Механизмы процессов, протекающих в конверторной ванне окисления штейна

Окисление штейна происходит на границе воздух-штейн газового пузыря, образуемого дутьем, и в самой газовой струе на границе воздух -распыленный штейн, имеющей весьма развитую поверхность.                                                       

1) При продувке не металлизированных штейнов на границе газовый пузырь - штейновый расплав происходит преимущественное окисление сернистого железа, причем оно протекает непосредственно до магнетита по реакции 3ґFeS+5ґO₂= Fe₃O₄+3ґSO₂. Магнетит далее частично восстанавливается в расплаве по реакции 3ґFe₃O₄+FeS=10ґFeO+SO₂. Внутри дутьевого факела, кроме этой реакции, идут также следующие:

2ґNi₃S₂+7ґO₂=6ґNiO+4ґSO₂ (после выгорания FeS)

2ґCu₂S+3ґO₂=2ґCuO+2ґSO₂ (после выгорания основного количества Ni₃S₂) Сu₂S+2ґCuO=6ґCu+SO₂.

Далее образовавшиеся окислы и металлы, взаимодействуя со штейном, восстанавливаются и сульфидируются по реакциям:

3ґNiO+3ґFeS=Ni₃S₂+3ґFeO+0,5ґS₂,

Cu₂O+FeS=Cu₂S+FeO, 2ґCu+FeS=Cu₂S+Fe.

Таким образом, в конечном счете окисляется сернистое железо штейна при незначительном переходе цветных металлов в шлак, определяемом равновесием последних трех реакций и другими причинами физического характера, рассматриваемыми ниже.

2) При продувке металлизированных штейнов окислительные процессы протекают по несколько иной схеме. На границе воздух - штейновый расплав идет реакция избирательного окисления металлического железа до вюстита FeO по реакции 2ґFe +O₂=2ґFeO. В дутьевой струе происходит окисление мелких капель штейна по стадиям:

2ґFe +O₂=2ґFeO,

3ґFeO+0,5ґO₂.=Fe₃O₄,

3ґFeS+5ґO₂=Fe₃O₄+3ґSO₂ (после выгорания Fe),

2ґNi₃S₂+7ґO₂=6ґNiO+4ґSO₂ (после выгорания FeS),

2ґCu₂S+3ґO₂=2ґCu₂O+2ґSO₂ ( после выгорания большей части Ni₃S₂),

Cu₂S+2ґCu₂O=6ґCu+SO₂.

Окислы цветных металлов и двуокись серы взаимодействуют с расплавленным штейном, в результате чего металлы и сера снова переходят в штейн по реакциям:

3ґNi+2ґFeS=Ni₃S₂+2ґFe,

Cu₂O+Fe=2ґCu+FeO,

2ґCu+FeS=Cu₂S+Fe,

SO₂+3ґFe=FeS+2ґFeO.

 1.3 Продукты конвертирования

       Конечными продуктами конверторного передела являются медно-никелевый файнштейн, конвертерный шлак периода набора, конвертерные газы и конвертерная пыль. Кроме, того при конвертировании получают шлаки периода варки файнштейна, которые являются внутренним оборотным продуктом конвертерного передела.

1.3.1 Фанштейн

       В таблице приведен состав файнштейна, получаемого на «Печенганикель»..

Таблица 4.                                                                Состав медно-никелевого файнштейна ,%

Медно-никелевый файнштейн разделяют методом флотации. Успешное разделение его на никелевый и медный концентраты зависит от:

1) состава и главным образом от содержания серы и железа. По действующим техническим условиям содержание серы в файнштейне не должно быть ниже 23%.

2) отношение меди к никелю в нем. В настоящее время перерабатывают файнштейн, отношение меди к никелю в котором не превышает 1,0.

Конверторные шлаки

Состав конвертерного шлака приведен в таблице 5.

Конвертерные шлаки состоят в основном из силикатов железа фаялита (FeO)₂ґSiO₂, в котором растворено небольшое количество окислов, перешедших из кварцевого флюса и футеровки.

Конвертерные шлаки также содержат некоторое количество цветных металлов. Цветные металлы в шлаке находятся в трех основных формах: свободных сульфидов, сульфидов, растворенных в шлаке, и окислов, образующих обычно в расплаве силикатные комплексы.

Таблица 5 .                                                                                        Состав конвертерных шлаков, %

В шлаке также растворяется заметное количество сульфида железа, чем объясняется повышенное содержание в шлаке серы. Характерная особенность конвертерных шлаков - присутствие в них значительных количеств магнетита. Содержание магнетита в шлаке обычно составляет 10-25 % и зависит от ряда факторов.

Конверторные газы

Концентрация SO₂  в отходящих газах в газоходе снижается вследствие очень больших подсосов воздуха через напыльник в газоходную систему. С целью повышения концентрации SO₂ в газах для получены из него серной кислоты на предприятии установлены герметичные напыльники.

На графике приведён состав конверторных газов по ходу продувки

Рис 2. Состав конверторных газов по ходу продувки

1- обычный режим продувки;

2,3 – продувка обогащённой массы, перелитых из других конверторов;

4,5 – продувка штейна, залитого на оставленный в конверторе шлак;

6 – продувка после загрузки ферроникелевых «жуков»;

7 – продувка одного ковша штейна

Конверторная пыль

       В результате интенсивной продувке расплава воздухом конвертерный процесс всегда сопровождается некоторым разбрызгиванием массы, которая выносится в газоходную систему и там оседает в виде конверторной пыли,

       Частично из конвертера выносится мелкая фракция кварцевого флюса и холодных присадок.

       Примерный состав конвертерной состав пыли приведен ниже, %:

       Ni ………………….9,0-12,0                  Fe…………………….16,0-25,0

       Cu…………………10,0-15,0                  S………………………10,0-12,0

       Co………………….0,3-0,4                SiO₂……………………22,0-30,0

Конвертерная пыль является оборотным материалом. Крупную фракцию конвертерной пыли перерабатывают в конвертерах, а мелкую - в руднотермических электропечах.