RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)185036 (2 1) Numer zgłoszenia: 327699 (22) Data zgłoszenia: 22.07.1998 (13) B1 (51) IntCl7 C22B 1/245 C22B 15/02 (54) Sposób przygotowania wsadu do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy oraz wsad brykietowy do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy (73) Uprawniony z patentu: KGHM POLSKA MIEDŹ S A, Lubin, PL (72) Twórcy wynalazku: (43) Zgłoszenie ogłoszono: 31.01.2000 BUP 02/00 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 28.02.2003 WUP 02/03 Jan Garbaczewski, Głogów, PL Piotr Romanowicz, Głogów, PL Józef Czarnecki, Gliwice, PL Mieczysław Barczyk, Szczawno-Zdrój, PL Włodzimierz Bas, Głogów, PL Mirosław Haze, Głogów, PL Włodzimierz Henclik, Głogów, PL Andrzej Jędrkowiak, Lubin, PL Antoni Lesiak, Wałbrzych, PL Zygmunt Milewski, Legnica, PL Stanisław Musiał, Głogów, PL Sławomir Pakulski, Głogów, PL Marek Szyniec, Gaworzyce, PL Roman Urbanowicz, Głogów, PL Marian Warmuz, Głogów, PL (74) Pełnomocnik: Milewski Zygmunt, KGHM POLSKA MIEDŹ S A PL 185036 B1 (57) 1. Sposób przygotowania wsadu do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy, w którym do koncentratów miedziowych, przed zbryleniem, wprowadza się paliwo technologiczne, znamienny tym, że koncentraty miedziowe miesza się z paliwem technologicznym, którym jest koks o uziarnieniu: powyżej 12 mm od 0 do 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm - od 4 do 12 mm - od 4 do 15%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - od 50 do 75%, poniżej 0,5 mm - od 15 do 35%, a następnie po wymieszaniu powstałej mieszanki z lepiszczem suszy się powstały produkt do zawartości wody korzystnie około 4% masy tego produktu i następnie poddaje się go procesowi ciśnieniowego formowania do postaci brykietów. 4. Wsad brykietowy do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy, zawierający koncentraty miedziowe oraz paliwo technologiczne, znamienny tym, że zawiera paliwo technologiczne, którym jest koks o uziarnieniu: powyżej 12 mm - od 0 do 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm - od 4 do 15%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - od 50 do 75%, poniżej 0,5 mm - od 15 do 35%, a zawartość wody stanowi korzystnie około 4% masy wsadu.
Sposób przygotowania wsadu do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy oraz wsad brykietowy do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób przygotowania wsadu do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy, w którym do koncentratów miedziowych, przed zbryleniem, wprowadza się paliwo technologiczne, znamienny tym, że koncentraty miedziowe miesza się z paliwem technologicznym, którym jest koks o uziarnieniu: powyżej 12 mm od 0 do 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm - od 4 do 12 mm - od 4 do 15%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - od 50 do 75%, poniżej 0,5 mm - od 15 do 35%, a następnie po wymieszaniu powstałej mieszanki z lepiszczem suszy się powstały produkt do zawartości wody korzystnie około 4% masy tego produktu i następnie poddaje się go procesowi ciśnieniowego formowania do postaci brykietów. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że koks dodaje się w ilości od 2 do 8% masy koncentratów miedziowych. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodaje się lepiszcze w postaci ługu posulfitowego w ilości od 8 do 11,5% masy mieszanki koncentratów miedziowych z koksem. 4. Wsad brykietowy do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy, zawierający koncentraty miedziowe oraz paliwo technologiczne, znamienny tym, że zawiera paliwo technologiczne, którym jest koks o uziarnieniu: powyżej 12 mm - od 0 do 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm - od 4 do 15%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - od 50 do 75%, poniżej 0,5 mm - od 15 do 35%, a zawartość wody stanowi korzystnie około 4% masy wsadu. 5. Wsad brykietowy według zastrz. 1, znamienny tym, że koks stanowi od 2 do 8% masy koncentratów miedziowych. 6. Wsad brykietowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera lepiszcze w postaci ługu posulfitowego w ilości od 8 do 11,5% masy mieszanki koncentratów miedziowych z koksem. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób przygotowania wsadu z koncentratów miedziowych i paliwa technologicznego do procesu przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy oraz wsad brykietowy do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy. Do podstawowych materiałów wsadowych w procesie szybowym zalicza się: - mieszaninę koncentratów miedzi, pyłu zwrotnego i lepiszcza w postaci zbrylonej, - żużel konwertorowy, - żużel o znacznej zawartości miedzi, - paliwo technologiczne, którym jest koks wielkopiecowy w gatunku I i II wg normy PN-86/C-02050/05. Dotychczas stosowany sposób przygotowania wsadu z koncentratów miedziowych obejmuje następujące operacje: - namiarowanie i mieszanie koncentratów miedziowych, - mieszanie masy mieszanki koncentratów miedziowych z lepiszczem, - suszenie mieszanki koncentratów miedziowych z lepiszczem, - zbrylanie wysuszonej mieszanki koncentratów miedziowych i lepiszcza Celem operacji namiarowania jest ustalenie takiego składu mieszanki koncentratów, który pozwoli na otrzymanie brykietów dających kamień miedziowy o żądanym, optymalnym dla procesu konwertorowania składzie chemicznym. Znamiarowane koncentraty miedziowe poddaje się procesowi mieszania. Celem mieszania koncentratów jest uzyskanie jednorodno-
185 036 3 ści mieszanki zarówno pod względem chemicznym jak i fizycznym. Koncentraty miedziowe wykorzystywane do sporządzania mieszanki posiadają różnorodną granulację ziaren. Skład ziarnowy koncentratu a w konsekwencji skład ziarnowy mieszanki koncentratów miedzi ma wpływ na jakość produktu następnej operacji, którą jest proces mieszania mieszanki koncentratów z lepiszczem. Drobne ziarna mieszaniny koncentratów miedzi posiadają odpowiednio rozwiniętą powierzchnię, która zapewnia dobry kontakt z lepiszczem. Duże cząstki koncentratów zostają nawilżone jedynie na swojej powierzchni, podczas gdy środek pozostaje bez lepiszcza. Ten stan niekorzystnie odbija się na jakości mieszanki przeznaczonej do zbrylania. Powyższe powoduje, że mieszanka koncentratów miedzi przed skierowaniem do następnej fazy procesu poddana jest przesiewaniu i rozdrabnianiu. Jednorodność mieszanki koncentratów miedziowych z dodatkiem pyłów zwrotnych z lepiszczem jest nieodzownym warunkiem otrzymania granul o stabilnym składzie i wysokiej wytrzymałości, a tym samym bezawaryjnego przebiegu wytopu kamienia miedziowego w piecu szybowym. Najczęściej stosowanym lepiszczem jest ług posulfitowy, którego dodawana do mieszanki ilość wynosi około 10%. Mieszanka koncentratów i lepiszcza poddana jest procesowi suszenia w odpowiednio do tego celu skonstruowanej suszami. Zawartość wody w wysuszonej mieszance koncentratu i lepiszcza kierowanej do procesu zbrylania waha się w granicach 3,5-5-5,5%. Zbrylanie mieszanki koncentratów miedzi i lepiszcza prowadzi się w prasie walcowej. Produktem zbrylania są brykiety. Brykiety winne posiadać odpowiednio wysokie własności wytrzymałościowe gwarantujące, że w czasie transportu nie zostaną rozkruszone i zachowają swój kształt, co jest niezbędne do utrzymania odpowiedniej przewiewności słupa wsadu w piecu szybowym, wpływającej na intensywność prowadzonego procesu wytopu kamienia miedziowego. W dotychczasowym stanie techniki paliwem technologicznym w procesie szybowego przetopu mieszanki koncentratów miedziowych i żużli miedzionośnych jest koks wielkopiecowy w gatunku I i II wg normy PN-86/C-02050/05. Zbrylone koncentraty miedzi wraz z żużlami miedzionośnymi przetapia się w piecu szybowym na kamień miedziowy stosując jako paliwo technologiczne koks wielkopiecowy o uziarnieniu określonym dla danego gatunku w ilości 7-5-12% wagowych w stosunku do masy wsadu miedzionośnego. Parametry koksu wielkopiecowego wg normy PN-86/C-020050/05: GATUNEK WYSZCZEGÓLNIENIE I II SORTYMENT Wymiary ziaren [mm] 6 0 40 8 0 25 Powy SORTYMENT ORZECH GRUBY ŚREDNI ORZECH GRUBY ŚREDNI Zawartość popiołu % najwyżej 11 11,5 Zawartość podziarna (z koksikiem) % najwyżej 10 Zawartość koksiku % najwyżej 3 60 40 80 25 Powy Koks wielkopiecowy w procesie szybowym pełni rolę nie tylko paliwa technologicznego, ale również rolę rusztu poprawiającego przewiewność słupa wsadu w piecu szybowym. Wytop kamienia miedziowego w piecu szybowym prowadzi się w ten sposób, że do dolnej części pieca, odpowiednią ilość dysz ułożonych w jednym rzędzie doprowadza się powietrze, które powoduje utlenianie węgla z koksu oraz węgla organicznego zawartego w przetapianym koncentracie miedzi. W ten sposób wytwarza się odpowiednią ilość ciepła potrzebnego do stopienia wsadu i przebiegu reakcji metalurgicznych. Spalanie paliwa węglowego w piecu szybowym posiada cechy warstwowego spalania paliwa. Spalanie paliwa węglowego w warstwie charakteryzuje się występowaniem dwóch stref: utleniającej i redukcyjnej. Strefa utleniająca usytuowana jest w obszarze dysz i nieco powyżej. W tej strefie następuje spalanie i topienie wsadu. Stapiając się składniki wsadu spływają do dolnej części pieca, natomiast
4 185 036 składniki palne, spalając się, przechodzą do fazy gazowej. Gazy opuszczając strefę utleniania przepływają do strefy redukcji, w której kontaktując się z rozżarzonym koksem ulegają redukcji według reakcji: CO2 + Ckoks >2CO Reakcja ta w warunkach pieca szybowego jest szkodliwa, gdyż pochłania znaczną ilość ciepła, co w efekcie powoduje konieczność zwiększania zużycia koksu dla zabezpieczenia wymagań cieplnych procesu. Kolejnym niedomaganiem strefowego spalania w piecu szybowym jest ograniczenie szybkości topienia zbrylonego koncentratu miedziowego ze względu na brak możliwości odpowiednio wczesnego wypalenia z niego węgla organicznego. Wynika to z faktu, że przed przedostaniem się wsadu do strefy utleniającej, przechodzi on najpierw przez strefę redukcyjną, w której węgiel organiczny zawarty w koncentracie ulega jedynie częściowemu zgazowaniu w wyniku przebiegu reakcji Boudourda. Węgiel organiczny przy braku możliwości do jego wcześniejszego wypalenia stanowi składnik podwyższający temperaturę topliwości koncentratu o około 200+300 C co istotnie zwiększa zużycie paliwa w procesie szybowym. Pełne wypalenie węgla organicznego z koncentratów miedziowych następuje dopiero po opuszczeniu strefy redukcyjnej i zejściu wsadu do strefy utleniania. W ten sposób, w strefie utleniania zachodzą na siebie dwa procesy, mianowicie wypalenie węgla organicznego z koncentratów miedziowych i ich topienie. Stosowany sposób przygotowania wsadu, a w szczególności paliwa technologicznego, do jego przetopu w piecu szybowym charakteryzuje się występowaniem stosunkowo małej wysokości strefy utleniania, co wpływa niekorzystnie na wydajność procesu szybowego w wyniku rozwijania się w warstwie wsadu obniżającej sprawność cieplną procesu reakcji Boudouarda, konsekwencją czego jest znaczne zużycie koksu wielkopiecowego. Jednocześnie krótki czas pobytu stopionego wsadu w strefie wysokich temperatur właściwych strefie utleniania odbija się niekorzystnie na odpowiednim podgrzaniu stopu, którego temperatura nie zabezpiecza w pełni warunków dla właściwego przebiegu rozdziału kamienia miedziowego od żużla, co posiada ujemny wpływ na końcową zawartość miedzi i srebra w żużlu. Znany, lecz dotychczas nie stosowany sposób przetopu koncentratów miedziowych w piecu szybowym według polskiego patentu nr 81 670 miał na celu wyeliminowanie powyższych wad sposobu przygotowania wsadu, a w szczególności paliwa technologicznego do jego przetopu w piecu szybowym. Sposób przetopu zbrylonych koncentratów miedziowych w piecu szybowym do produkcji kamienia miedziowego według polskiego patentu nr 81 670 charakteryzuje się tym, że proces prowadzi się przy użyciu koksu w ilości do 10% w stosunku do masy wsadu, przy dmuchu powietrza w ilości od 36 do 100 m3 na metr kwadratowy poprzecznego przekroju pieca szybowego na minutę i przy wysokości słupa wsadu rzędu od 1,5 do 3,4 m. Do przetopu używa się koncentratów miedziowych, do których w procesie zbrylania wprowadza się mazut, smołę, zmielony koksik, pył węglowy, koks ponaftowy, koks pogazowy i pak, pojedynczo lub w dowolnych wzajemnych kombinacjach w ilości od 0 do 10% wagowych w stosunku do masy wsadu. Do pieca szybowego wdmuchuje się gorące powietrze podgrzane do temperatury od 350 do 1000 C, uzyskane w nagrzewnicach, w których spala się gazy odlotowe z pieca szybowego. Wprowadzenie zmielonego koksiku zgodnie z patentem nr 81 670 do masy koncentratu powoduje znaczne obniżenie wytrzymałości brykietów, które w procesie przetopu w piecu szybowym pod naciskiem słupa wsadu w znacznym stopniu rozpadają się, co w warunkach wprowadzania zmniejszonej ilości, spełniającego rolę rusztu koksu, istotnie ogranicza przewiewność wsadu. Zmniejszenie przewiewności słupa wsadu powoduje obniżenie ilości wprowadzanego dmuchu do pieca szybowego, a w konsekwencji powoduje obniżenie wydajności przetopu wsadu. Celem przedmiotowych wynalazków jest ograniczenie przedstawionych wyżej mankamentów wiążących się z produkcją kamienia miedziowego w piecach szybowych. Wytyczone zadanie techniczne niespodziewanie zostało rozwiązane poprzez opracowanie sposobu przygotowania wsadu oraz wsadu brykietowego do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy.
185 036 5 Sposób według wynalazku polega na tym, że koncentraty miedziowe miesza się z paliwem technologicznym, którym jest koks o uziarnieniu: powyżej 12 mm - od 0 do 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm - od 4 do 15%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - od 50 do 75%, poniżej 0,5 mm od 15 do 35%, a następnie po wymieszaniu powstałej mieszanki z lepiszczem suszy się powstały produkt do zawartości wody około 4% masy tego produktu i następnie poddaje się go procesowi ciśnieniowego formowania do postaci brykietów. W sposobie wg wynalazku koks miesza się w ilości od 2 do 8% masy koncentratów miedziowych, a lepiszcze stanowi ługu posulfitowy wprowadzany w ilości od 8 do 11,5% masy mieszanki koncentratów miedziowych z koksem. Wsad brykietowy według wynalazku zawiera paliwo technologiczne, którym jest koks 0 uziamieniu: powyżej 12 mm od 0 do 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm od 4 do 15%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - od 50 do 75%, poniżej 0,5 mm od 15 do 35%, a zawartość wody stanowi korzystnie około 4% masy wsadu. Udział koksu we wsadzie brykietowym stanowi od 2 do 8% masy koncentratów miedziowych. Wsad brykietowy zawiera lepiszcze w postaci ługu posulfitowego w ilości od 8 do 11,5% masy mieszanki koncentratów miedziowych z koksem. Poniżej wynalazki przedstawiono w przykładowym zastosowaniu. Sposób przygotowania wsadu z koncentratów miedziowych i koksu prowadzono w następujących operacjach: namiarowanie i mieszanie koncentratów miedziowych z koksem, mieszanie masy mieszanki koncentratów miedziowych i koksu z lepiszczem, suszenie mieszanki koncentratów miedziowych i koksu z lepiszczem, zbrylanie wysuszonej mieszanki koncentratów miedziowych i koksu z lepiszczem Przygotowując wsad, w nawie magazynowej usypywano warstwami pryzmę z różnych rodzajów koncentratów i koksu. Koncentraty usypywano w porcjach-warstwach po 2000 Mg. Po nasypaniu warstw z koncentratów miedziowych, ich powierzchnię pokrywano równomierną warstwą koksu w ilości 60 Mg. Powyższą operację usypywania warstwowego powtarzano do momentu usypania pryzmy o łącznej masie 15000 Mg. Podczas operacji namiarowania i mieszania koncentratów miedziowych i koksu przygotowano mieszankę, która zawierała 3% koksu, co pozwoliło na otrzymanie brykietów dających kamień miedziowy o żądanym składzie chemicznym. Dla zapewnienia jednorodności mieszaniny koncentratów miedzi i paliwa technologicznego, utrzymywano granulację koksu jak najbardziej zbliżoną do granulacji koncentratów miedzi wprowadzając koks o uziarnieniu: powyżej 12 mm 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm - 11%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - 55%, poniżej 0,5 mm 30%. Znamiarowane jak wyżej komponenty poddano mieszaniu. Uzyskaną masę mieszanki koncentratów i koksu poddano dalszemu mieszaniu z ługiem posulfitowym w ilości 80 kg na tonę mieszanki. Sporządzoną mieszankę koncentratów miedzi, koksu i lepiszcza poddano procesowi suszenia w suszami obrotowej do zawartości wody 4,5%, po czym skierowano ją do procesu zbrylania. Zbrylanie mieszanki koncentratów miedzi i lepiszcza prowadzono w prasie walcowej otrzymując wsad brykietowy do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy. Otrzymany wsad brykietowy do przerobu w piecu szybowym na kamień miedziowy o wilgotności 4,5% wody zawierał 3% koksu o uziarnieniu: powyżej 12 mm 4%, pomiędzy 5 mm i 12 mm -11%, pomiędzy 0,5 i 5 mm - 55%, poniżej 0,5 mm 30% oraz ług posulfitowy w ilości 8%. Przeprowadzone laboratoryjne próby porównawcze wytrzymałości mechanicznej brykietów wykonanych według wynalazku wykazały, że wytrzymałość mechaniczna tych brykietów spełnia wysokie wymagania wytrzymałościowe. Wsad brykietowy poddano wraz z innym wsadem miedzionośnym procesowi przetopu w piecu szybowym, w ten sposób, że ich przetop prowadzono przy użyciu kawałkowego koksu wielkopiecowego w ilości 5% masy wsadu. Koks zawarty we wsadzie brykietowym nie spowodował obniżenia wytrzymałości brykietów, które w procesie przetopu w piecu szybowym pod naciskiem słupa wsadu nie rozpadały się, zapewniając w warunkach wprowadzania zmniejszonej ilości spełniającego rolę rusztu koksu, odpowiednią przewiewność wsadu i wydajności przetopu wsadu. W prowadzonym procesie szybowym głównym źródłem ciepła był koks zawarty we wsadzie brykietowym oraz węgiel organiczny zawarty w koncentracie. Paliwem uzupełniającym był kawałkowy koks wielkopiecowy. W przeprowadzonym procesie wytopu miedzi znaczne zmniejszenie
6 185 036 ilości paliwa w procesie szybowym w postaci kawałkowego koksu wielkopiecowego spowodowało ograniczenie przebiegu endotermicznej reakcji Bouduarda, a tym samym bardziej użyteczne wykorzystanie paliwa, jak również sprzyjało zwiększeniu strefy utleniającej w piecu. Wzrost wysokości strefy utleniającej spowodował, że schodzący w dół pieca wsad został lepiej przygotowany do topienia w dolnej jego części. Lepsze przygotowanie wsadu wynikało z faktu wypalania węgla organicznego z wsadu, dzięki czemu obniżyła się temperatura jego topliwości. Powyższe sprzyjało lepszemu przegrzaniu topu, co korzystnie wpływało na rozdział kamienia miedziowego i żużla w odstojniku pieca. Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.