Практика запуска и эксплуатации печи с боковым подачей кислорода для обработки свинца

Thread Content

Практика запуска в эксплуатацию печи с боковым подачей кислорода и использованием свинца в качестве редуктора / Ху Вэйвэнь, Сюй Сюдун, Оуян Кунь (Компания по производству цветных металлов «Шуйкоушань», г. Хэнъян, провинция Хунань, 421500) / Аннотация: Подробно описываются условия первоначальной эксплуатации крупнейших в Китае печей с боковым подачей кислорода, использующих бездымный коксующийся уголь в качестве редуктора, а также технические характеристики таких печей. Практика промышленного производства показывает, что технология восстановления с боковым подачей газа является передовой, требует небольших инвестиций, обеспечивает стабильную работу оборудования, имеет низкий уровень совокупных энергозатрат на производство тонны свинца и создает хорошие условия для работы. Ключевое слово: свинец ； боковой печь ； Производственная практика ； Плавка с использованием кислорода: печь с боковым подачей газа на одном из заводов была спроектирована Институтом проектирования цветной металлургии в Сиане. Площадь чаши печи составляет 12,15 м². Это крупнейшая в Китае печь для редукции с использованием кислорода и угля в качестве редуцирующего агента. Проект предусматривает годовой выпуск 100 тыс. тонн сырого свинца. Строительство началось в ноябре 2013 года, а в октябре 2014 года печь была запущена в промышленную эксплуатацию. Работа идет успешно. Основные этапы строительства предприятия по восстановлению жидких шлаков с высоким содержанием свинца включают: 1) использование печи с боковым подачей газа для переработки 230 тыс. тонн жидких шлаков с высоким содержанием свинца в год ； 2) Печь для дымовой обработки шлака от печей восстановления с боковым подачей газа, обрабатывающая 129 тыс. т в год ； 3) Система выработки электроэнергии из отходящего тепла ； 4) Система десульфуризации. Схема технологического процесса печи для редукции с боковым подачей газа приведена на рисунке 1. Печь для редукции с боковым подачей газа включает в себя котел для использования отходящего тепла, поверхностный охлаждач, фильтр-мешок для сбора пыли, устройства для выработки электроэнергии из отходящего тепла, а также системы для десульфуризации. Основная задача процесса восстановительной плавки с применением кислорода сбоку: восстановление жидкого шлака с высоким содержанием свинца, образующегося в печи с нижним подачей газов; в результате этого получается сырой свинец, шлак, содержащий цинк, а также дымовые газы, содержащие серу. Шлак, содержащий цинк, направляется в печь для дальнейшей обработки, а дымовые газы с содержанием серы после фильтрации поступают в систему десульфуризации. 1. Для строительства печи и её прогрева в настоящее время в качестве материала для кладки чаши печи с кислородным подачей, где в качестве восстановителя используется бесдымный коксовый уголь, в основном применяются магний-хромовые кирпичи. Использование такого строительного материала имеет следующие недостатки: 1) корпус печи для редукции с боковым подачей газа состоит из водяных щитов; при утечке воды магний-хромовые кирпичи реагируют с водой и разрушаются ； 2) В процессе монтажа кирпичей из магний-хромового сплава образуются зазоры между кирпичами. Свойства свинца позволяют ему проникать в эти зазоры. В процессе производства свинец может повредить кирпичи, составляющие дно печи; более того, он может заставить эти кирпичи подниматься, что сокращает срок службы печи ； 3) На строительство кирпичей из магний-хромовой легированной стали уходит много времени; весь процесс занимает 2–3 недели. Одна из фабрик полностью изменила проект строительства первоначальной чаши печи: в качестве огнеупорных материалов были использованы смесь алюминиево-хромовых отходов и кирпичи из этой смеси. Весь процесс строительства осуществлялся путем использования этой смеси для формирования структуры чаши печи за один раз. Использование таких огнеупорных материалов и способов кладки имеет следующие преимущества: 1) огнеупорные материалы на основе алюминиево-хромовых отходов обладают хорошей стойкостью к эрозии и тепловым ударам ； 2) В части тигля печи с боковым подачей газа используется материал на основе алюминиево-хромовых отходов, который утрамбовывается в единое целое, что позволяет избежать проникновения свинца в дно печи и значительно увеличить срок её службы ； 3) Время строительства печи короткое: на всю процедуру строительства тигля уходит менее недели. Прогрев печи с боковым нагревом должен обеспечивать необходимое повышение температуры огнеупорных материалов чаши печи, а также соблюдать требования к повышению температуры в котле для использования отходящего тепла. Планируемое время прогрева печи составляет 15 дней; используются три температуры постоянного режима: 200 °C, 400 °C и 800 °C. Конкретные этапы работы следующие: 1) с помощью нагревательных проводков печь нагревается до температуры 200 °C, затем на этой температуре она поддерживается в течение 72 часов, что обеспечивает медленное испарение влаги с поверхности наполнителя из хромо-алюминиевых отходов внутри печи. 2) После 72 часов при постоянной температуре температуру продолжают повышать согласно кривой нагрева (20 °C/ч) до 400 °C, после чего поддерживают при этой температуре в течение 72 часов. В течение этого периода необходимо контролировать скорость повышения температуры; она не должна быть слишком высокой. Это нужно для того, чтобы влага в материале, используемом для заполнения центральной и нижней частей печи, постепенно испарялась. Если скорость повышения температуры будет слишком высокой, то влага в поверхностном и центральном слоях материала будет испаряться быстро, что приведет к появлению множества трещин в этом материале. Это серьезно сократит срок службы печи. 3) После 72 часов при постоянной температуре снимают нить сопротивления, в печь укладывают стальную пластину, устанавливают форсунку для нагрева печи, и под действием кривой повышения температуры она достигает 800 °C; затем поддерживается постоянная температура в течение 48 часов. Цель укладки стальной пластины — сдерживать пламя форсунки и обеспечить равномерное нагревание огнеупорных материалов внутри печи. Как только все системы будут готовы к запуску производства в пробном режиме, температуру в чаше печи необходимо повысить согласно кривой нагрева до 1 200 °C для начала производственного процесса. 2. После того, как все оборудование в печи для редукции с боковым подачей материала будет настроено и протестировано в режиме пробной эксплуатации, при условии нормальной работы всей системы без сбоев, наличия необходимых коммуникаций, а также стабильного подачи воды, электроэнергии, газа и масла, и при наличии всех необходимых материалов для запуска печи, причем количество и качество этих материалов соответствуют требованиям к запуску печи, можно приступать к процессу загрузки материалов в печь для редукции с боковым подачей. Процедура запуска печи: 1) Уложить в печь 3 слоя дров. Задача укладки дров — это зажигание огня и поддержание температуры в печи. 2) Зажгите дрова, и когда огонь в них разгорится, равномерно добавляйте в печь уголь. Во время загрузки кокса необходимо тщательно контролировать параметры процесса в печи с боковым подачей воздуха, чтобы обеспечить полное сгорание кокса внутри печи. 3) После полного сгорания угля в печи начинают добавлять свинец. Количество свинца, добавляемого в нижнюю часть печи, определяется в зависимости от размера плавильной камеры. В одном из заводов высота слоя свинца в нижней части печи с боковым подачей восстановителя составляет от 600 до 650 мм. Скорость добавления свинца в нижнюю часть печи должна регулироваться в зависимости от изменений температуры внутри печи. В процессе добавления свинца можно также добавить небольшое количество угля для повышения температуры. Все свинец необходимо добавить в течение 1,5 часов. 4) После завершения загрузки свинца на дно, отверстие сифона погружается в резервуар со свинцом. Затем начинается процесс переноса горячего шлака из печи с боковым подачей воздуха в первую печь для переплавки. В течение этого периода печь с боковой подачей воздуха устанавливает оптимальные параметры работы: объем первичного воздуха, количество отверстий для подачи первичного воздуха, объем вторичного воздуха, количество угля и т. д., исходя из характеристик шлака, его количества и температуры в печи с нижней подачей воздуха. На протяжении всего периода переплавки необходимо поддерживать температуру в металлической чаши (температура шлака – 1200–1300 °C, температура свинцовой жидкости – 600–800 °C). Это предотвращает образование слоя между горячим шлаком и свинцовым резервуаром, что может привести к авариям при подаче свинца в печь. В этот период плавки в печи находится большое количество неполностью сгоревшего угля, поэтому во время этого этапа плавки можно соответствующим образом скорректировать количество подаваемого угля, чтобы обеспечить полное сгорание угля в печи. 5) После завершения цикла плавки конвертер с боковым подачей восстановителя переходит в режим нормальной работы. Состав типичных шлаков с высоким содержанием свинца, полученных в результате тестовой эксплуатации печи для редукции с боковым подачей газа на одном из заводов в течение 3 месяцев: Pb – 39,81%, Zn – 10,20%, Cu – 2,01%, S – 0,50%, SiO2 – 9,88%, FeO – 17,79%, CaO – 3,56%. Кроме того, содержание золота составляет 2,7 г/т, а серебра – 0,20 г/т. Тип шлака с высоким содержанием свинца в печах с нижним подачей газа оказывает значительное влияние на производство в печах с верхней подачей газа, поэтому необходимо строго контролировать тип такого шлака. Нормальный режим производственных операций включает три этапа: загрузка шлака, восстановление и слив шлака. Поскольку температура плавления в печи с нижним подачей газа составляет 1 000–1 050 °C, это не соответствует требованиям к температуре плавления в печи с боковой подачей газа, которая должна быть 1 200 °C. Кроме того, на этапе загрузки шлака для получения подходящего состава шлака необходимо добавлять определенное количество белого камня. Процессы плавления белого камня, разложения CaCO3, а также восстановления металлов, таких как свинец и цинк, являются эндотермическими. Поэтому для поддержания нужной температуры в печи с боковой подачей газа крайне важно контролировать соотношение кислорода и углерода на всех трех этапах. Время процессов на каждом из этапов, а также значение коэффициента избытка кислорода α, различаются. Конкретные значения следующие: время процессов загрузки шлака, восстановления и слива шлака составляет соответственно 40–50, 30–40 и 20–30 минут ； Значения α составляют соответственно 0,6–0,7, 0,4–0,5 и 0,85–0,9. В воздушно-восстановительной печи можно в зависимости от условий её работы соответственно увеличивать или уменьшать время нагрева при подаче шлака и его удалении. Для согласования процессов в печах с нижним подачей газа и печах для смолизации цикл переработки в печах с боковой подачей газа составляет 2 часа на печь; цикл можно сократить ещё больше путем регулировки времени подачи шлака, процесса восстановления и удаления шлака. Данные о работе системы плавки сырого свинца на этом заводе в ноябре 2014 года: объем загрузки в печь с нижним подачей материала — 39–45 т/ч; количество циклов плавки в печи с боковой подачей газа в день — 12; расход гранулированного угля — 2,86 т/ч; количество добавляемого белого камня — 1,4 т/ч; уровень пыли в печи с боковой подачей газа — 8,5% (относительно первичной шлаковой массы); объем первичного воздуха, поступающего в печь — 3 000–4 000 м³/ч (при стандартных условиях); концентрация кислорода — 54,85%; объем вторичного воздуха, поступающего в печь — 2 700–3 500 м³/ч. Температура входящего пара в котел с использованием отходящего тепла составляет 1 100–1 200 °C; объем пара (насыщенный пар при давлении 4,0 МПа) — 12–16,5 т/ч. Температура выходящего пара из котла с использованием отходящего тепла составляет около 300 °C; температура жидкости на уровне сифона — 700–900 °C; температура шлака — около 1 200 °C. 3. По техническим показателям производства, по состоянию на январь 2015 года печь для редукции с боковым подачей газа функционировала в режиме непрерывной производственной деятельности в течение 3 месяцев. За этот период работа печи была стабильной, а количество производимых ежедневно печей оставалось на уровне 10–12 штук. Объем шлака с высоким содержанием свинца, поступающего в печь, составлял более 17 000 тонн в месяц; объем производимого сырого свинца — 7 000–8 000 тонн в месяц. Средний процент свинца в шлаке составлял не более 2,0%. Путем повышения качества свинца в шлаке и увеличения объема обработки в печи можно дальше повысить объем производимого сырого свинца. Технико-экономические показатели печей с боковым вдуванием восстановителя по сравнению с процессом производства свинца в дутьевых печах приведены в таблице 1. Таблица 1. Сравнение технических показателей фурны с боковым подачей воздуха и доменной печи

| Показатель | Фурна с боковым подачей воздуха | Доменная печь |
|-------------|-----------------------------|----------------|
| Общий процент восстановления свинца | 98% | 97% |
| Процент восстановления золота | 99% | 98% |
| Процент восстановления серебра | 98% | 97% |
| Процент восстановления меди | 80% | 60% |
| Средний энергопотребление на тонну свинца | 270 кгцэ | 470 кгцэ |
| Месячная производительность сырого свинца | 7 100 т | 5 000 т |
| Стоимость прямой переработки сырого свинца | 1 065 юаней | 1 386 юаней |
| Средний процент свинца в шлаке | 2,0% | 3,0% |
| Средний процент меди в шлаке | 0,25% | 0,40% |
| Средний процент серебра в шлаке | 22 г/т | 39 г/т |

Из таблицы 1 видно, что с использованием технологии фурны с боковым подачей воздуха уровень восстановления металлов выше, чем в доменных печах. Особенно значительно выше процент восстановления меди – примерно на 20% больше, чем в доменных печах. Совокупное энергопотребление при производстве свинца составляет на 40% меньше, чем при традиционных методах его переработки. Поскольку в настоящее время происходит пилотная эксплуатация оборудования, существует возможность дальнейшего снижения уровня энергопотребления. Согласно сравнению технических показателей, конвертер с боковым подачей газа обладает значительными преимуществами: прямые затраты на переработку одного тонны сырого свинца снижаются на 321 юань. Годовая экономия от реализации этого проекта превышает 20 миллионов юаней. Особенно заметны преимущества в области сокращения энергопотребления и выбросов, а также в защите окружающей среды. Благодаря этому достигается чистое производство, что значительно повышает способность печей с нижней подачей сырья к его использованию. 4 Заключение. Первая пробная партия продукции, произведенная в печи с боковым вдуванием восстановителя, была успешной. За 3 месяца эксплуатации все технико-экономические показатели соответствовали установленным целям; уровень совокупного энергопотребления был низким, а преимущества с точки зрения охраны окружающей среды были значительными. Технология цельного замешивания и формовки из алюминиево-хромового заполнителя является первой в стране и показывает хорошие результаты применения.