А.К. Ауезканова

Восточно-Казахстанский Государственный Технический университет им. Д. Серикбаева, Казахстан

Механизм образования настылей в электропечах медного производства

В настоящее время в электропечи медного завода, образуются три основных типа настыли, существенно влияющих на технологические показатели плавки:

- подовая металлизированная настыль электропечи;

- настыль, образующаяся вокруг погружных электродов;

- настыль, образующаяся на стенах электропечи в шлаковом торце.

Основными типами настылей пирометаллургических агрегатов являются, настыли, образующиеся на поверхностях, контактирующих с газовой фазой, и настыли, образующиеся на поверхностях, контактирующих с расплавом. Образование настылей на поверхностях, контактирующих с расплавами, связывают с кристаллизацией тугоплавких компонентов расплава в тех зонах, где температура ниже средней температуры расплава. На поверхностях этих же агрегатов, контактирующих с внутри печным газом, настыли могут иметь различное происхождение.

Другой тип настыли – магнититовая настыль. Магнетитовую «настыль» можно представить в виде мельчайшей объемной сетки сформированной отдельными кристаллами магнетита, а полости между ними заполнены шлаком и штейном. Такая структура придает «настыли» после охлаждения большую прочность – твердость шлака и пластичность штейна, т.е. механическим путем убрать «настыль» очень тяжело.

Одним из источников настылеобразования в подсводовом пространстве агрегата могут быть наплески расплава, что типично для агрегатов барботажного типа.

Другим источником может быть осаждение возгонов, то есть конденсация (кристаллизация) элементов или их соединений с низкой температурой кипения или возгонки (цинк, свинец, олово, мышьяк, сурьма, висмут). Возможно осаждение мельчайших субмикронных частиц этих соединений, предварительно сконденсировавшихся в газовой фазе. Возгоны осаждаются, как правило, в застойных зонах пылегазового потока, зонах возвратно-циркуляционных течений. Повышенной склонностью к осаждению возгонов обладают горизонтальные и наклонные поверхности, особенно если эти поверхности интенсивно охлаждаются. Для агрегатов, перерабатывающих сульфидные медно-никелевые материалы, данный источник настылеобразования нетипичен, так как содержание в этих материалах легко возгоняющихся элементов и соединений незначительно. Однако его значимость может возрасти при повышенных температурах пиропроцессов (плавка при значительном обогащении дутья кислородом, электропечные процессы).

Кроме того, осаждение возгонов может возникнуть при изменении состава перерабатываемого сырья, при добавлении в шихту различных техногенных компонентов, содержащих возгоняющиеся элементы и соединения.

Третьим источником настылеобразования может быть пыль от загрузки проплавляемых в печи материалов – рудных концентратов, полупродуктов, флюсов, оборотов и т.д.

Значительное влияние на процессы настылеобразования могут иметь превращения серы, входящей в состав отходящего газа. В особенности, образование серного ангидрида, которое может происходить при окислении сернистого ангидрида как в объёме газа, так и на каталитически активных поверхностях. Такими поверхностями в рассматриваемом случае являются поверхности частиц летучей пыли и стенки печи или газохода. Оптимальный диапазон температур для превращения SO₂ в SO₃ составляет 500–650°С, что значительно ниже температур внутри печи. Однако на охлаждаемых участках стенки в уже имеющихся отложениях пыли указанный температурный диапазон вполне может реализовываться. В результате концентрация SO₃ в таких отложениях может быть значительно выше, чем в основном потоке печного газа. При взаимодействии с SO₃ окисленные компоненты пыли сульфатизируются, в результате чего частицы пыли становятся склонными к слипанию, что способствует настылеобразованию.

В соответствии с общепринятой классификацией все отложения в металлургических агрегатах могут быть разделены на 4 группы:

1. Сыпучие отложения образуются из частиц пыли, которые с поверхностью и между собой связаны механически. Эти отложения быстро стабилизируются и принимают соответствующую параметрам потока аэродинамическую форму.

2. Шлаковые отложения образуются, когда на поверхность попадают частицы пыли в жидком или размягчённом виде. При благоприятных условиях шлаковые отложения могут расти с высокой скоростью и покрывать большие поверхности. Эти отложения типичны для поверхностей, находящихся в контакте с высокотемпературным газом.

3. Связанные отложения образуются в результате химических реакций и спекания частиц пыли со стенкой и между собой в слое, в большинстве случаев под воздействием газовой среды. Особые осложнения возникают, когда такие отложения химически связываются с металлическими поверхностями через оксидную плёнку. Наиболее распространёнными связанными отложениями являются сульфатно-связанные.

4. Связанно-шлаковые отложения образуются в условиях, когда на поверхность одновременно наносятся частицы пыли в твёрдом, жидком и размягчённом виде и когда между этими частицами протекает химическое взаимодействие, а также реализуется их спекание. В зависимости от условий образования, характер этих отложений может меняться от рыхлых до очень плотных.

Таким образом, опираясь на исследования сделанные до сегодняшнего дня, можно определить причины, и тем самым замедлить процесс образования настылей