Вопрос 1. Распределение основных спутников меди

Распределение примесей в продукты конвертирования приводится в табл. 1

Цинк, обязательный компонент Уральских предприятий, практически полностью распределяется между шлаком и пылью (газом). Переход цинка в пыль может достигать 15-20 %. Улетучивание цинка происходит за счет возгонки паров металлического Zn, образующегося по реакции

2 ZnO + ZnS = 3Zn + SO₂,

константа равновесия которой существенно зависит от температуры

При низких температурах Zn находится в конденсированной фазе, а при t>1000^oC равновесное давление цинка превышает атмосферное и он интенсивно переходит в газовую фазу, где окисляется до ZnO. Таким образом, поведение цинка при конвертировании зависит главным образом, от температуры процесса. При t=1200^oC до 75-80 % Zn переходит в шлак. При более высоких температурах (1300-1350) эта величина снижается до 50-60 %.

(5.22).

Таблица 1

Распределение примесных элементов по продуктам конвертирования

Элемент	Распределение, %
	Штейн ( 30% Cu)				Штейн (70% Cu)
	Медь	шлак	газ	Медь		шлак	газ
As Bi Cd Ni Pb Sb Se Zn	10 6 1 48 1 3 60 0	40 16 6 48 44 31 10 89	50 78 93 4 55 66 30 11	50 55 7 66 5 59 70 8		32 23 2 31 49 26 5 79	18 22 91 3 46 15 25 13

Возгонке цинка способствует также протекание реакции

ZnS+2Cu=Zn+Cu₂S Пары металлического цинка окисляются в газоходной системе, и цинк переходит в пыль в форме оксида.

Сульфиды олова и свинца штейна по аналогии с ZnS, первоначально окисляются кислородом дутья, а потом распределяется между шлаком и газом. Однако учитывая более высокую летучесть SnS и PbS ( P_SnS = 26.7, P_PbS=2.1 кПа, 1200^о С преимущественно переходят в газовую фазу. Оксид свинца (1) как сильное основание хорошо шлакуется кремнеземом, поэтому при конвертировании свинец практически полностью выводится из меди и практически поровну распределяется между шлаком и пылью.

В первом периоде удаляется из штейна основное количество мышьяка и сурьмы. Эти металлы связаны с медью в форме арсенидов и антимонидов (Сu₂As, Cu₂Sb), возможно также присутствие сульфида сурьмы (Sb₂S₃). При продувке арсениды и антимониды окисляются с образованием оксидных соединений различной валентности:

2СuAs (Sb)+2.5O₂=2Cu₂O+As₂O₃ (Sb₂O₃) 2Cu₂As(Sb)+3.5O₂=2Cu₂O+As₂O₅ (Sb₂O₅).

Летучие оксиды (As₂O₃, Sb₂O₃) преимущественно возгоняются и частично шлакуются, а нелетучие (As₂O₅, Sb₂O₅)- переходят в шлак. В обычной практике около 70% As извлекают в газы, 16-20% в шлак. Сурьма почти на 40% переводится в шлаковую фазу, и примерно такое же количество - в пыль, остальная ее часть переходит в черновую медь.

Селен и теллур в штейнах связаны с медью и благородными металлами (Cu₂Se, Cu₂Te, AgSe, Ag₂Tе). В окислительных условиях селен переходит в газовую фазу в виде легколетучего соединения SeO (=0.1 МПа приt = 317^оС). Металлический теллур хорошо возгоняется (=0.1 МПа приt = 1012^oC) по сравнению с оксидом теллура (=0.1 МПа приt = 1261^oC), однако совместно с Te_мет. переходит в газовую фазу.

Распределение Se и Te между продуктами конвертирования следующее, %: черновая медь 67 Se, 37 Te; конвертерный шлак 12 Se, 39 Te; пыль 21 Se, 24 Te. Селен и теллур выгорают практически полностью и остаточные их концентрация в черновой меди составляют тысячные доли процента.

Индий и германий в основном концентрируются в шлаке (75-85%) и в пыли (15-25%); 75-80 % рения удаляется в виде Re₂O₇ в газы, MoS₂ окисляется до MoO₃ (t_к = 1000^оС) и переходит в газ.

Распределение висмута зависит от содержания меди в штейне При конвертировании богатых штейнов (более 60% Cu) большая часть Bi переходит в черновую медь в связи с повышенной металлизацией таких штейнов и сохранении висмута в металлической фазе.

Благородные металлы в штейне находятся в свободном состоянии и в форме сульфидов. Сульфид серебра окисляется до оксида, но в связи с высоким парциальным давлением Ag₂O конечным продуктом окисления является металлическое серебро. Во втором периоде также протекает обменная реакция

2Cu+Ag₂S= 2Ag+ Сu₂S

и образовавшееся серебро растворяется в первых порциях металлической меди. Золото во втором периоде переходит из белого матта в черновую медь. В результате благородные металлы практически полностью концентрируются в черновой меди и лишь небольшая их часть в виде штейновых включений может входить в состав конвертерного шлака. Извлечение золота и серебра в черновую медь составляет 99-99.5 %.

Вопрос 3. Температурный режим. Температура процесса конвертирования является важным технологическим параметром от которого зависят в частности, полнота усвоения флюса и шлакообразования, объем переработки холодных материалов и пр., а также влияет на срок службы огнеупорных материалов.

В таблице 2. представлены рекомендации различных авторов по оптимальным значениям температуры процесса.

Из таблицы 2. следует, что интервал оптимальной температуры варьируется в широких пределах (1100-1300^оС) и соответствует современной практике конвертирования.

Чем выше температура расплава, тем в более теплонапряженных условиях находится футеровка конвертера и, в особенности, кладка зоны фурменного пояса. Резкие колебания температуры, обусловленные цикличностью работы конвертера (заливка штейна, выпуск шлака, вынужденные простои и остановы), периодичность процесса, отрицательно влияют на стойкость огнеупоров.

О заметных колебаниях температур могут свидетельствуют высокие скорости разогрева и охлаждения, приведенные в табл. 5.22. По данным Л.М. Шалыгина температура в области фурм достигает 1600-1700^оС, тогда перепад температур составляет 500-600^оС, что является причиной высоких термонапряжений в огнеупорах и низкого срока их службы.

Результаты компьютерного моделирования температурных полей в футеровке горизонтального конвертера в области сопел и горловины показали, что максимальные температурные градиенты характерны в момент загрузки штейна .

При сложившейся практике переработки холодных оборотных материалов значительнымипорциями, единовременная их загрузка сопровождается резким охлаждением конвертерной

Таблица 2

Температурные характеристики ванны расплава в горизонтальных конвертерах

Рекомендуемая температура, о С	Скорость изменения температуры (град/мин): 1период (числитель) 11период (знаменатель)		Емкость конвертера, т
	Разогрев при продувке	Охлаждение при простое
1150-1250 1200-1220 1150-1200 (1300) 1220-1240 1180-1250	2.92/1.2 (2.0-3.0)/(1.0-1.2) 2.7/(1.3-6.7) 1.3-6.7 -	1.05/3.1 (1.0-1.2)/(2.8-.0) 0.81/0.3 3.0-6.7 -	40 - - 40-50 75-100

*Расчетные данные при различных расходах дутья (12-24 тыс. м³/ч)

массы. Это вызывает падение температуры в районе средних фурм почти на 100^оC и также может являться причиной термических напряжений в футеровке.

При уменьшении температуры увеличивается вязкость расплава и снижается степень усвоения кислорода дутья. Последнее обстоятельство следует учитывать в случае переработки богатых по содержанию штейнов (>50%), т. к. условия тепловой работы конвертера в этом случае значительно ухудшаются из-за меньшего количества сульфида железа (рис. 1.) в конвертерной массе.

Рис.1. Зависимость температуры массы в кон­вертере от времени продувки для штейнов с со­держанием 30 (а) и 50% меди (б, в) при различ­ных способах загрузки холодных оборотов [92]: а, б - единовременная;в - постепенная, в течение 20 мин. Теоретическое время продувки, мин.:а - 120;б, в - 60

Из данных рис. 1 следует, что при единовременной загрузке холодных материалов в течение около 5 мин (рис. 1 а, б) происходит резкое снижение рабочей температуры, в то время как подача холодных оборотов в течение 20 мин заметно уменьшает перепад температур (рис. 5.36 в). При этом создаются условия для уменьшения образования гетерогенного магнетита и его накопления в конвертере. Холодные обороты и флюсы на более протяженном участке повышенной температуре быстрее усваиваются ванной, что подтверждено на практике.

На заводе Норддойче Аффинери (Германия) тщательный контроль за температурой расплава и отходящих газов позволил оптимизировать процесс добавок холодных материалов. Посредством интенсификации процесса конвертирования количество загрузок увеличено до 4,2 раз в сутки. Время под дутьем составило более 69%.