RU2363747C1

RU2363747C1 - Method of zinc extraction from hard zinc and furnace for its implementation

Info

Publication number: RU2363747C1
Application number: RU2007149480A
Authority: RU
Inventors: Рафаил Айзикович Юдин (RU); Рафаил Айзикович Юдин; Алексей Владимирович Виноградов (RU); Алексей Владимирович Виноградов; Сергей Валентинович Ковряков (RU); Сергей Валентинович Ковряков; Эдуард Александрович Судаков (RU); Эдуард Александрович Судаков; Алексей Николаевич Яничев (RU); Алексей Николаевич Яничев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь-метиз"
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-08-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: inventions are related to metallurgy and machine-building industries and can be used for receiving of chemically pure zinc from hard zinc, which is one of two main wastes of metal production galvanising, with following return of zinc into main manufacturing production. Loading of hard zinc into furnace is implemented in three stages so that mass of loaded hard zinc at the second stage is 45-55%, and at third stage - 65-70% of hard zinc mass, loaded primarily. Melt isolation is implemented at temperature 590-610°C during 4.5-5.5 hours - at the first stage, 1.5-2.5 hours - at the second stage and 2.5-3.5 hours - at the third stage. Discharge of zinc melt into reciving casting moulds is implemented double - on the end of the second and the third stages, herewith before zinc discharging formed on melt surface in furnace-bath hard zinc is deposited on the bottom, and zinc oxide is removed from the surface of melt. Method is implemented in furnace, differential characteristics of which are definite particular location of gas-flame devices and chimneys by height and width of bath, and also presence of additional heat insulating detachable cap and discharge channel with choke, located in bottom part of furnace-bath.

EFFECT: increasing of purity and amount of zinc, molten from hard zinc, increase in productivity of unit and power inputs reduction for melting.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургической и машиностроительной промышленности и может быть использовано для получения химически чистого цинка из гартцинка, являющегося одним из двух основных отходов цинкования металлопродукции, с последующим возвратом цинка в основное технологическое производство.The invention relates to the metallurgical and engineering industries and can be used to obtain chemically pure zinc from hartzink, which is one of the two main waste products of galvanizing metal products, with the subsequent return of zinc to the main technological production.

Известен способ извлечения цинка из гартцинка, реализованный на АОЗТ «Сталь» («Переработка отходов ванны горячего цинкования», журнал «Сталь», 1995, №5, с.82-83) на колпаковой печи ОКБ-443, предназначенной для отжига рулонов металлической ленты. Этот способ включает отчерпывание гартцинка из ванны, заливку его в изложницы, добавку в гартцинк порошкообразного алюминия и раствора флюса, загрузку изложниц в печь, нагрев в течение 2 часов, выдержку и охлаждение в течение 10 часов при температуре 460-480°С в атмосфере защитного газа, содержащего 96% азота и 4% водорода с температурой точки росы -30°С, слив выделенного из гартцинка цинка в приемные изложницы. При отработке рассматриваемого способа перед плавкой в гартцинк добавляли алюминий в виде порошка - 1-2 кг/т и раствор флюса - 1,5-3,0%.A known method of extracting zinc from hartzink, implemented at AOZT "Steel" ("Recycling waste hot dip galvanizing", the magazine "Steel", 1995, No. 5, p. 82-83) on a bell furnace OKB-443, designed to anneal metal rolls tapes. This method involves scooping the hartzink from the bathtub, pouring it into the molds, adding powdered aluminum and flux solution to the hartzink, loading the molds into the furnace, heating for 2 hours, holding and cooling for 10 hours at a temperature of 460-480 ° С in a protective atmosphere gas containing 96% nitrogen and 4% hydrogen with a dew point temperature of -30 ° C, draining the zinc extracted from hartzinc into the receiving molds. When practicing the method under consideration, aluminum in the form of a powder, 1-2 kg / t, and a flux solution, 1.5-3.0%, were added to hartzink before melting.

Здесь уместно отметить, что добавки алюминия и флюса при горячем цинковании металлопродукции позволяют улучшить качество поверхности изделий, снизить толщину покрытия, уменьшить угар и расход цинка. Применительно к извлечению цинка из гартцинка добавка порошкового алюминия воздействует как свободный окислитель, переводя часть примесного железа в сплав FeAl и частично восстанавливая цинкиды гартцинка.It is appropriate to note here that the addition of aluminum and flux during hot-dip galvanizing of metal products can improve the surface quality of products, reduce coating thickness, reduce waste and zinc consumption. With respect to the extraction of zinc from hartzinc, the addition of aluminum powder acts as a free oxidizing agent, converting part of the impurity iron to the FeAl alloy and partially restoring hartzinc zincides.

Механизм действия флюсовой смеси состоит в том, что она, расплавляясь, офлюсовывает «запутавшийся» цинк, который под влиянием флюса рафинируется в каплях и стекает в приемную изложницу. По данным авторов, полученный таким образом цинк по содержанию железа соответствует маркам Ц2 и Ц3 ГОСТ 3640-79 и используется в собственном производстве продукции.The mechanism of action of the flux mixture is that it, when melted, fluxes the “tangled” zinc, which, under the influence of the flux, refines in drops and flows into the receiving mold. According to the authors, thus obtained zinc in terms of iron content corresponds to grades C2 and C3 GOST 3640-79 and is used in own production.

Однако длительность цикла реализации этого способа определяет его невысокую производительность и приводит к повышенным затратам электроэнергии и защитного газа. Кроме того, несмотря на соответствие выделенного цинка по указанному ГОСТу, имеется реальная возможность дальнейшего повышения химической чистоты цинка, выплавляемого из гартцинка без использования указанных добавок.However, the duration of the implementation cycle of this method determines its low productivity and leads to increased costs of electricity and shielding gas. In addition, despite the correspondence of the extracted zinc according to the specified GOST, there is a real possibility of a further increase in the chemical purity of zinc smelted from hartzink without the use of these additives.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и назначению, а также по технической сущности и достигаемому результату является патент РФ №2188244 (C22B 7/00, C22B 19/30, опубл. 27.08.2002), в котором раскрыт способ извлечения цинка из гартцинка, а также раскрыта печь для осуществления этого способа. Способ реализован в фасонно-литейном цехе Новолипецкого металлургического комбината в электропечи сопротивления типа CAT 025В емкостью 650 кг. Этот способ включает загрузку затвердевшего слитка гартцинка в специальном тигле с крышкой в футерованную огнеупорным шамотом печь, под печь помещают сливную изложницу, установленную на специальной тележке. Печь разогревают до температуры, равной 1,0-1,12 температуры плавления гартцинка (710°С), и поддерживают эти значения температур в течение 0,25-0,5 ч, после чего отключают обогрев, снижают температуру в печи до 460-500°С и выдерживают в течение 0,3-1,2 ч. После окончания выдержки стопорный затвор тигля открывают и сливают выделенный цинк в приемную изложницу.The closest analogue in terms of the combination of essential features and purpose, as well as the technical nature and the achieved result is RF patent No. 2188244 (C22B 7/00, C22B 19/30, published on 08.27.2002), which discloses a method for extracting zinc from hartsink, and a furnace is disclosed for implementing this method. The method is implemented in the mold and foundry of the Novolipetsk Metallurgical Combine in a resistance furnace of type CAT 025V with a capacity of 650 kg. This method includes loading the hardened hartzinc ingot in a special crucible with a lid into a furnace lined with refractory chamotte; a drain mold mounted on a special trolley is placed under the furnace. The furnace is heated to a temperature equal to 1.0-1.12 of the melting temperature of hartsink (710 ° C), and these temperatures are maintained for 0.25-0.5 hours, after which the heating is turned off, the temperature in the furnace is reduced to 460- 500 ° C and incubated for 0.3-1.2 hours. After the exposure, the stopper of the crucible is opened and the extracted zinc is poured into the receiving mold.

В отличие от аналога, где температура в печи составляет 0,657-0,686 температуры плавления гартцинка, в прототипе это соотношение равно 1,0-1,12, то есть температура в печи после нагрева и плавки равна или превышает температуру плавления гартцинка. Это позволяет сократить время выплавки, обеспечить уменьшение перехода примесей железа в цинк, снизить расход электроэнергии и повысить производительность процесса выплавки. Кроме того, в прототипе не используется защитный газ, а также добавки алюминия и флюса. Однако ведение процесса выплавки цинка из гартцинка при столь высоких температурах без использования защитного газа неминуемо приводит к существенному окислению выделенного цинка, а использование электроэнергии - к повышенным энергетическим затратам в стоимостном выражении. Также уместно отметить, что несмотря на видимую краткость цикла выплавки производительность печи, используемой для реализации этого способа, невелика из-за ограниченной емкости загрузочного тигля. В способе прототипа также используется печь электросопротивления типа CAT 025В, предназначенная для других технологических целей.Unlike the analogue, where the temperature in the furnace is 0.657-0.686 melting temperature of hartsink, in the prototype this ratio is 1.0-1.12, that is, the temperature in the furnace after heating and melting is equal to or higher than the melting temperature of hartsink. This allows you to reduce the time of smelting, to reduce the transfer of impurities of iron into zinc, reduce energy consumption and increase the productivity of the smelting process. In addition, the prototype does not use shielding gas, as well as additives of aluminum and flux. However, the process of smelting zinc from hartzinc at such high temperatures without the use of a protective gas inevitably leads to a significant oxidation of the released zinc, and the use of electricity leads to increased energy costs in cost terms. It is also appropriate to note that despite the apparent brevity of the smelting cycle, the productivity of the furnace used to implement this method is small due to the limited capacity of the loading crucible. The prototype method also uses an electric resistance furnace type CAT 025V, designed for other technological purposes.

Технической задачей изобретения является повышение чистоты и количества цинка, выплавляемого из гартцинка, увеличение производительности установки, снижение энергетических затрат на выплавку.An object of the invention is to increase the purity and amount of zinc smelted from hartzinc, increase plant productivity, reduce energy costs for smelting.

Решение поставленной задачи достигается тем, что загрузку гартцинка производят в три этапа, при этом масса загружаемого гартцинка на втором этапе составляет 45-55%, а на третьем этапе - 65-70% от массы гартцинка, загружаемого первоначально на первом этапе. Выдержку расплава осуществляют при температуре 590-610°С в течение 4,5-5,5 часов на первом этапе, 1,5-2,5 часов - на втором и 2,5-3,5 часов - на третьем. Слив расплава цинка в приемные изложницы производят дважды - по окончании второго и третьего этапов, и перед сливом расплава цинка образовавшиеся на поверхности расплава в печи-ванне гартцинк осаждают на дно ванны, а оксид цинка удаляют с поверхности расплава.The solution to this problem is achieved by the fact that the loading of hartzinc is carried out in three stages, while the mass of hartzink loaded in the second stage is 45-55%, and in the third stage - 65-70% of the mass of hartzink loaded initially in the first stage. Melt exposure is carried out at a temperature of 590-610 ° C for 4.5-5.5 hours in the first stage, 1.5-2.5 hours in the second and 2.5-3.5 hours in the third. The zinc melt is drained into the receiving molds twice - at the end of the second and third stages, and before the zinc melt is drained, the hartsink formed on the surface of the melt in the bath furnace is deposited on the bottom of the bath, and zinc oxide is removed from the melt surface.

Техническая задача достигается также тем, что печь для извлечения цинка из гартцинка, содержащая выполненный из термостойкого и теплоизоляционного материала корпус с крышкой и расположенную внутри корпуса ванну, согласно изобретения снабжена термопарой, газогорелочными устройствами и дымоходами, установленными соответственно в боковых и торцевых стенках корпуса на разных уровнях по высоте печи и разнесенными по ее длине, и сливным желобом, расположенным в нижней части ванны и сообщающимся с приемной изложницей. Кроме того, крышка печи выполнена теплоизолированной, съемной и со скобами.The technical problem is also achieved by the fact that the furnace for extracting zinc from hartzinc, comprising a body made of heat-resistant and heat-insulating material with a lid and a bath located inside the housing, according to the invention is equipped with a thermocouple, gas burner devices and chimneys installed respectively on different side and end walls of the housing levels along the height of the furnace and spaced along its length, and a drain trough located in the lower part of the bath and communicating with the receiving mold. In addition, the furnace lid is thermally insulated, removable and with brackets.

На чертеже представлен поперечный разрез печи-ванны, предназначенной для извлечения химически чистого цинка из гартцинка. Печь содержит корпус 1, стальную ванну 2 с установленной в ней термопарой 3. Боковые и торцевые стены корпуса 1 выполнены из огнеупорного шамота - внутренний слой и шамота легковеса - внешний слой (на чертеже слои не показаны). Печь-ванна содержит два газогорелочных устройства 4 и два дымохода 5, установленные соответственно в боковых и торцевых стенках корпуса на разной высоте и разнесенные по длине печи. В качестве горелок могут быть использованы газогорелочные устройства института «Теплопроект» типа ГНП-3. Рабочее пространство печи закрыто съемной крышкой 6, корпус которой изнутри изолирован шамотоволокнистыми плитами марки ШВП. Крышка снабжена скобами 7 для ее съема и отверстием для установки термопары в ванну печи. Над дном ванны к одной из ее стенок приварен наклонный сливной желоб 8, содержащий заглушку 9, предназначенный для слива цинка в приемные изложницы 10, установленные вне рабочего пространства печи. При операциях слива цинка заглушку открывают.The drawing shows a cross section of a furnace bath designed to extract chemically pure zinc from hartsink. The furnace contains a housing 1, a steel bath 2 with a thermocouple installed in it 3. The side and end walls of the housing 1 are made of refractory fireclay — the inner layer and lightweight fireclay — the outer layer (layers are not shown in the drawing). The bath furnace contains two gas burner devices 4 and two chimneys 5, installed respectively in the side and end walls of the housing at different heights and spaced along the length of the furnace. As burners, gas burner devices of the Teploproekt Institute of the GNP-3 type can be used. The working space of the furnace is closed by a removable cover 6, the casing of which is insulated from the inside with shamotovolokolistnymi plates of the ball screw mark. The lid is equipped with brackets 7 for its removal and an opening for installing a thermocouple in the furnace bath. Above the bottom of the bath, an inclined drain chute 8 is welded to one of its walls, containing a plug 9 designed to drain zinc into the receiving molds 10 installed outside the working space of the furnace. During zinc drain operations, the plug is opened.

Печь работает следующим образом. Вначале гартцинком в количестве 3,0 т загружают стальную ванну 2 при снятой посредством скоб 7 крышке 6, затем ее закрывают и производят розжиг горелок 4, например ГНП-3. Сжигание природного газа в горелках осуществляют с коэффициентами расхода воздуха, близкими к стехиометрическим значениям: 1,05-1,10. Продукты полного сгорания природного газа удаляют в дымоходы 5. Расположение газогорелочных устройств и дымоходов на разной высоте печи и разнесенных по длине печи позволяет обеспечить равномерный нагрев стенок корпуса ванны.The furnace operates as follows. Initially, 3.0 tons of Hartzinc is loaded into the steel bath 2 with the cover 6 removed by means of brackets 7, then it is closed and the burners 4, for example GNP-3, are ignited. The combustion of natural gas in burners is carried out with air flow coefficients close to stoichiometric values: 1.05-1.10. The products of complete combustion of natural gas are removed into the chimneys 5. The location of gas burner devices and chimneys at different heights of the furnace and spaced along the length of the furnace allows for uniform heating of the walls of the bathtub body.

Разогрев и плавление гартцинка осуществляют до достижения температуры в ванне 590-610°С, выдержку расплава при заданной температуре осуществляют в течение 4,5-5,5 часов, затем горелки отключают и снимают крышку 6. Уровень заполнения ванны при плавлении гартцинка понижается, поэтому ее догружают второй порцией чушкового гартцинка в количестве 1,5 т и повторяют операции первого этапа с выдержкой расплава в течение 1,5-2,5 часов. Далее горелки отключают и печь опять вскрывают. В результате описанного процесса на поверхности расплава образуется сравнительно тонкая корка, содержащая гартцинк и оксид цинка, которую по всей площади пробивают специальными приспособлениями на всю глубину ванны. В результате этой операции куски корки, содержащие гартцинк, оседают на дно ванны и плавятся, а цинк и его оксид в виде пушонки всплывают. Оксид цинка специальным приспособлением размельчают до удаления из него цинка (определяется визуально). Затем оксид цинка в виде пушонки в течение 0,30-0,35 ч удаляют из печи и, снимая заглушку 9, начинают слив расплава цинка по желобу 8 в приемные изложницы 10. Здесь уместно отметить, что в дальнейшем оксид цинка утилизируют на другой специальной установке.Heating and melting of the hartzinc is carried out until the temperature in the bath reaches 590-610 ° C, the melt is held at a given temperature for 4.5-5.5 hours, then the burners are turned off and the cover is removed 6. The filling level of the bath when melting of the hartzink is reduced, therefore it is loaded with a second portion of ingotted gartzinc in an amount of 1.5 tons and the operations of the first stage are repeated with the melt holding for 1.5-2.5 hours. Then the burners are turned off and the furnace is again opened. As a result of the described process, a relatively thin crust is formed on the melt surface, containing hartzinc and zinc oxide, which is punched over the entire area with special devices to the entire depth of the bath. As a result of this operation, pieces of crust containing hartzinc settle to the bottom of the bath and melt, and zinc and its oxide in the form of fluff float. Zinc oxide is crushed with a special device until zinc is removed from it (visually determined). Then zinc oxide in the form of fluff is removed from the furnace for 0.30-0.35 hours and, removing the plug 9, the zinc melt is drained through the chute 8 into the receiving molds 10. Here it is appropriate to note that in the future zinc oxide is disposed of on another special installation.

Выход цинка после первого слива составляет 50-60%. Содержание в нем железа составляет 0,0018-0,0060%.The yield of zinc after the first discharge is 50-60%. Its iron content is 0.0018-0.0060%.

Часть гартцинка оседает на дно ванны и в физически связанном виде остается на стенках, поэтому на третьем этапе в оставшийся расплав загружают новую партию чушкового гартцинка в количестве 2,0 т, которую после повторения описанных операций и достижения температуры в ванне 590-610°С плавят в течение 2,5-3,5 часов, затем согласно вышеописанным приемам осуществляют повторный слив химически чистого цинка. После этой операции оставшийся на дне и стенках выработанный гартцинк удаляют из ванны.Part of the hartzinc settles to the bottom of the bathtub and remains physically bound on the walls, therefore, in the third stage, a new batch of hartzink in the amount of 2.0 t is loaded into the remaining melt, which, after repeating the described operations and reaching a temperature in the bathtub of 590-610 ° C, is melted within 2.5-3.5 hours, then, according to the above methods, re-discharge chemically pure zinc. After this operation, the remaining hartzinc remaining on the bottom and walls is removed from the bath.

В результате выход цинка составляет не менее 60%, а его химический состав много чище, чем у описанных аналога и прототипа.As a result, the yield of zinc is at least 60%, and its chemical composition is much cleaner than that of the described analogue and prototype.

Технологические температуры в печи-ванне при выдержке на всех стадиях процесса составляют 0,831-0,859 от температуры плавления гартцинка, то есть их величины больше, чем у аналога, и меньше, чем у прототипа. В сопоставлении с аналогом более высокие температуры позволяют исключить использование лигатуры в виде порошкового алюминия и раствора флюса, а также защитного газа. В сопоставлении с прототипом более низкие температуры позволяют повысить чистоту и количество выплавленного цинка путем снижения его окисления с получением оксида цинка в виде пушонки.Technological temperatures in the bath furnace during aging at all stages of the process are 0.831-0.859 of the melting temperature of hartsink, that is, their values are greater than that of the analog, and less than that of the prototype. In comparison with the analogue, higher temperatures eliminate the use of ligatures in the form of aluminum powder and flux solution, as well as shielding gas. In comparison with the prototype, lower temperatures can improve the purity and amount of smelted zinc by reducing its oxidation to obtain zinc oxide in the form of fluff.

Кроме того, предлагаемая установка отапливается природным газом. По ценам августа-октября 2007 г. цена 1 кВт·ч химической энергии природного газа с учетом транспортировки на Череповецком заводе ОАО «Северсталь-метиз» была в 7,2-8,1 раза ниже стоимости 1 кВт·ч электроэнергии. Это дополнительно определяет более высокую энергетическую эффективность использования природного газа по сравнению с электрической энергией в стоимостном выражении.In addition, the proposed installation is heated by natural gas. At August-October 2007 prices, the price of 1 kWh of the chemical energy of natural gas, including transportation at the Cherepovets plant of OJSC Severstal-metiz, was 7.2-8.1 times lower than the cost of 1 kWh of electricity. This additionally determines a higher energy efficiency of using natural gas compared to electrical energy in value terms.

Claims

1. A method of extracting zinc from hartzinc, including loading the hartzink into the furnace, heating and melting it, holding the melt at a given temperature and draining the zinc melt into the receiving mold, characterized in that the loading of hartzinc is carried out in three stages, while the mass of the loaded hartzink is on the second the stage is 45-55%, and in the third stage - 65-70% of the mass of hartzinc loaded initially in the first stage, the melt is aged at a temperature of 590-610 ° C for 4.5-5.5 hours in the first stage, 1.5-2.5 hours - on the second and 2.5-3.5 hours - on the third, draining races Chapter zinc in the receiving mold produce twice - after the second and third phases, and before the molten zinc formed on the drain surface of the melt in the bath furnace garttsink deposited on the bottom of the bath, and zinc oxide is removed from the melt surface.

2. A furnace for extracting zinc from hartzinc, comprising a body made of heat-resistant and heat-insulating material with a lid and a bath located inside the body, characterized in that it is equipped with a thermocouple, gas burner devices and chimneys installed respectively in the side and end walls of the body at different levels the height of the furnace and spaced along its length, and a drain trough located in the lower part of the bath and communicating with the receiving mold, the furnace lid is thermally insulated, removable and with brackets .