Выплавка меди из штейнов. Устройство конвертера. Работа конвертера

26 вопрос (Выплавка меди из штейнов. Устройство конвертера. Работа конвертера)

6.9. Выплавка меди из штейнов

Независимо от способа, которым выплавлен штейн из руды или концентрата, дальнейшая переработка его одинакова в медеплавильном конвертере. Разные штейны отличаются друг от друга только содержанием меди и железа, примеры состава штейнов приведены (табл. 11).

Таблица 11

Состава штейнов, выплавленных из руд и концентратов

6.9.1. устройство конвертера

Современный медеплавильный конвертер (рис. 42) имеет форму горизонтально установленного цилиндра, по образующей которого расположены фурмы.

Бочка конвертера (кожух) футерована изнутри магнезитовым кирпичом. На бочке установлены два гладких – опорных обода и один зубчатый – ведущий обод. Каждый гладкий обод опирается на две пары роликов, укрепленных на качающихся опорах, зубчатый обод находится в зацеплении с ведущей шестерней – редуктором электромотора, с помощью которого конвертер может поворачиваться в обе стороны на 180 град.

А–А

Рис. 42. Конвертор для продувки штейнов: 1 – фундамент; 2 – опорные ролики; 3 – бочка; 4 – опорный обод; 5 – горловина; 6 – футеровка; 7 – воздушный коллектор; 8 – фурма; 9 – зубчатый обод; 10 – привод для вращения бочки

В середине бочки имеется отверстие для заливки расплавленного штейна, слива продуктов плавки и удаления газов – горловина. В рабочем положении горловина направлена вверх и помещается под железным коробом – напыльником, соединенным с отводящими газоходами. Края напыльника имеют вырез по форме наружной поверхности конвертера и плотно примыкают к корпусу, предупреждая лишнее разбавление газов воздухом, подсасываемым из атмосферы. Иногда напыльники для лучшего уплотнения имеют подъемную переднюю стенку и водяное охлаждение.

По одной из образующих бочки  установлены фурмы, соединенные с общим коллектором для сжатого воздуха 1–1,2 ат. Фурма имеет шаровой клапан, стальной шарик  который в рабочем положении перекрывает выход воздуха наружу, а при прочистки отходит в верхнее гнездо.

Из горловины через напыльник газы поступают в сборный газоход, из него – в пылевую камеру, потом в электрофильтр, а затем по трубопроводам на производство серной кислоты.

Конвертеры работают периодически, выплавляя за одну операцию до 100 т меди. Наружный диаметр конвертера 2,3–4 м, длина его 4,3–10 м.

6.9.2. Работа конвертера

Продувка штейна в конвертере состоит из двух периодов. В первом из них происходит окисление сульфида железа и ошлакование оксида(II) железа добавляемым в конвертер кварцем, при этом получаются белый штейн и шлак. Шлак сливают через горловину, наклоняя конвертер.

Воздух, вдуваемый через фурмы в расплавленный штейн, энергично перемешивает ванну. На поверхности воздушных пузырьков протекают реакции окисления сульфидов:

2FeS + ЗО₂ → 2FeO + 2SO₂,

2Cu₂S + 3O₂ → 2Cu₂O + 2SO₂.

Оксид (I) меди путем обменного взаимодействия с FeS вновь превращается в сульфид:

Cu₂O + FeS → Cu₂S + FeO.

По этой причине в первом периоде окисляется только сернистое железо, а медь остается в виде сульфида.

Оксид (II)железа шлакуется добавляемым в конвертер кварцем:

2FeO + SiO₂ → Fe₂SO₄.

Окисление сульфида железа в присутствии кварца можно выразить суммарной реакцией, служащей в конвертере основным источником тепла:

2FeS + 3О₂ + SiO₂ → Fe₂SiO₄ + 2SO₂.

При недостатке кварца закись железа окисляется до магнетита:

6FeO + O₂ → 2Fe₃O₄.

Магнетит может восстанавливаться сернистым железом штейна в присутствии кварца по реакции:

3Fe₃O₄ + FeS + 5SiO₂ → 5Fe₂SiO₄ + SO₂.

Равномерная подача в конвертер измельченного кварца крупностью 6–12 мм и достаточно высокая температура способствуют восстановлению Fе₃О₄, получению менее вязких шлаков и снижению механических потерь меди. Ферриты, не восстановленные за время продувки, переходят в шлак главным образом в виде взвешенных твердых частиц, увеличивая вязкость шлака.

Перед заливкой штейна конвертер поворачивают так, чтобы фурмы оказались выше слоя расплава.

Температура заливаемого штейна около 1200 °С. При продувке она быстро повышается вследствие интенсивного окисления сульфидов. Нормальная температура первого периода должна быть в пределах 1250 – 1350° С.

Регулирование температуры необходимо для предохранения футеровки от преждевременного износа и получения достаточно жидкоподвижных шлаков. Для ее повышения увеличивают подачу воздуха и добавляют жидкий штейн, для понижения загружают холодные присадки, например, корки с ковшей, твердый штейн. Загрузку кварца начинают с начала продувки.