Введение к работе
Актуальность темы. Конвертерная переработка штейнов остается одним из ведущих процессов в производстве цветных металлов. Протекание физико-химических процессов определяется условиями подачи дутья в расплавленную ванну. Подача дутья определяет и условия тепло-массопереноса Поиск режимов подачи дутья, обеспечивающих оптимизацию тепломассопереноса в расплавленной ванне в условиях гетерогенной системы и, следовательно, отвечающих задаче повышения производительности и снижения выбросов расплава, и создание более совершенного металлургического аппарата представляет собой актуальную задачу.
Цель работы. Целью работы является сравнительная оценка различных режимов подачи дутья, изучение взаимодействия дутьевых струй с расплавленной ванной при конвертировании штейнов и выявление такого способа подачи дутья и конструкции аппарата, которые создали бы наиболее благоприятные условия протекания технологического процесса, полноту использования энергоресурсов, герметизацию системы газоудаления, эксплуатационную надежность аппарата.
Методика исследований. Теоретические и экспериментальные исследования базировались на известных физико-химических закономерностях процессов, протекающих в сульфидных расплавах при подаче окислительного дутья и твердых флюсонесущих и рудных компонентов, и проводились в лабораторных условиях с применением: физического моделирования на холодных и огневых моделях с приборным контролем параметров; математических методов обработки результатов экспериментов с применением ЭВМ; контроля состава веществ с использованием химических и приборных средств анализа.
Научная новизна. На основе анализа установившихся представлений о термодинамических и кинетических процессах, протекающих в расплавах сульфидов полиметаллического состава под действием кислорода дутья при участии кварцевого флюса предложена идеализированная физико-химическая модель процесса конвертирования штейнов, учитывающая только реакции окисления металлического и сернистого железа и реакции восстановления магнетита сульфидом железа в присутствии
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. д.т.н.Л.М.Шалыгину. Особо благодарит сотрудников каф. МЦМ доц.Ю.М.Смирнова, Ф.Т.Бумажнова, доц.Л.В.Чугаева, а также сотрудников СПТТИ В.Г.Швеца, С.Н.Салтыкову, Р.Б.Борисова за поддержку на различных этапах написания диссертации.
кремнезема, полнота протекания которой оценивается значениями надлежащего коэффициента, по физическому смыслу отвечающего кинетическим условиям взаимодействий в гетерогенной системе и, следовательно, зависящего от интенсивности массопереноса.
Наилучшие условия для тепломассопереноса возникают при использовании высоконапорных непогруженных в расплав струй, истекающих из нескольких сопел, расположенных по перифирии цилиндрического аппарата. Кинетическая энергия пространственно-ориентированных струй реализуется в направленное, упорядоченное вращательное движение расплавленной среды.
Практическая значимость: 1. Разработана конструкция компактных фурм, названных "радиально-осевые фурмы"(РОФ), которые при их установке по перифирии цилиндрического аппарата создают регулярный массоперенос в виде интенсивного движения всего объема расплава.
2. Предложен вариант реконструкции вертикального кислородного конвертера, перерабатывающего медный штейн с установкой радиально-осевых фурм. При этом обеспечивается возможность герметизации верхней зоны конвертера и достигается полнота улавливания сернистого газа. Рабочий проект предложенного варианта реконструкции КВК комбината "Североникель" выполнен проектно-конструкторским отделом комбината.
-
Предложена принципиально новая конструкция аппарата стационарного типа с размещением радиально-осевых фурм по всей окружности аппарата, при удалении шлака через канал, тангенциально примыкающий к цилиндрическому корпусу. Этот вариант может рассматриваться как основа создания аппарата для непрерывного конвертирования штейнов.
-
Проработан на поисковом уровне и воспроизведен на физической модели принцип работы аппарата непрерывного конвертирования или автогенной плавки сульфидного сырья.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на:
-международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд", -СПГТИ, Санкт-Петербург, 1994 г.;
-научной конференции студентов и аспирантов СПГГИ "Полезные ископаемые России и их освоение", Санкт-Петербург, 1996 г; -заседании НТС кафедры металлургии цветных металлов СПГГИ, 1996 г. - выставке "Промышленность города-городскому хозяйству", Санкт-Петербург, 1996г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и содержит 112 страниц машинописного текста, 30 таблиц, 40 рисунков и фотографий, а также список литературы из 51 наименования. В первой главе рассмотрены физико-химические закономерности поведения сульфидов в расплавах под действием окислительного дутья применительно к конвертированию штейнов. В главе 2 предложена физико-химическая модель, ограничивающая расчеты процесса конвертирования реакциями окисления железа и шлакообразования. В главе 3 проанализированы условия массопереноса в расплавах, подвергаемых окислительной продувке, для донной, боковой погруженной, верхней непогруженной подачи дутья. В главе 4 изучены закономерности подачи дутья в виде пространственно-ориентированных струй и предложен новый тип автогенного аппарата (АСВ). Глава 5 посвящена разработке и исследованию новой конструкции радиально-осевой фурмы. В главе б приведены результаты эксперимента на укрупненно-лабораторной огневой установке АСВ. В заключении приводятся выводы и практические рекомендации.