Огневое рафинирование

При прочих равных условиях, скорость и полнота газоудаления существенно зависит от интенсивности промывки жидкого металла парами воды, поэтому на рафинировочных  заводах стремятся для дразнения меди использовать наиболее толстые бревна плотных, влагоемких пород деревьев, способных выделить большое количество пара и обеспечить надлежащую механическую промывку жидкой меди парами воды.

Установлено, что чем выше содержание кислорода в анодной меди, тем  больше толщина образующейся при  остывании меди в изложнице оксидной пленки. В присутствии платиноидов анодная пленка при электролизе плохо растворяется, часто вообще нерастворима. В последнем случае доступ электролита к растворимой поверхности анода осуществляется через поры пленки, что в конечном итоге приводит к ее отслаиванию и нередко к коротким замыканиям между анодом и катодом. 

Положение усугубляется еще и тем, что облагороженная нерастворимая анодная пленка образуется на поверхности анода даже при незначительном (менее 0,1%) содержании кислорода в основной массе меди, как за счет поверхностного окисления анода кислородом воздуха во время розлива, так и выделения водорода из перенасыщенного раствора в начале охлаждения анода.

Проблема ликвидации анодной пленки полностью не решена. С целью предотвращения окисления меди во время разлива, перед его началом поверхность ванны анодной меди в печи покрывают слоем орешка коксового.

При повышенной концентрации оксида меди и водорода в расплавленной части анода  возможна реакция:

СuО + Н₂=Cu +H₂О  (1.3.13)

Реакция (1.3.13) приводит к увеличению пористости вследствие выделения нерастворимых в меди паров воды. Наличие водорода в кислородосодержащей меди оказывает также определенное влияние на степень выделения серы, т.к. выделение паров воды способствует более раннему и полному удалению серы в связи со снижением парциального давления сернистого ангидрида в выделяющейся газовой смеси. На растворимость газов  в анодной меди большое влияние оказывает температура меди к началу операции розлива.

 

Выбор и обоснование  принятой технологии огневого рафинирования черновой меди

Для огневого рафинирования черновой меди выбираем стационарную отражательную  печь, потому что:

1. в отличие от наклоняющейся, стационарную отражательную печь применяют для огневого рафинирования как жидкой, так и твердой черновой меди;
2. она имеет более герметичную систему отвода отходящих газов, чем наклоняющаяся.

Техническая характеристика стационарной рафинировочной печи отражательного типа приведена в таблице 2.

 

Таблица 2

Техническая характеристика стационарной рафинировочной печи

отражательного типа

Показатели	Единица измерения	Значение
Емкость печи	т	250
Режим работы		периодический
Компания печи	год	4
Фундамент	шт	6 железобетонных опор
Лещадь		обратные арки
Подлещадная рама		двутавровые балки
Шлаковое окно	шт	1
Размеры летки для выпуска  меди: – ширина – высота (от подины)	мм мм	150 1300
Теплообеспечение процесса		горение природного газа
Высота расплава	м	0,95–1
Наружная поверхность теплоотдачи  печи	м2	156
Температура наружной поверхности	0С	80

 

Режимные показатели технологии огневогорафинирования черновой меди

Параметры оптимального режима технологии огневого рафинирования черновой меди представлены в таблице 3.

Таблица 3

Оптимальный режим технологии огневого рафинирования черновой меди

№ п.п.	Наименование Показателя	Точка контроля	Параметр
1	2	3	4
1.	Температура печного пространства, 0С, при:	Свод печи (в начале)	1300-1400
	Заправке печи		1300-1400
	Загрузке печи		1300-1400
	Плавлении шихты		1300-1400
	Заливке меди		1300-1400
	Съеме 1 шлака		1250-1300
	Окислении меди		1200-1300
	Съеме 2 шлака		1200-1300
	Восстановлении		1200-1300
	Розливе меди		1200-1250
	Холостом ходе печи		1150-1200
1	2	3	4
	Профилактике печи		1400-1550
2.	Давление в печи, Па (кгс/м2), при:	Боров печи
	Заправке печи		-9,8 ¸ +4,9 (-1,0 ¸ +0,5)
	Загрузке печи		-9,8 ¸ +14,7 (-1,0 ¸ +1,5)
	Плавлении шихты		-4,9 ¸ +9,8 (-0,5 ¸ +1,0)
	Заливке меди		-9,8 ¸ -4,9 (-1,0 ¸ -0,5)
	Съеме 1 шлака		-14,7 ¸ -19,6 (-1,5 ¸ -2,0)
	Окислении меди		-19,6 ¸ -4,9 (-2,0 ¸ -0,5)
	Съеме 2 шлака		-4,9 ¸ +9,8 (-0,5 ¸ +1,0)
	Восстановлении		+9,8 ¸ +14,7 (+1,0 ¸ +2,0)
	Розливе меди		+9,8 ¸ +14,7 (+1,0 ¸ +2,0)
	Холостом ходе		-9,8 ¸ -4,9 (-1,0 ¸ -0,5)
	Профилактике печи		-19,6 ¸ -9,8 (-2,0 ¸ -1,0)
3.	Продолжительность операции, час:
	Заправка печи		1,0
	Загрузка печи		1,0
	Плавление шихты		0-2,0
	Заливка меди		2,0-3,0
	Съем 1 шлака		2,0-4,0
	Окисление меди		1,0-2,0
	Съем 2 шлака		1,0-2,0
	Восстановление		2,0-3,0
	Розлив меди		6,0-10,0
	Холостой ход		2,0-4,0
	Профилактика печи		2,0-5,0
4.	Расход газа, нм3/час	Газопровод Диафрагма
	Заправка печи		800-950
	Загрузка печи		1000-1200
	Плавление шихты		1000-1200
	Заливка меди		800-950
	Съем 1 шлака		1000-1300
	Окисление меди		600-850
	Съем 2 шлака		1000-1300
	Восстановление		600-800
	Розлив меди		600-800
	Холостой ход		700-900
	Профилактика печи		1000-12000
5.	Расход воздуха, нм3/час	Воздуховод
	Заправка печи		8000-9500
	Загрузка печи		8000-9600
	Плавление шихты		11000-13000
1	2	3	4
	Заливка меди		8000-9500
	Съем 1 шлака		8000-10500
	Окисление меди		7800-12000
	Съем 2 шлака		8000-10500
	Восстановление		3200-6400
	Розлив меди		4800-6400
	Холостой ход		7000-9000
	Профилактика печи		10000-12000
6.	Температура в аптейке, 0С	Аптейк
	Заправка печи		400-1100
	Загрузка печи		400-1100
	Плавление шихты		400-1100
	Заливка меди		400-1100
	Съем 1 шлака		400-1100
	Окисление меди		400-1100
	Съем 2 шлака		400-1100
	Восстановление		600-1200
	Розлив меди		400-800
	Холостой ход		400-800
	Профилактика печи		900-1200
7.	Температура пода печи, 0С	Под печи	До 600
8.	Давление газа,  Па (кгс/см2)	Газопровод	98066,5-147099,8 (1,0-1,5)
9.	Давление воздуха, Па (кгс/см2)	Воздуховод	1960,0-3920,0 (200,0-400,0)
10.	Давление воздуха по горелкам, Па (кгс/м2)	Воздуховод перед горелками	784,0-1960,0 (80,0-200,0)

 

 

3. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ  РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССА ОГНЕВОГО РАФИНИРОВАНИЯ  ЧЕРНОВОЙ МЕДИ

 

3.1. Применяемое  сырье и реагенты

Черновая медь

Черновая медь поступает из конвертерного  отделения в расплавленном виде в ковшах, транспортируемых мостовым краном.

Основные примеси, содержащиеся в  черновой меди - никель, железо, сера, а также благородные металлы. Усредненный состав черновой меди  представлен в табл.4.

Таблица 4

Химический состав черновой меди

Массовая  доля,  %
Cu	Ni	Co	Fe	O2	S
98,25	0,86	0,03	0,03	0,8	0,03

 

Черновая медь не ядовита, не токсична, и взрывобезопасна. Расплавленная черновая медь является источником производственных вредностей, связанных с высокой температурой. Расплавленная черновая медь пожароопасна.

 

Твердые обороты

 

Твердыми оборотными материалами, загружаемыми в анодные печи, являются медный скрап и бракованные аноды. Усредненный химический состав твердых  оборотов представлен в таблице 5.

Таблица 5

Усредненный химический состав твердых оборотов

Массовая  доля,  %
Cu	Ni	Fe
99,0	0,65	0,005

 

Твердые обороты не токсичны, не ядовиты, взрывобезопасны. Класс опасности  второй.

 

Природный газ

 

Анодные печи отапливаются природным  газом. Природный газ применяют для сушки и разогрева футеровки печей, для подогрева расплава в желобах и разливочных ковшах.

 

Таблица 6

Средний химический состав природного газа

Показатель	Наименование компонентов
	Метан CH4	Этан C2H6	Диоксид углерода CO2	Азот N2
Объемная доля, %	97,102	0,77	0,188	0,258

 

Теплотворная способность, кДж/м³ (ккал/м³).......... 33750 (8100);

Плотность, кг/м³..............……………….................... 0,735.

Предельно допустимая концентрация природного газа в воздухе рабочей зоны печи по ГОСТ 12.1.005-76 - 300 мг/м³ в пересчете на  углерод. Класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76 - четвертый. Природные горючие  газы относятся к группе горючих веществ,  способных образовывать с воздухом взрывоопасные  смеси.  Концентрационные пределы воспламенения (по метану) в смеси с воздухом, % об.:

• нижний – 5;
• верхний – 15.

Температура самовоспламенения - не менее 450 ⁰С.

Все работы,  связанные  с использованием природного газа,  должны выполняться  при строгом соблюдении "Правил безопасности в газовом  хозяйстве", утвержденным Госгортехнадзором СССР 26 июня 1979 года.

 

Моторное топливо

 

Моторное топливо используется как восстановитель в процессе восстановления меди, а также как аварийное  топливо. Качество моторного топлива  марки ДТ-1, регламентирует ГОСТ 1667-68. Моторное топливо должно соответствовать нормам, указанным в таблице 7.

Таблица 7

Моторное топливо

Наименование показателей	Норма
1. Плотность при 20 0С, в г/см3 , не более	0,93
2. Фракционный состав до 250 0С перегоняется в %, не более	15
3. Вязкость при температуре 50 0С кинематическая, м2/с, не более	36*10-6
4. Коксуемость, % не более	3
5. Зольность, % не болене	4
6. Массовая доля серы, % не более  в сернистом топливе	1,5
7. Температура вспышки, в  0С, не ниже	65
8. Массовая доля ванадия, % не  более	0,015
9. Массовая доля воды, % не более	0,5

 

 

 

Моторное топливо является продуктом, получаемым при переработки нефти. ПДК по ГОСТ 12.1.005-76 на содержание паров  в рабочей зоне в пересчете  на углерод 300 мг/м³. Класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76 – четвертый. Моторное топливо взрывопожароопасно.

 

Воздух

Для сжигания природного газа в горелках анодных печей используют воздух, который подают вентиляторами по воздуховоду.

 

Сжатый воздух

Для окисления черновой меди используют сжатый воздух, поступающий в анодное  отделение по цеховым трубопроводам из компрессорного отделения.

Давление сжатого воздуха до 392266 ПА (4 кгс/см²), температура до 50 ⁰С. Сжатый воздух не токсичен, пожаро-взрывобезопасен.

 

Бревно-дразнилка

Бревно-дразнилку применяют в  качестве восстановителя в процессе огневого рафинирования. Для этой цели используют плотные влагоемкие сорта сосны. Качество бревна-дразнилки должно соответствовать стандарту предприятия на бревно-дразнилку.

Бревно-дразнилка не токсично, взрывобезопасно, относится к группе горючих материалов.

 

Шамотный мертель

Мертель шамотный используется для  приготовления пульпы для поливки

поверхности изложниц с целью предупреждения приваривания анодов к изложницам, приготовления раствора для футеровки  разливочных ковшей, разливочных  и заливочных желобов, окислительных трубок. Мертель шамотный должен соответствовать требованиям ГОСТ 6137-80 “Мертель шамотный, алюмосиликатный. Технические условия”.

Мертель шамотный не токсичен, не взрывоопасен, не пожароопасен. ПДК шамота в воздузе  при содержании в пыли 10-70%, кристаллический SiO₂ –  
2 мг/м³.

 

 

 

 

 

 

Коксовый орешек

Для восстановления оксида меди (I) в анодной печи во время съема шлака и розлива меди на поверхность расплава загружают коксовый орешек. Коксовый орешек должен соответствовать требованиям ГОСТ 8935-77.

Теплотворность, ккал/кг	7600
Крупность, мм	10-25
Зольность, %	11-13
Влажность, %	10-12
Содержание в сухой массе, %:
- углерод	37-38
- водород	0,5
- кислород	1-1,2
- золы	5-7
- летучих	2-3
- серы	0,2-0,3

 

Бура техническая и  песок речной

С целью предотвращения окисления меди во время розлива поверхность ванны в конце операции восстановления нужно покрыть слоем орешка коксового  и шихтой на основе буры технической и песка речного кварцевого при соотношении кварцевого песка к буре 1,5:1. Для этого шихту массой 50кг на плавку загружают через загрузочные окна равномерно  по всей  поверхности ванны. При этом в печи поддерживают избыточное  давление и восстановительную атмосферу.

      

 

 

3.2. Материальные потоки