АО «Русская медная компания», Екатеринбург, Россия:

Ю. А. Король, вице-президент, эл. почта: tsvetmet@rudmet.ru

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия:

С. С. Набойченко, зав. каф. металлургии цветных металлов

Широкое использование процессов конвертирования для переработки медных, медно-никелевых и никелевых штейнов определяет актуальность поиска путей усовершенствования конструкций конвертеров, и особенно защиты огнеупорной футеровки. Снижение удельных затрат на получение кислорода и достижение высокой производительности кислородных установок расширяет возможности переработки сырья и плавки твердых материалов в расплаве, а это, в свою очередь, стимулирует разработки плавильных агрегатов с длительными кампаниями в условиях агрессивной среды. Перспективным направлением остается использование фурм в защитной оболочке (ФЗО) из воздуха более высокого давления, инертного газа (азота, аргона), природного газа или паровоздушных смесей. В нашей стране реализация этого направления началась в черной металлургии в середине ХХ в. после публикаций и проведения опытных работ И. П. Бардина, С. Г. Афанасьева, М. М. Шумова, З. Д. Эпштейна и Н. И. Мозгового. За рубежом фурмы в защитной оболочке впервые применили Г. Савард и Р. Ли (Канада). В цветной металлургии первые опыты по теоретическому обоснованию и практическому использованию были осуществлены в 1980-х гг. для металлургии свинца, никеля и меди. В настоящее время в Китае процессы с использованием ФЗО внедрены более чем на 40 заводах, и специалисты этой страны активно внедряют эту технологию (SKS) на вновь строящихся заводах. Отличительной особенностью SKS является применение воздуха и азота под высоким давлением, что позволяет отказаться от механизмов и устройств для прочистки фурм, а также использовать дутье, обогащенное кислородом. В нашей стране ФЗО было впервые использовано на комбинате «Южуралникель» в 1980-е гг. Внедрение этого оборудования на 13 конвертерах позволило стабилизировать работу конвертерного участка, в разы увеличить кампанию конвертеров и улучшить условия их эксплуатации. Особенностью ФЗО на комбинате «Южуралникель» является применение воздушного дутья и защитной среды низкого давления (0,06–0,12 МПа) без кардинального и затратного изменения конструкций действующих конвертеров. В связи с отсутствием доступных методик расчета конструкций и параметров ФЗО, работающих с низкими энергетическими параметрами, а соответственно, и эксплуатационными расходами, в статье предложена методика расчета ФЗО применительно к никелевому, медно-никелевому и медному процессам конвертирования. Даны рекомендации по использованию и совершенствованию ФЗО.

1. Захаров Б. Н., Воробьев В. А. Шахтная плавка окисленных никелевых руд и конвертирование никелевых штейнов. — М. : Металлургия, 1974. — 168 с.
2. Пименов Л. И., Михайлов В. И. Переработка окисленных никелевых руд. — М. : Металлургия, 1972. — 336 с.
3. Смирнов В. И., Цейдлер А. А., Худяков И. Ф., Тихонов А. И. Металлургия меди, никеля и кобальта. Ч. 2. — М. : Металлургия, 1966. — 406 с.
4. Шалыгин Л. М. О путях совершенствования конвертерного передела в никелевом производстве // Пути совершен ствования производства никеля на базе внедрения новой техники и технологии : материалы всесоюзного совещания. — Мончегорск, 25–27 июня 1964 г. — М. : ЦНИИН ЦМ, 1965.
5. Арсентьев П. П., Квитко М. П. Конвертерный процесс с донным дутьем. — М. : Металлургия, 1983. — 128 с.
6. Особенности работы конвертеров с донной продувкой // Черная и цветная металлургия. URL : https://metallurgy.zp.ua/osobennosti-raboty-konverterov-s-donnoj-produvkoj/
7. Рафинирование стали // Металл — информационные статьи. URL : http://mitalolom.ru/2012/04/15/rafinirovaniya-stali/
8. Конвертерные процессы с комбинированной продувкой // Хелпикс.Орг — Интернет помощник. URL : http://helpiks.org/3-94360.html
9. Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом // Металлургия. URL : http://metallurgiya.net/metallurgiyastali/139-konverternye-processy-s-donnoj-produvkoj-10.kislorodom.html
10. Баптизманский В. И. Механизм и кинетика процессов в конвертерной ванне. — М. : Металлургиздат, 1960. — 284 с.
11. Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом // Промышленность. Бизнес-каталог. URL : http://buymore.pro/article/metally-i-metalloprokat/475/konverternye-processydonnoj-produvkoj-kislorodom
12. Basic Oxygen Furnace: Equipment // Heat Treat Technologies. Energy Solutions Center. URL : http://heattreatconsortium.com/metals-advisor/basic-oxygen-furnace/basic-oxygen-furnaceequipment/
13. Кудрин В. А. Применение кислорода в сталеплавильном производстве // Труды Московского института стали и сплавов. — М. : Металлургиздат, 1957. — 214–232 с.
14. Бардин И. П., Афанасьев С. Г., Шумов М. М., Эпштейн З. Д. Применение кислорода в конвертерном производстве стали. — М. : Металлургиздат, 1959. — 264 с.
15. Мозговой Н. И., Афанасьев С. Г., Шумов М. М. и др. Конвертирование высокофосфористых чугунов // Труды ЦНИИ ЧМ. — М. : Металлургиздат, 1956. Вып. 16. С. 229, 230.
16. Scheidig K., Kleinsschmidt R. Bottom-blown converter // Neue Hutte. 1973. Vol. 3. S. 170–174.
17. Kapusta J., Lee R. G. H. The Savard-Lee shrouded injector: a review of its adoption and adaptation from ferrous to non-ferrous metallurgy // Proceedings of «Copper 2013» : International Conference. — Santiago, Chile, 2013. Vol. III (Book 2). P. 1115–1151.
18. Bustos A. A., Kapusta J. P. High Oxygen Shrouded Injection in Copper and Nickel Converters // Proceedings of the Brimacombe Memorial Symposium / ed. G. A. Irons, A. W. Cramb. — Montreal, QC : The Metallurgical Society of CIM, 2000. P. 107–124.
19. Bustos A. A., Cardoen M., Janssens B. High oxygen enrichment at UM-Hoboken converters // Copper 95 – Cobre 95 : Proceedings of the International Conference. Vol. IV. Pyrometallurgy of Copper / ed. W. J. Chen, C. Diaz, A. Luraschi, P. J. Mackey. — Montreal, QC : The Metallurgical Society of CIM, 1995. P. 255–269.
20. Bustos A. A., Kapusta J. P., Macnamara B. R., Coffin M. R. High Oxygen shrouded injection at Falconbridge // Copper 99 — Cobre 99 : Proceedings of the International Conference. Vol. VI. Smelting, Technology Development, Process Modeling and Fundamentals / ed. C. Diaz, C. Landolt, T. Utigard. — Warrendale, PA : The Minerals, Metals and Materials Society of AIME, 1999. P. 93–107.
21. Kapusta J. P., Stickling H., Tai W. High Oxygen Shrouded Injection at Falconbridge: Five Years of Operation // Converter and Fire Refining Practices / ed. A. Ross, T. Warner, K. Scholey. — Warrendale, PA : The Minerals, Metals and Materials Society of AIME, 2005. P. 47–60.
22. Salt B., Cerilli E. Evolution of the Converter Aisle at Xstrata Nickel’s Sudbury Smelter // Proceedings of the International Peirce-Smith Converting Centennial Symposium / ed. J. P. T. Kapusta, A. E. M. Warner. — Warrendale, PA : TMS, 2009. P. 135–149.
23. Salt B., Cerilli E. Converter aisle improvements at Xstrata Nickel’s Sudbury smelter // Proceedings of the Pyro metallurgy of Nickel and Cobalt Symposium, 48th Conference of Metallur gists / ed. J. Liu, J. Peacey, M. Barati, S. Kashani-Nejad, B. Davis. — Montreal, QC : The Metallurgical Society of CIM, 2009. P. 333–349.
24. Guo X., Zhang Y., Wang Q., Yuan Z. Advanced copper smelting technologies used to quadruple China copper production between 2000 and 2015 // Proceedings of «Copper – 2016». — Kobe, Japan, 13–16 November 2016. Vol. 2-1. Pyrometallurgy. P. 9–28.
25. Kaixi Jiang, Lan Li, Yaping Feng, Haibei Wang, Bang Wei. The Development of China’s Primary Copper Smelting Technologies // T. T. Chen Honorary Symposium on Hydrometallurgy, Electrometallurgy and Materials Characterization / ed. S. Wang, J. E. Dutrizac, M. L. Free, J. Y. Hwang, D. Kim. — Warrendale, PA : The Minerals, Metals and Materials Society of AIME, 2012. P. 167–176.
26. Baojun Zhao, Zhixiang Cui, Zhi Wang. A New Copper Smelting Technology — Bottom Blown Oxygen Furnace Developed at Dongying Fangyuan Nonferrous Metals // Fourth International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing / ed. T. Jiang, J. Y. Hwang, P. J. Mackey, O. Yucel, G. Zhou. — Warrendale, PA : The Minerals, Metals and Materials Society of AIME, 2013. P. 3–10.
27. Coursol P., Mackey P. J., Kapusta J. P. T., Cardona Valencia N. Energy Consumption in Copper Smelting: A new Asian Horse in the Race // JOM. 2015. Vol. 67, No. 5. P. 1066–1074.
28. Цемехман Л. Ш., Ежов Е. И., Певзнер М. И. и др. Автогенная плавка сульфидных медно-никелевых руд с применением погруженного в расплав кислородного дутья // Пирометаллургические процессы в технологии никеля и кобальта. Вып. 8 (72). — Л. : Гипроникель, 1978. С. 21–24.
29. Недвецкий Е. П., Хомченков Б. М., Арефьев К. М., Цемехман Л. Ш. Некоторые закономерности работы кислородных фурм с защитной азотной оболочкой // Новые направления в пирометаллургии никеля. — Л. : Гипроникель, 1980. — 49–56 с.
30. 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 // Цветные металлы. 1992. № 3. С. 12,13.
31. Warner A. E. M., Diaz C. M., Dalvi A. D., Mackey P. J., Tarasov A. V. Jom World Nonferrous Smelter Survey, Part 3: Nickel:Laterite // JOM. 2006. Vol. 58, No. 4. P. 11–20.
32. Chibwe D. K., Akdogan G., Bezuidenhout G. A., Kapusta J. P. N., Bradshaw S., Eksteen J. J. Sonic injection into a PGM Peirce-Smith converter: CFD modelling and industrial trials // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2015. Vol. 115, No. 5. P. 349–354.
33. IMPALA Refining services // Implats. URL : http://www.implats.co.za/pdf/fact-sheets/irs-fact-sheet-nov-2016.pdf
34. Шалыгин Л. М. Конвертерный передел в цветной металлургии. — М. : Металлургия, 1965. — 160 с.
35. Крапухин В. В. Печи для цветных и редких металлов. — М. : Металлургия, 1980. — 388 с.
36. Гальнбек А. А., Барсуков Н. М., Русаков М. Р., Ежов Е. И., Недвецкий Е. П. Особенности продувки жидкости фурмой с защитной оболочкой // Автогенные и автоклавные процессы в медно-никелевом производстве. — Л. : Гипроникель, 1987. С. 57–62.