агрегат для переработки медно-цинковых и свинцово-цинковых материалов

Формула изобретения

Агрегат для переработки медно-цинковых и свинцово-цинковых материалов, включающий подину, корпус с расположенными в нем плавильной секцией с шихтово-кислородной горелкой, леткой для выпуска жидкометаллической донной фазы, отверстием для отвода технологических газов и пыли, и электротермической секцией, отделенной от плавильной секции водоохлаждаемой перегородкой, не доходящей до подины, с леткой для выпуска шлака, отверстием для отвода возгонов и технологических газов и электродами, погруженными в шлаковый расплав и подключенными к источнику тока, отличающийся тем, что в плавильной секции дополнительно размещены электроды, установленные на подину и подключенные к одному полюсу источника тока, при этом электроды, размещенные в электротермической секции, подключены к противоположному полюсу источника тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к устройствам для переработки медно-цинковых и свинцово-цинковых материалов.

Известна печь для переработки свинцово-цинковых материалов, включающая кессонированный водоохлаждаемый корпус-шахту, воздушно-кислородные дутьевые фурмы, внутренний горн с сифоном для накопления и выпуска продуктов плавки (Гудима Н.В., Шейн Я.П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. - М.: Металлургия, 1975, с.246).

Известна печь для переработки медно-цинковых материалов, включающая кессонированный водоохлаждаемый корпус-шахту, воздушно-кислородные дутьевые фурмы, передний горн для накопления и выпуска продуктов плавки (Мечев В.В., Быстров В.П., Тарасов А.В. и др. Автогенные процессы в цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1995, с.246).

Описанные конструкции предназначены для переработки конкретных материалов - либо свинцово-цинковых, либо медно-цинковых материалов и не допускают возможности унификации. Кроме того, к числу недостатков известных конструкций следует отнести необходимость расхода дорогого и дефицитного кокса, возможность переработки только крупнокусковой шихты, в связи с чем концентраты перед плавкой необходимо окусковывать, что отрицательно сказывается на экономичности.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является агрегат для переработки медно-цинковых и свинцово-цинковых материалов, включающий подину, корпус с расположенными в нем плавильной секцией с шихтово-кислородной горелкой, леткой для выпуска жидкометаллической донной фазы, отверстием для отвода технологических газов и пыли, и электротермической секцией, отделенной от плавильной секции водоохлаждаемой перегородкой, не доходящей до подины, с леткой для выпуска шлака, отверстием для отвода возгонов и технологических газов и электродами, погруженными в шлаковый расплав и подключенными к источнику тока (Мечев В.В., Быстров В.П., Тарасов А.В. и др. Автогенные процессы в цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1995, с.195).

Недостатком известной конструкции является ее низкая производительность вследствие нестабильной службы перетока под перегородкой, разделяющей плавильную и электротермическую секции, часто перекрываемого подовыми настылями, а также из-за повышенных потерь ценных компонентов с отвальным шлаком.

Зарастание и перекрытие переточного окна приводит к горячим простоям агрегата и, следовательно, снижению их производительности и увеличению энергозатрат. Размыв настыли и вскрытие перетока, требующий времени и специальных средств, существенно снижает экономичность агрегата.

Заявляемое изобретение направлено на повышение производительности агрегата и увеличение надежности его работы за счет обеспечения возможности использования обедняющих эффектов электролиза шлаковой ванны и электрокапиллярного движения.

Для достижения отмеченного выше технического результата в агрегате для переработки медно-цинковых и свинцово-цинковых материалов, включающем подину, корпус с расположенными в нем плавильной секцией с шихтово-кислородной горелкой, леткой для выпуска жидкометаллической донной фазы, отверстием для отвода технологических газов и пыли, и электротермической секцией, отделенной от плавильной секции водоохлаждаемой перегородкой, не доходящей до подины, с леткой для выпуска шлака, отверстием для отвода возгонов и технологических газов и электродами, погруженными в шлаковый расплав и подключенными к источнику тока, в соответствии с заявляемым изобретением в плавильной секции дополнительно размещены электроды, установленные на подину и подключенные к одному полюсу источника тока, при этом электроды, размещенные в электротермической секции, подключены к противоположному полюсу источника тока.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Проведенные эксперименты показали, что размещение в плавильной секции агрегата электродов, установленных на подину и подключенных к одному полюсу источника тока, при одновременном подключении электродов, размещенных в электротермической секции, к противоположному полюсу источника тока препятствует перекрытию настылью переточного окна за счет автоматического увеличения выделения джоулева тепла в расплаве внутри переточного окна при фиксированной силе тока. При этом в результате электролиза происходит дополнительное обеднение шлака вследствие электрохимического выделения и осаждения нелетучих металлов под действием электрокапиллярных сил, а также интенсификации возгонки летучих (цинка и др.) за счет барботажа, вызванного выделением оксида углерода.

Полярность электродов, их материал, размеры, количество и размещение в электротермической и плавильной секциях, а также электрические параметры установки определяются в каждом конкретном случае, исходя из технологических, конструктивных и режимных параметров агрегата, что составляет предмет “ноу-хау” для заявляемого изобретения.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом. На чертеже показан заявляемый агрегат для переработки медно-цинковых и свинцово-цинковых материалов. Агрегат содержит подину 1, корпус 2 с расположенными в нем плавильной секцией 3 с шихтово-кислородной горелкой 4, электродами 5, установленными на подину 1 и подключенными к источнику тока (на чертеже не показан), леткой 6 для выпуска жидкометаллической донной фазы, отверстием 7 для отвода технологических газов и пыли и электротермической секцией 8, отделенной от плавильной секции 3 водоохлаждаемой перегородкой 9, с леткой 10 для выпуска шлака, отверстием 11 для отвода возгонов и технологических газов и электродами 12, подключенными к источнику тока (на чертеже не показан). Разделяющая плавильную и электротермическую секции водоохлаждаемая перегородка 9 выполнена не доходящей до подины 1 с образованием переточного окна 13. Установленные в плавильной секции 3 электроды 5 погружены в металлизированную донную фазу 14 и подключены к одному полюсу источника тока, например отрицательному, а электроды 12, установленные в электротермической секции 8, погружены в шлаковый расплав 15 и подключены к противоположному полюсу источника тока, например положительному.

Агрегат работает следующим образом.

Шихта, приготовленная из концентратов, флюсов и оборотной пыли, через шихтово-кислородную горелку 4 потоком технического кислорода вдувается в плавильную секцию 3, где сульфиды окисляются и плавятся совместно с флюсами. Перегретый расплав стекает в отстойную часть плавильной секции 3, где происходит разделение продуктов плавки с образованием металлизированной донной фазы (штейна, металла) и шлака. Расплав через переточное окно 15 попадает в электротермическую секцию 8, которая служит для обеднения шлака в восстановительном режиме, включая осаждение тяжелой металлизированной фракции (штейна, металла) в донную фазу и отгонку летучих компонентов (в первую очередь цинка).

Расплав в электротермической секции 8 обогревается электроэнергией, вводимой с помощью электродов 12. Обедненный шлак удаляют из агрегата через летку 10, металлизированную донную фазу - через летку 6; технологические газы и пыль (возгоны) отводят через отверстия 7 и 11 и направляют на дальнейшую переработку.

Между электродами разной полярности 5 и 12, установленными в плавильной и электротермической секциях, разделенных перегородкой 9, в расплаве, проходящем через переточное окно 15, протекает электрический ток.

В нормальном режиме донные слои расплава достаточно прогреты, переточное окно 15 полностью свободно от настылей; при этом электрический ток в переточном окне протекает преимущественно через металлизированную донную фазу, электропроводность которой много больше, чем у шлака. В этом случае электрическое сопротивление расплава минимально и при фиксированной силе тока источника джоулево тепло, выделившееся при похождении расплава через переточное окно 15, также минимально.

При отклонении режима от нормального (снижение температуры донных слоев, изменение состава расплава и др.) создаются условия для усиленного настылеобразования, постепенного зарастания и перекрытия настылью переточного окна 15. Одновременно этот процесс увеличивает удельное электрическое сопротивление расплава, проходящего через переточное окно 15, и уменьшает площадь сечения последнего. Это приводит к увеличению электрического сопротивления и при фиксированной силе тока источника - к увеличению выделения джоулева тепла в переточном окне, что препятствует настылеобразованию, способствует размыванию настыли и поддержанию, таким образом, переточного окна в нормальном рабочем состоянии в автоматическом режиме.

При протекании постоянного тока через шлаковый расплав в электротермической секции 8 в результате электролиза происходит дополнительное обеднение шлака, при котором частицы нелетучих металлов выделяются из химического раствора и вместе с остальными каплями нелетучих металлов, содержащимися в шлаке, под действием сил тяжести и электрокапиллярных сил оседают на подине агрегата.

При катодной поляризации электродов 5 и, следовательно, металлизованной донной фазы и анодной поляризации электродов 12 в результате электролиза шлака в прианодных областях за счет образования оксида углерода создаются зоны барботажа. Поскольку в тех же зонах выделяется и подавляющая часть вводимой мощности, то катодная поляризация донной фазы дополнительно интенсифицирует отгонку из шлака летучих компонентов (в первую очередь - цинка). Процесс возгонки особенно усиливается, поскольку соседние зоны интенсивной возгонки у анодов 12, расположенных подряд, частично совмещаются одна с другой.

За счет раздельной установки электродов разной полярности в электротермической и плавильной секциях зона растекания тока существенно смещается вниз, приближаясь к подине, что приводит к повышению температуры в нижних слоях ванны, особенно в узкой зоне переточного окна 15, и, следовательно, позволяет исключить его перекрытие настылями.

Проверку устройства проводили на опытно-экспериментальной установке заявляемой конструкции. Переработке подвергали сульфидную шихту, состоящую из гранул, содержащих в среднем, мас.%: меди - 26; свинца - 1,6; цинка - 11; железа - 24; серы - 34.

Длительность испытаний - 72 часа.

В результате плавки был получен:

штейн состава, мас.%: меди - 50,0; свинца - 2,0; цинка - 2,3; железа - 21; серы - 22;

шлак состава, мас.%: меди - 0,26; свинца - 0,15; цинка - 1,0; железа - 35; диоксида кремния - 37; оксида кальция - 10.

Испытания показали надежную непрерывную работу заявляемой конструкции, которая обеспечивает повышение производительности агрегата вследствие глубокого обеднения шлака по ценным металлам и бесперебойную службу, исключающую горячие простои агрегата.