СПОСОБ ВЕЛЬЦЕВАНИЯ ЦИНКОВЫХ КЕКОВ
METHOD OF WAELZ PROCESS OF ZINC CAKES

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке цинковых кеков вельцеванием.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ вельцевания цинковых кеков, включающий окатывание цинковых кеков перед сушкой с углеродсодержащим материалом вместе с коксовой мелочью, и вельцевание скатанного материала (SU 876761, С22В 19/38, опубл. 30.10.1981 г.).
3
Недостатки известкового способа заключаются в высоком расходе топлива (более 400 кг/т кека), низкой производительности вельц-печи (0,63 т/м·сут).
2
Технический результат изобретения - снижение расхода коксовой мелочи, повышение производительности печи. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе вельцевания цинковых кеков, включающим операции смешения, окатывания совместно с твердым углеродсодержащим материалом (коксовой мелочью) на стадию смешения, подается смесь кальций- и магнийсодержащих материалов при содержании оксида магния в смеси 20-50%, соотношении в шихте (СаО+MgO)/SiO=2÷4. Окатывание смеси совместно с твердым углеродсодержащим материалом крупностью менее 2 мм и вельцевание с добавкой углеродсодержащего материала крупностью +2 мм при температуре 1100°C
Кроме того, в качестве твердого углеродсодержащего материала используют отходы угольной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности.
На рис.1 изображена аппаратурная схема переработки цинковых кеков. Схема включает:
1 - фильтр-пресс;
2, 3, 4, 5 - бункера для цинкового кека, смеси кальций- и магнийсодержащих материалов, углеродсодержащего материала крупностью менее 2 мм, оборотных пылей вельцевания крупностью менее 1 мм;
6 - смеситель-гранулятор;
7 - вельц-печь.
Цинковый кек с влажностью менее 19% поступает с фильтр-пресса 1 в бункер 2. Затем цинковый кек со смесью кальций- и магнийсодержащих материалов (сод. MgO 20-50%) из бункера 3, углеродсодержащим материалом (сод. фракций менее 2 мм - 100%) из бункера 4, оборотными пылями вельц-печи (крупность 100% менее 1 мм) из бункера 5 направляется в гранулятор-смеситель. Перемешанный и гранулированный материал размером гранул 2-5 мм направляется в вельц-печь на вельцевание. Дополнительно в печь для корректировки процесса вельцевания может подаваться твердый углеродсодержащий материал крупностью более 2 мм.
Подача смеси, состоящей из кальций- и магнийсодержащих компонентов, позволяет исключить образование жидких фаз в печи и необходимость использования для их впитывания дорогостоящего кокса, при этом на 30-40% сокращается расход углеродной составляющей шихты, появляется возможность самостоятельного использования отходов угольной и нефтеперерабатывающих промышленностей.
При подаче только одного из компонентов вышеуказанный эффект не достигается:
А) так как получаются легко разрушаемые в печи гранулы, при этом увеличивается выход оборотного материала с последующим снижением производительности вельц-печи;
Б) обеспечивается возможностью получения мелких гранул (2-5 мм), позволяющих повысить скорость отгонки цинка, снизить температуру вельцевания с 1250°C до 1100°C и, следовательно, уменьшить топливную составляющую углеродсодержащего материала.
Использование в качестве добавки в гранулы углеродсодержащего материала крупностью менее 2 мм увеличивает скорость восстановления и последующей отгонки цинка. Для регулирования теплового баланса печи, исключения настылеобразования в печь дополнительно подается твердый углеродсодержащий материал крупностью более 2 мм.
Нижняя граница крупности твердого углеродсодержащего материала и гранул (плюс 2 мм), загружаемых в вельц-печь, рассчитана исходя из физических свойств материала и скорости газового потока в печи.
Снижение температуры вельцевания при переработке цинковых кеков ниже 1100°C не увеличиваеи положительного эффекта.
2
Соотношение (СаО+MgO)/SiO=2÷4 в гранулах позволяет максимально снизить образование жидких фаз в гранулах, увеличить скорость возгонки цинка. Снижение соотношения до менее 2 не позволяет полностью исключить расплавление. Увеличение добавки более 4 снижает часовую производительность печи по товарной вельц-окиси.
В качестве твердого углеродсодержащего материала, заменяющего кокс, можно использовать отходы угольной промышленности, например, антрацит с содержанием углерода менее 75%; отходы нефтеперерабатывающей промышленности - нефтекокс (сод. углерода - менее 75%); вторичную коксовую мелочь, получаемую при магнитной сепарации клинкера от вельцевания (сод. углерода 55-60%).
Пример 1.
Влияние добавки смеси кальций- и магнийсодержащих материалов
К цинковому кеку состава, %:
2
цинк - 20.2, свинец - 1.9, железо - 25.3, оксид кремния - 7.1 добавляли кальцийсодержащий материал - известняк (сод. CaO-56%) и магнийсодержащий материал - отход производства магнезита (сод. MgO-70%). Содержание оксида магния в смеси составляло 35% в количестве, обеспечивающем соотношение (СаО+MgO)/SiO равное 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 и 5.0; твердый углеродсодержащий материал (нефтекокс) крупностью (-1) мм в количестве 20% с весу кека; оборотные пыли от вельцевания цинковых кеков (фракция - 1 мм). Смесь окатывали на грануляторе-смесителе с получением гранул размером 3 мм.
Гранулы с добавкой 5% (от веса кека) углеродсодержащего материала крупностью 3 мм загружали в лабораторную вельц-печь и перерабатывали при температуре 1100° в течение 2-х часов. Общий расход углеродсодержащего материала составлял 25% от веса цинкового кека.
Для сравнения, проводили опыты по прототипу: без добавки смеси, содержащей кальций и магний, но с добавкой на стадию смешения и окатывания углеродсодержащего материала, не разделенного на фракции плюс и минус - 2 мм в количестве 25% и 40% к весу цинкового кека, а также оборотные пыли от вельцевания цинковых кеков.
Затем материал загружали в печь, где обрабатывали в аналогичных с предлагаемым способом условиях. Результаты опытов приведены в таблицы 1.
Таблица 1
Наименование способа
Добавка смеси кальций- и магнийсодержащих материалов до соотношения (CaO+MgO)/SiO<sub>2</sub>
Производительность печи, т/м<sup>3</sup>·сут<sup>1</sup>
Состав клинкера, %
Состояние материала в печи
цинк
углерод
Предлагаемый (25% углеродсодержащего материала к весу цинкового кека)
1
0,44
3,1
5,4
Частичное расплавление
2
0,89
0,8
3,9
Сыпучий
3
0,96
0,6
3,5
Сыпучий
4
0,96
0,4
3,1
Сыпучий
5
0,92
1,3
2,9
Сыпучий
Известный (25% углеродсодержащего материала к весу цинкового кека)
0
0,21
5,2
6,7
Расплавляется
Известный (40% углеродсодержащего материала к весу цинкового кека)
0
0,63
1,2
10,0
Сыпучий
<sup>1</sup>Производительность печи определяется в тоннах переработанного цинкового кека, отнесенных к 1 м<sup>3</sup> рабочего объема печи в сутки.
3
3
2
Как видно из таблицы 1, при добавке к цинковому кеку смеси кальций- и магнийсодержащих материалов производительность печи увеличивается с 0,21 т/м в сутки до 0,96 т/м·сут. Содержание цинка в клинкере снижается до 0.4%, материал в печи не расплавляется, становится сыпучим, вельцуется. Снижение соотношения (CaO+MgO)/SiO менее 2 приводит к частичному расплавлению, снижению производительности и повышению содержания цинка в шлаке. Увеличение добавки более 4 не повышает положительный эффект, но при этом из-за необходимости расхода углеродсодержащего материала на нагрев кальций- и магнийсодержащего материала увеличивается содержание цинка в клинкере и падает производительность.
При проведении опыта по прототипу положительный эффект при расходе углеродсодержащего материала 25% к весу цинкового кека не достигается, показатели вельцевания улучшаются при повышении количества углеродсодержащего материала до 40% к весу цинкового кека и замене нефтекокса на металлургический (более дорогой) кокс.
Пример 2.
Влияние содержания оксида магния в смеси, состоящей из кальций- и магнийсодержащих материалов
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1) Содержание оксида магния в смеси составляло, %: 10; 20; 30; 50; 60.
Таблица 2
Содержание оксида магния в смеси кальций- и магнийсодержащих материалов
Производительность печи, т/м<sup>3</sup>·сут
Количество оборотного материала, % к загрузке гранул
0
0,87
12
10
0,9
8
20
0,94
5
30
0,96
3
50
0,96
3
60
0,88
10
Из приведенных данных в таблице 2 видно, что при использовании только кальцийсодержащего материала увеличивается выход оборотного материала с 3-5% до 12% за счет разрушения в печи гранул. При этом снижается производительность. Аналогичное явление наблюдается и при увеличении содержания в смеси оксида магния более 50%. Оптимальный интервал содержания оксида магния в смеси кальций- и магнийсодержащих материалов - 20-50%.
Пример 3
Влияние подачи на окатывание твердого углеродсодержащего материала крупностью менее 2 мм.
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1).
На окатывание подавали углеродсодержащий материал крупностью 0,5 мм; 1 мм; 2 мм; 3 мм; 4 мм.
Таблица 3
Наименование способа
Размер углеродсодержащего материала, подаваемого на окатывание, мм
Производительность печи, т/м<sup>3</sup>·сут.
Содержание углерода в клинкере, %
Предлагаемый
0,5
0,98
3,3
1
0,97
3,3
2
0,96
3,5
Известный
3
0,82
12
4
0,75
15
3
3
Из приведенных в таблице 3 данных видно, что увеличение крупности подаваемого на окатывание углеродсодержащего материала снижает производительность печи с (0,96-0,98) т/м·сут до (0,75-0,82) т/м·сут вследствие снижения скорости отгонки цинка. При этом снижается степень использования углерода в гранулах, а содержание углерода в клинкере увеличивается до 12-15%.
Пример 4
Влияние на вельцевание добавки - углеродсодержащего материала крупностью более 2 мм.
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1).
В печь на вельцевание дополнительно подавали твердый углеродсодержащий материал крупностью 2 мм, 3 мм, 4 мм.
Таблица 4
Наименование способа
Крупность подаваемого в печь углеродсодержащего материала, мм
Расход твердого углеродсодержащего материала (к весу кека, %)
Образование на стенках печи настылей
Предлагаемый
2 мм
25
Не образуется
Известный
3 мм
40
Образуется настыль толщиной 100 мм
4 мм
40
Образуется настыль толщиной 170 мм
Из приведенных в таблице 4 данных видно, что увеличение крупности подаваемого на вельцевание твердого углеродсодержащего материала с 2 мм до 3-4 мм снижает степень поглощения указанным материалом жидких фаз и, при этом, образуется в печи настыль.
Для поглощения жидких фаз необходимо увеличить расход твердого углеродсодержащего материала с 25% до 40% к весу кека.
Пример 5 Влияние температуры вельцевания.
Опыты проводили в условиях (см. Пример 1). Процесс вельцевания вели при температурах 1000°C; 1100°C; 1200°C.
Таблица 5
Наименование способа
Температура вельц-процесса, °C
Расход твердого восстановителя, к весу кека, %
Производительность вельц-печи, т/м<sup>3</sup>·сут
Предлагаемый
1000
25
0,9
1100
25
0,96
Известный
1200
40
0,86
3
Увеличение температуры вельцевания увеличивает топливную составляющую углеродсодержащего материала, увеличивая его расход с 25% до 40% к весу кека. При этом имеет место снижение производительности печи с 0,96 до 0,86 т/м·сут.
3
Снижение температуры вельцевания без снижения расхода твердого содержащего материала снижает производительность печи с 0,96 до 0,9 т/м·сут.
2
Таким образом, проведенные опыты показала, что в предлагаемом способе добавка кальций и магнийсодержащего материала к цинковому кеку должна обеспечивать соотношение (CaO+Mgo)/SiO=2÷4.
При содержании в смеси оксида магния 20-50% на стадию окатывания следует подавать углеродсодержащий материал крупностью менее 2 мм, в качестве добавки к полученным гранулам при вельцевании использовать углеродсодержащий материал крупностью более 2 мм. Процесс вельцевания скатанного материала вести при температуре 1100°С. Использование предлагаемого способа по сравнению с известным способом вельцевания цинковых кеков позволяет:
3
- повысить производительность печи с 0,63 до 0,96 т/м·сут;
- снизить расход углеродсодержащего материала с 400 до 250 кг/т кека;
- использовать в качестве углеродсодержащего материала отходы угольной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности.