автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Тепло-массообменные явления в аппаратах струйно-окислительного типа применительно к конвертированию штейнов

гч сг

с, — На правах рукописи

Си

КОСОЙЦЕВА

Татьяна Реональдовна

ТЕПЛО-МАССООБМЕННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В АППАРАТАХ СТРУЙНО-ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ТИПА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КОНВЕРТИРОВАНИЮ ШТЕЙНОВ

Специальность 05.16.03 Металлургия цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Л.М.Шалыгин

доктор технических наук, профессор Белоглазов И.Н.

кандидат технических наук Баймаков А.Ю.

Ведущее предприятие -

АОА «Институт Гипроникель Российского АО «Норильский Никель»

Защита состоится "26 " 1997 года в час.

мин. на заседании Диссертационного совета Д.063.15.09 по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2,

ауд. N 630$

Автореферат разослан " 1997 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

А.]£Орлов

Актуальность темы. Конвертерная переработка штейнов остается одним из ведущих процессов в производстве цветных металлов. Протекание физико-химических процессов определяется условиями подачи дутья в расплавленную ванну. Подача дутья определяет и условия тепло-массопереноса Поиск режимов подачи дутья, обеспечивающих оптимизацию тепломассопереноса в расплавленной ванне в условиях гетерогенной системы и, следовательно, отвечающих задаче повышения производительности и снижения выбросов расплава, и создание более совершенного металлургического аппарата представляет собой актуальную задачу.

Цель работы. Целью работы является сравнительная оценка различных режимов подачи дутья, изучение взаимодействия дутьевых струй с расплавленной ванной при конвертировании штейнов и выявление такого способа подачи дутья и конструкции аппарата, которые создали бы наиболее благоприятные условия протекания технологического процесса, полноту использования энергоресурсов, герметизацию системы газоудаления, эксплуатационную надежность аппарата.

Методика исследований. Теоретические и экспериментальные исследования базировались на известных физико-химических закономерностях процессов, протекающих в сульфидных расплавах при подаче окислительного дутья и твердых флюсонесущих и рудных компонентов, и проводились в лабораторных условиях с применением: физического моделирования на холодных и огневых моделях с приборным контролем параметров; математических методов обработки результатов экспериментов с применением ЭВМ; контроля состава веществ с использованием химических и приборных средств анализа.

Научная новизна. На основе анализа установившихся представлений о термодинамических и кинетических процессах, протекающих в расплавах сульфидов полиметаллического состава под действием кислорода дутья при участии кварцевого флюса предложена идеализированная физико-химическая модель процесса конвертирования штейнов, учитывающая только реакции окисления металлического и сернистого железа и реакции восстановления магнетита сульфидом железа в присутствии

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. д.т.н.Л.М.Шалыгину. Особо благодарит сотрудников каф. МЦМ доц.Ю.М.Смирнова, Ф.Т.Бумажнова, доц.Л.В.Чугаева, а также сотрудников СГГГТИ В.Г.Швеца, С.Н.Салтыкову, Р.Б.Борисова за поддержку на различных этапах написания диссертации.

кремнезема, полнота протекания которой оценивается значениями надлежащего коэффициента, по физическому смыслу отвечающего кинетическим условиям взаимодействий в гетерогенной системе и, следовательно, зависящего от интенсивности массопереноса.

Наилучшие условия для тепломассопереноса возникают при использовании высоконапорных непогруженных в расплав струй, истекающих из нескольких сопел, расположенных по перифирии цилиндрического аппарата. Кинетическая энергия пространственно-ориентированных струй реализуется в направленное, упорядоченное вращательное движение расплавленной среды.

Практическая значимость: 1. Разработана конструкция компактных фурм, названных "радиально-осевые фурмы"(РОФ), которые при их установке по перифирии цилиндрического аппарата создают регулярный массоперенос в виде интенсивного движения всего объема расплава.

2. Предложен вариант реконструкции вертикального кислородного конвертера, перерабатывающего медный штейн с установкой радиально-осевых фурм. При этом обеспечивается возможность герметизации верхней зоны конвертера и достигается полнота улавливания сернистого газа. Рабочий проект предложенного варианта реконструкции КВК комбината "Североникель" выполнен проектно-конструкторским отделом комбината.

3. Предложена принципиально новая конструкция аппарата стационарного типа с размещением радиально-осевых фурм по всей окружности аппарата, при удалении шлака через канал, тангенциально примыкающий к цилиндрическому корпусу. Этот вариант может рассматриваться как основа создания аппарата для непрерывного конвертирования штейнов.

4. Проработан на поисковом уровне и воспроизведен на физической модели принцип работы аппарата непрерывного конвертирования или автогенной плавки сульфидного сырья.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на:

-международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд", -СПГТИ, Санкт-Петербург, 1994 г.;

-научной конференции студентов и аспирантов СПГГИ "Полезные ископаемые России и их освоение", Санкт-Петербург, 1996 г; -заседании НТС кафедры металлургии цветных металлов СПГГИ, 1996 г. - выставке "Промышленность города-городскому хозяйству", Санкт-Петербург, 1996г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ. ----------

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и содержит 112 страниц машинописного текста, 30 таблиц, 40 рисунков и фотографий, а также список литературы из 51 наименования. В первой главе рассмотрены физико-химические закономерности поведения сульфидов в расплавах под действием окислительного дутья применительно к конвертированию штейнов. В главе 2 предложена физико-химическая модель, ограничивающая расчеты процесса конвертирования реакциями окисления железа и шлакообразования. В главе 3 проанализированы условия массопереноса в расплавах, подвергаемых окислительной продувке, для донной, боковой погруженной, верхней непогруженной подачи дутья. В главе 4 изучены закономерности подачи дутья в виде пространственно-ориентированных струй и предложен новый тип автогенного аппарата (АСВ). Глава 5 посвящена разработке и исследованию новой конструкции радиально-осевой фурмы. В главе б приведены результаты эксперимента на укрупненно-лабораторной огневой установке АСВ. В заключении приводятся выводы и практические рекомендации.

Основные результаты проведенных исследований могут быть представлены в виде следующих основных защищаемых положений:

1. Математическая модель процесса конвертирования, построенная на основе обобщенных физико-химических уравнений процесса, которая позволяет оценить влияние тепломассопереноса на технологические и тепловые показатели процесса конвертирования.

Термодинамические закономерности физико-химических превращений, протекающих в конвертерной ванне, позволяют утверждать, что при обеспечении завершенности реакций обменного взаимодействия идеальная физико-химическая модель процесса конвертирования штейнов может быть представлена только реакциями окисления железа до закиси и магнетита, взаимодействия магнетита с сульфидом железа с участием кремнезема и ошлакования закиси железа кремнеземом с образованием фаялита. Идеальная физико-химическая модель процесса конвертирования штейнов представлена следующими обобщенными уравнениями (с учетом тепловых эффектов, кДж):

FeS + !- /л02 + - цп Si02 =-nn{2Fe0Si02) + , 6 2 2 тт р.1 _ ,кДж

ßFe30A + (1 - ft)FeS + /jS02 + 573584//(1 - 0,137л)

4-77 1

Л? +-02+-п 5Ю2 =

(л о

Р-2 ° ^ ,кДж

-п(2ГеО &'02) +——Ре^О^ + 371560(1 — 0,21/7) 2 3

^е304 + —=

р.З ,кДж

у (2Л?ОА'02) + у &Э2 + (1 - 04 - 856700л

Выведенные обобщенные физико-химические уравнения используем для построения математической модели процесса и анализа главных его характеристик.

Материальные расчеты (на 100 кг штейна) Расход дутья:

уд = —|о,27е(1 - 0,25л) + 0,43//<У - 0,13л/)(1 - 0,1л)] ,нм (1)

Выход промежуточной массы:

^пм~а+ Ь+С+ к + й-{Л й ,кг (2)

Выход шлака:

бщл = /0 - 0,57«) + е(1,38 - 0,095«) + ц{й - 0,1 3«/)(0,879 -0,061п)+0-42""'286е + 0-818^-°-13"/) + 0-43/] + Я,кг (3)

^фл

0 = 42«[1,2866 + 0,818/^-0,13«/) + ° ' 2 /(1 - 0,57«)+ е(1,381-0,095«) +

+ 0,43/]

-------------- 1 (4)

%/ед"" =■

+ /л{с1 - 0,13«/)(0,879 - 0,061«)+ « + 100(1-«)

/(1 - 0,57«) + е(1,3 81 - 0,095«)

[Ц8бе + 0,879/^ - 0,13»/) + /] + - 0,1 Зи/)(0,879 - 0,061«) + « + Сци

Выход газов:

Гю =0,254/^ -0,13«/) + 0,032«/ ,нм3

1-<?

0,27е(1 - 0,25«) + 0,43/у(Й? - ОД 3«/)

(1-0,1 и)

-( _ |0»27е(1-0,25и)+0,43^-0,13и/)

(1-0,1«)

3

, нм (7)

3

, нм (8)

100

<*и 'Я

[0,27е(1 - 0,25«) + 0,43/^ - ОДЗ«/)

[0,254//(^ — 0,13«/) + 0,032«/]

(9)

(1 - 0,1«) + 0,254^(с/ - 0,13«/) + 0,032«/] Тепловые расчеты:

Тепло, полученное за счет экзотермических реакций:

0,эи = 6635(1 - 0,21«)е + 6518//(1 - ОД 37«)

> ,кДж(10)

^ (¿/-0,13«/)-3990«/

дшт = 100,0 , кДж (при Сшт = 1,0 кДж/кг °С) (11)

Тепло, вносимое дутьем (при удельной теплоемкости в пределах 20-200°С, Сд=1,3 кДж/нм3 °С):

дд = ^-[0,35е(1 - 0,25«)+ 0,5 5//(й? - ОД 3«/)(1 - ОД «)]?„, ,кДж(12) Я

Тепло промежуточной массы: при Спм =1,0 кДж/нм С;

дпм - (а + Ъ + с + к + ¿/(1 - /л) ■ 1,25 • ,кДж (13)

Тепло шлака:(Сшл =1,25 кДж/нм °С)-'£?ШЛ = 1,25 • ,кДж(14)

Тепло газов вычисляется при значениях теплоемкостей в пределах 1200-1300°С, кДж/нм °С: 802 = 2,30; ТчГ2 = 1,42; 02 = 4,50:

о, = {0,586//(г/ - 0,1 ЗпГ) + 0,074л/ + (0,08а, +1,43^ -

д ,кДж(15)

1,51) х [0,27е(1 - 0,25л) + 0,43//(</ - 0,13и/)(1 - 0,1«)] К

Уравнение теплового баланса:

а - /?)(2<2ЭЮ=йш + о»+а (1б>

Математическая модель заключает в себе возможность оценки влияния массо-теплопереноса на технологические и тепловые показатели процесса. Эта возможность предоставляется присутствием в уравнениях коэффициента п, которым определяется распределение кислорода между БеО и РезС>4_ Полнота восстановления магнетита - как образовавшегося на фурмах, так и поступившего со штейном - происходит при участии БЮ . поступившего со штейном - происходит при участии БЮ2.

Рис. 1. Расчетные значения показателей процесса в функции п.

Коэффициент п в предложенной математической модели выполняет роль своеобразного индикатора интенсивности массо-теплопереноса в конвертерной ванне. На графике (рис.1), в качестве примера, приводятся расчетные значения %5Ю2,Ре304 в шлаке, расход дутья

на ] т штейна, выход шлака для Си-№ -штейна (23%) в функции п. Расчет

выполнен для варианта получения конечного продукта (ц=;1).

2. Вариант дутья в виде высоконапорных непогруженных наклонных струн, позволяющих создать эффект направленного движения жидкой среды. Сочетание наклонных непогруженных струй с цилиндрической формой аппарата, по перифирии которого расположены фурмы, приводит к возникновению вращения всего объема жидкости со скоростью, отвечающей количеству движения, внесенного дутьевыми струями.

С учетом решающего значения условий подачи дутья в конвер-тернную ванну рассмотрены возможные варианты подачи дутья - донное, боковое погруженное и верхнее непогруженное.

Формирование и рабочие характеристики непогруженной струи определяются следующими условиями: истечение непогруженной дутьевой струи происходит под давлением Р, в рабочее пространство, заполненное газом, находящимся обычно при атмосферном давлении (Р2=1 кг/см2). Для верхнего дутья, с целью обеспечен™ необходимого расхода дутья и достижения высокой скорости истечения, применяется высокое давление, превышающее критический барьер, то есть условия истечения соответствуют сверхкритическому режиму;

Как известно, скорость истечения через цилиндрические насадки возрастает лишь до достижения критического предела и далее сохраняет свое постоянное значение. Исключением является насадка типа сопла Ла-валя, для которой функция \Уи =^Р1) является постоянно возрастающей. Критическое состояние истечения наступает при значении

Р2

^г- = 0,528 . Плотность газа в струе после истечения уменьшается в ■1

соответствии с падением давления, за счет чего на начальном участке струи происходит объемное расширение газа. Под действием инерционных сил такое расширение происходит в осевом направлении, возникает явление "разгона" струи за пределами насадки любой формы. Коэффициент разгона определяется по эмпирической формуле Ростоковского:

«разг = 1,353

Г Р 4

1,275 --2ч ги.

(18)

Далее по ходу струи на расстоянии около 3-4-х диаметров насадки начинается падение скорости потока, т.н. "затухание струи". Коэффициент "затухания" определяется по эмпирической формуле Абрамовича:

0,96

«зат =-*--(19)

0,16-7 + 0,29 а

Динамический напор струи при встрече с поверхностью жидкости соответствует величине скорости в плоскости встречи- \Ух и площади "пятна встречи" - Рх. В табл.1 приводится сравнение силового воздействия дутьевой струи, формирующей кратер соответствующей глубины, на поверхность жидкой среды для погруженной и непогруженной вертикальной подачи дутья.

Таблица 1.

Сравнение силы динамического удара дутьевой струи в поверхность жидкой среды

№ п/п Параметры Усл. обозначения Погруж. дутье Верхнее дутье (КВК, ААП ,АНК .)

1 Давление (абс,) Р., кг/смг 2,4 , 11 11 11

2 Противодавление (абс.), р2 кг/см2 1,25 1.0 1,0 1.0

3 Температура дутья (в среднем) Т,К 333 293 293 293

4 Расстояние от насадки до поверхности жидкости X, мм 200 600 900 1200

5 Диаметр "пятна встречи" О, м 0,07 0,21 0,30 0,39

6 Диаметр насадки рабочего отверстия (¡1, мм 32 30 30 30

7 Угол раскрытия струи 12 18 18 18

8 Число калибров N --------- 7,0 20 30 40

9 Диаметр чистой фурменной трубки ММ 50 30 30 30

10 Степень чистоты фурм га 0,4 1.0 1,0 1.0

11 Скорость истечения струи Wh, м/с 328 308 308 308

12 Скорость с учетом разгона, \\'р. м/с 335 493 493 493

13 Скорость встречи струи с расплавом, с учетом коэф-та затухания . W х, м/с 249 138 93 69

14 Динамический напор струи в плоскости встречи Ьд,,, кг/мг 4123 1333 605 334

15 Площадь "пятна встречи" f,M2 6,3* 1 О"3 35* Ю-1 70* 10J 119* ю-3

16 Удельный вес газа в струе Y 1,33 (воздух) 1,4 (кислород) 1,4 (кисло род) 1,4 (кисло род)

17 Сила динамического удара по "пятну встречи" р ЛИН 11 47 42 40

При установке фурм под некоторым углом к вертикали характер взаимодействия струи и жидкости резко изменяется: в зоне внедрения струи в слой жидкости возникает горизонтальная составляющая динамической силы, за счет действия которой образуется отгонная волна, побуждающая к активному движению слои жидкости, что позволяет управлять массопереносом в объеме продуваемого расплава. Особенно это важно при значительном количестве образующихся шлаков. Наклонная подача дутья,: предназначавшаяся для продольного движения шлакового слоя, была использована в одном из вариантов аппарата непрерывного конвер-

тирования (АНК), предложенного Горным институтом и испытанного в опытно-промышленном масштабе на комбинате "Печенганикель".

Для исследования явления вращения жидкости наклонными струями создана прозрачная физическая модель, на которой с использованием жидкостей разной плотности (1,0-4,0) выявлены закономерности реализации динамического напора струи во вращательное движение среды в объеме расплава. Характер скоростного поля в объеме расплава представлен на графиках (рис. 2 и рис.3).

Установлено, что максимальный эффект вращения возникает при угле наклона струи от вертикали 20-25°. При увеличении угла наклона сверх 25° скорость вращения убывает, что объясняется уменьшением площади "подошвьГтой волны, на которую приходится удар струи. Максимальная скорость вращения наблюдается в зоне дутьевых воронок (рис. 4).

1

50 .--+00-—-.150

-угол=5 —угол=15|

-угол=2о

2

100 150

радиус, мм

-угол=5 -угол=20

угол=15 угол=25

Рис.2 Распределение скорости вращения в радиальном направлении при Р=0,64кг/см2 и глубине Ь=35мм (1-вода, 2 - ZnCl2)

За счет вращения жидкой среды при попутно возникающем в газовом пространстве циклонного эффекта в предлагаемом аппарате, в от-

личие от других аппаратов барботажного типа резко снижается брызго-унос и попадание масс расплава на рабочую поверхность фурм. Количество дутья, приходящееся на единицу объема аппарата, может быть увеличено по сравнению с погруженной подачей дутья в 6-10 раз, по сравнению с единичной вертикальной струей - в 10-12 раз. Новый тип пироме-таллургического аппарата, названный "аппаратом струйного вращения" (АСВ) работает на принципе использования кинетической энергии сверхзвуковых струй, создающих направленный регулярный массо-теплоперенос, в наибольшей степени отвечающий условию полноты протекания физико-химических взаимодействий в гетерогенной системе.

расстояние от поверхности жидкости, мм

»-d=170 мм *-d=100 мм

1,2 1,1 1

0,9 0,8 0,7' 0,6

0,5 0,4 0,3 ■ 0,2 0,1 о

25

35

45;

расстояние от поверхности жидкости, мм

-d=225 мм -d=150 мм

-d=170 мм -d=100 мм

Рис. 3. Распределение скорости вращения жидкости по глубине ванны (1-вода, 2-2пС12), для угла наклона струи 20°.

В полном соответствии с интенсивностью движения в разных зонах продуваемой ванны должна находиться скорость химического взаимодействия твердого вещества с жидкой средой, что демонстрируется режимом растворения таблетки бензойной кислоты, помещенной в разные участки жидкой ванны. Как следует из результатов качественной оценки, даже минимальная скорость растворения твердового вещества в жидкой сре-

де аппарата АСВ, приходящаяся на середину ванны, существенно превышает интенсивность такого процесса в зоне фурменных струй при боковой погруженной подаче дутья (см. рис. 5 и 6).

о к

X 0) 3"

ГС

о. т

о о а. о

■¡с О

0,8 0,6 0,4 0,2

10 15 20 25 30 35 40

угол наклона струи от вертикали

Рис.4 Зависимость скорости вращения жидкости (вода) от угла наклона дутьевой струи для Р=0,32 кг/см2,Р=0,48 кг/см2, Р=0,64 кг/см2).

Место введения бензойной таблетки

Рис 5. Скорость растворения твердого компонента водой в модели горизонтального конвертера: 1 - в барбогажной зоне модели. 2- на расстоянии 0.5 диаметра модели; 3 - у стенки модели.

Место введения бензойной таблетки

Рис.6. Скорость растворения твердого компонента водой в модели АСВ: 1 - у стенки модели, 2- в зоне дутьевых струй, 3- по центру модели.

В таблице 2 приводится сводка экспериментальных и расчетных данных с выводом значения скорости вращения расплава в гипотетическом аппарате АСВ, основанной на оценке количества движения, вносимого в ванну газовыми струями.

Таблица 2.

Сводка экспериментальных и расчетных данных с выводом значения скорости вращения расштава в гипотетическом аппарате АСВ (диаметр _корпуса - 3 м)___

Параметр Опыты на моделях с жидкостями , с плотностью кг/'м' аппарат типа АСВ

1000 (вода) 1830 (гпа2) 3000 (р-р. Туле) 4000 (р-р Клеричи) 4800 (штейн)

Диаметр модели, О. мм 154 154 154 154 130 3000

Количество насадок- 3 3 3 3 6 12

Диаметр насадок й, мм 3 3 3 3 1.6 30

Суммарное сечение наса-

док, м2 0,21 0,21 0,21 0,21 0,12 85

Давление воздуха, кг/см2 0,56 0,56 0,56 0,56 2,00 11

Масса воздуха Мв кг/с 0,27* 10"2 0,27*10'2 0,27*10"2 0,27*10'2 0,43*10"2 20

Скорость истечения \¥и.м/с 217 217 217 217 300 308

Расстояние от насадки до поверхности, х=Ь/<1 20 20 20 20 30 30

Скорость в плоскости встречи \Ух,м/с 60 60 60 60 53 105

Кол-во движения, внесенное воздухом, № Мв*Шх 0,16 0,16 0,16 0,16 0,2 2100

Толщина вращающегося слоя по периферии модели, мм 25 25 25 25 20 200

Масса вращ. слоя, Мж, кг 0,25 0,45 0,75 1,00 1,04 6780

Средняя измер. скор, вращения слоя,У/ж,м/с 0,58 0,35 0,25 0,18 -

Колич. движ.вращаю щегося. слояД>1=Мж. 0,15 0,16 0,18 0,18 при №=№к 0,33 при 1890

Средняя расчетная скорость вращения по кол. движ. - - - - 0,34 0,30

Для предлагаемого варианта "аппарата струйного вращения" (АСВ) потребовалась принципиально новая конструкция фурм. Предлагаемая конструкция носит название "радиально-осевой" (РОФ).

Фурма обеспечивает формирование струи, направленной таким образом, чтобы внедряясь в слой жидкости под заданным углом, создать направленное движение расплава. Новая фурма устанавливается не сверху, а в стенку аппарата и поэтому имеет ограниченную длину, при этом корпус располагается соосно с геометрическим радиусом аппарата.

С учетом более благоприятных условий работы РОФ в рабочем пространстве пирометаллургического аппарата целесообразно дутьевую насадку выполнить по строгой геометрии сопла Л аваля. Соответственно малым размерам огневой поверхности РОФ (см. р.ис.7), расход воды на охлаждение в 20-30 раз меньше, чем для верхних кислородных фурм.

4

Рис.7 Конструкция радиально-осевой фурмы (РОФ) (1- штуцер для подачи дутья, 2- труба для подачи воды, 3- сброс воды)

3. Полная технологическая возможность продувки реального расплава в условиях интенсивного массо-теплопереноса, при высокой степени использования кислорода дутья и отсутствии выбросов расплава из аппарата при высокой удельной дутьевой нагрузке.

Огневая модель АСВ (рис.8) сооружена на основе графито-шамотового тигля, емкостью 2,5л (с!вн= 150мм). Тигель помещался в шахтную лабораторную печь с силитовыми нагревателями. Поверх тигля размещен дутьевой блок, состоящий из 6 симметрично расположенных над тиглем водоохлаждаемых мини-фурм. Дутьевые насадки фурм развернуты таким образом, что дутьевые струи направлены в одинаковом направлении под углом 20° к вертикали.

Выполнялся анализ газов на 502, контролировались температура и расход воздуха. Удельная дутьевая нагрузка на объем тигля составила 115 нмЗ/мин, что примерно в 10 раз больше дутьевой нагрузки обычного горизонтального конвертера.

Рис. 8 Огневая модель аппарата струйного вращения

На основании взвешивания продуктов плавки и расчета количества Б02 по уравнениям окисления РеБ, составлен материальный баланс плавки (табл. 3).

Таблица 3.

Материальный баланс тигельной продувки медноникелевого штейна

Поступило кг Получено кг

Штейн 3,54 С ульфидная масса »,34

Флюс 0,30 Шлак 2,39

Воздух(23% С>2) 5,90 5С>2 (по расчету) 1,50

N2 (по воздуху) 4,54

Псего | 9.74-------| ------ Лее го --------1~_ -9.77______

Выполненный на огневой установке технологический эксперимент показал принципиальную возможность осуществления переработки штейнов по варианту АСВ. Наблюдавшийся ход процесса позволяет предположить, что разрабатываемый вариант пирометаляургического аппарата может служить основой для создания процесса непрерывного конвертирования, а также аппарата автогенной плавки сульфидного сырья.

Выводы:

1. На основании известных термодинамических закономерности поведения сульфидов в расплавах под действием окислительного дутья найдена возможность представить идеализированную физико-химическую модель совместного окисления сульфидов железа и сульфидов цветных металлов только реакциями окисления железа и его сульфида и взаимодействия его оксидов с кремнистым флюсом. На этом представления построена математическая модель протекания процессов окислительной плавки сульфидных материалов применительно к конвертерному процессу.

2. На физических моделях исследованы различные варианты подвода дутья, как основного фактора, определяющего режим массо-теплопереноса в расплаве. Показано несовершенство процессов массо-теплопереноса при погруженном боковом и непогруженном вертикальном способах подачи дутья. Показано, что регулярный интенсивный управляемый массо-теплоперенос может быть реализован за счет кинетической энергии сверхзвуковых струй, имеющих определенную пространственную направленность. Максимальное динамическое воздействие на массо-теплоперенос в объеме расплава достигается при угле наклона дутьевых струй 20-25° от вертикали.

3. Из результатов экспериментальных данных найдено, что интенсивность регулярного кругового массо-теплопереноса в аппаратах цилиндрической формы подчиняется закону сохранения количества движения, вносимого в объем расплава дутьевыми струями. На этом основании вычислена возможная скорость расплава в аппарате промышленных размеров при заданных параметрах дутья.

4. Для оснащения предлагаемого аппарата разработана новая конструкция компактной радиально-осевой фурмы.

5. Огневыми экспериментами на укрупненной лабораторной установке воспроизведен реальный технологический процесс продувки штейнового расплава с использованием радиально-осевых фурм, по размеру отвечающих масштабу установки. Показан интенсивный ход процесса продувки, отсутствие выбросов расплава при удельной дутьевой нагрузке, многократно превышающей дутьевую нагрузку горизонтального конвертера. На этом основании высказано предложение о возможном использовании принципа аппарата струйного вращения, оснащенного фурмами РОФ, для реализации процесса непрерывного конвертирования, а также для создания аппарата автогенной плавки сульфидного сырья.

Работы автора по теме диссертации:

1. Шалыгин Л.М., Косовцева Т.Р. Технико-экономическая оценка эффективности изменения состава и условий подачи дутья при переработке никелевых штейнов в горизонтальных конвертерах.// Сб. трудов «Уфалей - родина Российского никеля», Челябинск, 1993.

2. Шалыгин Л.М., Косовцева Т.Р. Варианты подачи дутья в аппаратах струйно-окислительного типа и их оценка.// Цветные металлы, №9, 1995.

3. Шалыгин Л.М., Косовцева Т.Р., Салтыкова С.Н. Построение расчетов пирометаллургических процессов на основе простых математических моделей // Уч. Пособие, С-Петербург, 1996.

4. Косовцева Т.Р. Гидродинамические испытания кислородных фурм новой конструкции (РОФ) на физической модели. // СБ. н. трудов СПГГИ, 1996.

5. Косовцева Т.Р. Исследование процесса конвертирования по варианту пространственно-ориентированных струй.// Сб. тезисов докладов на конференции аспирантов СПГГИ, С-Петербург, 1996.

6. Шалыгин Л.М., Косовцева Т.Р., Салтыкова С.Н. Воздействие на характер тепло- и массопереноса в расплаве в аппаратах струйно-окислительного типа.// Ст. деп. ВИНИТИ, 1996.

7. Шалыгин Л.М., Косовцева Т.Р., Салтыкова С.Н. Некоторые пути модернизации горизонтальных конвертеров с целью повышения их технико-экономических и экологических показателей. // Ст. деп. ВИНИТИ,1996.