Применение оболочковых фурм на горизонтальных конвертерах Пирса–Смита Надеждинского металлургического завода

Изменение конфигурации производства в Заполярном филиале (ЗФ) ГМК «Норильский никель» после 2015 г. ставит новые задачи перед традиционными пирометаллургическими процессами – плавкой и конвертированием. Проектной схемой Надеждинского металлургического завода им. Б.И. Колесникова (НМЗ) было «перекрестное» конвертирование, когда один конвертер сначала обрабатывал медный штейн с получением черновой меди, а потом, минуя стадию вывалки сухого сверну- того шлака, переходил на переработку никелевых штейнов с получением медно-никелевого файнштейна. Такая схема работы позволяла оптимизировать тепловой баланс конвертера, снизить образование тугоплавких оборотов и существенно продлить кампанию конвертера. Закрытие Никелевого завода ЗФ повлекло ликвидацию медного производства на НМЗ с переводом конвертеров на классическую схему никелевого конвертирования. Это обусловило необходимость решения вопросов продления кампании конвертеров при сохранении возможности переработки значительного количества никелевого шлака второго периода конвертирования, поступающего с Медного завода ЗФ в твердом виде. С этой целью проведен ряд лабораторных исследований по разработке технологии и конструкторской документации для систем подачи обогащенного кислородом дутья (до 45 %) в горизонтальные конвертеры с применением оболочковых фурм. Кроме того, проанализированы литературные данные по данной тематике, а также работа металлургических предприятий в этом направлении. Выполнены технологические расчеты. В работе совместно участвовали специалисты ЗФ и лаборатории пирометаллургии института «Гипроникель». Установлено, что использование оболочковых фурм с уменьшенным диаметром фурмы для подачи кислородно-воздушной смеси (КВС) приводит к снижению объема подаваемого в конвертер дутья и объема отходящих газов. При сокращении объема отходящих газов уменьшаются тепловая нагрузка на горловину конвертера, на газоходный тракт и общий пылевынос из конвертера. С применением обогащенного кислородом дутья следует ожидать более высокой скорости разогрева расплава. Для компенсации избыточного тепла необходимо своевременно загружать холодные обороты и флюс. В случае аварийных ситуаций (отсутствие холодных оборотов) следует снижать содержание кислорода в дутье вплоть до перехода на чисто воздушное дутье. Комплекс таких мер позволит поддерживать температуру отходящих газов конвертера с оболочковыми фурмами на существующем уровне. Таким образом, при постоянном контроле и оперативном управлении температура и объем отходящих газов на входе в систему охлаждения и газоочистки не будут превышать существующих предельных значений. Внедрение оболочковых фурм с уменьшенным диаметром фурмы для подачи КВС не требует модернизации существующей системы охлаждения и очистки газов. Более того, переход на данные фурмы позволит снизить газовую нагрузку на газоходный тракт и тепловую нагрузку на водоохлаждаемый напыльник, уменьшить пылевынос и безвозвратные потери пыли после системы газоочистки.

1. Ванюков А.В., Зайцев В.Я. Теория пирометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1973.

2. Шалыгин Л.М. Конвертерный передел в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1965. 3. Король Ю.А., Набойченко С.С. Конвертирование никельсодержащих штейнов. Екатеринбург: Изд-во АМБ, 2020.

3. Гальнбек А.А. Непрерывное конвертирование штейнов. М.: Металлургия, 1993.

4. Mojano A., Cabaljero S., Front J. Analysis of pilot scale tests of continuous converting process in Codelco metallurgical company. In: Proc. 6-th Int. Conf. Copper-Cobre 2007 (Toronto, Canada, 25—30 Aug. 2007). P. 14—17.

5. Sitcin V., Keke J., Shyfen E. Implementation the technology of flash converting process at plants of Jinguan Copper Corporation. In: Proc. XV Int. Flash Smelting Congr. (Finland, Helsinki, Sept. 2017). P. 13—18.

6. Hills I.E., Warner A.E.M., Harris C.L. Review of high pressure tuyere injection. In: Symposium Cu-2007 (Montreal, Canada, 29 April — 2 May 2007). CIM (Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum), 2007. Vol. III. Book 1. P. 471—482.

7. Король Ю.А., Набойченко С.С. Совершенствование способа обеднения методом перемешивания фаз. Цвет. металлы. 2018. No. 8. С. 37—44.

8. Chibwe D., Aldrich C., Akdogan G., Taskinen P. Modelling of mixing, mass transfer and phase distribution in a Peirce-Smith converter model. Canad. Metall. Q. (Depart. Chem. Metall. Eng.). 2013. Vol. 52 (2). P. 176—189.

9. Chibwe D.K., Akdogan G., Eksteen J.J. Solid-liquid mass transfer in a Peirce-Smith converter: A physical modelling study. Metall. Min. Ind. 2011. Vol. 3. No. 5. P. 202—210.

10. Баптизманский В.И. Теория кислородно-конвертер- ного процесса. М.: Металлургия, 1975.

11. Bustos A.A., Kapusta J.P. High oxygen shrouded injection in copper and nickel converters. In: Proc. Brimacombe Memorial Symp. (Vancouver, 1—4 Oct. 2000). Eds. G.A. Irons, A.W. Cramb. Montreal, QC: The Metallurgical Society of CIM, 2000. P. 107—124.

12. Bustos A.A., Kapusta J.P., Macnamara B.R., Coffin M.R. High oxygen shrouded injection at falconbridge. In: Proc. Int. Conf. Copper 99—Cobre 99 (Warrendale, The Minerals, Metals and Materials Society of AIME, 10—13 Oct. 1999). Vol. VI: Smelting, technology development, pro cess modeling and fundamentals. Eds. C. Diaz, C. Landolt, T. Utigard. P. 93—107.

13. Kapusta J.P., Stickling H., Tai W. High oxygen shrouded injection at falconbridge: five years of operation. In: Converter and fire refining practices. Eds. A. Ross, T. Warner, K. Scholey. Warrendale: The Minerals, Metals and Materials Society of AIME, 2005. P. 47—60.

14. Король Ю.А., Набойченко С.С. Расчет фурмы в защит- ной оболочке для конвертирования никелевых и медных штейнов, рекомендации по ее применению. Цвет. металлы. 2018. No. 5. С. 31—39.

15. Kapusta J.P., Lee R.G.H. The savard-lee shrouded injector: A review of its adoption and adaptation from ferrous to non-ferrous pyrometallurgy. In: Proc. Copper-2013 (Santiago, Chile, 1—4 Oct. 2013). The Chilean Institute of Mining Engineers (IIMCH). P. 1115—1151.

16. Король Ю.А., Набойченко С.С., Гуляев С.В. Использование природного газа в фурмах с защитной оболочкой. Цвет. металлы. 2018. No. 7. С. 46—50.

17. Барсуков Н.М., Король Ю.А., Русаков М.Р., Гальнбек А.А., Пашковский А.А., Пронин А.Ф. Переработка никелевых штейнов в горизонтальных конвертерах с фурмами в защитной оболочке. Цвет. металлы. 1992. No. 3. С. 12—13.

18. Король Ю.А., Набойченко С.С., Гуляев С.В. Практика применения фурм в защитной оболочке при конвертировании. Цвет. металлы. 2018. No. 6. С. 14—20.

19. Недвецкий Е.П., Хомченков Б.М., Арефьев К.М., Цемехман Л.Ш. Некоторые закономерности работы кисло- родных фурм с защитной азотной оболочкой. В сб.: Новые направления в пирометаллургии никеля. Вып. 8. (72). Л.: Гипроникель, 1980. С. 49—56.

20. Гальнбек А.А., Барсуков Н.М., Русаков М.Р., Ежов Е.И., Недвецкий Е.П. Особенности продувки жидкости фурмой с защитной оболочкой (ФЗО). В сб. науч. тр.: Автогенные и автоклавные процессы в медно-никелевом производстве. Л.: Гипроникель, 1987. С. 57—62.

21. Bustos A.A. Process to convert non-ferrous metal such as copper or nickel by oxygen enrichment: Pat. 5 435 833 (US). 1995.

22. Kapusta J.P., Wachgama N., Pagador R.U. Implementation of Air Liquide shrouder injector (ALSI) technology at the Thai copper industries smelter. In: Symposium Cu-2007 (Montreal, Canada, 29 April — 2 May 2007). CIM (Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum), 2007. Vol. III. Book 1. P. 483—500.