Металлургия и основы металлургического производства (стр. 2 из 5)
Только после практически полного окисления свободного железа начинает окисляться FeS, характеризующее начало периода продувки.
Основная реакция конвертирования металлизированных штейнов:
6ґFe+3ґO2+3ґSiO2=3ґ(FeO)2ґSiO2
1.2.2 Тепловая работа конвертора
Конвертерный процесс осуществляется за счет тепла экзотермических реакций окисления свободного железа(Fe) и его сульфида(FeS) и ошлакования закиси железа и по этому не требует использования топлива. Основные реакции конвертирования:
6ґFe+3ґO2+3ґSiO2=3ґ[(FeO)2ґSiO2]+448800 кал
2ґFeS+3ґO2+SiO2= (FeO)2ґSiO2+2ґSO2+246080 кал
Продувка металлизированных штейнов имеет значительно большие резервы тепла, чем продувка насыщенных серой не металлизированных расплавов. Основные данные по температурному режиму процесса конвертирования Сu-Ni штейнов:
Температура штейна рудотермических печей, oC…………………1100-1200
Оптимальная температура массы в конвертере в период
набора, oC……………………………………………………………...1220-1250
Оптимальная температура массы в конвертере в период
варки файнштейна, oC……………………………………………………1180
Температура, oC:
конвертерных шлаков…………………………………………….1150-1290
конвертерных газов………………………………………………...950-1000
Количество холодных присадок зависит от степени металлизации штейна и ряда факторов, связанных с емкостью конвертера и характером поведения процесса. В условиях комбината «Печенганикель» количество холодных присадок составляет 10-20 %.
1.2.3 Механизмы процессов, протекающих в конверторной ванне окисления штейна
Окисление штейна происходит на границе воздух-штейн газового пузыря, образуемого дутьем, и в самой газовой струе на границе воздух -распыленный штейн, имеющей весьма развитую поверхность.
1) При продувке не металлизированных штейнов на границе газовый пузырь - штейновый расплав происходит преимущественное окисление сернистого железа, причем оно протекает непосредственно до магнетита по реакции 3ґFeS+5ґO2= Fe3O4+3ґSO2. Магнетит далее частично восстанавливается в расплаве по реакции 3ґFe3O4+FeS=10ґFeO+SO2. Внутри дутьевого факела, кроме этой реакции, идут также следующие:
2ґNi3S2+7ґO2=6ґNiO+4ґSO2 (после выгорания FeS)
2ґCu2S+3ґO2=2ґCuO+2ґSO2 (после выгорания основного количества Ni3S2) Сu2S+2ґCuO=6ґCu+SO2.
Далее образовавшиеся окислы и металлы, взаимодействуя со штейном, восстанавливаются и сульфидируются по реакциям:
3ґNiO+3ґFeS=Ni3S2+3ґFeO+0,5ґS2,
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO, 2ґCu+FeS=Cu2S+Fe.
Таким образом, в конечном счете окисляется сернистое железо штейна при незначительном переходе цветных металлов в шлак, определяемом равновесием последних трех реакций и другими причинами физического характера, рассматриваемыми ниже.
2) При продувке металлизированных штейнов окислительные процессы протекают по несколько иной схеме. На границе воздух - штейновый расплав идет реакция избирательного окисления металлического железа до вюстита FeO по реакции 2ґFe +O2=2ґFeO. В дутьевой струе происходит окисление мелких капель штейна по стадиям:
2ґFe +O2=2ґFeO,
3ґFeO+0,5ґO2.=Fe3O4,
3ґFeS+5ґO2=Fe3O4+3ґSO2 (после выгорания Fe),
2ґNi3S2+7ґO2=6ґNiO+4ґSO2 (после выгорания FeS),
2ґCu2S+3ґO2=2ґCu2O+2ґSO2 ( после выгорания большей части Ni3S2),
Cu2S+2ґCu2O=6ґCu+SO2.
Окислы цветных металлов и двуокись серы взаимодействуют с расплавленным штейном, в результате чего металлы и сера снова переходят в штейн по реакциям:
3ґNi+2ґFeS=Ni3S2+2ґFe,
Cu2O+Fe=2ґCu+FeO,
2ґCu+FeS=Cu2S+Fe,
SO2+3ґFe=FeS+2ґFeO.
1.3 Продукты конвертирования
Конечными продуктами конверторного передела являются медно-никелевый файнштейн, конвертерный шлак периода набора, конвертерные газы и конвертерная пыль. Кроме, того при конвертировании получают шлаки периода варки файнштейна, которые являются внутренним оборотным продуктом конвертерного передела.
В таблице приведен состав файнштейна, получаемого на «Печенганикель»..
Таблица 4. Состав медно-никелевого файнштейна ,%
Медно-никелевый файнштейн разделяют методом флотации. Успешное разделение его на никелевый и медный концентраты зависит от:
1) состава и главным образом от содержания серы и железа. По действующим техническим условиям содержание серы в файнштейне не должно быть ниже 23%.
2) отношение меди к никелю в нем. В настоящее время перерабатывают файнштейн, отношение меди к никелю в котором не превышает 1,0.
1.3.2 Конверторные шлаки
Состав конвертерного шлака приведен в таблице 5.
Конвертерные шлаки состоят в основном из силикатов железа фаялита (FeO)2ґSiO2, в котором растворено небольшое количество окислов, перешедших из кварцевого флюса и футеровки.
Конвертерные шлаки также содержат некоторое количество цветных металлов. Цветные металлы в шлаке находятся в трех основных формах: свободных сульфидов, сульфидов, растворенных в шлаке, и окислов, образующих обычно в расплаве силикатные комплексы.
Таблица 5 . Состав конвертерных шлаков, %
В шлаке также растворяется заметное количество сульфида железа, чем объясняется повышенное содержание в шлаке серы. Характерная особенность конвертерных шлаков - присутствие в них значительных количеств магнетита. Содержание магнетита в шлаке обычно составляет 10-25 % и зависит от ряда факторов.
1.3.3 Конверторные газы
Концентрация SO2 в отходящих газах в газоходе снижается вследствие очень больших подсосов воздуха через напыльник в газоходную систему. С целью повышения концентрации SO2 в газах для получены из него серной кислоты на предприятии установлены герметичные напыльники.
На графике приведён состав конверторных газов по ходу продувки
Рис 2. Состав конверторных газов по ходу продувки
1- обычный режим продувки;
2,3 – продувка обогащённой массы, перелитых из других конверторов;
4,5 – продувка штейна, залитого на оставленный в конверторе шлак;
6 – продувка после загрузки ферроникелевых «жуков»;
7 – продувка одного ковша штейна
1.3.4 Конверторная пыль
В результате интенсивной продувке расплава воздухом конвертерный процесс всегда сопровождается некоторым разбрызгиванием массы, которая выносится в газоходную систему и там оседает в виде конверторной пыли,
Частично из конвертера выносится мелкая фракция кварцевого флюса и холодных присадок.
Примерный состав конвертерной состав пыли приведен ниже, %:
Ni ………………….9,0-12,0 Fe…………………….16,0-25,0
Cu…………………10,0-15,0 S………………………10,0-12,0
Co………………….0,3-0,4 SiO2……………………22,0-30,0
Конвертерная пыль является оборотным материалом. Крупную фракцию конвертерной пыли перерабатывают в конвертерах, а мелкую - в руднотермических электропечах.
2. Материальный баланс процесса
2.1 Технологическая схема конвертирования.
Медно-никелевый штейн
Воздух Кварцевый флюс 
Конвертирование
 |  |  | ||
 | ||||
Газ и пыль Файнштейн Конвертерный шлак
| | |  |
Газоочистка На разделение меди На обеднение в 
и никеля электропечиГазы Пыль
 | |
На производство В электро-
Н2SO4 или плавку
в трубу