu miedziowego, dzieki czemu obniza sie jego temperatura topliwosci.Srodkowy rzad dysz sluzy do kontroli optycznej rozkladu wsadu w strefie dysz, a mianowicie na poziomie srodkowego rzedu dysz powinna sie stale utrzymywac warstwa koksu, stwarzajaca stabilnosc procesu i zabezpieczajaca piec przed tak zwanym zamarznieciem. Mozliwosc zamarzniecia pieca moglaby sie pojawic przy zaniku lub nadmier¬ nym zmniejszeniu sie grubosci warstwy koksu w dolnej czesci pieca, w strefie dolnego rzedu dysz. Wtedy wystapic moze niedobór ciepla, któ¬ rego glównym zródlem jest koks. Unika sie ta¬ kiego niebezpieczenstwa przez przestrzeganie od¬ powiedniego zaladunku wsadu porcjami, na prze¬ mian wsadu miedzionosnego i koksu. Przy spo¬ sobie wytopu kamienia miedziowego w piecu szy¬ bowym wedlug wynalazku, nastepuje zmniejsze¬ nie zuzycia koksu z 15 do 22% na 5 do 8% w sto- 5 sunku do masy wsadu. Oznacza to, ze równiez o polowe zmniejszy sie objetosc warstwy koksu w piecu.W tej sytuacji, aby nie dopuscic do przypadko¬ wego zaniku warstwy koksu w dolnej czesci pieca io w wyniku niedotrzymania receptury wsadowej, co mogloby doprowadzic do zamarzniecia pieca, kon¬ troluje sie poziom warstwy koksu przez srodkowy rzad dysz, spelniajacych wtedy role wzierników.Utrzymywanie sie na poziomie srodkowego rzedu !5 dysz stale warstwy koksu, stwarza pelne zabezpie¬ czenie prawidlowej pracy pieca, dajac prosty i skuteczny sposób kontroli przestrzegania odpo¬ wiedniego zaladunku wsadu. Dla ulatwienia kon¬ troli poziomu koksu na calej powierzchni prze- 20 kroju pieca, dysze srodkowego rzedu rozmieszcza sie w ukladzie naprzemianleglym w stosunku do górnego i dolnego rzedu dysz. Jednoczesnie, poza funkcja wzierników dla kontroli poziomu koksu w piecu, dysze srodkowego rzedu sluza do dopro- 25 wadzenia niewielkiej, w stosunku do calkowitej ilosci dmuchu, dawki powietrza w granicach od 5 do 15%, potrzebnej dla wlasciwego przebiegu procesu. Pozostala ilosc powietrza dmuchu, to jest okolo 90%, doprowadzana jest do pieca przez dysze 30 dolnego i górnego rzedu, przy czym rozklad tej ilosci powietrza reguluje sie w zaleznosci od stanu cieplnego i oporów przeplywu gazów w piecu, za pomoca wymiennych tulei zabudowanych w dy¬ szach, tak aby na górny rzad dysz przypadalo od 35 30 do 50%, a na dolny rzad dysz od 40 do 65% powietrza dmuchu.Doprowadzenie powietrza dmuchu za pomoca trzech rzedów dysz, do pieca szybowego do pro¬ dukcji kamienia miedziowego, umozliwia uzyska- 40 nie szeregu korzystnych zjawisk. Z jednej strony nastepuje zwiekszenie wydajnosci procesu o okolo 40%, co wiaze sie zarówno z obnizeniem tempera¬ tury topliwosci wsadu po wypaleniu z niego wegla organicznego, jak i lepszym podgrzaniu wsadu 45 w górnej czesci pieca w wyniku dopalenia tlenku wegla, które zachodzi w warstwie wsadu miedzio¬ nosnego.Z drugiej strony, w zwiazku z lepszym wy¬ korzystaniem energii chemicznej koksu przez spa- 50 lenie w piecu tlenku wegla na dwutlenek wegla, nastepuje zmniejszenie zuzycia koksu o okolo 20 do 40%, w stosunku do zuzycia przed zastosowaniem wynalazku. Poza tym, wskutek przedluzania sie czasu przebywania w piecu stopionych kropelek 55 topu, dzieki wczesniejszemu wypaleniu wegla orga¬ nicznego ze wsadu miedzionosnego, nastepuje wyzsze przegrzanie topu, co korzystnie wplywa na rozdzial kamienia miedziowego od zuzla w odstoj- niku pieca i pozwala na lepsze wykorzystanie 60 przegrzanego zuzla do dalszych celów utylizacyj¬ nych. Doprowadzenie powietrza dmuchu do pieca szybowego na trzech róznych poziomach, pozwala na regulowanie skladu atmosfery gazowej w dol¬ nej i wyzszej strefie pieca, umozliwiajac stworze- 65 nie warunków kontrolowanego przebiegu procesów68143 metalurgicznych zachodzacych w tych strefach, jak równiez przyczynia sie do obnizenia zawartosci miedzi w zuzlu. Uzyskiwanie gazów koncowych z niska zawartoscia tlenku wegla, upraszcza znacz¬ nie proces odpylania gazów oraz poprawia warunki 5 bezpieczenstwa i higieny pracy.Ponizszy przyklad blizej wyjasnia sposób wedlug wynalazku. Zbrykietowany wsad miedzionosny laduje sie do pieca szybowego naprzemian z kok¬ sem, tak aby warstwy wsadu miedzionosnego po- 10 przedzielane byly warstwami koksu, przy czym ilosc koksu w ogólnej masie wsadu wynosi 6%.Powietrze do spalania wprowadza sie do dolnej czesci pieca szybowego przez trzy rzedy dysz, przy czym odleglosc miedzy skrajnymi dyszami, 15 to jest górnym i dolnym wynosi 700 mm. Do gór¬ nego rzedu dysz doprowadza sie 40% ogólnej ilosci powietrza dmuchu, do srodkowego rzedu dysz 10%, a do dolnego rzedu dysz 50%. W czasie pro¬ cesu wytopu kamienia miedziowego, wsad prze- 2o mieszcza sie w dól pieca, powietrze doprowadzone dolnym rzedem dysz utlenia koks, dostarczajac ciepla potrzebnego do topienia. Wytwarzajace sie spaliny zawierajace miedzy innymi tlenek wegla i dwutlenek wegla, przeplywajac do góry, natra- 25 fiaja na strumien dodatkowego powietrza z dysz srodkowego, a nastepnie skrajnego górnego rzedu.Zawarty w spalinach tlenek wegla zostaje dopalony do dwutlenku wegla, poza tym powietrze z górne¬ go rzedu dysz wypala wegiel organiczny zawarty we wsadzie miedzionosnym, co ulatwia jego topie¬ nie w dolnej strefie, w poblizu dolnego rzedu dysz.Wytopiony kamien miedziowy, razem z zuzlem wyplywa otworem spostowym do odstojnika pieca. PL