1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28578
(51) C22B 4/08 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0967.1
(22) 22.07.2013
(45) 16.06.2014, бюл. №6
(72) Конуров Урынбасар; Акбердин Александр
Абдуллович; Ким Александр Сергеевич
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Национальный
центр по комплексной переработке минерального
сырья Республики Казахстан" Комитета
промышленности Министерства индустрии и новых
технологий Республики Казахстан
(56) KZ 13820 A, 15.12.2003
(54) ЭЛЕКТРОПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ
ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ
СВИНЕЦСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
(57) Изобретение относится к области
электрометаллургии, в частности, к конструкциям
электрических печей сопротивления для
восстановительной плавки свинецсодержащих
шламов медного производства с разделением рения
и осмия на стадии металлургической плавки.
Техническим результатом заявляемого
изобретения является увеличение срока службы
плавильной емкости путем осуществления
восстановительной плавки свинцового шлама в
плавильной ёмкости с внутренним нагревом и
непрерывное ведение технологического процесса
плавки.
(19)KZ(13)A4(11)28578
2. 28578
2
Изобретение относится к области
электрометаллургии, в частности, к конструкциям
электрических печей сопротивления для
восстановительной плавки свинецсодержащих
шламов медного производства с разделением рения
и осмия на стадии металлургической плавки.
Особенностью плавки таких шламов является
высокая агрессивность шлакового расплава к
футеровке печи, высокая летучесть высоких
компонентов.
Известна печь для плавки свинцовых пылей в
электрических рудно-термических печах с
графитовыми электродами. Печь состоит из ванны
печи и нагревательных графитовых электродов,
которые питаются от электротрансформатора.
Недостатком этих печей является
неконтролируемый расход электродов,
погруженных в расплав и сложность
контролирования температурного уровня процесса
плавки. Поэтому при такой плавке рений и осмий
переводят в возгоны. При этом ставится задача
получить в виде товарного продукта черновой
свинец, а все ценные элементы (кадмий, рений,
осмий и др.) перевести во вторичные возгоны (83-
86%). (А.с. СССР №137261, С22В 7/02, 1961;
Кобжасов А.К. и др. «Комбинированные
электротермические технологии комплексной
переработки свинцовых кадмий-рений-осмий-
содержащих конвертерных пылей и свинцовых
заводов». Труды Первой международной
конференции - Астана: Фолиант 2003. - 464 с). В
последующем присутствие в возгонах
одновременно и рения и осмия сильно осложняет их
разделение.
Наиболее близкой по технической сущности к
предлагаемой электропечи является электропечь
сопротивления по способу переработки
свинецсодержащих материалов с извлечением рения
и осмия (Патент РК №13820. Способ переработки
свинецсодержащих материалов с извлечением рения
и осмия. Опубл. 16.07.2007, бюл. №7).
Восстановительную плавку проводят в электропечи
сопротивления в алундовом тигле с добавлением в
свинцовый шлам 25-35 масс. % сульфата натрия и 5-
10 масс. % углеродсодержащего восстановителя при
температуре 1000-1100°С. Электропечь
представляет собой силитовую нагревательную
печь, в печное пространство которого помещается
тигель из огнеупорного материала. Указанный
плавильный агрегат (электропечь) позволяет
селективно разделить рений в натриевый шлак, а
осмий в черновой свинец с достижением степени
извлечения рения 99,84 % и осмия - 99,35 %.
Недостатком этой печи является низкая
производительность по причине того, что
плавильная емкость - алундовый тигель имеет
малый срок службы из-за разрушающего
воздействия на него шлака, процесс осуществляется
прерывно, затрудняется возможность полной
автоматизации технологического процесса.
Техническим результатом предлагаемого
изобретения является увеличение срока службы
плавильной емкости путем осуществления
восстановительной плавки свинцового шлама в
плавильной емкости с внутренним нагревом и
непрерывное ведение технологического процесса,
тем самым повышение производства
ренийсодержащего шлака и осмийсодержащего
чернового свинца.
Сущность предложенного технического решения
иллюстрирована на фиг.1, где:
1 - водоохлаждаемый токоподвод,
2 - плавильное пространство
3 - защитная труба из жаропрочного металла,
4 - угольная нагревательная трубка,
5 - кессон,
6 - хромомагнезитовый огнеупор,
7 - теплоизоляция - шамот-легковес,
8 - загрузочное устройство.
Технологический процесс пирометаллургической
обработки шихты производится в предлагаемой
электрической печи сопротивления, где процессы
нагрева и плавления совмещены в одной емкости.
Плавильная емкость (2) внутри имеет
прямоугольную форму. В нижней (донной) части
ёмкости расположен узел нагрева, нагревательный
элемент (4), который заключен в защитную трубу
(3) из жаропрочного металлического сплава.
Нагреватель питается электрическим током через
печной трансформатор и водоохлаждаемый
токоподвод (1).
Печь закрытого типа, плавильное пространство
сверху оканчивается футерованным сводом, где
предусмотрены люк для загрузки шихты (8),
патрубок выброса и улавливания (при
необходимости) возгонов и газообразных продуктов
плавки. Стены и под плавильного пространства
внутри футерованы хромомагнезитовым
огнеупором (6), и легковесным шамотом (7), а
снаружи на уровне выше верхней границы
свинцового расплава на высоте образованного
шлака кессонирована (5).
Печь непрерывного действия. Загрузка
шихтовых материалов происходит непрерывно со
скоростью, обеспечивающую плавление и полное
прохождение восстановительных реакций,
разделение жидких продуктов плавки -
осмийсодержащего чернового свинца и
ренийсодержащего сульфатнатриевого шлака.
Жидкие шлак и свинец выпускаются через три
леточные отверстия, находящиеся на разных
уровнях по высоте боковых от узла нагрева сторон
печи. Шлак выпускается через одну летку,
расположенную на одной стороне печи, а черновой
свинец - через две летки на другой стороне. Причем
верхняя свинцовая летка расположена выше на
50 мм от верхнего уровня жаропрочной трубы узла
нагрева и продолжительность выпуска металла
через неё определяется началом появления в летке
шлаковой фазы. Таким образом, защитная труба с
нагревательным элементом постоянно находится в
контакте со свинцовым расплавом.
Вторая (нижняя) свинцовая летка расположена
на уровне пода плавильного пространства печи и
периодичность выпуска металла через неё зависит
от богатства осмием исходного свинцового шлама и
3. 28578
3
необходимой степени обогащения чернового свинца
осмием.
На фиг.1 представлен один из вариантов
размерного использования печи, рассчитанной на
определенную производительность по выпуску
ренийсодержащего натриевого шлака и
осмийсодержащего чернового свинца.
В качестве нагревательного элемента
сопротивления использована угольная трубка (4),
которая выпускается промышленностью. Угольные
нагревательные трубки большое распространение
получили на практике для различных плавильных
процессов благодаря, во-первых, возможности
достижения регулируемых высоких температур (от
300-500 до 2000°С), во-вторых - доступности и
относительной дешевизны.
В данном конкретном исполнении выбрана одна
трубка с наружным диаметром 100 мм и длиной
1100 мм, что и определили все основные размерные
и тепловые параметры печи. Для большей
концентрации выделяемого нагревателем тепла в
реакционном пространстве печи наружный диаметр
средней рабочей части угольной трубки на длине
500 мм имеет меньшую величину - 94 мм. Для
исключения контакта нагревательного элемента с
окисляющей средой (воздухом) и тем самым
повышения его срока службы внутри узла нагрева
создается нейтральная атмосфера (очищенный азот
или аргон). Подключение нагревательного элемента
к печному трансформатору производится медными
шинами через водоохлаждаемые медные
контактные кольца. Выбор электрической мощности
печного трансформатора производится на
основании теплового расчета по определению
статей расхода энергии на расплавление и перегрев
заданной массы шихты, а также покрытие тепловых
потерь при конкретных конечных размерах печи.
Для рассматриваемого варианта исполнения
установленная мощность печного трансформатора
равна 50,0 кВт.
Расположение источника тепла внутри печи в
непосредственном контакте со всех сторон с
продуктами плавки создает благоприятные условия
по использованию подводимой тепловой энергии.
Для наиболее полной реализации преимуществ
этого способа подвода тепла нагревательный
элемент заключен в защитный экран из
жаропрочного сплава ХН45Ю с внутренним
диаметром 120 мм, обладающего достаточной
теплопроводностью. Сплав ХН45Ю ГОСТом
рекомендован к применению в печестроении для
длительной работы при температурах 1250-1300°С в
условиях агрессивной среды, в том числе,
серосодержащей. С целью обеспечения
гарантированного запаса длительности
эксплуатации защитной трубы узел нагрева печи
конструктивно находится в непосредственном
контакте в процессе плавки в основном только со
свинцовым расплавом. При этом химическое
взаимодействие составляющих элементов сплава
ХН45Ю с жидким свинцом крайне мало даже при
температурах 1300°С и выше, а растворимость
железа в свинце вообще отсутствует. Кроме того,
растворяющее влияние жидкого свинца и
агрессивное действие шлака сильно ослабляются за
счет образования активной защитной плёнки на
поверхности материала трубы в виде оксидов
алюминия, хрома и др.
Пример реализации плавки.
Разогрев осуществляется с полностью закрытым
отверстием для подачи шихты и частичным
закрытием отверстия для отвода газов. Разогрев
печи производился с целью определения его
длительности при достижении требуемого
теплосодержания футеровки в установившемся
рабочем режиме с учетом тепловых потерь. В
начальный период холодную печь разогревали при
мощности около 30% от установленной до
достижения 120°С в рабочем пространстве, на что
было затрачено 25 минут. Затем постепенно
повышали температуру, доведя мощность до 70% от
полной мощности. Температуру печи подняли до
1040°С. Обще время разогрева составило 6,3 час.
После 15 минутной выдержки при 1040°С в
разогретую печь загрузили 110 кг свинца, который
быстро расплавился. Затем на поверхность жидкого
свинца порциями подавали шихту, состоящую из
120 кг ренийсодержащего свинцового шлама
(46,66% Рb, 0,035% Re и 0,005% Os), 37,0 кг
сульфата натрия и 7,0 кг кокса зольностью 9,7%.
После расплавления и 30-минутной выдержки
расплавы чернового свинца и шлака полностью
выпустили в чугунные изложницы через леточные
отверстия. При этом степень извлечения рения и
осмия в продукты плавки составила на уровне 97-
98%.
Таким образом, установлены возможность
использования предлагаемой в качестве
изобретения электропечи сопротивления с
внутренним нагревом для расплавления и ведения
восстановительной плавки рений-
осмийсодержащего шлама с селективным
переводом осмия и рения, соответственно, в
металлическую и шлаковую фазы. При
установившемся тепловом режиме печи это
позволяет вести технологичсекий процесс
непрерывно с периодическим выпуском рений-
осмийсодержащих продуктов плавки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электропечь сопротивления для
восстановительной плавки свинецсодержащих
материалов, состоящая из ванны и нагревательных
элементов, отличающаяся тем, что нагревательный
элемент, помещенный в защитную трубку,
установлен в реакционное пространство (в ванну
печи) и находится в непосредственном контакте со
свинцовым расплавом.
