Перемешивание ванны расплава
С точки зрения движения массы в печи Ванюкова можно выделить две зоны: барботируемую фурменную зону и относительно спокойную подфурменную зону. В область активного барботажа вовлекается и часть подфурменной зоны на глубину ~10 калибров фурмы ниже оси фурм. Энергичное перемешивание в фурменной области печи способствует ускорению массообменных процессов, быстрому растворению тугоплавких составляющих шихты, ускорению процессов взаимодействия между штейном, шлаком и газом. Интенсивный барботаж шлако-штейновой эмульсии приводит к многократным столкновениям капель штейна и их дроблению и слиянию, в результате чего крупность стабильных капель штейна увеличивается настолько (0,5-2 мм), что для разделения штейна и шлака требуется менее одного часа вместо 10-12 часов для условий отражательной плавки. Все это обеспечивает более высокую удельную производительность процесса Ванюкова по сравнению с традиционными способами плавки сульфидного сырья. Кроме того, как уже было сказано выше, барботаж расплава создает благоприятные термодинамические условия для реакции восстановления магнетита сульфидом железа, что обеспечивает относительно невысокое его содержание в шлаке, позволяет без особых затруднений перерабатывать оборотный конвертерный шлак, содержащий значительное количество магнетита. Таким образом, подача кислородно-воздушной смеси в расплав печи Ванюкова - это не только способ подвода одного из реагентов в зону основных химических взаимодействий, но и необходимое условие интенсификации физико-химических превращений, формирования и разделения фаз в фурменной зоне.
Установлено, что полное перемешивание в зоне барботажа печи ПВ происходит достаточно быстро (для печи ПВ с площадью поперечного сечения в области фурм 20 м2 при расходе дутья 22000 нм3 в час время полного перемешивания в фурменной зоне составляет 2-4 мин.), что практически обеспечивает отсутствие различий в составе шлака и штейна и температуры по длине печи в барботируемой зоне. Снижение интенсивности барботажа приводит к замедлению скорости физико-химических взаимодействий, появлению на выпуске из печи «не проработанных» кусков тугоплавкой составляющей шихты (кусковой кварц, клинкер, известняк и т.д.), что ведет к нарушению режимов процесса, ухудшению его показателей. Неблагоприятными условиями, с точки зрения гидродинамики, является неравномерность барботажа, что может привести к образованию застойных зон в печи и также к снижению скорости растворения тугоплавких составляющих шихты. Таким образом, поддержание высокой интенсивности перемешивания расплава в фурменной зоне - необходимое условие нормальной эксплуатации комплекса. Из практики эксплуатации печей Ванюкова следует, что в расчете на 1 м2 поперечного сечения печи необходимо подавать не менее 400 нм3 дутья в час. Более благоприятные гидродинамические условия создаются при напряженности дутья ~800-1000 нм3/м2 . час.
При организации дутьевых режимов, распределении дутья по фурмам необходимо учитывать, что при расходах кислородно-воздушной смеси в расчете на одну фурму ниже определенных значений возможно проникновение расплава в канал фурмы, что способствует ее зарастанию, а при неблагоприятных условиях (например, при снижении температуры плавки) и выходу фурмы из строя. Из практики эксплуатации печей ПВ следует, что расход дутья на одну фурму необходимо поддерживать в пределах 900-1200 нм3/час, что соответствует скорости истечения дутья на срезе фурмы ~200-250 м/с. Не рекомендуется снижать расход дутья на одну фурму ниже ~800 нм3/час (max 1100).
Характеристика сырья и шихтовых материалов
Медные концентраты
Характеристика основных медных концентратов, поступающих на ПО «Балхашцветмет», представлена в таблице 2.1.
Таблица 2.1 Химический состав перерабатываемых концентратов на ПО «Балхашцветмет»
| Наименование | Содержание, % | |||||||||||
| материалов | Cu | SiO2 | Fe | Al2O3 | CaO | S | Pb | As | Zn | MgO | ||
| Зыряновский | 20,85 | 1,18 | 27,07 | 1,85 | 0,39 | 34,51 | 5,34 | 0,87 | 6,04 | 0,19 | ||
| Жезкентский | 17,51 | 1,70 | 30,39 | 1,99 | 0,49 | 38,23 | 3,55 | 0,16 | 4,05 | 0,10 | ||
| Лениногорский | 26,63 | 1,43 | 27,85 | 1,27 | 0,37 | 34,95 | 2,04 | 0,13 | 5,40 | 0,13 | ||
| Белоусовский | 15,09 | 6,78 | 21,00 | 3,00 | 0,51 | 31,33 | 8,90 | 0,73 | 12,88 | 0,27 | ||
| Николаевский | 18,26 | 1,85 | 29,38 | 1,68 | 0,70 | 37,49 | 1,32 | 0,52 | 5,88 | 0,20 | ||
| Сатпаевский | 28,37 | 23,24 | 5,95 | 3,15 | 1,53 | 16,90 | 7,20 | 0,18 | 9,08 | 0,45 | ||
| Березовский | 17,67 | 5,03 | 21,90 | 3,27 | 0,41 | 33,22 | 6,00 | 1,23 | 10,49 | 0,20 | ||
| Балхашский | п о ф а к т у | |||||||||||
Как видно из таблицы 2.1, и местные, и восточно-казахстанские концентраты бедные по содержанию меди, но с высоким содержанием серы и цинка. Основными минералами богатых по содержанию меди концентратов являются халькозин, халькопирит, борнит, кварц, в меньшей степени алюмосиликаты. Рациональный состав сатпаевского концентрата приведен в таблице 2.2. Остальные медные концентраты отличаются повышенным содержанием железа и серы и малым содержанием кремнезема. Основными минералами этих концентратов являются халькозин, халькопирит, пирит, в меньшей степени кварц и алюмосиликаты.
Таблица 2.2 Рациональный состав сатпаевского и балхашского концентратов
| Минералы | Содержание, % | |
| сатпаевский | балхашский | |
| Cu2S | 26,0-30,0 | 0-12,0 |
| Cu5FeS4 | 18,0-20,0 | 1,0-3,5 |
| CuFeS2 | 6,0-9,0 | 12,0-13,0 |
| FeS2 | 1,0-2,0 | 49,0-50,0 |
| PbS | 2,0-4,0 | - |
| ZnS | 1,5-2,5 | - |
| SiO2 | 25,0 | 17,0 |
| Al2O3 | 4,0 | 5,0 |
| CaO | 0,5-1,0 | 0,5 |
| MgO | 0,5-1,0 | 0,5 |
| Прочие | 8,0-9,0 | 1,3 |
Флюсы и промпродукты
Флюсы задаются в шихту ПВ для того, чтобы получит шлак с определенными свойствами, химическим составом, плотностью, вязкостью, обеспечивающими минимальные потери цветных металлов с ним.
Характеристика флюсов представлена в таблице 2.3.
Таблица 2.3 Характеристика флюсов
| Наименование флюсов | Химический состав, % масс | Насып- | Содержание контр. | |||||||
| Cu | Fe | S | SiO2 | CaO | Al2O3 | ной вес, | примесей, % | |||
| т/м3 | As | Pb | ||||||||
| Золотосодержащий концентрат | - | 10-20 | 10-20 | 30-40 | 0,4-4 | 5,0-7,0 | 1,67-1,75 | - | 0,05-0,6 | |
| Отсев кварцевой руды | - | - | - | 60-80 | 0,8-7 | 2-12 | 1,65-1,75 | - | - | |
| Известняк | - | - | - | 2,5-10 | 45-53 | 0,05-15 | - | - | - | |
| Хвосты коныратские | ||||||||||
| Хвосты саякские |
В качестве кремнийсодержащего флюса используются в основном хвосты коныратские и золотосодержащие флюсы.
Характеристика клинкера представлена в таблице 2.4.
Таблица 2.4 Характеристика клинкера
| Наименование флюсов | Химический состав, % масс | Насып- | Содержание контр. | |||||||
| Cu | Fe | S | SiO2 | CaO | Al2O3 | ной вес, | примесей, % | |||
| т/м3 | Feм | С | ||||||||
| Клинкер | 1-8 | 20-30 | 4-10 | 14-16 | 1,0-3,6 | 2-4 | 1,45-1,55 | 10-30 | 8-20 |
Клинкер является продуктом цинкового производства. Он поступает с Усть-Каменогорского свинцово-цинкового и Лениногорского комбинатов. Клинкер так же, как уголь, является топливом. В нем содержатся в большом количестве углерод и металлическое железо. Помимо этого, он содержит медь, цинк, а также золото до пяти граммов на тонну и серебро до 200 граммов на тонну.
Уголь поступает с Карагандинского бассейна следующего состава (таблица 2.5):
Таблица 2.5 Состав угля Карагандинского бассейна
| Наименование угля | Летучих, % | Зольность | Влага, % |
| Карагандинский | 28-29 | ||
| Шубаркульский | 27-45 | до 24 | до 13 |
Теплотворная способность:
- карагандинского угля 5550-6500 ккал/кг
- шубаркульского угля 4200-6000 ккал/кг
Характеристика оборотных материалов представлена в таблице 2.6.
Таблица 2.6 Характеристика оборотных материалов*
| Наименование сырья | Химический состав, % масс | Насыпной | |||||||
| Cu | Fe | S | SiO2 | CaO | Al2O3 | Fe3O4 | вес, т/м3 | ||
| Оборотные медьсодержащие материалы | 8-35 | 2-12 | 9-30 | 20-40 | 2-4 | 4-13 | до 25 | 3,4-4,0 |
* Состав пылей приведен в таблице 6.4
Оборотные материалы - корки из ковшей конвертерного пролета, выломка, пыль котла-утилизатора, пылевой камеры и циклонов. Корки и выломки необходимо подвергать дроблению до минус 10 мм.
Шихта плавки ПВ
Шихта для плавки в печи ПВ готовится в штабельном шихтарнике. Концентраты и флюсы усредняются из расчета получения шихты следующего состава, в % масс.:
- меди - 15-21
- серы - 27-32
- диоксида кремния - 12-14
Влажность материалов, закладываемых в штабель, не должна превышать семи процентов.
Оборотные медьсодержащие материалы, в том числе концентраты, полученные при обогащении конвертерных и отвальных шлаков, содержат магнетит до 15%, при переработке их в печи ПВ в загрузке содержание магнетита задается до 1-4% от веса шихты. Содержание серы в шихте составляет от 27 до 32%.
Клинкер и уголь добавляются к шихте непосредственно у печи, из бункера, а также возможна закладка клинкера в штабель.