автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии и аппаратурного оформления процесса интенсивного обеднения шлаков, содержащих тяжелые цветные металлы

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

5.1. Исследована и разработана технология и аппаратурное оформление процесса высокоинтенсивного обеднения шлаков, содержащих тяжелые цветные и благородные металлы, углеводородсодержащими газами, подаваемыми в приэлектродную зону при определенных параметрах интенсивности подачи газа и ввода электроэнергии. Производительность обеднительного агрегата по расплаву 35-50 т/м2 в сут. против 8-12 т/м2 в сут. для существующего процесса ЭПОШ. Остаточное содержание ценных металлов в шлаке в 2-2,5 раза ниже (№ и Со я 0,030,05 %; Си « 0,2-03 %; 2п « 0,15-0,2 %), а удельный расход электроэнергии примерно в 2 раза ниже (120-135 кВтч/т) по сравнению с существующим процессом ЭПОШ. При этом имеет место существенно более низкая степень восстановления из шлака железа (в 4-6 раз).

5.2. Исследованы особенности аппаратурного оформления процесса, характеризующегося высокими удельными энергетическими нагрузками (более 400 квт на м2 поверхности агрегата) и интенсивным барбо-тажем расплава.

Исследованы и отработаны в опытно-промышленном масштабе конструктивные элементы, обеспечивающие необходимую работоспособность обеднительного агрегата (ОА): фурмы, футеровка, перегородки, система охлаждения теплонапряженных элементов агрегата, электродное хозяйство и т.д.

5.3. Исследованы основные закономерности взаимодействия оксидных (шлаковых) расплавов, содержащих тяжелые цветные металлы, с восстановительными газами, подаваемыми в приэлектродную зону. Предложен механизм обеднения шлаков, содержащих тяжелые цветные и благородные металлы, восстановительными газами, подаваемыми в приэлектродную зону.

Показано, что в процессе продувки расплава в шлаке образуется большое количество (до 10000 в мм3 расплава, размер до 10 мкм) мельчайших металлизированных корольков имеющих весьма развитую поверхность контакта со шлаковым расплавом. Количество указанных корольков зависит от параметров ведения процесса. Система шлак-королек достигает равновесия, что приводит к снижению растворимых потерь цветных металлов в связи образованием в процессе продувки все более бедных металлизированных корольков. Барботаж расплава и большое число частиц в единице объема шлака интенсифицирует процессы коагуляции и коалесценции металлизированных корольков и выводу их в фазу- коллектор.

5.4. На основе установленного механизма процесса и исследований кинетики обеднения шлаков по цветным металлам и железу разработана математическая модель процесса ВИОШ продувкой расплава восстановительными газами, подаваемыми в приэлектродную зону. Модель позволяет количественно оценить влияние различных факторов на показатели процесса, прогнозировать его показатели и уточнить отдельные его стадии.

5.5. Исследованы и установлены закономерности движения шлакового расплава в обеднительном агрегате (ОА), теоретически обоснованы и практически реализованы методы расчета показателей непрерывного процесса обеднения шлака на основе периодических опытов. Экспериментально подтверждена правильность предложенного метода расчета.

5.6. Разработан научно-обоснованный подход к проектированию процесса высокоинтенсивного обеднения шлаков восстановительными газами, подаваемыми в приэлектродную зону, который использует результаты проведенных экспериментальных и теоретических исследований, результаты математического моделирования и результаты опытно промышленных испытаний.

Разработана методика расчета основных параметров ОА для реализации процесса ВИОШ в периодическом и непрерывном режимах работы.

5.7. Разработаны технико-экономические обоснования, технологические регламенты и технические проекты внедрения указанного процесса на различных предприятиях, перерабатывающих сырье, содержащее тяжелые цветные и благородные металлы: технологический регламент интенсивного обеднения шлаков на никелевом заводе НГМК; технологический регламент обеднения шлаков печей Ванюкова (ПВ) на медном заводе НГМК; технический проект обеднения шлаков печей взвешенной плавки (ПВП) на медеплавильном заводе им. Г. Дамянова республика Болгария); технологический регламент обеднения шлаков печей кислородно-факельной плавки (КФП) на Алмалыкском медеплавильном комбинате; технический проект обеднения шлаков аффинажного производства завода Красцветмет.

5.8. На основе проведенной работы предложены и проверены в ук-рупненно-лабораторном и опытно-промышленном масштабах ряд технических решений, использование которых может повысить эффективность и расширить сферу использования электротермических процессов: барботаж расплава в существующих ОЭП; высокоинтенсивная электроплавка (ВИЭП); нерасходуемый электрод (НЭ); применение графитированных электродов на существующих РТП и ОЭП с использованием защитных водоохлаждаемых подсводовых стаканов; технология утилизации и уничтожения промышленных и бытовых отходов с использованием ВИЭП; технические решения по использованию ВИ-ОШ и ВИЭП в технологии переработки окисленных никелевых руд.

Методы ВИОШ, ВИЭП, метод переработки промышленных и бытовых отходов с использованием ВИЭП, нерасходуемый электрод (НЭ) для многошлаковых электропечей запатентованы.

5.9. С использованием полученных в работе результатов разработаны практические рекомендации по совершенствованию технологии и аппаратурного оформления существующих процессов обеднения шлаков (применение барботажа расплава в ОЭП, использование графитоке-рамической футеровки для электропечей со штейновой ванной и др.).

Внедрение разработанных мероприятий для НМЗ НГМК позволит получить дополнительную прибыль 210-214 млн. деноминированных руб. со сроком окупаемости дополнительных капитальных затрат менее , чем за1 год (цены 1997 г.).

На основе испытаний графитокерамической футеровки в ОА, последняя была внедрена на обеднительных электропечах Уфалейского никелевого комбината. Суммарный экономический эффект от внедрения этой футеровки на комбинате составил 800 тыс. долларов США.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Русаков М. Р., Востриков Г.В. Основные направления совершенствования процесса электропечного обеднения шлаков // Цветные металлы. - 1998. - № 2. - С. 39-42.

2. Русаков М. Р., Самсонов Е.А., Гнедин А.И., Востриков Г.В. и др. Исследование и разработка интенсивного процесса обеднения шлаков с использованием восстановительных газов, подаваемых в приэлектрод-ную зону // Научные исследования и проектные разработки в металлургии никеля, кобальта и олова: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1984. -С. 58-64.

3. Русаков М. Р., Востриков Г.В., Пинин Л.Н., Самсонов Е.А., Са-довникова Е.А. Новые методы обеднения конверторных и печных шлаков с использованием газообразных и жидких восстановителей и электроэнергии // Пирометаллургические процессы и методы анализа в технологии никеля и кобальта: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1979. - С. 8-15.

4. Русаков М. Р. Обеднение шлаковых расплавов продувкой восстановительными газами // Цветные металлы. - 1985. - № 3. - С. 40-42.

5. Старых В.Б., Цемехман Л. Ш., Русаков М. Р. и др. Изучение соотношения механических и растворимых потерь цветных металлов со шлаками методами рентгеноспектрального микроанализа и количественной микроскопии // Пирометаллургические процессы в технологии никеля и кобальта: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1978. - Вып. 8 (72).

- С. 12-15.

6. Старых В. Б., Русаков М. Р. Формы содержания цветных металлов в отвальных шлаках шахтной плавки окисленных никелевых руд // Бюл. ЦНИИ. Цветная металлургия. - 1979. - № 2. С. 18-21.

7. Старых В. Б., Цемехман Л. Ш., Русаков М. Р. О возможности выпадения из силикатного раствора сульфидных корольков в процессе затвердевания шлакового расплава // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия.

- 1979.-№2.-С. 27-31.

8. Русаков М. Р., Старых В. Б. Формы содержания никеля и кобальта в шлаках шахтной плавки при обеднении их различными способами // Новые направления в пирометаллургии никеля: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1980. - С. 32-40.

9. Самсонов Е. А., Русаков М. Р., Новиков Г. 3. и др. Изучение механизма процесса обеднения никельсодержащих шлаков продувкой их углеводородсодержащими восстановителями // Исследования в области металлургии никеля и кобальта: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1983. -С. 29-35.

10. Вигдорчик Е. М., Русаков М. Р., Садовникова Е. А. Математическое моделирование процесса обеднения шлаковых расплавов продувкой природным газом // Пирометаллургические процессы и методы анализа в технологии никеля и кобальта: Сб. науч. тр. / Гипроникель. -Л., 1979. - С. 84-88.

11. Вигдорчик Е.М., Русаков М. Р., Садовникова Е. А. Математическое моделирование процесса обеднения шлаковых расплавов продувкой природным газом: Сообщ. 2. Прогнозирование показателей периодического режима // Новые направления в пирометаллургии никеля: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1980. - С. 40-44.

12. Русаков М. Р., Пинин Л.Н., Диомидовский Д.А. и др. Применение углесодержащих газообразных и жидких восстановителей при обеднении конверторных шлаков // В кн.: Записки ЛГИ. Процессы и оборудование цветной металлургии. - Л., 1978. - Том LXXVIII. - С. 3742.

13. Русаков М. Р., Алексеев М.С., Барсуков Н.М., Кузнецов И.Г. и др. Взаимодействие расплавленных конверторных шлаков с различными типами восстановителей и использование отвальных шлаков в народном хозяйстве // Экология и комплексное использование сырья в никель-кобальтовой подотрасли: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - JL, 1990. - С. 25-28.

14. Сапунов С. В., Вайсбурд С. Е., Самсонов Е. А., Русаков М. Р. Оценка минимальной глубины коллектирующей фазы обеднительных металлургических агрегатов // Новые направления интенсификации технологических процессов и повышение комплексности использования сырья в металлургии никеля и кобальта: Сб. науч. тр. / Гипроникель. -Л., 1982. - С. 30-33.

15. Русаков М. Р., Жуковский Ю. С., Мосиондз К. И. и др. Математическая модель процесса выделения донной фазы при рудной электроплавке никельсодержащего сырья // Совершенствование технологии, аппаратуры и методов исследования в производстве тяжелых цветных металлов: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1992. - С. 15-25.

16. Мосиондз К. И., Русаков М. Р., Жуковский Ю. С. и др. Теоретические основы повышения производительности электропечей рудной плавки // Совершенствование технологии, аппаратуры и методов исследования в производстве тяжелых цветных металлов: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1992. - С. 9-15.

17. Русаков М. Р. Высокоинтенсивная электроплавка медь-никельсодержащего сырья // Проблемы оптимизации технологического решения и методы расчета дуговых руднотермических печей: Докл. на-уч.-техн. совещ. «Электротермия-94». - СПб., 1994. - С. 155-162.

18. Русаков М. Р., Востриков Г.В., Лебединская H.A., Живов М.З. и др. О высоте подъема ванны расплавленного шлака при продувке его газом // Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1973. - Вып. № 58. - С. 193-199.

19. Русаков М. Р., Востриков Г.В., Тумасов В.Ф. Использование фурм с графитовыми наконечниками для продувки шлаков природным газом // Бюл. ЦНИИ. Цветная металлургия. - 1979. - № 16. - С. 21-23.

20. Русаков М. Р., Востриков Г.В. Взаимодействие погружной фурмы с газовой струей истекающей в расплав // Цветные металлы. -1987. -№6.-С. 15-17.

21. Садовникова Е. А., Вигдорчик Е.М., Русаков М. Р. и др. Расчет нагрева и пиролиза метана в погруженных фурмах // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. - 1980. - № 1. - С.81-84.

22. Вигдорчик Е. М., Русаков М. Р. Математическая модель процесса восстановления природным газом оксидного расплава, содержащего никель, кобальт и железо // Симп. по кинетике, термодинамике и механизму процессов восстановлением: Тез. докл. / Ин-т металлургии им. А. А. Байкова АН СССР. - М., 1986. - Ч. 3. - С. 53-54.

23. Блатов И. А., Жуковский Ю. С., Мосиондз К. И., Плетнев А. А., Русаков М. Р. и др. Разработка теплофизической модели РТП с целью совершенствования ее конструкции и технологии // Компьютерные методы в управлении электротехнологическими режимами руднотермиче-ских печей: Докл. науч.-техн. совещ. «Электротермия - 98». - СПб., 2-3 июня 1998 г.

24. Русаков М. Р., Востриков Г.В., Шалыгин Л.М. и др. Характер движения шлака в обеднительном агрегате // В кн.: Записки ЛГИ. Процессы и оборудование цветной металлургии. - Л., 1978. - Том LXXVIII. - С. 70-73.

25. Русаков М. Р., Мосиондз К.И., Востриков Г.В., Боборин C.B. Исследование характера движения расплава в обеднительном агрегате // Проблемы рудной электротермии: Докл. науч.-техн. совещ. «Электро-термия-96». - СПб., 4 - 5 июня 1996 г. - С. 117-122.

26. Живов М. 3., Русаков М. Р. Условия образования защитного гарнисажа в ваннах пирометаллургических агрегатов / // Цветные металлы. - 1985.-№ 7. - С. 12-14.

27. А. с. 1549078 СССР, МКИ5 С 21 В 7/10. Установка для охлаждения узлов металлургических печей / Гальнбек А. А., Барсуков H. М., Алексеев М. С. и др. - № 4300632; Заявлено 31.08.87; Непубл.

28. Пат. 1779057 РФ, МКИ5 С 21 В 7/10. Установка для охлаждения узлов металлургических печей / Гальнбек А. А., Барсуков H. М., Русаков М. Р., Микшин В. П. - № 4910864; Заявлено 12.02.91; Бюл. № 9 Открытия. Изобретения. -1996.

29. Гальнбек А. А., Барсуков H. М., Русаков М. Р. и др. Системы охлаждения теплонапряженных узлов печей и возможности использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) теплоносителя / // Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологических процессов в никель-кобальтовом производстве: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1988. - С. 115-120.

30. А. с. 726840 СССР,. МКИ2 С 22 В 4/08. Металлургический агрегат для обеднения шлаков / Русаков М.Р., Грань Н. И., Восгри-ков Г. В., Гнедин И. И. и др. - № 2376076; Заявлено 14.06.76.

31. Русаков М. Р., Востриков Г.В., Мосиондз К.И. Электрическое сопротивление шлаковой ванны при продувке расплава газом // Цветные металлы. - 1979. - № 10. - С.26-27.

32. Русаков М. Р., Востриков Г.В., Мосиондз К.И. Зависимость сопротивления шлаковой ванны от заглубления электродов при продувке ее газами // Исследования в области технологии производства никеля и кобальта: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1986. - С. 36-40.

33. Русаков М. Р., Самсонов Е.А. Гнедин А.И., Кухарчик H.H. Промышленные испытания продувки конверторного шлака в обеднительной электропечи жидким восстановителем и азотом // Исследования в области технологии производства никеля и кобальта: Сб. науч. тр. / Гипроникель. - Л., 1986, - С. 40-45.

34. Русаков М. Р., Мосиондз К.И., Хохлов О.И. и др. Совершенствование процесса обеднения конверторных шлаков на АО «Уфалейни-кель» // В сб.: Уфалей - родина российского никеля. - Челябинск, 1993. -С.148-153.

35. Хохлов И.О., Пименов Л.И., Русаков М. Р., Цемехман Л.Ш. Обеднение конверторных шлаков на Уфалейском никелевом комбинате // Цветные металлы. - 1988. - № 5. - С. 36-38.

36. Карасев Ю.А., Русаков М. Р., Недвецкий Е.П., Самсонов Е.А. Переработка магнетитового концентрата в никелевом производстве // Цветные металлы. -1979. - № 1. - С. 25-26.

37. Гнедин А.И., Русаков М.Р., Самсонов Е.А., Грань Н.И. Об эффективности использования графитированных электродов на обедни-тельных электропечах // Бюл. ЦНИИ. Цветная металлургия. - 1984. - № 9.-С. 51-54.

38. Русаков М. Р., Востриков Г.В. О целесообразности применения на рудно-термических печах графитированных электродов взамен самоспекающихся // Проблемы рудной электротермии: Докл. науч.-техн. совещ. «Электротермия - 96». - СПб., 4-5 июня 1996 г. - С. 109-117.

39. Патент на изобретение. МПК7 H 05 В 7/08. Нерасходуемый электрод для руднотермических и обеднительных многошлаковых электропечей / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Востриков Г. В. и др. - Заявлено 06.12.99; - № 99126129. Решение о выдаче патента от 09.02.01.

40. Пат. 1094567 РФ МПК7 H 05 В 7/08. Способ защиты полого не-расходуемого электрода / Русаков М. Р., Гнедин А. И., Самсонов Е. А. и др. -№ 3464808; Заявлено 22.01.84;. Бюл. № 14 Открытия. Изобретения. - 1995.

41. Пат. 1736013 РФ, МКИ5 H 05 В 7/06. Способ защиты электрода в шлаковом расплаве / Русаков М. Р., Самсонов Е.А., Востриков Г.В. и др. - № 3371010/24; Заявлено 28.12.8129; Бюл. № 19 Открытия. Изобретения. - 1992.

42. Пат. 2158062 РФ, МКИ7 H 05 В 7/06. Способ защиты нерасхо-дуемого электрода в шлаковом расплаве / Русаков М.Р., Рябко А. Г., Боборин C.B. и др. - № 99116412; Заявлено 28.07,99; Бюл. № 29 Открытия. Изобретения. - 2000.

43. А. с. 1345640 СССР, МКИ4 С 22 В 7/04. Способ восстанови-тельно-обеднительной переработки шлаков / Русаков М. Р., Кадыков В. А., Пиотровский В. К. и др. - № 3993130; Заявлено 24.12.85.

44. Русаков М. Р., Грань Н.И., Мосиондз К.И. и др. Рудная электротермия на комбинате «Североникель» // Цветная металлургия. - 1989. -№4. - С. 26-29.

45. Пат. 1565044 РФ, МКИ5 С 22 В 4/04. Способ электроплавки рудного сырья / Мосиондз К. И., Микшин В. П., Русаков М. Р. и др. -№ 4458409; Заявлено 11.07.88; Бюл. № 18 Открытия. Изобретения. -1996.

46. Русаков М. Р., Мосиондз К.И., Жуковский Ю.С. О возможности улучшения энерготехнологических показателей работы электропечей при интенсификации плавки // Цветные металлы. - 1995. - № 12. - С. 911.

47. Русаков М. Р., Мосиондз К.И., Жуковский Ю.С. Основные направления совершенствования руднотермической электроплавки медно-никелевого сырья // Цветные металлы. - 1998. - № 2. - С. 36-39.

48. Rusakov М. R., Mosiondz K.I., Zhukovskiy Yu.S. High-intensive electric melting of sulphide and oxidized nickel-bearing raw materials // Clean technology for the mining industry : Proceedings of the 111 International Conference. - Santiago, Chile, may 15-17, 1996. - P. 263-268.

49. Русаков M. P. Перспективы совершенствования технологии и аппаратурного оформления электротермических процессов при переработке сульфидного и окисленного никельсодержащего сырья // Электрометаллургия. -1998. - № 2. - С. 16-22.

50. Русаков М. Р. Процессы высокоинтенсивной электроплавки и высокоинтенсивного обеднения шлаков // Новые процессы в металлургии никеля, меди и кобальта: Сб. науч. тр. / АО «Институт Гипрони-кель». - Изд. дом «Руда и металлы». М., 2000. - С. 126-138.

51. Боборин С.В., Русаков М. Р., Мосиондз К.И. Исследование работы и механизма защиты погруженных в шлаковый расплав металлических электродов при рудной и обеднительной плавке // Проблемы оптимизации технологического решения и методы расчета дуговых руднотермических печей: Докл. науч.-техн. совещ. «Электротермия-94». -СПб., 1994.-С. 162-170

52. Русаков М. Р., Рябко А.Г., Боборин С.В. Нерасходуемый электрод (НЭ) для руднотермических и обеднительных электропечей цветной металлургии // Проблемы комплексного использования руд: Тез. докл. / Второй межд. симп. - СПб., 19-24 мая 1996 г. - С. 186-187.

53. Русаков М. Р., Боборин С.В., Рябко А.Г. Исследование и разработка конструкции нерасходуемого электрода для руднотермических и обеднительных печей // Новые процессы в металлургии никеля, меди и кобальта: Сб. науч. тр. / АО «Институт Гипроникель». - Изд. дом «Руда и металлы».-М., 2000. - С.113 -121.

54. Rusakov М. R., Riabko A.G., Boborin S.V. Nonconsumable electrode (NE) for ore-thermal and cleaning furnaces of non ferrous metallurgy // Clean technology for the mining industry: Proceedings of the 111 International Conference. - Santiago, Chile, may 15-17,1996. - P. 279-287.

55. Rusakov M. R., Riabko A.G., Boborin S.V. Study of the metal electrode performance in a slag melt in the course of neutral or reducing gas blowing through the electrode // Pyrometallurgy Fundamentals and Process Development: The Metallurgical Society of CIM / Nickel-Cobalt 97. - Vol. II.-P. 217-224.

56. Русаков M. P., Мосиондз К.И., Боборин C.B., Цымбулов Л.Б. Переработка производственных и бытовых отходов с применением высокоинтенсивной электроплавки // Проблемы рудной электротермии: Докл. науч.-техн. совещ. «Электротермия-96». — СПб., 4-5 июня 1996 г. -С. 130-139.

57. Пат. 2126847 РФ, МПК6 С 22 В 7/00. Способ переработки бытовых и промышленных отходов / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Востри-ков Г. В. и др. - № 98109604; Заявлено 26.05.98;. Бюл. № 6 Открытия. Изобретения. - 1999.

58. Русаков М. Р. Применение высокоинтенсивной электроплавки для утилизации и переработки промышленных и бытовых отходов // Металлургические технологии и экология: Тез. докл. конф. «Металлургия 2000» (РЕСТЭК) 13-16. июня 2000 г. - Изд. дом «Руда и металлы». -М., 2000.-С. 13-14.

59. Русаков М. Р. Высокоинтенсивная плавка и высокоинтенсивное обеднение - основа экономичной технологии переработки окисленных никелевых руд // Металлургические технологии и экология: Тез. докл. конф. / «Металлургия 2000» (РЕСТЭК) 13-16 июня 2000 г. - Изд. дом «Руда и металлы». - М., 2000. - С. 12-13.

60. Рыжов О. А., Ежов Е. И., Русаков М. Р. и др. Новый процесс плавки окисленных никелевых руд в двухзонном агрегате - 1992. - № 6. -С. 19-21.

61. Пат. 2166843 РФ, МПК7 H 05 В 7/08. Нерасходуемый электрод / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Востриков Г. В. и др. - № 99116425; Заявлено 28.07.99; Бюл. № 6 Открытия. Изобретения. - 1999.

62. Русаков М. Р. Взаимодействие при продувке природного газа с оксидным расплавом, содержащим никель, кобальт и железо // Симп. по кинетике, термодинамике и механизму процессов восстановления: Тез. докл. / Ин-т металлургии им. А. А. Байкова АН СССР. - М., 1986. - Ч. 1. - С. 83-84.

63. Пат.2176276 РФ, МПК7 С 22 В 7/04. Способ обеднения шлаков, содержащих тяжелые цветные и благородные металлы. / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Востриков Г. В. - № 99127071, Заявлено 22.12.99; Бюл. № 33 Открытия. Изобретения. - 2001.

Типография «П-Центр», заказ № 1, тираж 100 экз.