автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Исследования и оптимизация процесса утилизации металла из медьсодержащих шлаков, образующихся в плавильно-литейных цехах металлургических предприятий

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО МЕШЛУРГИИ Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт

I ..

сплавов и обработки цветных металлов

"ГИПРОВДЕГГЛЕТГОБРАБОТКА "

, На правах рукописи

ЗАДКРАНОВ Александр Никитович

- 1 УДК: 669.187.28.004.82

ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ "..МЕТАЛЛА ИЗ МЕЩЬСОДЕРЖАЩШС ШЛАКОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПЛАВИЛЬНО - ЛИТЕЙНЫХ ЦЫШ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность: 05.16.04 "Литейное производство",

05.15.08 "Обогащение полезных ' • ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертанта на соискание • ученой степени кандидата технических наук>

Москва 1993 г„

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов

"ГИПРОЦВЕГМЕТОБРАБОТКА"

На правах рукописи

ЗАДИРАНОВ Александр Никитович

УДК: 669.187.28.004.82

ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛА ИЗ ВДЬСОДЕРМДЩ ШЛАКОВ, ОБРАЗУЩИХСЯ В ПЛАВИЛЬНО - ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХАХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность: 05.16.04 "Литейное производство",

05.15.08 "Обогащение полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993 г.

Работа выполнена в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектном и конструкторском институте сплавов и обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка" и АО "Механобр-техноген" (г. Санкт-Петербург).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических нау

старший научный сотрудни Ф.К СТРЕЛЬЦОВ

профессор, доктор технических наук

Р.К. ыысик,

профессор, доктор технических наук P.A. РОДИН

Ведущее предприятие: Ревдинский завод по обре

ботке цветных металлов Защита состоится " 1993 года

в 10 час. 30 мин. на заседании специализированного совета KI39.03.0I института "Гипроцветметобработка" по адресу: 109017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7 а.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке институт; Автореферат разо алан " 1993 года.

Ученый секретарь специализи- _

рованного совета, к.т.н. Э.Н. Калмыкова

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБО*Ш

УТИЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛА ИЗ ПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕДИ И МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Актуальность темы. Применение вторичного сырья при производив меди и медных сплавов - важный резерв экономии свежих шихто-1нх материалов и снижения себестоимости готовой продукции.

Одним из источников вторичного сырья являются шлаки заводов ю обработке цветных металлов (ОЦМ), образующиеся при выплавке мерных сплавов. Шлак представляет собой сложный конгломерат, содер-зщий металлические королька и неметаллическую шлаковую состав-яющую. Доля металлических корольков в шлаке достигает 40% и бо-:ее, в зависимости от вида выплавляемого сплава. Объемы образова-ш шлаков достигают порядка 15-17 тыс.тонн в год.

Для утилизации медьсодержащих шлаков в настоящее время примелют два процесса: переплав шлака в шахтной печи и технологию, недреннуго практически на каждом из заводов ОЦМ. Суть технологии аводов ОЦМ заключается в измельчении шлака в шаровой мельнице с ©следующим разделением продуктов помола на сите на металлический онцентрат и хвосты. Концентрат используют в качестве шихты для ыплавки медных сплавов, переплавляя его в индукционной канальной ечи (ИКП), хвосты направляют на медеплавильные заводы. Преиму-еством данной технологии перед плавкой плака в шахтной печи яв-яется то, что она позволяет переводить содержащийся в шлаке металл расплав с минимальными потерями с угаром, поскольку плавка пшх-ы в ИКП не сопровождается высоким перегревом расплава над линией иквицус, а сама технология проста в эксплуатации, значительно олее дешевая и экологически менее опасная.

Недостатком технологии является то, что схема механической

обработки материала и оборудование, при помощи которого процесс осуществляется, в большинстве случаев подобраны случайным образом и к настоящему моменту морально и физичаоки устарели. Это приводит к большим потерям металла как на стадии получения концентрата, так и при его последующем переплаве. До половины всей металлической части шлака направляется при обработке шлака во фракции хвостов и еще порядка 20-25$ металла теряется при переплавке концентрата. Кроме того, действующая на заводах ОЦМ технология утилизации металла из шлака предназначена для шлаков выплавки латуней. Обработка шлаков выплавки специальных сплавов, бронз сплавов системы медь-никель, медь-никель-цинк и т.д. не проводится и шлаки направляются на медеплавильные предприятия.

Шлак выплавки медных сплавов - особый виц сыпучих материалов, содержащий пластичную (корольки) и упруго-хрупкую шлаковую составляющие. Различие физико-механических характеристик основных частей шлака предопределяет разработку специального подхода к проблеме полноты извлечения металла в концентрат и качества самого концентрата. В этой связи представляют интерес достижения, полученные в последние годы в обогащении полезных ископаемых, где широко используется явление избирательности для обработки сложных систем, а также методы повышения качества низкосортной шихты, применяемые в питейном производстве.

Целью работы является выявление условий, при которых обеспечивается максимально возможная сквозная степень извлечения металла из шлаков, образующихся при выплавке медьсодержащих сплавов на заводах по обработке цветных металлов, в слиток.

Состояние вопроса и задачи исследования. До проведения данно работы задача снижения потерь металла при производстве медьсодержащих сплавов решалась в направлении поиска эффективных техноло-

гий обработки расплава флюсами для снижена потерь металла с угаром при выплавке сплавов или разработкой режимов высокотемпературной плавки шпака ппя наиболее полного извлечения в черновую мець ценных цветных металлов. Весомый вклад в разработку вышеназванных процессов внесли 0.Д.Молдавский, И.С.Герасимова, В.А.Из. -майлов, Р.К. Мысик, В.М.Чурсин, А.В.Курдшов, а также ряд зарубежных ученых. Решение поставленной в работе цели исследований позволит использовать металл, содержащийся в шлаках, для выплавки марочных медных сплавов.

Обработку материалов механическим способом, основанном на явлении избирательности, как правило, связывают с изучением структурных, гранулометрических, физических, физико-механических, химических характеристик сырья. Теоретические основы процесса избирательного дробления и данные о различных характеристиках материалов, связывают с именами С.Е.Андреева, К.А.Ромадина, В.В.Това-рова, С.Ф.Шинкаренко, P.A.Родина и других ученых. Однако, сведений, касающихся вышеназванных характеристик для шлаков и связанных с ними показателями, в литературе нет, либо они не учитывают изменения технологии и других условий производства медных сплавов, произошедшие за последние десятилетия.

Для количественной оценки эффективности технологии обработки шлаков механическим способом важно иметь параметр, позволяющий проводить эту оценку.

Важным представляется вопрос выработки общих требований к качеству концентрата в связи с особенностями переплава его в открытых ИКП. Как правило, переплав концентрата в ИКП осуществляют россыпью под слоем солевого флюса. Засоренность концентрата неметаллической частью шлака затрудняет ассимиляцию металлических корольков расплавом, обуславливая потери металла. В этой связи

важно изучение эффективности специальной обработки концентрата методом прессования с определением рациональных режимов обработки сырья.

Рассмотрение поставленных проблем потребовало решения следующих задач:

1. Выявление особенности процесса подготовки концентрата к плавке в открытой печи.

2. Изучение эффективности извлечения металла из шлака в концентрат методами дробления, измельчения и классификации материала.

3. Разработка и внедрение рациональной технологии извлечена металла из шлака в слиток.

Научная новизна. Введен параметр, характеризующий эффективность обработки шлака механическим методом. Предложена методика выбора схемы шлакоперерабатывающего участка (ШПУ). Определены характеристики прочности неметаллической части шлаков выплавки м дных сплавов. Изучена кинетика процесса измельчения шлака в шаровой мельнице. Изучено влияние неметаллической части шлака на эффективность переплава концентрата в открытой печи.

Практическая ценность. Изучены структурные, гранулометрические, химические свойства шлаков. Экспериментально установлена эффективность обработки шлака методами дробления, измельчения классификации виброинерционными агрегатами. Разработана схема утилизации металла из шлака. Результаты работы внедрены на Тайском заводе ОЦМ и ПО "Красный выборжец". Определены параметры обработки концентрата методом прессования.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на: Всесоюзном научно-техническом совещании "Разработка и совершен-

ствование технологии и оборудования по подготовке к плавке трудно-перерабатываемого лома и отходов цветных металлов" (Москва, сентябрь 1988г.). Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрессивные процессы плавки и литья цветных металлов и сплавов" (г.Артемовск, май 1989г.).

Публикации. По материалам дессертационной работы имеются 4 публикации и получено 3 положительных решения на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы, изложена на 161 странице машинописного текста (включая таблицы), содержит 23 рисунка и 38 таблиц, библиографию в количестве 83 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исходным материалом исследований служили шлаки выплавки лату-ней (Л63, Л70, ЛС59-1, ЛМц58-2), томпаков (Л90, Л96), мецно-нике-левых сплавов (МН19, МНЖ5-1, МНШпЗО-1-1), бронз (БрХО 8, БрАЖНЮ--4-4), меди (Ж, МЗР) и концентраты, получаемые на ПШУ Тайского, Орского, Каменск-Уральского, Ревдинского, Кировского заводов ОЦМ и ПО "Красный виборжец" (г.Санкт-Петербург).

В промышленных условиях варьировали:

- релшмы загрузки оборудования ПШУ заводов ОЦМ;

- способ подготовки концентрата к переплаву в ИКП; россыпью, в брикетах;

- способ переплава концентратов в ИКП.

Характеристики крупности данных материалов устанавливали

ситовым методом по ГОСТ 26136-84. Содержание металла в испытуемых навесках определяли металлургическим выходом по ГОСТ 17710-79.

Химический состав шлаков, концентратов, корольков, неыетал-

личесной компоненты шлаков определяли методами петрографического, рентгено-спектрального, атомно-абсорбционного и химического анализов. Прочностные характеристики шлаков (сопротивление дробящему и истирающему воздействию) определяли методом измельчения пробы во вращающемся барабане по ГОСТ 15137-77.

Значения пределов прочности неметаллической части шлаков на

растяжение и сжатие ( 6"„_ соответственно) определяли расчет

сж

ным путем, используя данные по кинетике процесса измельчения шлаков и кварца (эталон).

Опыты по изучению кинетики процесса измельчения шлаков проводили в мельницах типа 40-МП, 75-Ш, мельнице размерами 300 х 300 мм. В качестве рабочего тела использовали стальные шар! нормальной твердости (ГОСТ 7524-83). В опытах варьировали: степень загрузки мельницы шарами и их размеры; соотношение масс .шаровой загрузки и шлака; длительность измельчения навески.

Для изучения эффективности приложения метода вибрационного разрушения к процессу механической обработки медьсодержащих шлаков использовали дробильно-размольные агрегаты типа ВШД-150 Д! и КИД и классификатор типа ГИТ-П с ячейками сит размерами 1,5 и 10 мм.

Потери металла с угаром и шлаком, образующихся при переплаве концентратов, определяли расчетным путем, используя данные балансовых партий.

Лабораторные исследования процесса обработки концентратов методом компактирования (брикетирования) проводили на прессе га-па ДП-36 фирмы Наттег&скт1с/1 (Германия). Брикеты получали методом холодного прессования в матрице с размерами 31 х Е мм. В опытах варьировали давление прессования, фиксируя по манометру выбранные значения ( от 2 до 5 г/см^).

В промышленных условиях брикетирование осуществляли при помощи пресса Б6238-А, оснащенного специально изготовленным инструментом.

Обработку экспериментальных данных, приведенных в работе, осуществляли методами дисперсионного и регрессионного анализов с использованием ЭВМ типа IBM PC/AT.

ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ШЛАКОВ, ОЕРАЗУВДИХСЯ ПРИ ВЫПЛАВКЕ МЕДИ И МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Структура и химический состав шлаков. Шлаки представляют собой конгломераты, состоящие из части металла (корольки), вкрапленных в неоднородной массе неметаллической составляющей. Химический состав металлических корольков практически отвечает химическому составу сплава, при выплавке которого произошло образование шлака (см.рис.1). Химический состав неметаллической части шлаков, в основном, представлен окислами основных и легирующих компонентов сплава, ингредиентами отработанного флюса, компонентами, входящими в состав печной футеровки.

Методом петрографического анализа шлаков, образующихся при выплавке мельхиора (МШШпЗО-I-I) и бронзы (БрАЖН10-4-4), было установлено, что их неметаллическая составляющая представлена стеклом сложного состава, которым удерживаются частицы угля (применяется как защитный покров металла при плавке), отдельные кристаллы муллита и кремнесодержащие соединения, включая метасили-каты кальция, магния и железа.

Проведенный термодинамический анализ возможного термохимического взаимодействия данных веществ с инградиентами флюсовых композиций, применяемых в настоящее время для выплавки медных сплавов, показал, что в неметаллической части шлаков возможно

Изменение химического состава фракции измельченного шлака в зависимости от ее крупности

О---О ~ |

Шлак выплавки сплава: I - БрАШ 10-4-4; 2- ШЖ 5-1; 3 - Л63; 4 - МНЦ 15-20.

Обозначения: О - медь; Д- цинк; □ - Никель.

Рис. I

Грануломегричео кие характернотики шлаков

а, мм

Шлаки выплавки сплавов: 1-Г - 163; 2-2'- МНЖ 5-1; 3-3' - БрАШ 0-4-4. ^ - доля фракции в шлаке; Пf - содерясание металла во фракции. Рис. 2

присутствие таких прочных минералов, как альбит, анортит и нефелин, которые могут оказывать существенное влияние на прочностные свойства неметаллической компоненты.

Прочностные и гранулометрические свойства шлаков. Установлено, что прочностные свойства шлака зависят от его минералогического состава. Наиболее прочные шлаки (см.табл.1) - шлаки выплавки меди, медно-никелевых сплавов и бронзы. Они характеризуются высокой способностью сопротивляться дробящему воздействию. С увеличением концентрации окиси цинка в неметаллической составляющей просностные свойства ее понижаются, но повышается способность материала сопротивляться истирающему воздействию. Наибольшей способностью сопротивляться истирающему воздействию характеризуются шлаки выплавки высокоцинковистых лат.уней (Л63, ЛС70-1).

Вцелом прочностные свойства шлаков отвечают I и II категориям крепости горных пород по шкале М.М. Лротодьяконовэ как в высшей степени крепкие и очень крепкие минералы. Как правило, для обработки сырья такой степени прочности используют сложные многостадийные схемы, включающие операции дробления, измельчения и классификации исходного сырья. Таким образом, традиционная для заводов ОЦМ схема ШПУ - измельчение пшака в шаровой мельнице -не отвечает требованиям, предъявляемым ей обрабатываемым материалом.

Изучением гранулометрических характеривтик шлаков (рис.2) установлено, что они различаются в зависимости от вида шлака. Так для шлаков выплавки латуней характерно увеличение доли мелкой фракции размерами -5+0 мм (до 41/0. Для шлаков выплавки медно-никелевых сплавов и бронэ, наоборот, характерена большая доля крупной фракции размерами более 40 мм (до 23%). Различны минимальные размеры металлосодержащей фракции шлаков - 250 мкм для шлаков, образующихся при выпланке сплавов системы медь-никель, медь-ни-

кель-цинк, бронз и меди, и 400 мкм - для ишаков выплавки лату-неп. Неодинаково содержание металлической части в шлаках выплавки латуней, мельхиоров и бронз. Для шлаков первой группы оно составляет (%) порядка 44-47, для второй - 68-72, для третьей - 77-78.

Таблица I

Прочностные характеристики неметаллической части медьсодержащих шлаков.

!!!лаки выплавки групп сплавов (Г сяс, МПа СГр, , МПа

двойные латуни 14,6-16,3 234-260 23 1 ,4-26

бронзы 21,8 349 34,9

ме дно -н ик е л е вы е 18,3-23,7 293-379 29 ,2-37,9

медь 27,3 436 43,6

Примечание:^,- показатель крепости горных пород по шкале М.М. Протодьконова.

Основная причина различия гранулометрических характеристик шпаков заключается, по-видимому, в применяемых для плавки сплавов технологий. Например, латуни выплавляются с применением соленого плюса типа "Латунит", плавка медно-никелевых сплавов проводится под древесным углем с небольшими добавками оксидов и фторидов щелочных, щелочноземельных металлов и кварца.

Ялияние неметаллической составляющей на эДх!)ективность переплава концентратов. Установлено, что при переплаве концентратов 10 ■

Таблица 2

Переплав концентратов под солевым флюсом "Сильвинит" и древесным углем (расход фяюса 10-15$ от веса неметаллической составляющей проплавляемой навески)

Концентрат Используемый при переплаве флюс Содержание неметаллической составляющей в шихте, % Усвоение шихты расплавом, %

Латунный солевой 40,0 58,5

го же то же 34,5 63,5

го же то же 9,2 95,0

го же древесный уголь 34,5 55,4

Медно-никелевый солевой 40,0 66,4

то же то не 25,0 75,0

то же то не 8,0 93,0

то же древесный уголь 12,1 96,4

Бронзовый солевой 35,0 68,9

то же то же 25,0 78,4

то же то же 10,0 94,0

то же древесный угол ь 14,0 79 0

лучше использовать такие составы флюсов, компоненты которых способны уменьшить количество формирующих шлак оксидов. Применение при плавке концентратов солевого флюса в количестве 10-15$ отмас-сы неметаллической компоненты в проплавляемой навеске (табл.2) обеспечивает минимальный уровень безвозвратных потерь металла с угаром и шлаком (более чем в 6 раз ниже, чем при плавке под древесным углем). Установлено, что при содержании в концентрате более 90-92$ металлических корольков влияние неметаллической составляющей на усвоение навески расплавом практически не оказывается.

ОЦЕНКА. ЭФФЕКТИВНОСТИ ШПУ

Предложен параметр эффективности схемы, который записывается в виде выражения:

перешедшие в концентрат на с стадии обработки сырья в рассматриваемой ШПУ; Ц^ - концентрация неметаллической составляющей в концентрате;^^ - содержание металла в шлаке.

Данный параметр по своему физическому смыслу характеризует степень разделения не- и металлической составляющих при механической обработке шлака. Чем больше его величина, тем более эффективно работает схема механической обработки шлака, либо ее отдельное звено. Идеальная установка та, для которой

!Ли Сме.о

Для шлаков выплавки латуней, мецно-никелевых сплавов и бронз, значения параметров эффективности схемы ШПУ равны 12; 4,5 и 4 соответственно. Проведенная оценка действующих схем ШПУ заводов ОЦМ показала, что величины их параметров эффективности не превышают 2,39 (обработка шлаков выплавки латуней). Таким образом, представляло интерес создание новой, более эффективной схемы ШПУ. С этой целью разработали методику выбора схемы ШПУ.

Методика выбора схемы ШПУ. Методика включает в себя следующие элементы:

1. Изучение гранулометрических характеристик шлаков и установление исходного количества металлической составляющий в различных фракциях и во всем материале в целом (ГОСТ 26136-84, ГОСТ 17710-79).

2. Определение согласно ГОСТ 15137-77 физико-механических свойств шлаков (определение способности сопротивления материала дробящему и истирающему типам механического воздействия) и выбор наиболее рационального вида обработки сырья (для шлаков, характеризуемых высоким сопротивлением истиранию, лучше применять размольное оборудование, шлакам с высоким сопротивлением дроблению

- дробильные агрегаты).

3. Расчет параметра эффективности для заданных значений степени извлечения металла в концентрат и его засоренности неметаллической компоненты; при величине расчетного параметра эффективности близкой к приведенным выше значениям,выбирать предлагаемую в работе схему ШПУ и включенное в ее состав оборудование.

4. Расчет параметра эффективности для каждой стадии технологического процесса, выбор числа циклов обработки шлака.

5. Опробование различных типов дробияьно-размояьного и клас-

сифицируюцего оборудования, предназначенных для определенных стадий технологического процесса.

6. Расчет параметров эффективности оборудования.

7. Сравнение значений параметров эффективности оборудования выбранной схемы ШПУ с эталоном: при значении параметров эффективности схемы ШПУ меньшим, чем у этадона, выбирается новый тип оборудования и расчет проводится снова, начиная с п.5.

8. Изменение технологической схемы и числа циклов обработки в случае, если ни один из типов опробованного оборудования не удовлетворяет эталонному значению параметра эффективности, и проведение всего расчета, начиная с п.4.

Расчет различных схем ШПУ. Данные табл. 3 показывают, что наиболее эффективно включать в схему ШПУ виброинерхдаокное оборудование (классификаторы) и шаровую мельницу типа СМ 6008. Это обес печивает получение концентратов латуни и бронзы содержанием не менее 87 и 97$ соответственно. Подключение к схеме ШПУ дробилки типа СЩ 116 в сочетании с качающимся грохотом, снижает эффективность обработки шлака (засоренность концентрата выше 26%). Двух-стадийное измельчение шлака в шаровой мельнице с вибрационным классификатором обеспечит U? порядка 5%.

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛА ИЗ ШЛАКОВ НА ЗАВОДАХ ОЦМ

Исследования и оценка универсальной схемы ШПУ. Установлено, что получение в результате обработки шлака методом классификации концентрата содержанием менее 10%неметаллической составляшей, при минимальных потерях металла с фракцией хвостов невозможно. Не обходимая чистота концентрата достигалась лишь в случае предвари-

Таблица 3

Варианты схемы ШИУ на основе действующего на заводах ОЦМ оборудования

Варианты схемы <£мен /<?S,C F, V /о

I п I П

1+5+3 3,28 11,81 60,25 95,97

1,39 5,36 6,91 23,07

4+5+3 8,59 30,92 91,46 100

5,05 19,49 22,49 27,99

I+I+5+3 2,39 8.60 45,84 91,48

4+2+5+3 6,27 22,57 83,33 100

Примечания: в числителе даны значения для шлака выплавки

латуни, в знаменателе - для шлака выплавки бронзы; I и П - соответственно одно- и двухстадийное измельчение; I - качающийся грохот; 2 - дробилка типа СМИ 116; 3 - шаровая мелышца типа СН6008 ; 4 — вибрационный грохот типа ГИТ II; 5 - вибрационные сита;

Определение параметра эффективности многостациального цикла обработки ¡ллаков проводили по формуле:

•Me,t

U-к С Не, с

75~

где /1 - число циклов обработки шлака, - степень обогащения шлака.

П.

тельной термической обработки шлака при температурах не ниже 230-260°С и совмещении процесса классификации материала и его обработки рабочим телом. Однако данный способ также характеризуется высокими потерями металла с фракцией хвостов ( до 34$ и более).

Опыты показали, что наиболее рациональна последовательная обработка шлака дробилками типа ВШД 150-ДР и КЙД-300. В этом случае концентрат бронзы фракцией +1 мм содержит не менее 82$ металлической компоненты и при повторной обработке материала по той же схеме - более 92$. Двойной цикл обработки шлаков выплавки латуни lía ВШД-150 ДР и КИД-300 обеспечивает получение концентрата содержанием 87,3$ металлических корольков.

Измельчением шлаков в шаровых мельницах типа 40-Ш1, 75-Ш и мельнице размерами ( D х L ) 300x300 мм установили, что собственно измельчению в мельнице подвергается неметаллическая часть шлаков. Металлические корольки лишь изменяют свою конфигурацию в пределах размеров металлосодержащей фракции.

Кинетику процесса измельчения неметаллической части шлака представили в вице уравнения:

d6 Г

dGy,.

где ' az - скорость процесса измельчения неметаллической части шлака; (¿ - постоянная скорости процесса измельчения; 171 - коэффициент уравнения, учитывающий изменение скорости измельчения материала в ходе процесса; ~ содержание неметаллической составляющей в продуктах помола.

Установили, что процесс измельчения неметаллической части шлаков выплавки медных сплавов описывается уравнением кинетики,

порядок которого близок к единице. Так для латуней ГУ? изменяется от 0,9611 до 1,31, для шлаков выплавки меди, мельхиора и бронзы - от 1,166 до 1,318.

Влияние условий процесса измельчения шлаков: длительность измельчения ), соотношение тсс шаровой загрузки мельницы и измельчаемой навески {(¿ша? ), степень заполнения мельницы шарами (У7), соотношение размеров шаров и куска шлака ),

соотношение диаметра мельницы и ее длины (3) / ),- на величину К можно представить выражением:

К х 10 = 335,2 - 210^ - 0,733 $ - 1,18 ^ + + 2,397 ^мар/дмА

Данное выражение с высокой степенью точности (Р =100,38;

Г = 0,964) описывает экспериментальные данные.

г>рн

Опыты показали, что*аэрации рабочего пространства мельницы ее производительнонть по готовому классу (+400 мкм) возрастает в 1,7-2 раза по сравнению с обычным способом измельчения шлака. Расчетом установлен оптимальный расход воздуха при обработке 1т шлака выплавки латуней. Он составляет 2000 м^/час. Промышленные испытания метода показали возможность получения концентрата латуни содержанием более 90/£ металлических корольков.

На основании вышеизложенного предложена универсальная схе-г.и механической обработки шлака (рис.з). На схему получено положительное решение об изобретении. Схема принята за основу при разработке проектно-конструкторской документации на реконструкцию ШПУ Ревдинского, Гайского и Кировского заводов 0ЦМ.

Разработка эффективной технологии подготовки концентрата к переплаву. Изучили возможность применения технологии компакти-рования концентрата для повышения степени усвоения металла распла-

вом при переплаве сырья. Экспериментально установлена оптимальная величина упелыюго давления прессования навески для получения брикетов из концентрата. Установлено, что прочностные характеристики брикета с уменьшением в исходной навеске неметаллической компоненты увеличивается и плотность брикетов возрастает при увеличении крупности прессуемой фракции концентрата.

Переплав концентрата в брикетах под слоем солевого флюса обеспечивает, по сравнению с плавкой данного материала россыпью, усвоение металла расплавом, равное 96,4-98,4$, что более, чем в 1,5 раза выше показателей традиционной технологии, а также сокращает время, необходимое для полного расплавления навески.более, чем в 1,9 раза.

Опробован способ приготовления брикетов, содержащих добавку покровно-рафинируодего флюса с более низкой, чем у металла,температурой плавления. При нагреве, двигаясь по высоте брикета к его основанию, флюс рафинирует металл как от неметаллической части шлака, так и от окисной пленки на поверхности королька. Экспериментально установлено оптимальное содержание флюса в брикетируемой навеске, обеспечивающее при плавке наименьшие безвозвратные потери металла с утаром и шлаком (соответственно 0,56 и 0,62^).

На основании вышеизяокенного предложена общая схема утилизации металла из медьсодержащих шлаков, образущихся в плавилъно-литейных цехах заводов 0Ш, а такке отходов механической обработки слитков и проката (рис.4). Представленная на рис.4 схема утилизации вторичного сырья принята в качестве основы для разрабатываемых проектов участков подготовки низкосортной шихты к плавке на Райском и Кировском заводах ОЦМ.

Универсальная схег.и мехаиичес» обработки шлаков

"Ысходныи ШЛ1к|

¡¿PotntHUt]

irgCntHuc

•1(5)

K/wccu»uk/(u,u«|

-0.»(»,«5)

»0 fc(O.ÎS)

иьп«Л»Ч«ии|

A4».u)|

|Кл«сси»икии.ия}-

a>(9.tsi

0>Р8ПЛ<>|—-j Слиток~| |64»u.tn-H«î]

Цл«к

Рис. 3

Универсальная схема утилизации вторичного сырья

Рис. 4

ВЫВОДЫ И-РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Изучены структура, гранулометрический состав, физико-механические и химические свойства шлаков и их основных составляющих. Установлено,''основные трудности, по извлечению металла из шлака в концентрат связаны с мелкими размерами металлосодержащей фракции и высокими прочностными характеристиками неметаллической части шлака. Установлено, что крепость неметаллической части шлаков отвечает I и 2 категориям крепости горных пород по шкале М.М. Протодьяконова. Показано, что химический состав неметаллической части шлаков представлен ингредиентами флюсовых композиций, оксидами основных и легирующих компонентов сплава и продуктами их химического взаимодействия, химический состав металлических корольков практически повторяет химический состав выплавляемого сплава.

2. Исследовано влияние неметаллической части шлака на усвоение металла расплавом при переплаве концентратов в открытой печи. Установлено допустимое содержание неметаллической части шлака в шихте, равное не более 8-10% масс., обеспечивающее минимальные потери металла при плавке навески. Найден оптимальный расход Флюса при плавко концентратов, равный 10-155? от массы неметаллической составляющей в шихте.

3. Предложен общий критерий оценки эффективности обработки шлаков механическим способом шлакоперерабатывакхцим участком (ШПУ) и отдельными его звеньями. Введены эталонше значения данного критерия для шлаков выплавки латуней, медно-никелевых сплавов и бронз, соответственно 12, 4,5 и 3. Разработана оригинальная методика выбора схемы ШПУ.

4. Экспериментально установлена возможность использования

явления избирательности при обработке медьсодержащих шлаков, образующихся в плавильно-литейных цехах заводов ОЦМ, методами дробления, измельчения и классификации при одно- и двухстадиальных циклах для эффективного разделения металлической части шлака от его неметаллической составляющей. Установлены эффективные режимы работы дробильного, измельчительного а классифицирующего оборудования. Показано, что наиболее эффективна обработка шлаков двухста-диальным циклом дробилъно-размольными агрегатами типа ВВД-150 ДР и КИД-300. При этой содержание металлической составляющей в концентрате (фракция -30 + I им), составляет не менее 87$.

5. Изучена кинетика процесса измельчения шлаков в шаровой мельнице. Установлено, что при измельчении шлака собственно измельчению подвергается неметаллическая часть шлака, металлическая составляющая лишь изменяет свою начальную конфигурацию в пределах размеров мегаллосодержащей фракция. Установлено, что процесс измельчения неметаллической ч^сти шлаков описывается уравнением кинетики первого порядка. Показано, что основное по степени значимости влияние на величину постоянной скорости процесса измельчения неметаллической части шлака оказывает геометрия мельницы, степень заполнения ее шарами, длительность измельчения, соотношение масс шаровой загрузки и измельчаемой навески. Установлено, что интенсивность измельчения неметаллической части шлака увеличивается более чем в 1,7 раза при совмещении процесса размола материала и аспирации пылевидной фракции из объема мельницы.

6. Изучена эффективность обработки концентрата методом прессования. Установлено, что прессуемость концентрата ухудшается фи увеличении крупности материала и уменьшении содержания в нем неметаллической составляющей. Показано, что при переплаве концент-

рата в брикетах безвозвратные потери металла с угаром и шлаком в 1,3-1,4 раза ниже, чем при переплаве концентрата россыпью. Разработаны режимы получения и переплава брикетов из смеси концентра' та и солевой добавки, обеспечивающие отабильную степень извлечения металла в слиток порядка 81,5$.

7. Разработана и внедрена на ПО "Красный выборжец" (г.Санк -Петербург) технология утилизации металла из медьсодержащих шлаков, включающая вибрационную механическую обработку сырья с получением металлического концентрата и его последующего переплава в открытой печи под слоем солевого флюса. При этом извлечение металла из шлака в концентрат (по видам сплавов) составляет не менее 62$, из концентрата в слиток - не менее 81$. Технология в целом отвечает стабильной утилизации не менее 50,2$ металла, со' держащегося в медьсодержащих шлаках.

На разработанные и представленные в диссертации технологии утилизации металла из медьсодержащих шлаков, образующихся в пла-вильно-лигейных цехах заводов ОЦМ, получено три положительных решения об изобретении. Результаты проведенных исследований были использованы в качестве основы при разработке технических проектов реконструкции ШПУ для Ревдинского, Райского и Кировского заводов ОЦМ.

Благодаря внедрению представленных технологий обеспечено дополнительное вовлечение в производство слитков медных сплавов порядка 400 тонн металла в год.

Основное содержание диссертации отражено в слецувдих публикациях:

I. Стрельцов Ф.Н., Задиранов А.Н. Повышение эффективности переработки шлаков на заводах ОЦМ. - Цветные металлы, 1993, № I, с.54-60.

2. Задиранов А.Н., Стрельцов Ф.Н., ЕрофееБ А.Е. и др. Установка для переработки шлаков выплавки медных сплавов. - Цветная металлургия, 1992, Л 3, с.37-41.

3. Стрельцов Ф.Н., Ерофеев А.Е, Баранов O.E., Задиранов А.Н. Совершенствование методов шлакопереработки - дополнительный резерв экономии цветных металлов при производстве проката. Тезисы доклада к Всесоюзному научно-техническому совещанию. - М., 1988, с.14-15.

4. Стрельцов Ф.Н., Ерофеев А.Е., Задиранов А.Н. Исследование процесса формирования и разработка рациональных методов переработки электропечных шлаков тяжелых цветных металлов. - Тезисы доклада к Всесоюзной научно-технической конференции. - М.,

1989, с.28.

5. Задиранов А.Н., Стрельцов Ф.Н., Ерофеев А.Е, и др. Способ оттирки металлургических шлаков. - Заявка № 494II82. Положительное решение от 03.01.92г.

6. Задиранов А.Н., Стрельцов Ф.Н., Ерофеев А.Е. и др. Способ обработки металлургических шлаков. - Заявка $ 4945*990. Положительное решение от 30.10.91г.

7. Задиранов А.Н., Стрельцов Ф.Н., Способ получения сплавов на основе меди из вторичного сырья. - Заявка № 5036815. Поло-

Зак. 73. Тир. 100 экз. институт "Гипроцветметобработка"