Материал: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление)

В опытных установках для футеровки плавильного пространства почти везде использовались хромомагнезитовые изделия.

Плавка медьсодержащих концентратов во взвешенном состоянии в отечественной металлургии находится в стадии промышленного освоения. Освоению промышленной установки кислородно-факельной плавки предшествовало изучение стойкости различных огнеупорных материалов [23]. Испытывались магнезитовые (обычный и высоко­ плотный), хромомагнезитовые, магнезитохромитовые (плотные), периклазошпинелидные и шамотные огнеупоры, которые закладывались в различных элементах печи большими участками. В идентичных условиях испытаний наиболее износоустойчивыми, особенно в шлако­ вом поясе и в своде пламенного пространства печи и аптейке, оказа­ лись периклазошпинелидные и хромомагнезитовые огнеупоры. Менее износоустойчивые магнезитовые, и особенно высокоплотные, огнеупо­ ры за счет их низкой термостойкости. Шамотный огнеупор показал низкую стойкость.

Первая промышленная печь для переработки медьсодержащих материалов во взвешенном состоянии с применением технического кислорода зафутерована периклазошпинелидными и хромомагнези­ товыми изделиями.

В работе [26] показан характер износа хромомагнезитового, маг­ незитового с различной пористостью (10—20%) и форстеритового огнеупоров после службы их в опытной установке для плавки суль­ фидных медных концентратов во взвешенном состоянии. Шихта и по­ догретый воздух в отличие от режима других заводов подавались снизу вверх с боков [27]. Дополнительно камера отапливалась мазут­ ными горелками, установленными в своде. Поскольку при плавке во взвешенном состоянии на подогретом воздухе вводят дополнительное твердое или жидкое топливо, особенно при переработке малосернис­ тых руд и концентратов [14, 16], определенный интерес представляло исследование характера износа огнеупоров при введении дополнитель­ ного отопления.

Условия службы огнеупоров в опытной установке характеризо­ вались непостоянными тепловым и газовым режимами на протяжении всего испытания. Суточные колебания температуры были в широком интервале (600—1300°), содержание кислорода в отходящих газах ко­ лебалось от 0,6 до 15,4%, углекислого газа от 1 до 26% [26]. Такое непостоянство условий отрицательно сказывалось на стойкости огне­ упоров, так как кроме химического воздействия продуктов плавки, при высоких температурах появлялись физические факторы, вызыва­ ющие термомеханические напряжения в кирпиче и в кладке. В резуль­ тате за короткий промежуток времени (20 суток) износ огнеупоров достигал 40% в нижней части шахты и 15% в верхней. Выявилась

367

также определенная зависимость степени пропитки расплавом кирпи­ чей от исходной их плотности (табл. 49).

Как видно из данных таблицы, в хромомагнезитовом кирпиче изменение состава происходит на большую глубину. Содержание окис­ лов железа, кремнезема и меди в рабочей зоне составляет в сумме 57,65%, а в переходной — 47,19%. В магнезитовом кирпиче рабочая

Т абли ц а 49

Состав основных огнеупоров после службы в шахте опытной установки

зона обогащается в основном окислами железа (до 18%). Состав пере­ ходной зоны близок к составу кирпича до службы. Резкая разница в составе рабочей и переходной зон магнезитового кирпича обусловлена исходной плотностью, от которой зависит степень миграции распла­ вов в глубь огнеупора.

В форстеритовом же огнеупоре высокая пористость до службы (28%) способствовала глубокой миграции расплава в массу огнеупора, в результате чего кирпич в процессе службы пропитывался на всю длину расплавом. Содержание окислов железа в нем достигало 30%. Глубокая миграция расплавов вызывала соответственно изменения

вфазовом составе и структуре огнеупоров [26].

Врабочей зоне хромомагнезитового кирпича присутствие боль­ шого количества кремнезема (23%) обусловило образование вторич­

ного форстерита, отдельные зерна которого достигали размеров 300 мкм. Зерна хромита в этой зоне почти отсутствовали, а в сили­ катной фазе встречались сульфиды, куприт, металлическая медь.

Рабочая зона плотного магнезитового кирпича была представле­ на в основном бесцветным периклазом и силикатной фазой, в составе которой монтичеллит преобладал над форстеритом.

В фазовом составе форстеритового кирпича преобладал железис­ тый монтичеллит, зерна периклаза имели выделения магнезиоферрита. В силикатной фазе так же, как и в других кирпичах, наблюдались куприт и сульфиды.

368

Рис. 138. Рабочая зона хромомагнезитового кирпича после службы в нижней части

зоне кирпича, отобранного из нижней арки (рис. 138). Из медьсодер­ жащих фаз преимущественно присутствуют сульфиды.

Все отмеченные процессы минералообразования резко ухудшают качество огнеупора и снижают его стойкость в службе.

Образование пор в зернах хромита, отмечавшееся и другими ис­ следователями [28, 29], объяснялось либо влиянием восстановитель­ ной среды, либо диффузионными процессами. В принятых условиях, когда в шихту добавлялась угольная пыль, вероятно образование вос­ становительной газовой фазы. Направление диффузии различных ка­ тионов в огнеупорах выявляется в структурных формулах

Верх шахты

Рабочая зона (Fe0,54r Mg0,49i)(Alo,977 Cri,oSs)04

Расчет структурных формул хромшпинелида по методике, пред­ ложенной В. Соболевым [30] и успешно использованной в работах [31, 32], показал, что в рабочих зонах огнеупоров, как правило, со­ держание катионов хрома, магния, железа снижается, а алюминия по сравнению с переходными зонами повышается. Отмечено резкое снижение катионов хрома в пробах средних рядов кладки. Это объяс­ няется тем, что в условиях интенсивного окисления содержащихся в шихте серы и углерода имеются локальные участки с низким пар­ циальным давлением кислорода, что способствует восстановлению хрома и выходу его из структуры кристаллической решетки шпине­ лида.

Изменение состава хромшпинелида и образование твердых рас­ творов всегда связаны с некоторыми искажениями кристаллической решетки, изменениями кристаллооптических и физических свойств минералов [33—36].

371